林下植被和土壤酸碱度对桢楠林分生长及土壤特性的影响

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桢楠(Phoebe zhennan S.Lee)又称楠木,为樟科(Lauraceae)楠属(Phoebe)常绿大乔木,为国家Ⅱ级重点保护树种,我国特有的珍贵用材树种,天然分布主要在我国四川、重庆、贵州、湖北等地,是组成常绿阔叶林的主要树种。楠木素有“白木之首”“软木之王”等美称,在历史上是皇家贵族所用之木。但由于桢楠天然生长缓慢,加之历代对其成木过度利用,而忽视其幼树培育,导致现今我国桢楠资源天然资源较少,成面积分布的天然林更少。随着人们物质生活水平日益增长,对桢楠木材的需求锐增,供求矛盾加剧,加快桢楠人工用材林培育是解决这一问题的主要途径。目前桢楠人工造林面积很大,但人工林的栽培现状较为混乱,很难培育出符合社会需求的速生丰产用材林分。目前我国开展了大规模的桢楠人工造林活动,根据我们前期调查显示,立地条件(尤其是土壤的酸碱环境)和林下植被是制约桢楠人工林生长的关键因素。然而,林下植被和立地酸碱环境是如何影响桢楠林分生长和土壤特性的目前还不明确,相关研究理论还很欠缺。因此,本研究以重庆市永川区国有林场不同土壤酸碱环境下桢楠人工林为研究对象,探讨了林下植被去除与保留措施和林地酸碱环境对桢楠林分生长及土壤特性的影响,确定了影响桢楠林分生长的关键土壤因子,揭示了桢楠人工林林下植被群落格局和土壤环境因子的关联关系,解决了阻碍桢楠人工林高效培育的关键问题,为桢楠生产实践中造林地选择和林下植被管理提供一定的理论依据。取得的主要结果如下:(1)林下植被和土壤酸碱度对桢楠生长的影响:桢楠生长受林下植被影响显著,但不同土壤酸碱环境下存在差异。在酸性土壤环境下去除林下植被可显著提升树高、冠幅和叶面积的生长(P<0.05),增幅分别15.41%、18.74%和48.08%,但地径增长不显著(P>0.05);在中性土壤环境下去除林下植被显著提高了桢楠平均树高、地径、冠幅和叶面积(P<0.05),增幅分别为10.09%、10.28%、8.09%和38.99%;在碱性土壤环境下去除林下植被可显著增加桢楠的冠幅和叶面积(P<0.05),增幅为18.57%和62.81%,平均树高和地径高于CK,但与CK差异不显著(P>0.05)。去除林下植被下桢楠叶片虫洞显著低于CK(P<0.05)。土壤酸碱环境对桢楠林分生长的影响较大,碱性土上桢楠叶面积显著高于中性土和酸性土(P<0.05),树高生长表现为碱性土>中性土>酸性土。在去除林下植被措施中,地径和冠幅生长表现为中性土>酸性土>碱性土;在林下植被保留中,地径生长表现为中性土>碱性土>酸性土,冠幅生长表现为中性土>酸性土>碱性土。(2)林下植被和土壤酸碱度对桢楠光合特性的影响:桢楠光合特性受林下植被影响显著,但不同土壤酸碱环境下存在差异。在酸性土壤环境下去除林下植被显著提升了桢楠叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、类胡萝卜素(Car)含量和净光合速率(Pn)(P<0.05),但叶片气体交换参数和Ls值受林下植被影响不显著(P>0.05);在中性土壤环境下去除林下植被显著提升了桢楠Chla、Chlb、气孔导度(Gs)(P<0.05),降低了水分利用率(WUE)但不显著(P>0.05);在碱性土壤环境下去除林下植被桢楠光合色素受林下植被影响较小,去除林下植被显著提升了Pn、Tr和Gs(P<0.05),增幅分别达124.34%、16.72%和22.00%。土壤酸碱环境对桢楠林分光合特性影响显著,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量在不同酸碱度林地表现为酸性土>中性土>碱性土,净光合速率(Pn)大小表现为碱性土>中性土>酸性土,蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)大小表现为中性土>碱性土>酸性土,且三者间差异显著(P<0.05);胞间CO2(Ci)、气孔限制值(Ls)在不同土壤酸碱环境间差异不显著(P>0.05)。(3)林下植被和土壤酸碱度对桢楠林地土壤特性的影响:桢楠林地土壤性质受林下植被影响显著,但不同土壤酸碱环境下林下植被对林地土壤特性的影响存在差异。在酸性土壤环境下,去除林下植被显著增加了土壤容重(BD)、有机质(OM)、碱解氮(AN)含量和酸性磷酸酶(ACP)、过氧化氢酶(CAT)、蔗糖酶(SC)和脲酶(UE)活性(P<0.05),显著降低了总毛管孔隙度(TPO)、毛管孔隙度(CPO)、自然含水率(NCO)、田间持水量(FCA)、饱和含水量(SCA)、全磷(TP)、全钾(TK)、有效磷(OP)、速效钾(AK)含量(P<0.05);在中性土壤环境下,去除林下植被对桢楠林地土壤物理性质影响不显著(P>0.05),但显著增加了OM、全氮(TN)、TK、AN、AK含量和ACP、UE等酶的活性(P<0.05),显著降低了OP含量及CAT和SC活性(P<0.05);在碱性土壤环境下,去除林下植被显著增加了OM、TN、TP、AN、OP、AK含量和CAT、SC、UE活性,显著降低了NCO、ACP(P<0.05)。土壤酸碱环境对桢楠林地土壤特性影响显著,TPO、CPO、NCO、FCA、CAT、SC、UE、OM和土壤氮磷钾含量均为碱性土>中性土>酸性土,且差异显著(P<0.05);ACP在酸性土和中性土显著高于碱性土(P<0.05);BD、APO、SCA在不同酸碱环境林地间差异不显著(P>0.05)。影响桢楠生长的主要土壤环境因子为ACP、TK和CPO。影响桢楠光合特性的主要土壤环境因子为土壤养分。(4)桢楠林下植被多样性与土壤环境的关联性:林下植被多样性与林地土壤酸碱环境密切相关。在酸性土壤环境下,林下植被类群数(G)与土壤非毛管孔隙度(APO)呈显著负相关(P<0.05);Shannon-Wiener多样性指数(SH)与有效磷(OP)、饱和含水量(SCA)、速效钾(AK)呈显著负相关;Simpson优势度指数(SI)与田间持水量(FCA)、毛管孔隙度(CPO)呈显著负相关(P<0.05)。在中性土壤环境下,G、Richness丰富度指数(R)与全钾(TK)呈显著负相关(P<0.05);SH与蔗糖酶(SC)和脲酶(UE)呈显著负相关(P<0.05);SI与容重(BD)、总孔隙度(TPO)呈显著负相关(P<0.05)。在碱性土壤环境下,N与过氧化氢酶(CAT)、SC和CPO呈极显著正相关(P<0.05);R与自然含水率(NCO)呈显著负相关(P<0.05);SH与CPO呈显著负相(P<0.05);SI与OP呈显著正相关,SI与APO呈显著负相关(P<0.05)。
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