柏木低效林林窗改造對引入樹種細根生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)的影響.pdf

1、細根是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，其生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)是森林生態(tài)系統(tǒng)地下生態(tài)過程的核心內(nèi)容之一。柏木人工林，作為川中丘陵區(qū)主要的森林類型之一，其較低的生態(tài)效益限制了該區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的發(fā)揮。在林業(yè)發(fā)展的新時代背景下，如何科學(xué)經(jīng)營以提升現(xiàn)有林分的質(zhì)量，增強森林生態(tài)功能和效益，實現(xiàn)森林的可持續(xù)，已成為該區(qū)林業(yè)發(fā)展的迫切需要。為此，本課題組根據(jù)森林培育學(xué)和森林生態(tài)學(xué)原理，在模擬天然林窗和自然種群團塊狀分布的基礎(chǔ)上，提出一整套低效林林窗改造技

2、術(shù)。本文選擇其中人工開窗（面積分別為50、100、150和200 m2）后補植鄉(xiāng)土樹種銀木和香椿構(gòu)建針闊混交的團塊狀鑲嵌配置模式作為研究對象，采用微根管法，通過對柏木、銀木和香椿細根連續(xù)2a的動態(tài)觀測，集合課題組前期研究的環(huán)境因子數(shù)據(jù)，利用冗余分析，研究了3個樹種細根的生長、死亡和周轉(zhuǎn)動態(tài)特征，并探討了細根生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)與林窗環(huán)境因子之間的關(guān)聯(lián)，為低效林改造提供科學(xué)參考。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)細根的生產(chǎn)和分布因樹種不同而具有較

3、大差異。2a的研究期內(nèi)，觀測到的銀木和香椿新生根數(shù)量和細根現(xiàn)存量均顯著大于原生樹種柏木，且具有明顯的土壤層次性和季節(jié)性規(guī)律。3個樹種細根數(shù)量和細根現(xiàn)存量均隨土層深度的增加而減少;新生根的生長主要發(fā)生在夏季，細根現(xiàn)存量的季節(jié)變化均表現(xiàn)為夏季＞秋季＞春季＞冬季，且各季節(jié)之間差異顯著，這與細根的出生和死亡季節(jié)性變化有關(guān)。在本研究50-200 m2范圍內(nèi)4個面積的林窗中，銀木和香椿細根數(shù)量和現(xiàn)存量（除銀木細根現(xiàn)存量150 m2大于200 m2外

4、，p＞0.05）均隨著林窗面積的增加而增加，增速在小面積林窗內(nèi)最為明顯，且距離林窗中心越近2個樹種細根數(shù)量和現(xiàn)存量越大。
　　(2)細根的生長和死亡在樹種間差異顯著，均表現(xiàn)為香椿＞銀木＞柏木。3個樹種細根生長率年平均值分別為0.0566、0.1096和0.2457 mm·cm-3·month-1，死亡率年平均值分別為0.0561、0.1046和0.2522 mm·cm-3·month-1。細根的生長和死亡具有明顯的土壤層次性和季節(jié)

5、性規(guī)律。3個樹種細根生長率和死亡率均隨土層深度的增加而降低;生長的季節(jié)規(guī)律表現(xiàn)為（生長率）夏季＞秋季＞春季＞冬季，死亡率冬季＞春季＞秋季＞夏季。在50-200 m2范圍內(nèi)，銀木和香椿細根生長率和死亡率均隨著林窗面積的增加而增加，且增速在小面積林窗內(nèi)最為明顯，但在150和200 m2林窗中銀木/香椿細根生長率差/死亡率異并不顯著(p＞0.05)。銀木和香椿在林窗中的位置對細根生長率和死亡率的影響顯著(p＜0.05)，在林窗中心細根生長率和

6、死亡率均達最大，且林窗面積越大表現(xiàn)越明顯。
　　(3)柏木、銀木和香椿細根中位值壽命分別為360±28、300±22和210±17 d，3個樹種細根壽命差異顯著(p＜0.05)。細根壽命與細根直徑和根序等級有正相關(guān)關(guān)系，3個樹種中直徑較細和根序等級較低的根系總是表現(xiàn)出較短的壽命。細根壽命具有明顯的土壤層次性和季節(jié)性規(guī)律。3個樹種總體上均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加，細根的積累存活率也顯著的增加，細根壽命延長;夏季出生的細根夏季出生的細

7、根壽命最短，冬季出生的細根壽命最長。在50-200m2范圍內(nèi)，隨著林窗面積的增加，銀木和香椿細根積累存活率減小，壽命變短;2個樹種在林窗中心、近中心和邊緣內(nèi)細根中位值壽命差異顯著，隨距離林窗中心越遠壽命越大(p＜0.05)。
　　(4)以細根根長密度（RLD）為觀測指標(biāo)，分別采用4種方法對3個樹種細根周轉(zhuǎn)進行估算，結(jié)果表明，柏木、銀木和香椿細根周轉(zhuǎn)率分別為0.86-1.28、0.97-1.28和1.54-2.07 a-1，香椿細根

8、周轉(zhuǎn)率分別是柏木和銀木的1.62-1.78倍和1.43-1.62倍。3個樹種細根周轉(zhuǎn)率均表現(xiàn)為隨著直徑增大而降低的趨勢，且隨著土層的增加細根周轉(zhuǎn)率顯著降低。在50-200 m2范圍內(nèi)，隨著林窗面積的增加，銀木和香椿細根周轉(zhuǎn)速率呈增加趨勢，除150和200 m2林窗內(nèi)細根周轉(zhuǎn)速率差異不顯著外(p＞0.05)，其余各林窗差異均達到顯著水平(p＜0.05)。隨著距離林窗中心越遠，銀木和香椿細根周轉(zhuǎn)速率越小(p＜0.05)。
　　(5)根

9、據(jù)各影響因子的特點，將28個因子分為細根生物學(xué)組分、土壤理化環(huán)境、林窗微氣候和生物多樣性組分4個數(shù)據(jù)集，采用RDA法均能對各組分進行很好的排序。在不考慮組分間交互作用的情況下，4個組分分別解釋80％、66％、84％和39％的細根周轉(zhuǎn)變異。在林窗條件下，各組分之間存在相互關(guān)聯(lián)，對細根周轉(zhuǎn)的影響交互作用較為顯著。細根生物學(xué)組分、土壤理化環(huán)境和林窗微氣候3者的交互作用共同解釋了40.12％的細根周轉(zhuǎn)變異。但同時也應(yīng)清楚認識到，在林窗條件下，細

10、根生物因子組分和土壤理化環(huán)境組分約束細根周轉(zhuǎn)特征的比例大多包含在林窗微氣候組分之中。因此，在林窗條件下，林窗微氣候的差異是導(dǎo)致細根生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)變異的主導(dǎo)因素，但其與其它因子的共同作用對細根周轉(zhuǎn)的影響也同樣重要。
　　綜上所述，川中丘陵區(qū)3個樹種細根有著不同存活策略，細根直徑、根序等級、土層分布和新生根出生季節(jié)對細根生長、死亡、壽命和周轉(zhuǎn)的影響較大，在林窗條件下，林窗微氣候的差異是導(dǎo)致細根生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)變異的主導(dǎo)因素，因此，適度的增加林窗