一個年齡序列巨桉人工林地上-地下生物多樣性.pdf

1、人工林在為人類提供木材、減緩大氣CO2濃度上升、增加陸地森林覆蓋率和減緩人類對天然林依賴的同時，也帶來了生物多樣性下降、綠色沙漠、抽水機、抽肥機、化感作用等人類普遍關(guān)注的林業(yè)生態(tài)問題。如何使人工林在滿足人類對木材的需求的同時發(fā)揮其應有的生態(tài)功能是當前森林生態(tài)研究的熱點之一。對于人工林生物多樣性的研究將有助于提高人工林的經(jīng)營與管理水平，減少其負面效應。由于以往研究的環(huán)境背景不同或僅選取一個短倫伐周期內(nèi)某一林齡桉樹人工林為研究對象，使得目前

2、桉樹人工林生物多樣性爭議頗多；另外，森林地上和地下生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系是密切的，這種復雜的相互關(guān)系能夠反饋從而調(diào)控整個生態(tài)系統(tǒng)。但目前，對于桉樹人工林的地上/地下部分生物多樣性在群落和生態(tài)系統(tǒng)水平上的系統(tǒng)研究還很缺乏。基于此，本研究于2007-2009年，采用立地條件控制的方法，選擇1-10年生巨桉(Eucalyptusgrandis)人工林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象進行研究，將有助于揭示在退耕還林過程中，土壤條件由農(nóng)田轉(zhuǎn)為林地，巨桉人工林生態(tài)系

3、統(tǒng)生物多樣性的形成過程、生物多樣性與其生態(tài)系統(tǒng)功能之間的關(guān)系，進而探明種植巨桉人工林本身會對生物多樣性的形成及生態(tài)環(huán)境造成何種影響。結(jié)果如下：
　　 (1)巨桉根和土壤中都存在化感物質(zhì)，且輪伐期前化感物質(zhì)含量高(2-4年)化感作用強烈，超出輪伐期化感作用減弱。三種受體植物幼苗生長隨根水浸提液濃度升高而降低，輪伐期前巨桉根水浸提液的抑制性更強。4年生巨桉根水浸提液在其最高濃度時對受體植物萌發(fā)抑制作用最強，對三種受體抑制率分別為48

4、，51.2，56.56％；輪伐期前（4年時）根際土壤對受體植物的抑制作用最大，其次是2年生巨桉，輪伐期至超出輪伐期根際土壤對受體植物表現(xiàn)隨林齡而增強的促進作用。28種化感潛力物質(zhì)存在于巨桉根中，烷烴、芳烴、酚、長鏈脂肪酸的相對含量在輪伐期前(2，4年)較高，第8年時最低；烯烴、萜、酮的含量在巨桉根中含量較低，但是其相對含量也呈現(xiàn)以上變化趨勢；巨桉根際土壤中存在38種化學成分，烷烴、1,2-苯二甲酸，二異辛酯、單(2-乙基己基)鄰苯二甲酸

5、酯在輪伐期前巨桉根際土壤中含量較高；巨桉根和根際土壤中存在20種化學成分包括烷烴、芳烴、芳香酯、酚(Ci=0.47)。
　　 (2)退耕地營造巨桉人工林10年后，林下植被得以恢復。一個年齡序列巨桉人工林林下共出現(xiàn)植物種類為77種分屬44科，65屬，以灌木和草本為主，喬木、藤本、蕨類依次次之，草本植物在物種和個體數(shù)量上均占據(jù)優(yōu)勢。從群落水平上，林下植被物種數(shù)和單位面積植物個體豐富度在輪伐期前（1-3年）增加，隨后兩年（4-5年）降

6、低，輪伐期至超出輪伐期顯著增加，10年時這兩個指標分別增加為第1年的5.60和5.83倍。林下植被以高位芽植物為主，之后依次是地上芽植物、地面芽植物和一年生草本、隱芽植物最少。隨著林齡的增加，10年時，林下植被中不同生活型和生長型的物種豐富度較第1年分別增加了4.09and5.22倍，高位芽植物物種數(shù)增加了10.67倍。β多樣性指數(shù)顯示輪伐期前物種更替速率快，超出輪伐期物種更替速率減緩。
　　 (3)1-10年巨桉人工林共收獲3

7、0種土壤動物，隸屬7門，14綱，33目，四季分別收獲土壤動物3068、4355、8326、3690頭。春、夏、秋、冬四季土壤動物密度輪伐期前至輪伐期（1-4或5年）降低，輪伐期至超出輪伐期顯著增加，第10年土壤動物密度分別為第1年的2.02，2.47，3.01，2.41倍。偶爾出現(xiàn)逆向分布，各林齡土壤動物均主要聚集在凋落物層且隨土層加深而降低。小型土壤動物在各林齡土壤中占據(jù)數(shù)量優(yōu)勢。各林齡土壤動物多樣性指數(shù)除密度類群指數(shù)呈秋季＞春季＞夏

8、季＞冬季外，其余指數(shù)季節(jié)變化不一致。土壤原生動物密度輪伐期前至輪伐期（1-6年）先增加后降低，超出輪伐期增加，10年時其密度為1年時的2.30倍。
　　 (4)四季，各林齡巨桉人工林捕食性、植食性土壤動物數(shù)量和比例都較低，植食性功能群最低，隨林齡增加，植食性土壤動物數(shù)量和比例變化顯著性不一，但均呈降低趨勢；捕食性功能群數(shù)量和比例夏季和冬季有不顯著上升，春秋季節(jié)均有顯著降低趨勢。四季，雜食性土壤動物功能團數(shù)量和比例輪伐期前至輪伐期

9、(1-5年)時降低，輪伐期和超出輪伐期顯著增加；春、夏、秋、冬季，超出輪伐期（10年時）雜食性土壤動物數(shù)量分別為1年時的10.6、14.5、4.71、9.20倍。腐食性功能團數(shù)量，春、夏、秋輪伐期前(1-5或6年)降低，而后隨林齡顯著增加；冬季其數(shù)量與比例輪伐期前至輪伐期，1-3年顯著增加，3-5年降低，而后隨林齡顯著增加；該功能團比例低林齡時波動較大，總體趨勢是顯著降低；10年時腐食性土壤動物數(shù)量分別為1年時的1.17、1.15、2.

10、50、2.26倍。各功能群土壤動物季節(jié)變化不一致，共性特征是各功能種團秋季數(shù)量和比例最大。
　　 (5)一個生長季節(jié)內(nèi)，各類群土壤微生物數(shù)量變化不一致，但微生物總數(shù)均出現(xiàn)輪伐期前至輪伐期(1-4或者5年)降低，此后隨林齡增加顯著升高的變化趨勢。四季，土壤微生物總數(shù)季節(jié)變化一致，即秋季＞春季＞夏季＞冬季。4年冬季土壤微生物數(shù)量最低(21.79×106CFU·g-1)，10年秋季最高(132.61×106CFU·g-1)。春、夏、秋

11、、冬季，超出輪伐期10年時土壤動物密度為1年時的1.97、0.85、2.21、1.50倍。土壤細菌、放線菌、真菌、及微生物總數(shù)呈明顯垂直變化凋落物層最豐富，隨土層加深而降低，偶爾出現(xiàn)逆向分布。土壤細菌在土壤微生物類群中占絕對優(yōu)勢，放線菌次之、真菌數(shù)量最低。四季土壤微生物多樣性指數(shù)，Pielou和Shannon-wiener指數(shù)輪伐期前(1-3或4年)有波動的增加，而后隨林齡逐漸減??；Simpson指數(shù)呈相反趨勢。
　　 (6)輪

12、伐期前至輪伐期，土壤微生物量碳(MBC)含量，春季（1-4年）先增加后降低，4年時降低到最低；夏季，MBC含量1-5年呈Ⅳ形變化；秋冬季MBC含量在1-3年上升，4-5年下降。四季輪伐期至超出輪伐期，MBC含量隨林齡增加而增加，超出輪伐期（第10年時）MBC含量分別為第1年的4.69，4.94，2.82，4.94倍。四季，隨林齡增加，土壤微生物量氮(MBN)含量變化較為一致，即輪伐期前降低，輪伐期和超出輪伐期隨林齡加而增長，春、夏、秋、

13、冬季10年時其含量分別增為1年時的3.59、3.26、1.83、6.59倍。
　　 (7)一個年齡序列巨桉人工林地上/地下部分生物多樣性顯著相關(guān)；地上植物、土壤微生物、動物多樣性與土壤理化性質(zhì)顯著相關(guān)。地上/地下生物多樣性特征指數(shù)（豐富度，多樣性指數(shù)）呈顯著相關(guān)。巨桉人工林造林10年，植物多樣性得到恢復，土壤微生物豐富度和多樣性指數(shù)較耕地有所升高，但不及對照馬尾松林(＞30a)；土壤動物密度和多樣性指數(shù)輪伐期前與耕地差異不顯著，