柏木低效林几种改造模式生物多样性研究

发布时间：2017-08-21 08:06

  本文关键词：柏木低效林几种改造模式生物多样性研究

  更多相关文章： 柏木 低效林 凋落物 细根 土壤微生物 土壤动物 改造模式

【摘要】：柏木林是四川盆地丘陵区的主要森林类型,同时也是两种主要的低产低效林分之一。四川盆地丘陵区在长江上游生态屏障,在水土保持以及改善生态环境等方面具有重要作用。柏木低效林分林相残败,结构简单,树种单一,水平相稀疏,物种多样性程度低,水土流失严重。因此,柏木低效林分的改造对生态效益和木材产量的提高都具有十分重要的意义。林分改造很重要的问题就是系统的稳定与健康,其中生物多样性程度对改造成功与否有着至关重要的作用。为了探讨柏木低效林改造模式地上与地下,有机与无机之间的相互关系,以德阳市几种柏木低效林改造模式为研究对象,以期为柏木低效林改造提供理论依据,以柏木低效林改造10年后四种模式：纯杂交竹模式(Bambusa pervariabilis×Dendrocalamopsis daii)(CZ)、柏木(Cupressus funebris Endl.)+桤木(Alnus cremastogyne Burk.)+杂交竹模式(BZQ)、柏木+麻栎(Quercus acutissima Carruth)模式(BL)、柏木+杂交竹模式(BZ)为研究对象,未经改造的纯柏模式(CB)为对照,对林地土壤理化性质、凋落物、林地细根、植物多样性、土壤微生物和土壤动物进行了研究,得到以下初步结论。(1)改造模式和土层对铵态氮和土壤全磷无影响,其他指标都可能受到模式或土层的影响。土壤养分和水分基本上都随着土层的加深而逐渐降低。各模式间全氮、全磷、硝态氮、铵态氮、含量差异不显著。各模式间全钾含量差异显著,其中CZ(0.325 g·kg-1)最高,依次为CBBLBZQBZ。模式间速效钾含量差异显著,最高的为BZQ(0.059 g·kg-1),其余依次为BZCZBLCB。土壤含水率为BZBZQCZCB。相比较而言在BZQ模中土壤养分、水分状况和土壤结构相对CB模式来说能得到有效的改善,但这些性质的改善主要表现在表层土壤。(2)柏竹与柏竹桤模式细根生物量显著高于纯柏模式,几种模式中柏栎模式细根生物量最小,多样性对细根生物量影响不显著。柏竹与柏竹桤模式中柏木细根在土层中的分布呈现上升的趋势,而在柏栎模式中则呈现下沉趋势,柏木细根在总细根中的比重低于柏木在柏栎中的组成,柏栎模式中柏木死细根的比重也明显高于其他模式。CZ细根钾含量与CB细根的钙含量在几种模式中是最高的,与其他模式间有显著性差异,而其他细根养分在模式间没有差异；细根生物量与土壤全P、细根N含量与土壤全N及细根的K含量与土壤全K全N间有显著相关,而细根的P含量则与土壤养分无关。(3)柏木低效林改造模式林分年凋落物量为BZQBZBLCBCZ。低效林不同改造模式的凋落物数量在各个月的分布不均匀,除了BZQ模式,其他几种改造模式森林凋落物量一年之内在十月凋落量最多,在一月最低,各改造模式从一月到十月间凋落物生物量总体呈现上升趋势,但是BZQ模式却在四月有小幅的下降。对柏木低效林不同改造模式凋落物养分含量研究发现,氮磷钾各养分含量差异均显著,其中BZQ模式的养分含量最高。(4)几种改造模式下的灌木层与草本层植物物种,其组成结构特征存在一定差异,但在物种的分布上差异并不明显。CZ模式由于较其他模式结构更对独特,拥有着较多的独有种。在几种改造模式中,仅有柏栎混交林此一种模式在生物多样性上表现出优于对照模式既纯柏模式。从植物多样性的角度来看,BL改造模式植物多样性程度更高。(5)柏竹模式土壤动物数量最多,其次为柏竹桤纯竹纯柏柏栎,土壤动物最少,模式间的土壤动物数量并没有显著性差异(P=0.80)。几种模式中所有土壤动物中大型土壤动物占优势,分别占柏栎、柏竹桤、柏竹、纯竹、纯柏的42.99%、56.37%、44.34%、75.93%、58.99%。柏栎、柏竹桤、柏竹中小型土壤动物较小型土壤动物多,而在纯竹、纯柏两模式小型土壤动物较中小型土壤动物多。凋落物中氮磷钾含量与土壤动物的总数、大中小型土壤动物的数量均无明显相关性,只有凋落物生物量与中型土壤动物间有极显著的正相关(P0.01,R2=0.978)。土壤因素中仅有土壤pH值与大型土壤动物有显著的正相关关系。(6)土壤微生物中细菌数量所占的比例最大,约为60%-95%；放线菌数量占微生物总量的5%-40%；真菌只是土壤微生物中很少的一部分约占0.03%-0.24%。五种模式土壤微生物在不同的土壤深度分布变化明显(P0.01)。在0-10 cm的微生物总量略多于10 cm-20 cm。土壤微生物在季节上变化也很明显,总体呈现出降升降的趋势,只是一月至四月虽然表现为降,但相对平缓,四至七月急剧上升,七月到十月又急剧下降。Shannon及Pielou多样性指数总体趋势是七月十月一月四月。土壤微生物数量纯竹柏栎柏竹桤纯柏柏竹。细菌数量与土壤全磷、凋落物磷含量和大型土壤动物数量呈显著正相关,与植物的Simpson多样性呈显著的负相关性(P0.05)。真菌数量与土壤全氮、细根氮含量呈负相关关系,而与土壤全磷、细根钾含量、植物丰富度有显著正相关。放线菌只与土壤含水率有关且正相关,与其他因子无关。微生物总数受到土壤全氮、土壤全磷的影响,其中与土壤全氮呈负相关；与土壤全磷呈正相关。(7)凋落物生物量、凋落物N含量、凋落物P含量、植物Pilou均匀度及植物丰富度对地下部分有显著性的影响,但凋落物K含量、植物Simpson和植物Shannon多样性与地下部分无明显相关性。凋落物生物量与中型土壤动物呈极显著正相关；凋落物N含量与土壤全N、细根N含量呈显著正相关,但与土壤全K和细根K含量呈极显著负相关；凋落物P含量与土壤全P、细根生物量、细根K含量和细菌数量呈显著正相关,与细根N含量呈显著负相关。植物Pilou与土壤全N呈正相关,但与土壤全K、细根K含量呈负相关关系；植物丰富度与细根生物量、细根P含量、细根K含量和真菌总数间呈现正相关,与细根N含量呈现极显著负相关。虽然地上与地下部分存在千丝万缕的联系,但从本文来看,地上与地下间相互关系并不密切。在几种模式中,BL与BZQ模式在植物多样性、凋落物与土壤微生物方面表现较好,综合考虑BL与BZQ模式相对表现较好,是该区域可供选择的柏木低效林改造模式。柏木本来是川中丘陵区的适生树种,对该区域的绿化做出了重要的贡献,只是由于其生长的紫色土瘠薄,环境承载力低,加之该区域明显的旱涝季以及不合理的经营利用,导致林分生产力和生态功能低下,但经过众多学者大量的研究,迄今仍未找到一种可以完全替代柏木的树种。因此,在柏木低效林改造过程中,应适当保持林地上一定的柏木数量,选择合适的模式营造柏木混交林,对于全砍重造要慎重,对外来物种的引进尤其要引起高度的重视；同时,由于柏木低效林所在环境承载力较低,应尽量避免人畜的破坏,适当进行封育。
【关键词】：柏木 低效林 凋落物 细根 土壤微生物 土壤动物 改造模式
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S791.41
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-16
• 前言16
• 1 综述16-42
• 1.1 生物多样性维持机制16-20
• 1.1.1 生物与非生物因子16-19
• 1.1.2 现代气候、历史过程以及随机因素假说19-20
• 1.2 生物多样性及其影响因素20-30
• 1.2.1 植物多样性20-23
• 1.2.2 微生物多样性23-25
• 1.2.3 土壤动物多样性25-30
• 1.3 地上与地下多样性间的相互关系30-32
• 1.3.1 正相关型30-31
• 1.3.2 逐渐增加型31
• 1.3.3 本地负相关而大尺度上正相关型31-32
• 1.3.4 地上与地下多样性无关联型32
• 1.4 生物多样性测度32-33
• 1.5 柏木低效林研究现状33-40
• 1.5.1 柏木低效林的恢复与重建基本理论34-38
• 1.5.2 柏木低效林植物多样性研究38-39
• 1.5.3 柏木低效林水土保持效益研究39-40
• 1.5.4 柏木低效林经营管理及改造模式40
• 1.6 研究的目的意义40-42
• 2 试验地概况及研究内容42-46
• 2.1 研究区概况42
• 2.2 样地设置42-44
• 2.3 研究内容44
• 2.3.1 模式林内环境特征44
• 2.3.2 几种模式植物多样性44
• 2.3.3 几种模式上壤微生物多样性44
• 2.3.4 几种模式土壤动物多样性44
• 2.3.5 几种模式地下与地上部分间关系44
• 2.4 技术路线44-46
• 3 柏木低效林几种改造模式的土壤理化性质及有机物质特性46-68
• 3.1 柏木低效林几种改造模式的土壤理化性质46-52
• 3.1.1 研究方法47
• 3.1.2 结果与分析47-51
• 3.1.3 小结51-52
• 3.2 柏木低效林几种改造模式的地上凋落物特征52-56
• 3.2.1 研究方法52-53
• 3.2.2 数据处理与分析53
• 3.2.3 结果与分析53-55
• 3.2.4 小结55-56
• 3.3 柏木低效林几种改造模式的细根特性56-68
• 3.3.1 研究方法56-58
• 3.3.2 数据处理58
• 3.3.3 结果与分析58-66
• 3.3.4 小结66-68
• 4 柏木低效林几种改造模式的植物多样性68-76
• 4.1 研究方法69
• 4.2 数据处理69
• 4.3 结果与分析69-75
• 4.3.1 植被组成69-71
• 4.3.2 模式植物多样性71-72
• 4.3.3 模式间的相似性72-73
• 4.3.4 模式内各层次多样性73-75
• 4.4 小结75-76
• 5 柏木低效林几种改造模式的上壤动物多样性76-83
• 5.1 研究方法76-77
• 5.2 数据处理77
• 5.3 结果与分析77-82
• 5.3.1 土壤动物数量77-78
• 5.3.2 土壤动物群落78-79
• 5.3.3 土壤动物类群79
• 5.3.4 土壤动物多样性79-80
• 5.3.5 土壤动物的影响因素80-82
• 5.4 小结82-83
• 6 柏木低效林几种改造模式的土壤微生物多样性83-95
• 6.1 研究方法84
• 6.2 数据处理与分析84-85
• 6.3 结果与分析85-94
• 6.3.1 土壤微生物空间分布及季节动态85-88
• 6.3.2 土壤微生物多样性88-90
• 6.3.3 模式内微生物多样性90-91
• 6.3.4 微生物与环境因子间的关系91-94
• 6.4 小结94-95
• 7 结论95-106
• 7.1 讨论95-103
• 7.1.1 土壤养分95-96
• 7.1.2 森林凋落物96
• 7.1.3 细根生物量96-99
• 7.1.4 凋落物对土壤动物的影响99
• 7.1.5 土壤养分对土壤动物的影响99-100
• 7.1.6 土壤微生物100-101
• 7.1.7 模式间比较101-103
• 7.2 主要研究结论103-104
• 7.3 特色与创新104-105
• 7.4 进一步研究的方向105-106
• 参考文献106-126
• 个人简介126-128
• 导师简介128-129
• 致谢129

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本文编号：711728