台湾桤木与扁穗牛鞭草复合模式凋落物分解及土壤养分动态研究

论文摘要

我国人工林存在造林树种单一、针叶化、地力衰退等较为严重的生态问题。林草复合系统是一种可持续土地利用方式,它在控制水土流失、改善生态环境、改良土壤、提高生物生产力、充分利用自然资源和提高经济效益等方面有着巨大的潜力。因此,选择适当的林草复合模式,对于了解人工林地力退化机理和采取相应维护措施,以及森林的可持续经营具有重要意义。台湾桤木（Alnus formosana）又称台湾赤杨,属桦木科赤杨属落叶乔木,是一种非豆科固氮速生树种,原产台湾,在当地是重要的阳性先锋树种,具有改良土壤的作用。台湾桤木干形通直、高大,质地优良,生长快,适应性强,耐瘠薄,能固氮,木材系台湾二级商品材。国内有关台湾桤木的研究还比较少,对台湾桤木凋落物数量、组成、分解、养分释放等许多特性都尚未见系统报道。为了全面了解台湾桤木+扁穗牛鞭草复合模式的生物生态学特性,以及与桤木纯林的差异,自2008年7月起,本试验选择四川省眉山市丹棱县境内退耕还林地营造的台湾桤木林,并根据当地的自然环境条件选择适宜草种建立了两种模式（A：台湾桤木+扁穗牛鞭草、B：台湾桤木）为研究对象,对其凋落物数量、组成及季节动态,分解过程中养分释放特点,以及林地土壤养分动态等,进行了为期1a的系统研究,并结合地上、地下部分对该模式的可持续生产和经营进行评价,为台湾桤木+扁穗牛鞭草复合模式可持续经营提供依据。研究结果表明：（1）A、B两种模式年凋落量分别为5671.88和5010.61 kg·hm-2；A、B模式叶的凋落量为A>B,枝的凋落量为B≈A,根的凋落量为A>B；凋落量的季节变化趋势叶为：冬>春>秋>夏,枝为：夏>秋>春>冬,根为：夏>秋>冬>春。（2）A、B两种模式凋落物年分解速率表现为：叶>根>枝。按照指数模型y=ae-kt,得到不同组分凋落物分解残留率随时间的指数回归方程,拟合程度较好,所有组分干质量损失率与时间均呈负指数关系。（3）通过对凋落物初始底物质量与其干重损失率相关分析,结果表明：木质素与各组分凋落物分解速率显著相关（P<0.01）。因此,木质素含量是预测凋落物分解速率的重要指标。与其它区域凋落物分解的比较,本研究两模式凋落枝、叶、根分解1a后的年失重率为54.7%、66.6%和45.1%,均在亚热带凋落物年失重率40%～70%范围内。（4）分解初期凋落物N、Ca的浓度呈明显上升趋势,C、K浓度则有一个明显的下降过程,P、Mg浓度呈现不规则小幅波动,除Ca外,各养分元素在分解过程中均有一个明显下降过程,两模式凋落物N、P、K浓度变化趋势相似,其余养分浓度表现出不同的规律。（5）凋落物分解过程中C, K, Mg（除枝外）的残留率与其干质量残留率变化趋势相似,而N, P、Ca的残留率下降相对缓慢,C在各模式中始终表现为净释放。林草细根分解过程中C、N, P、K、Ca释放速率较B模式细根快,叶N、P、K、Ca、Mg、C养分释放率在两个模式间差异不显著；枝N、P, Mg差异显著,K、Ca, C差异不显著；根系除Ca外养分释放率差异均显著。（6）1a中台湾桤木+牛鞭草模式中凋落物（包括落叶、落枝和根）N、P、K的养分释放总量分别为26.16、3.34和23.79 kg·hm-2,B模式的分别为22.87、2.87和20.16kg·hm-2。1a中两模式凋落物枝、叶、根各组分间的养分释放量差异均显著（P<0.05）,说明凋落物的质量是影响凋落物分解和养分释放的关键因素；A模式凋落物N、P、K养分元素释放总量高于B对应元素释放总量（P<0.05）,说明与桤木林相比,台湾桤木+牛鞭草模式具有较高的年凋落物归还量和养分释放量,更有利于养分的再循环,这对维持台湾桤木林地的地力有重要作用。（7）除了土壤有效P以外,土壤有机质、全N、全P、水解N、速效K含量在1a后都有不同程度的上升,无论是A模式还是B模式中0-10 cm土层土壤养分含量在1a内大部分时间里都高于10-20 cm土层；无论在0-10 cm土层内还是10-20 cm土层,林草模式土壤有机质及养分含量1a内大部分时间里都高于B模式。对凋落物养分释放量与土壤养分含量进行相关分析表明,凋落物分解过程中的养分释放对土壤养分有明显的影响,使土壤养分含量都有不同程度的增加,但相关分析还表明除全K、速效K外,其他的养分大都与凋落物的释放不相关。通过对土壤pH/T/H与凋落物分解的相关性分析表明,除凋落枝外,土壤pH/T/H与不同模式凋落物的分解呈显著正相关关系（P<0.05,P<0.01）,对凋落物分解的重要性依次为：土壤湿度、土壤温度、土壤pH。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 森林凋落物研究进展
• 1.1.1 森林凋落物基本概念
• 1.1.2 凋落量研究进展
• 1.1.3 凋落物分解研究进展
• 1.2 研究对象概述
• 1.3 研究的目的与意义
• 2 试验区概况和研究方法
• 2.1 试验区概况
• 2.2 研究内容与方法
• 2.2.1 模式构建和标准地设置
• 2.2.2 凋落物凋落量动态试验
• 2.2.3 凋落物分解试验
• 2.2.4 土壤养分动态
• 2.2.5 土壤温度、湿度测定
• 2.3 室内分析方法
• 2.4 技术路线
• 2.5 数据处理与分析
• 3 结果与分析
• 3.1 凋落物凋落量动态
• 3.1.1 凋落物量和组成特征
• 3.1.2 凋落量月动态
• 3.2 凋落物分解
• 3.2.1 凋落物的分解速率动态
• 3.2.2 影响凋落物分解质量指标
• 3.2.3 两模式凋落物分解过程中养分浓度动态
• 3.2.4 两模式凋落物分解养分残留率的变化
• 3.2.5 凋落物的分解速率与其分解过程中养分含量的相关性分析
• 3.2.6 凋落物分解过程中养分元素的归还速率
• 3.2.7 凋落物养分元素的释放量
• 3.3 土壤养分动态
• 3.3.1 土壤pH、有机质、全N、全P、全K的变化
• 3.3.2 土壤速效养分的变化
• 3.3.3 凋落物养分与土壤养分的相关关系
• 3.3.4 凋落物分解与土壤pH、土壤温度和湿度的关系
• 4 讨论
• 4.1 凋落物数量及动态
• 4.2 凋落物分解
• 4.2.1 凋落物分解的阶段性
• 4.2.2 凋落物分解的影响因素
• 4.2.3 凋落物分解过程中养分浓度动态
• 4.2.4 凋落物分解过程中养分残留率的变化
• 4.2.5 凋落物分解过程中养分元素的归还率与释放量
• 4.3 土壤养分动态
• 5 结论
• 6 展望
• 参考文献
• 致谢