毛竹林下药用固氮植物复合经营应用基础研究

发布时间：2020-08-22 11:15

【摘要】：针对毛竹(Phyllostachys edulis)林竹材和竹笋价格下滑,经济效益严重下降,毛竹林土地利用率和产出率低的现状,开展了毛竹林下固氮植物资源调查,并基于生活型、生态型、经济价值、药用部位进行了毛竹林下复合经营药用固氮植物筛选,进一步探讨了筛选出的药用固氮植物生长和生理生态特征的立竹密度、坡位效应等,旨在为毛竹林下药用固氮植物复合经营提供理论基础。主要研究结果如下:1毛竹林下固氮植物资源及其经济价值分析在浙江、福建等毛竹主要分布区采用踏查法调查了毛竹林下固氮植物资源。结果表明:毛竹林下固氮植物共有4科23属41种,其中,豆科Leguminosae植物占绝大多数,占比达85.37%,其中,以蝶形花亚科Papilionoideae种类为主,占比为75.61%,胡颓子科Elaeagnaceae、大戟科Euphorbiaceae、杨梅科Myricaceae非豆科植物分布较少;毛竹林下固氮植物有乔木、灌木、草本和藤本类型,其中,灌木20种,乔木7种,草本5种,藤本9种;有旱生、中生、湿生3种生态型,以中生为主;毛竹林下所调查的41种固氮植物均有药用价值,23种还有食用价值,10种可用作饲料,7种可用作肥料。毛竹林下固氮植物按入药部位分,其种类数量总体上为根茎全株叶花果实种子。从毛竹林下固氮植物的生活型、生态型、经济价值、药用部位等方面分析,筛选出苦参(Sophotora flavescens)、决明(Catsia tora)二种药用固氮植物可在毛竹林下进行复合经营。2毛竹林下苦参和决明幼苗生长和生物量分配的立竹密度效应以立地条件和经营水平一致的3种立竹密度D1(1600±200株·hm~(-2))、D2(2400±200株·hm~(-2))和D3(3200±200株·hm~(-2))毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,调查分析了不同立竹密度下苦参和决明的生长指标和生物量积累以及分配规律。结果表明:毛竹林下苦参和决明的株高、地径及叶生物量、茎生物量、豆荚生物量、根生物量、地上生物量、全株生物量均随立竹密度的增大而降低,且D1立竹密度显著高于D2、D3立竹密度;苦参叶重比、豆重比随立竹密度的增大呈“∧”型变化,根重比、根冠比呈“∨”型变化,茎重比呈持续下降趋势,且D1立竹密度显著高于D2、D3立竹密度(P0.05),除茎重比外,其它生物量比在不同立竹密度毛竹林间均无显著差异(P0.05)。随立竹密度的增大,决明茎重比、根重比、根冠比的变化趋势与苦参相同,而叶重比和豆重比呈持续增大趋势,且D1、D2与D3立竹密度间差异显著(P0.05);主成分和R型因子综合评定法分析表明3种立竹密度毛竹林下苦参和决明生长及生物量分配的综合得分大小顺序为D1D2D3立竹密度。研究表明立竹密度对毛竹林下苦参和决明的生长和生物量分配有重要影响,从试验毛竹林立竹密度分析,毛竹林下苦参和决明复合经营适宜的立竹密度均为D1(1600±200株·hm~(-2))。3毛竹林下苦参和决明光合特性的立竹密度效应及其环境解释以立地条件和经营水平一致的3种立竹密度D1(1600±200株·hm~(-2))、D2(2400±200株·hm~(-2))和D3(3200±200株·hm~(-2))毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,在苦参和决明生长旺盛期测定分析其主要光合特性指标等的变化规律及其与主要环境因子间的关系。结果表明:试验毛竹林下光合有效辐射(PAR)和气温(Ta)的日变化呈先上升后下降的趋势,大气CO_2浓度(Ca)和空气湿度(RH)呈相反变化趋势。D1立竹密度毛竹林PAR显著大于D2、D3立竹密度毛竹林,而Ca和RH均显著小于D2、D3立竹密度毛竹林。Ta在不同立竹密度毛竹林之间无显著差异;苦参在D1、D2立竹密度下净光合速率(Pn)日变化均呈双峰型,D3立竹密度下呈单峰型,而决明在D1立竹密度下呈双峰型,D2、D3立竹密度下呈单峰型。苦参和决明分别在D1和D2立竹密度下P_(nmax)显著大于D3立竹密度,苦参光饱和点(LSP)D1D2D3立竹密度,决明D2D3D1立竹密度,D1立竹密度下苦参和决明光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)均显著大于D2、D3立竹密度,并分别在D2和D1立竹密度下表观量子效率(AQY)显著大于其他两个立竹密度。苦参Pn、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)和气孔导度(gs)均为D2D1D3立竹密度。决明Pn、Tr、gs和WUE值均为D1D2D3立竹密度。苦参和决明胞间CO_2浓度(Ci)均在D3立竹密度下最高;苦参Pn与gs正相关系数最大,而决明Pn与PAR正相关性系数最大,其次为Ta。苦参和决明Pn与Ca负相关系数绝对值最大。研究表明,gs和PAR分别是影响苦参和决明Pn的主要因子。从毛竹林下二种固氮植物的光合特性分析,在试验区毛竹林下种植苦参和决明的适宜立竹密度分别是D2、D1。4毛竹林下苦参和决明氮磷养分化学计量特征的立竹密度效应以立地条件和经营水平一致的3种立竹密度D1(1600±200株·hm~(-2))、D2(2400±200株·hm~(-2))和D3(3200±200株·hm~(-2))毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,分析了不同立竹密度毛竹林下苦参和决明N、P养分化学计量特征的变化规律。结果表明:随着立竹密度的增大,毛竹林下苦参和决明植株N、P积累量和总生物量均呈显著下降趋势,苦参和决明植株N、P总含量以及各器官N、P含量也呈下降趋势,且均为D1立竹密度显著大于D3立竹密度,除叶片、荚果N含量及叶片、茎、根P含量外,其余器官N、P含量D2立竹密度与D1、D3立竹密度之间差异不显著。立竹密度对毛竹林下苦参植株和根的N:P影响不大,对叶片和茎的N:P有一定程度的影响,但对荚果的N:P有明显影响,随立竹密度的增大而显著下降。决明植株和叶片的N:P随立竹密度的增大呈倒“V”型变化,茎和荚果的N:P呈下降趋势,根的N:P呈上升趋势。主成分分析和R型因子综合评定法综合表明,毛竹林下苦参和决明各组织器官N、P含量及N:P在3种立竹密度条件下的综合得分为D1D2D3立竹密度。研究表明立竹密度明显影响毛竹林下苦参和决明的N、P养分化学计量特征,在试验毛竹林立地条件和经营水平条件下,毛竹林下苦参、决明复合经营适宜的立竹密度均为D1(1600±200株·hm~(-2))。综合分析毛竹林下苦参和决明生长和生物量分配、光合特性和主要养分化学计量特征的立竹密度效应,毛竹林下苦参、决明复合经营适宜的立竹密度为D1(1600±200株·hm~(-2))。5毛竹林下苦参和决明幼苗生长和生物量分配的坡位效应以经营水平一致的下坡、中坡、上坡(S1、S2、S3)3种坡位的毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,调查并分析不同坡位毛竹林条件下苦参和决明的株高、地径和各器官生物量积累以及分配规律。结果表明:随着坡位的增高,毛竹林下苦参和决明株高和地径呈降低趋势,苦参各器官生物量及全株生物量也呈降低趋势,而决明各器官生物量与苦参呈相反趋势。苦参叶重比、茎重比呈“∧”型变化,根重比、豆重比呈持续下降趋势,而根冠比呈持续上升趋势。决明叶重比、根重比、豆重比呈持续下降趋势,而茎重比和根冠比随坡位的增高而持续升高。主成分和R型因子综合评定法表明,毛竹林下苦参生长和生物量分配在3种坡位综合得分为S1S2S3坡位,决明为S3S2S1坡位。研究表明坡位对毛竹林下苦参和决明的生长和生物量分配有重要影响,从试验毛竹林条件分析,毛竹-苦参、毛竹-决明复合经营适宜的坡位分别为下坡位(S1)和上坡位(S3)。6不同坡位毛竹林下苦参和决明光合日变化及其主要环境气象影响因子分析以经营水平一致的下坡、中坡、上坡(S1、S2、S3)3种坡位的毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,测定其光合特性及主要环境气象因子日变化,采用通径分析法探讨环境气象因子对苦参和决明净光合速率(Pn)的直接和间接影响,揭示毛竹林下苦参和决明光合特性对坡位的适应机制。结果表明:不同坡位毛竹林下环境气象因子间关系密切,其中,光有效辐射(PAR)是驱动因子,能触发空气温度(Ta)的变化,进而引起空气湿度(RH)和CO_2浓度(C_a)的明显变化。3个坡位毛竹林下苦参Pn日变化均为单峰曲线,无光合“午休”现象,中坡位Pn日均值最大(0.13mmol·m~(-2)),显著高于上、下坡位;决明Pn日变化在中、上坡位呈双峰曲线,有明显的光合“午休”现象,下坡位呈单峰曲线,无光合“午休”现象,上坡位Pn日均值最大(2.18μmol·m~(-2)·s~(-1)),显著高于下坡位。苦参在12:00之前各坡位水分利用效率(WUE)均较大,但之间差异不明显,日均值也无明显差异;决明在10:00之前上坡位WUE显著大于其它两个坡位,但上、中坡位WUE日均值显著高于下坡位。上坡位影响苦参和决明Pn变化的主要环境气象因子分别为PAR、RH和PAR、C_a;中坡位均为PAR,主要限制因素为RH与Ta之间的相互作用;下坡位主要受到PAR的影响。苦参和决明分别在中坡位和上坡位由于PAR和RH较高而Ta较低,Pn和WUE可维持较高水平。因此,从毛竹林下苦参和决明的光合特性和环境气象因子分析表明,试验毛竹林苦参和决明适宜种植的坡位分别是中坡位(S2)和上坡位(S3),其他坡位种植时需对毛竹林立竹密度进行调整。7坡位对毛竹林下苦参和决明叶片光合色素及波动性不对称的影响以经营水平一致的下坡、中坡、上坡(S1、S2、S3)3种坡位的毛竹林下种植的固氮植物苦参和决明为试验对象,调查并分析3个不同坡位毛竹林下苦参和决明叶片光合色素含量、净光合速率、叶片波动性不对称以及三者之间的相关关系。结果表明:苦参叶片Chla、Chlb、Car含量及Pn均为S2S1S3,决明均为S1S2S3。苦参和决明叶片面积、周长、宽具有波动性不对称的特征。随坡位的增高,苦参叶片FAA、FAP、FAW均呈现“V”型变化,且S2坡位显著大于S3坡位,S1坡位与其它两个坡位差异均不显著。决明叶片FAA、FAP、FAW随坡位的增高均呈下降趋势,且S3坡位显著大于S1坡位,S2坡位与其它两个坡位之间差异不显著。苦参叶片FAA和FAW与Chlb、Car含量相关性不显著,与Chla、Pn之间显著相关,且随毛竹林坡位的增高相关系数降低,FAP与3种光合色素含量均无显著性相关。决明叶片FAA与Chla含量、Pn之间显著相关,且随坡位的增高相关系数降低,FAP和FAW与3种光合色素含量相关性小。研究表明坡位对毛竹林下苦参和决明叶片光合色素含量、净光合速率及叶片波动性不对称有重要影响,从试验毛竹林坡位条件分析,毛竹-苦参、毛竹-决明复合经营适宜的坡位分别为中坡位(S2)和上坡位(S3)。从毛竹林下苦参和决明生长和生物量分配、光合日变化及其主要环境气象影响因子和叶片光合色素及波动性不对称的坡位效应等综合分析,毛竹林下苦参、决明复合经营适宜的坡位分别为中坡位(S2)、上坡位(S3)坡位。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S759.82
【图文】：

决明,苦参,毛竹林,株高

图 3-1 不同立竹密度毛竹林下苦参和决明株高和地径Fig.3-1 The height and stem basal diameter of Sophora flavescens and Catsia tora under different density ofmoso bamboo注：同一植物不同立竹密度之间比较。不同字母表示在 0.05 水平上差异显著。下同。Note: Differentletters above columns for the different densities indicate significant difference at the 0.05 probabilitylevel.The same below.3.2.2 立竹密度对毛竹林下苦参和决明生物量积累的影响毛竹林下苦参和决明叶生物量、茎生物量、根生物量、荚果生物量、地上生物量和全株生物量均随着立竹密度的增大而降低（图 3-2），说明若要在毛竹林下种植苦参和决明，高光照强度（低立竹密度）比低光照强度（高立竹密度）对器官生物量积累的促进

【参考文献】