干热河谷印楝和大叶相思人工林生物量分配规律与养分循环特征研究

论文摘要

印楝因其耐旱和多功能性，在我国西南干热河谷广泛种植，而大叶相思具根瘤，是良好的辅佐、护土改土的速生树种，作为干热河谷地区适宜造林树种，印楝和大叶相思人工林的营造对该地区水土保持、土壤改良、生态防护、区域经济等方面具有重要意义。为探明印楝和大叶相思在不同营林模式下的生长能力、营养利用机制、养分分配及养分循环特征，并评价两树种在干热河谷的混交效益，于2010年9月至2012年4月，采用标准地法，对元谋干热河谷地区10a生印楝纯林、大叶相思纯林及印楝+大叶相思混交林生物量及其分配与分布特征、凋落物及其分解、养分转移、养分分配及养分循环特征进行了研究，主要结论如下：（1）印楝+大叶相思混交林生物量较印楝纯林提高了47.9%，较大叶相思纯林下降了30.8%。混交林内，大叶相思改变了印楝枝和叶在空间上的配置，这对于混交林冠层在干热河谷雨季有效截留降水，防止雨水对林地土壤的直接冲击具有重要意义。混交林中大叶相思平均单株根系生物量较纯林提高，印楝单株根系生物量则下降；不过，中根、小根和细根生物量则以纯林内大叶相思高于混交林，纯林内印楝低于混交林；且混交林内两个树种的各级侧根总生物量比例高于任一树种纯林。所营造的人工林树种根系大部分（65.8%～74.8%）都生长和分布于林地土壤表层（0～0.2m），这对于人工林发挥固土、保土等生态防护效益具有重要意义，该土层是人工植被水肥管理和经营的关键部分。（2）大叶相思纯林凋落物现存量及年凋落量最大，其次是混交林，印楝纯林最低。各林分旱季（11-5月）凋落量较雨季（6-10月）高。将印楝和大叶相思混交种植后，促进了印楝凋落叶的分解，但并未促进大叶相思凋落叶的分解，印楝和大叶相思混合分解时存在一定程度的相互促进作用。且不同林分下凋落叶内N、P和K元素均发生了明显的转移现象，大叶相思N转移率较小，凋落叶中N含量高。混交林内印楝N和P的转移率要高于纯林，对这两种元素需求强烈。各林分下Ca和Mg随叶片衰老不断积累，主要通过凋落物的形式归还到林地中。（3）印楝纯林内土壤全N、全P、全K及其速效养分含量均显著低于混交林。而大叶相思纯林内除速效K显著低于混交林外，两种林分下其它土壤养分元素含量差异不显著。印楝与具有固氮能力的大叶相思混交后，在一定程度上提高了混交林内土壤养分含量。混交林中印楝各器官（除干外）N、P含量均高于纯林。印楝通过奢侈吸收提高植物体内养分含量，并在纯林和混交林内各器官中呈现不同的养分分布格局。大叶相思在纯林和混交林下养分含量分布格局差异较小，尤其是N元素，分布格局并未发生改变。纯林下印楝叶内N/P比（8.0）要小于混交林（11.1）；而纯林内大叶相思叶内N/P比（20.5）要大于混交林（16.1）。即印楝相对于大叶相思表现为对N素的缺乏，而大叶相思则表现为对P素的缺乏。纯林内印楝相对于混交林，表现为对N的匮乏，而纯林内大叶相思相对于混交林则表现为对P素的缺乏。（4）印楝纯林、大叶相思纯林及印楝+大叶相思混交林5种营养元素的总积累量为333.045～725.610kg·hm-2，年存留量为62.719～162.185kg·hm-2·a-1，总归还量为48.818～88.862kg·hm-2·a-1，年吸收量为251.047～111.537kg·hm-2·a-1，均以大叶相思纯林最高，其次是混交林，印楝纯林最低。5种养分元素利用系数在0.335～0.389之间，循环系数为0.393～0.438，周转期为6.540～8.166a。印楝纯林内N和P的循环速率低，周转期最长，维持地力的能力差，消耗更多的养分，不利于林地生产力的维持。大叶相思纯林内N和P的循环速率较其它林分最大，周转期最短，养分归还量最大，更有利于林地养分（N、P和K）和生产力的维持。将印楝与大叶相思混交种植后，混交林内养分吸收量和归还量为印楝纯林的167.2%和186.2%，N、P和K的循环速率大于印楝纯林，周转期明显短于印楝纯林，Ca的周转期短于大叶相思纯林的50%，因此将印楝和大叶相思混交种植后，有利于维持和改善土壤肥力，提高土壤养分供给能力和林分生产力。本研究进一步验证了印楝和大叶相思人工林在干热河谷地区的生态防护功能，并建议根据不同恢复模式下印楝和大叶相思人工林生物量分布与养分循环特征采取合理的水肥管理与林分结构调控等人工植被恢复策略。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 目的与意义
• 1.1.3 项目来源与经费支持
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 生物量研究概况
• 1.2.2 养分循环研究概况
• 1.2.3 印楝和大叶相思研究现状
• 1.3 存在的问题与展望
• 1.4 研究目标与主要内容
• 1.4.1 关键的科学问题与研究目标
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.5 技术路线
• 第二章 试验材料与研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 试验林概况
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 标准地调查
• 2.3.2 生物量测定方法
• 2.3.3 凋落物调查方法
• 2.3.4 养分转移研究方法
• 2.3.5 植物样品采集
• 2.3.6 样品分析
• 2.4 数据分析
• 2.4.1 生物量分配与空间分布
• 2.4.2 凋落叶分解
• 2.4.3 养分转移率计算
• 2.4.4 林木养分含量特征与人工林养分循环
• 第三章 结果与分析
• 3.1 人工林生物量及其分配特征
• 3.1.1 生物量及其分配
• 3.1.2 地上生物量空间分布特征
• 3.1.3 生物量回归模型
• 3.1.4 树种器官异速生长关系
• 3.1.5 小结
• 3.2 人工林地下生物量及其分布
• 3.2.1 根系生物量及其分配
• 3.2.2 根系生物量垂直分布特征
• 3.2.3 根系生物量水平分布特征
• 3.2.4 小结
• 3.3 人工林凋落物及其分解
• 3.3.1 凋落物现存量
• 3.3.2 年凋落量
• 3.3.3 凋落物的分解动态
• 3.3.4 小结
• 3.4 人工林养分转移特征
• 3.4.1 叶凋落前后养分含量特征
• 3.4.2 养分转移率
• 3.4.3 养分转移率与叶内养分含量关系
• 3.4.4 小结
• 3.5 人工林营养结构特征
• 3.5.1 林地土壤养分特征
• 3.5.2 植物体内营养结构特征
• 3.5.3 养分富集系数
• 3.5.4 小结
• 3.6 人工林养分循环特征
• 3.6.1 养分的积累与分配
• 3.6.2 养分的年存留量
• 3.6.3 养分元素的生物循环
• 3.6.4 小结
• 第四章 结论、讨论和展望
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 4.2.1 人工林生物量
• 4.2.2 人工林养分
• 4.3 展望
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢