毛竹扩张时地下鞭特征、林分结构及土壤性状变化.pdf
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1、第 卷 第 期东 北 林 业 大 学 学 报.年 月 .)丽水市公益性技术应用研究项目()中央财政林业科技推广示范资金项目()第一作者简介:任树枭男 年 月生省部共建亚热带森林培育国家重点实验室(浙江农林大学)硕士研究生:.通信作者:王意锟丽水学院生态学院讲师:.收稿日期:年 月 日责任编辑:段柯羽毛竹扩张时地下鞭特征、林分结构及土壤性状变化)任树枭(省部共建亚热带森林培育国家重点实验室(浙江农林大学)杭州)王意锟 金爱武 朱强根季新良 马毅 方万力(丽水学院)(钱江源百山祖国家公园龙泉保护中心)摘 要 为探究毛竹()向针阔林扩张不同阶段时林分结构及毛竹地下鞭特征的差异以浙江凤阳山地区毛竹向针
2、阔林扩张过程中形成的 个不同阶段林地(林地(竞争排斥阶段林地)林地(优势维持阶段林地)林地(长期处于优势维持阶段林地)为研究对象通过冗余分析和热图()分析地下鞭特征与林分结构、土壤性状间的关系 结果表明:毛竹向针阔林扩张的不同阶段时林分结构、地下鞭的生物量、年龄结构存在明显差异 与竞争阶段的林地相比优势维持阶段的毛竹林分密度迅速提高并趋于稳定但毛竹胸径有所降低 毛竹地下幼龄鞭在竞争阶段和优势维持阶段的分布较多老龄鞭主要分布在长期优势维持阶段的林地壮龄鞭在 种不同扩张阶段的林地内均有大量分布 地下鞭特征与林地土壤性状的关系密切幼龄鞭、壮龄鞭的生物量与土壤有机碳、全氮、速效钾质量分数呈正相关老龄鞭
3、生物量、直径仅与土壤有效磷质量分数呈正相关土壤中优势类群前气门亚目()、中气门亚目()的分布密度与毛竹胸径呈显著正相关与毛竹密度、老龄鞭生物量呈显著负相关 毛竹林长期处于优势维持阶段后由于种群内对空间、资源的竞争导致林分结构和地下鞭系统出现衰退土壤有机碳、全氮质量分数等指标降低土壤动物群落结构与分布也受到影响需采用适当的人为干预措施进行有效的生态修复来维持其生态功能关键词 毛竹扩张林分结构地下鞭土壤理化性状土壤动物分类号./(.)()()/():.()()().毛竹()为禾本科刚竹属单轴散生型乔木具有产量高、生长快、用途广、可持续性强等特点 其在亚热带地区分布广泛是我国南方林区重要的经济林树种
4、之一 毛竹作为典型的大型克隆植物有着强大的无性繁殖能力可以依靠地下鞭根系统侵入相邻区域并通过生理整合、形态可塑等克隆特性与其他树种竞争空间和资源抢占生态位甚至将其他树种排斥出生态系统最终形成毛竹纯林 .发现缺乏人工干预的天然毛竹林以每年 的速度扩张 而毛竹在扩张过程中会使原生植物群落的结构与功能发生变化降低生物多样性及稳定性影响土壤理化性状毛竹扩张包括地下渗透、地上成竹、竞争排斥、优势维持等阶段 地下竹鞭是毛竹运输养分、孕育新竹的器官其具有形态可塑性在毛竹扩张的各个阶段均发挥重要作用 地下渗透阶段时竹鞭通过觅养行为侵入相邻林分拓展地下空间地上成竹阶段时地下鞭根的生理整合提供了毛竹新分株生长所需
5、养分及水分使新竹能够在荫蔽环境下存活 当前关于毛竹扩张后地下生态系统的研究主要为土壤有机碳矿化、凋落物分解、土壤生物多样性、细根生长策略等关于地下鞭在扩张过程中的生长变化及其对地上毛竹林分结构产生的影响尚少见报道 近年来浙西南地区竹产业遭受产业结构转型升级、环保高压等压力竹材价格下降而劳动力成本升高大量毛竹林失管抛荒并出现扩张现象对邻近生态系统造成了破坏 本研究以浙江龙泉市凤阳山地区扩张毛竹林为研究对象调查了 种扩张阶段时毛竹林地情况和地下鞭特征探究了毛竹在扩张及林分演替过程中地下鞭、林分结构变化规律及其与土壤理化性状、土壤动物的相互关系为有效防控毛竹林扩张及修复林地生态提供参考 试验区概况试
6、验区位于钱江源百山祖国家公园的龙泉凤阳山地区()地处浙江西南部毗邻福建属中亚热带季风气候受季风影响明显四季分明温暖湿润雨量充沛 年均气温.年均降水量.年均日照时间 .全年无霜期 森林覆盖率达.试验区位于海拔 处的大田坪及石梁凹 试验区内针阔林主要树种有马尾松()、木荷()、板栗()、杉木()、石灰花楸()等灌木主要有格药柃()、犄 角 杜 鹃()等 毛竹林为上世纪 年代引种后天然扩张形成无人为经营干扰林地基本情况见表 表 毛竹向针阔林扩张不同阶段下的林地基本情况样地类型毛竹胸径/株高/枝下高/冠幅/树龄/林分密度/株毛竹扩张后处于竞争排斥阶段的竹针阔混交林(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩
7、张后处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩张后长期处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)样地类型针阔树胸径/株高/枝下高/冠幅/树龄/林分密度/株毛竹扩张后处于竞争排斥阶段的竹针阔混交林(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩张后处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩张后长期处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)样地类型灌木胸径/株高/枝下高/冠幅/树龄/林分密度/株毛竹扩张后处于竞争排斥阶段的竹针阔混交林(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩张后处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.
8、)扩张后长期处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)注:表中数据为“平均值标准差”同列数据后不同小写字母表示相同树种在不同样地时差异显著(.)材料与方法.试验设计选取百山祖国家公园凤阳山区域内海拔、坡向等立地条件相近的 处毛竹向针阔林连续扩张的林地为研究对象根据前人对毛竹扩张阶段的界定将每处林地划分为 种阶段:毛竹扩张后处于竞争排斥阶段的竹针阔混交林(针阔树渐少毛竹数量增加并在乔冠层和灌木层取得优势)、扩张后进入优势维持阶段的毛竹林(针阔树大量死亡极少存活毛竹密度较高的林分)、扩张后长期处于优势维持阶段的毛竹林(毛竹密度较高且平均年龄较老的林分)每个阶段设置 个 样地林分结
9、构调查:对样地内毛竹及针阔树进行每木检尺记录地上株高、枝下高、胸径等指标 毛竹竹鞭特征调查:在每个样地对角线 角处及样地中心处共设置 个 样方 采用地下原位采挖法在样方内向下挖 使毛竹地下鞭露出并维持原有地下结构按土壤深度()划分为 个土层(、)对地下鞭特征进行调查 用游标卡尺测量竹鞭直 东 北 林 业 大 学 学 报 第 卷径钢卷尺测量竹鞭节间长以色泽、质地为依据判断竹鞭年龄记录竹鞭节数、年龄等数据 每个样方取不同年龄竹鞭带回实验室测定鲜质量及含水量计算各年龄鞭段生物量 竹鞭调查前在每个样方内使用土钻法分别取 、个土层的土样用于土壤理化性质测定与土壤动物鉴别土壤密度等物理性质采用环刀法测定土
10、壤有机质采用总有机碳分析仪测定土壤全氮采用凯氏定氮仪测定土壤动物采用 干漏斗法分离体视显微镜鉴别.数据处理利用 .进行方差分析与多重比较.对地下鞭特征与土壤理化性状、林分结构之间的关系进行冗余分析 结果与分析.毛竹扩张下地下鞭特征.毛竹扩张时地下鞭生物量地下鞭生物量是反应毛竹扩张能力的重要指标 由表 可知地下鞭在 土层分布最多但随着土层的加深数量逐渐减少 土层处 种阶段林地的壮龄鞭()所占比例较高且在 林地分布最多生物量达.、林地间壮龄鞭生物量差异不显著 土层幼龄鞭()生物量呈持续下降趋势与 林地相比、林地幼龄鞭生物量分别下降了.、.土层的老龄鞭()生物量则呈持续上升趋势 林地老龄鞭生物量分别
11、是、林地的.倍、.倍 种扩张阶段林地 土层的幼龄鞭较少地下鞭仍以壮龄鞭为主但 林地内存在大量老龄鞭 土层中壮龄鞭较少且各阶段林地间差异不显著老龄鞭仅在 林地有少量分布.地下鞭节间长在 土层幼龄鞭、老龄鞭的平均节间长在不同扩张阶段存在差异与 林地相比林地的幼龄鞭、老龄鞭平均节间长分别减小了.、.土层的幼龄鞭平均节间长也表现为相似的规律(表)林地壮龄鞭平均节间长随着土层的加深而显著增长而、林地壮龄鞭平均节间长在各土层无显著变化 由此可知 土层的壮龄鞭平均节间长在 种林地间差异不显著 土层的地下鞭以壮龄鞭为主且 林地的平均节间长显著大于、林地.地下鞭直径由表 可知壮龄鞭及老龄鞭直径在毛竹不同扩张阶段
12、及土层间均无显著差异幼龄鞭直径在不同扩张阶段存在差异 与 林地相比、林地 土层幼龄鞭的直径分别下降了.、.土层的幼龄鞭直径也表现为 林地较大 林地相对较小表 毛竹向针阔林扩张不同阶段时的竹鞭特征样地类型竹鞭生物量/幼龄鞭壮龄鞭老龄鞭 幼龄鞭壮龄鞭老龄鞭 幼龄鞭壮龄鞭老龄鞭毛竹扩张后处于竞争排斥阶段的竹针阔混交林(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩张后处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩张后长期处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)样地类型竹鞭节间长/幼龄鞭壮龄鞭老龄鞭 幼龄鞭壮龄鞭老龄鞭 幼龄鞭壮龄鞭老龄鞭毛竹扩张后处于
13、竞争排斥阶段的竹针阔混交林(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩张后处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩张后长期处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)样地类型竹鞭直径/幼龄鞭壮龄鞭老龄鞭 幼龄鞭壮龄鞭老龄鞭 幼龄鞭壮龄鞭老龄鞭毛竹扩张后处于竞争排斥阶段的竹针阔混交林(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩张后处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)扩张后长期处于优势维持阶段的毛竹林(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)注:表中数据为“平均值标准差”同列数据后不同小写字母表示同一土层及
14、鞭龄不同样地间差异显著(.)第 期 任树枭等:毛竹扩张时地下鞭特征、林分结构及土壤性状变化.毛竹地下鞭特征与地上林分结构的关系由表 可知在竞争排斥阶段的竹针阔混交林(样地)内毛竹林分密度为 .株针阔树与毛竹林分密度比为 .说明该阶段的毛竹利用自身鞭根的强大横向穿透性与形态可塑性向针阔林内入侵并借助生理整合及竹笋生长不受光影响的特性快速生长新分株与针阔树竞争并取得优势 至优势维持阶段的毛竹林(样地)毛竹林分密度达.株增加了.针阔树林分密度降至.株 针阔树大量减少的原因是由于毛竹生长快速吸收了大量土壤中的水分及养分并抢占了空间与光资源 此后毛竹林由于缺乏人为干预种内竞争和有限的空间限制了毛竹生长
15、因此扩张后长期处于优势维持阶段的毛竹林(样地)林分密度趋于稳定不再有明显增加但林分结构趋于衰退毛竹的平均树龄增大林地内老龄毛竹所占比例不断增加 毛竹胸径进入优势维持阶段后显著下降与 林地相比、林地的毛竹胸径分别下降了.、.对不同扩张阶段的地下鞭特征指标进行冗余分析()探讨地上林分结构与地下鞭特征的关系 从图 可知第一轴和第二轴的贡献率分别为.、.可以解释.以上原变量的特征幼龄鞭生物量分布在第一轴的正轴方向在 林地中较多与 林地呈负相关关系壮龄鞭、老龄鞭生物量均分布在第一轴的负轴方向壮龄鞭生物量在 林地相对较多老龄鞭生物量在 林地较多 毛竹的胸径、株高分布在第二轴的负轴方向毛竹林分密度分布在第二
16、轴的正轴方向 毛竹幼龄鞭生物量与胸径、株高呈正相关关系壮龄鞭、老龄鞭生物量与毛竹林分密度呈正相关关系 地下鞭节间长、直径均分布在第一轴的正轴方向幼龄鞭的节间长、直径与毛竹胸径存在正相关关系 为幼龄鞭生物量 为壮龄鞭生物量 为老龄鞭生物量 为幼龄鞭节间长 为壮龄鞭节间长 为老龄鞭节间长 为幼龄鞭地下鞭直径 为壮龄鞭地下鞭直径 为老龄鞭地下鞭直径图 毛竹林分结构与地下鞭特征冗余分析.毛竹地下鞭特征与土壤性状的关系.毛竹地下鞭特征与土壤理化性状的关系毛竹向针阔林扩张不同阶段时的土壤理化指标在土壤表层()差异较为显著但随着土层加深差异逐渐减小 种林地 土层的土壤理化指标均无显著差异 由表 可知处于竞争
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