栓皮栎人工林更新苗功能性状对间伐的响应及其环境解释

来源 :河南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bird2000
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间伐是森林经营过程中的常用措施之一,伴随森林从郁闭到成熟的整个生长发育过程,以近自然经营理论为指导的抚育间伐措施能优化林分结构,降低林木个体间的竞争,改善林内小气候,调整林下植被生态演替,增强森林的综合效益。作为林分演替过程中最敏感,对干扰能及时反应的发育阶段,林下更新苗的存活状况直接影响森林群落的物种组成和森林生长动态,更新苗生长发育动态可以揭示群落延续能力、评判林分更新潜力。植物功能性状是植物形态结构、生理特性等在长期的环境变化中经过遗传变异和自然选择形成的相对稳定状态,是植物适应环境的一种表现形式,能反映植物个体对环境变化的适应能力,预测植物群落和生态系统功能的变化。研究间伐对更新苗及其功能性状的影响,并采用林下光环境和土壤环境因子对这种影响进行解释,是科学确定森林抚育措施及强度的重要依据,对整个森林生态系统的可持续经营、实现林业的永续利用具有重要意义。本文以登封国有林场40年生栓皮栎人工林为研究对象,在林场内选择有代表性的林分进行间伐处理,并以生长环境基本一致、地理位置相近的未间伐林分作对照,分别在间伐和未间伐林分内设置1个100m×100m的固定样地,开展更新多样性调查,并对土壤、幼苗进行取样,获取林内光照指标,研究间伐对栓皮栎人工林林下更新幼苗功能性状的影响,分析土壤理化性质和林下光环境指标与更新苗功能性状的关系,有助于研究经营措施对林下天然更新和林分生长动态的影响,为森林资源可持续经营管理和提升生态系统功能提供理论依据。主要研究结果:1、间伐样地林分更新密度为3442株·hm-2,各物种更新苗数量比例关系为栓皮栎(Quercus variabilis):槲栎(Quercus aliena Bl.):黄栌(Cotinus cogg ygriaScop.):构树(Broussonetia papyrifera)=767:62:31:1;林下更新幼苗数量、Shannon-Wiener多样性指数(0.42)、Simpson多样性指数(0.2)、丰富度指数(4)和均匀度指数(0.3)均高于未间伐样地内更新苗相应指标值。2、间伐样地内更新苗平均高(47.75cm)和叶绿素含量(50.52SPAD)比未间伐样地幼苗值高,但差异不显著;单株幼苗平均叶片数目(55片/株)、叶面积(1732.46 cm2)、基径(0.93cm)、根体积(29.34cm3)和幼苗生物量均显著高于未间伐样地更新苗的相应指标值(P<0.05),但根冠比(1.38)较小;各器官氮元素含量均大于未间伐样地幼苗各器官,而磷元素含量则较低。3、与未间伐样地相比,间伐后林分主林层林冠开度(24.89%)、叶面积指数(1.32)和叶倾角(46.18°)均较大,且林下直射光(5.48mol·m-2·d-1)、散射光(5.25mol·m-2·d-1)和总光合辐射通量(10.72mol·m-2·d-1)明显较高(P<0.05),光合有效辐射强度(86.92μmol·m-2·s-1)较高但差异并不显著,间伐明显改善了林下光照条件。林下光环境指标与更新苗植物功能性状指标相关分析结果表明,林下直射光与更新苗叶片SLA、叶面积比率、基径等呈显著正相关关系(P<0.05);林下散射光与LA、SLA、叶生物量、叶面积比率、更新苗基径呈显著正相关关系(P<0.05)。4、间伐样地0~10cm和10~20cm 土层的土壤密度均低于未间伐样地土壤密度,土壤孔隙度、非毛管蓄水量较高;土壤pH值较低,有机碳含量明显较高,速效钾含量则显著低于未间伐样地速效钾含量(P<0.05)。土壤理化特性指标与更新苗功能性状指标相关分析结果表明,土壤孔隙度与主根长、根表面积、茎全氮含量显著正相关(P<0.05);土壤有机碳与更新苗叶面积LA、比叶面积SLA、茎全氮STN、总根长和根表面积均呈显著正相关关系(P<0.05);土壤全氮与STN显著正相关(P<0.05);土壤碱解氮与SLA、茎全磷STP显著正相关(P<0.05)。5、在相关分析的基础上,根据PCA分析结果,土壤孔隙度等14个与更新苗功能性状相关的环境因子可以解析为5个独立的主成分,累计贡献率81.615%。多元回归分析结果表明,叶面积和叶干物质含量受土壤有机碳影响最大,根干物质含量受土壤全氮含量的影响最大。
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