论文部分内容阅读
林下植被培育是低效人工林转化的重要措施之一。林下植被是森林生态系统的重要组成部分,其在森林生态系统养分循环、生物多样性保育、生产力维持等方面发挥着十分重要的作用。林下植被的变化可能会通过改变养分表面富集化、林下和土壤微环境等因素影响森林生态系统养分循环。凋落物分解是森林生态系统最重要的生态过程之一,林下植被的变化可增加林下和土壤微环境的异质性、改变凋落物组成、促进凋落物分解过程的复杂性及机制多发性。森林郁闭度可通过影响达到下木层的光照水平影响林下植被,然而目前通过郁闭度控制研究林下植被发育及凋落叶分解特征的研究还十分少见。为此,本研究以长江中上游低山丘陵地区的马尾松(Pinus massoniana)人工林纯林生态系统为研究对象进行郁闭度梯度控制(分别形成0.9、0.8、0.7、0.6、0.5郁闭度),通过监测不同郁闭度林下植物种类、生活型与植物多样性,研究控制郁闭度对林下植被发育的影响;通过调查土壤环境因子及土壤生物因子的动态变化,采用凋落物分解袋实验,研究控制郁闭度对马尾松凋落叶质量损失、养分释放及两种难降解物质的降解特征的影响。结果显示:(1)在两年的监测期中,在中低郁闭度中(0.5-0.7郁闭度),马尾松人工林林下植物的种类从13种增加到了31种,且种类数随着郁闭度的降低而升高。林下植被以高位芽为主,其次是地面芽、地下芽植物。随着郁闭度的降低小型高位芽与地面芽植物的百分比减少。在0.5-0.7郁闭度中林下植被生活型层次更加复杂,其群落结构更稳定。林下植物的Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数和Shannon-wiener物种多样性指数随着郁闭度的降低而增大,但灌木植物的种类数与林下植物的Pielou均匀度指数在0.5郁闭度下有所降低。在0.6郁闭度下林下植物的种类、多样性最丰富,更利于林下植被的发育。(2)郁闭度对林下灌木、草本植物均有影响。林下灌木植物(枹栎,Quercus serrata)叶片中C含量随郁闭度的变化差异显著,且在0.6、0.7郁闭度中含量高于其余3个郁闭度,郁闭度对林下植物(枹栎、山菅兰,Dianella ensifolia)叶片中的N含量影响不显著,枹栎、山菅兰叶片的N含量在0.5郁闭度时最低。而P含量在枹栎与山菅兰叶片中随郁闭度的改变呈现出了不同的变化趋势,随郁闭度的降低枹栎叶片P含量降低,而山菅兰叶片P含量增高。林下两种植物的C/N在0.5郁闭度相较于0.9郁闭度有显著的提高,枹栎叶片中C/P在0.5郁闭度有显著提高。对于两种植物叶片中N/P来说郁闭度对其无显著影响。枹栎叶片中的N/P介于10-18之间受到N、P的共同限制,山菅兰叶片中的N/P大于18,说明其受P元素的限制。(3)土壤养分含量主要受到季节与郁闭度的共同影响,在两年监测期中(除2014年冬季与2016年春季外),土壤中的有机C含量在0.6-0.8郁闭度下较低,低于0.5与0.9郁闭度。各郁闭度土壤有机C含量都在春季体现出最大值。季节对各郁闭度土壤中的C/N、C/P有显著影响;在整个采样期间土壤中C/N、C/P都在0.6-0.8郁闭度中体现出最小值(除2014年冬季与2016年春季),各郁闭度土壤C/N、C/P都在春季体现出最大值。(4)在两年的采样期中,凋落叶的质量损失随着郁闭度的降低而增加。凋落叶的C、N、P、Lignin和Cellulose残留量均在0.6、0.7郁闭度下最低。马尾松凋落叶C、N、P的释放与Lignin、Cellulose的降解主要发生在第一年,其中凋落叶中N元素在第二年(575-768天)的释放中表现出富集过程,而P元素在第一年的末期(300-330天)与第二年的初期、中期(330-672天)表现出富集过程。马尾松凋落叶中的C、N、P、Lignin、Cellulose在第一年的释放率(降解率)均占其两年释放率(降解率)的重要比例,且0.6、0.7郁闭度下凋落叶各元素释放(降解)衰减系数显著大于其他各郁闭度,即0.6、0.7郁闭度加速了凋落叶的养分释放及难降解物质的降解。在两年的采样期中,各郁闭度下马尾松凋落叶的C/N、C/P、N/P、Lignin/N、Lignin/P和Lignin/Cellulose随时间的行进均呈现出先升高后降低的趋势。在不同郁闭度下,由于0.6、0.7郁闭度促进了凋落叶N、P、Cellulose的释放与降解,导致C/N、C/P、N/P、Lignin/N、Lignin/P和Lignin/Cellulose在0.6、0.7郁闭度下比值最高。(5)在两年的监测期中,在0.5-0.7郁闭度中,随郁闭度的增加中小型土壤动物总个体数及凋落物层中小型土壤动物的个体数显著增加;在整个采样期中,大型土壤动物与中小型土壤动物的多样性在土壤层中差异显著。中小型土壤动物Simpson优势度指数随郁闭度增大而减小,Shannon-wiener多样性指数、Pielou均匀性指数则显著增大,在0.5-0.6郁闭度中Margalef丰富度指数显著增高。采样时间对大型、中小型土壤动物的影响显著,在凋落物层和土壤层中,均体现为春季个体密度最高。大型土壤动物在冬季个体密度最低,而中小型土壤动物在夏季个体密度最低。对于大型与中小型土壤动物多样性来说,随季节的改变0.6、0.7郁闭度差异不显著,体现出最高的种类稳定性。(6)相对光强对林下植被的多样性及典型植物的养分含量部分存在显著甚至极显著的相关关系。相对光强、相对湿度与土壤养分含量对土壤动物个体密度与多样性指数部分存在显著甚至极显著的相关关系。在两年的采样期内相对光强、土壤养分含量、林下植物多样性、土壤动物个体密度、多样性指数与凋落叶质量损失率、养分释放率以及木质素、纤维素降解率和凋落叶基质质量变化部分存在显著甚至极显著的相关关系。土壤动物与凋落物分解的相关关系最为显著。综上所述,郁闭度对林下植被、土壤养分含量、凋落叶的分解及林下土壤动物均有显著影响,且郁闭度控制在0.6-0.7范围内,林下植被与土壤动物具有较高的种类稳定性,更有利于林下植被的发育,有利于凋落叶养分的释放与难降解物质的降解。