柏木低效林林窗改造对引入树种细根生产和周转的影响

发布时间：2018-03-28 05:28

本文选题：低效林　切入点：林窗　出处：《四川农业大学》2016年博士论文

【摘要】：细根是植物吸收水分和养分的主要器官,其生产和周转是森林生态系统地下生态过程的核心内容之一。柏木人工林,作为川中丘陵区主要的森林类型之一,其较低的生态效益限制了该区域森林生态系统服务功能的发挥。在林业发展的新时代背景下,如何科学经营以提升现有林分的质量,增强森林生态功能和效益,实现森林的可持续,已成为该区林业发展的迫切需要。为此,本课题组根据森林培育学和森林生态学原理,在模拟天然林窗和自然种群团块状分布的基础上,提出一整套低效林林窗改造技术。本文选择其中人工开窗(面积分别为50、100、150和200 m2)后补植乡土树种银木和香椿构建针阔混交的团块状镶嵌配置模式作为研究对象,采用微根管法,通过对柏木、银木和香椿细根连续2a的动态观测,集合课题组前期研究的环境因子数据,利用冗余分析,研究了3个树种细根的生长、死亡和周转动态特征,并探讨了细根生产和周转与林窗环境因子之间的关联,为低效林改造提供科学参考。主要研究结果如下：(1)细根的生产和分布因树种不同而具有较大差异。2a的研究期内,观测到的银木和香椿新生根数量和细根现存量均显著大于原生树种柏木,且具有明显的土壤层次性和季节性规律。3个树种细根数量和细根现存量均随土层深度的增加而减少；新生根的生长主要发生在夏季,细根现存量的季节变化均表现为夏季秋季春季冬季,且各季节之间差异显著,这与细根的出生和死亡季节性变化有关。在本研究50-200 m2范围内4个面积的林窗中,银木和香椿细根数量和现存量(除银木细根现存量150 m2大于200 m2外,p0.05)均随着林窗面积的增加而增加,增速在小面积林窗内最为明显,且距离林窗中心越近2个树种细根数量和现存量越大。(2)细根的生长和死亡在树种间差异显著,均表现为香椿银木柏木。3个树种细根生长率年平均值分别为0.0566、0.1096和0.2457 mm·cm-3·month-1,死亡率年平均值分别为0.0561、0.1046和0.2522 mm·cm-3·month-1。细根的生长和死亡具有明显的土壤层次性和季节性规律。3个树种细根生长率和死亡率均随土层深度的增加而降低;生长的季节规律表现为(生长率)夏季秋季春季冬季,死亡率冬季春季秋季夏季。在50-200 m2范围内,银木和香椿细根生长率和死亡率均随着林窗面积的增加而增加,且增速在小面积林窗内最为明显,但在150和200 m2林窗中银木/香椿细根生长率差／死亡率异并不显著(p0.05)。银木和香椿在林窗中的位置对细根生长率和死亡率的影响显著(p0.05),在林窗中心细根生长率和死亡率均达最大,且林窗面积越大表现越明显。(3)柏木、银木和香椿细根中位值寿命分别为360±28、300±22和210±17 d,3个树种细根寿命差异显著(p0.05)。细根寿命与细根直径和根序等级有正相关关系,3个树种中直径较细和根序等级较低的根系总是表现出较短的寿命。细根寿命具有明显的土壤层次性和季节性规律。3个树种总体上均表现为随着土层深度的增加,细根的积累存活率也显著的增加,细根寿命延长；夏季出生的细根夏季出生的细根寿命最短,冬季出生的细根寿命最长。在50-200m2范围内,随着林窗面积的增加,银木和香椿细根积累存活率减小,寿命变短；2个树种在林窗中心、近中心和边缘内细根中位值寿命差异显著,随距离林窗中心越远寿命越大(p0.05)。(4)以细根根长密度(RLD)为观测指标,分别采用4种方法对3个树种细根周转进行估算,结果表明,柏木、银木和香椿细根周转率分别为0.86-1.28、0.97-1.28和1.54-2.07 a-1,香椿细根周转率分别是柏木和银木的1.62-1.78倍和1.43-1.62倍。3个树种细根周转率均表现为随着直径增大而降低的趋势,且随着土层的增加细根周转率显著降低。在50-200 m2范围内,随着林窗面积的增加,银木和香椿细根周转速率呈增加趋势,除150和200 m2林窗内细根周转速率差异不显著外(p0.05),其余各林窗差异均达到显著水平(p0.05)。随着距离林窗中心越远,银木和香椿细根周转速率越小(p0.05)。(5)根据各影响因子的特点,将28个因子分为细根生物学组分、土壤理化环境、林窗微气候和生物多样性组分4个数据集,采用RDA法均能对各组分进行很好的排序。在不考虑组分间交互作用的情况下,4个组分分别解释80%、66%、84%和39%的细根周转变异。在林窗条件下,各组分之间存在相互关联,对细根周转的影响交互作用较为显著。细根生物学组分、土壤理化环境和林窗微气候3者的交互作用共同解释了40.12%的细根周转变异。但同时也应清楚认识到,在林窗条件下,细根生物因子组分和土壤理化环境组分约束细根周转特征的比例大多包含在林窗微气候组分之中。因此,在林窗条件下,林窗微气候的差异是导致细根生产和周转变异的主导因素,但其与其它因子的共同作用对细根周转的影响也同样重要。综上所述,川中丘陵区3个树种细根有着不同存活策略,细根直径、根序等级、土层分布和新生根出生季节对细根生长、死亡、寿命和周转的影响较大,在林窗条件下,林窗微气候的差异是导致细根生产和周转变异的主导因素,因此,适度的增加林窗面积和尽量靠近林窗中心位置可显著降低影响银木和香椿细根积累存活率,增加周转效率,有利于林窗内植物细根更新和周转,加快林窗内物质循环和能量流动,对柏木低效林改造综合效益的提升有积极的意义。
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【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S718.5

【参考文献】