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《贵州大学》 2017年
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马尾松凋落物特性及松针分解过程与调控研究

陆晓辉  
【摘要】:马尾松(Pinus massoniana)是中国南方最主要用材树种。凋落物作为地上生态系统与地下生态系统的耦合部分,其分解产物是林地植物的主要营养来源,也是林下土壤肥力得以维持的重要保障。马尾松松针自身固有特性阻碍了微生物的腐解作用,也不利于降水淋洗和土壤动物的破坏,分解缓慢。因此,深入认识马尾松凋落物特性和分解过程,促进凋落物分解,提高养分归还速度,维持地力稳定,已成为马尾松人工林可持续经营中的关键问题之一。开展马尾松凋落物特性、松针分解过程及土壤对松针分解响应研究,将进一步明确马尾松森林生态系统养分循环的过程和规律,有利于认识林地生产力的维持机制与生态学过程。研究多种调控因素干预松针分解的作用效果及途径,将获得有效提高松针分解速率的人工调控手段,为马尾松林地土壤肥力的维持和提高提供新方法。本研究成果将为马尾松林地生产力的维护提供理论依据和技术支撑,在马尾松森林资源保护及持续利用方面有着重要意义。本文采用定位动态监测的方法,通过凋落物收集网连续收集凋落物12个月,研究不同密度马尾松人工林凋落物特性;通过野外凋落袋法,连续回收凋落物分解袋24个月,研究不同群落类型马尾松林分松针的分解过程;通过野外凋落袋法,连续回收凋落物分解袋26个月,研究去除枯落物层情况下,不同密度林分松针的分解过程及土壤对松针分解的响应;通过L9(34)正交设计,在马尾松林下开展松针分解调控试验,研究不同调控组合对松针分解的作用效果和途径。结果表明:1.不同种类凋落物凋落数量差异显著(P0.05),松针是树冠层凋落物的主体,春、夏季繁殖器官对凋落物总量的影响也较大。林分密度对凋落物数量影响显著(P0.05)。不同类型凋落物呈现不同凋落节律,主要由马尾松自身生物学特性决定,也受气候因子(气温、降水和风速等)的影响。不同种类凋落物N、P、K养分归还量差异显著(P0.05),松针是贡献最大的凋落物组分,繁殖器官和杂物居中;细枝和树皮的归还量较低。凋落物主要营养元素归还量还表现出一定的季节变化规律,凋落物的数量在一定程度上决定着养分归还量,而凋落物养分元素含量的季节差异对养分归还量的影响较小。5种类别凋落物化学质量差异明显。杂物化学质量高,利于养分释放;皮的化学质量最差,是养分最难释放的组分;繁殖器官、松针和细枝的化学质量比均高于养分释放临界值,不利于养分释放。不同季节凋落的松针、细枝和树皮的化学质量差异明显,凋落物化学质量季节变化规律与树种自身生长节律密切相关,也受气候条件(气温和降水量)的影响。凋落松针化学质量与自身凋落数量密切相关,说明更多凋落物数量将伴随着更低的化学质量,将有更慢的分解速度。2.在贵州3种不同群落类型的马尾松林内,松针分解12个月的累积失重率接近50%,分解24个月达70%左右,不同群落类型林分间的松针分解速率差异不显著(P0.05)。松针分解过程可划分为快速分解和缓慢分解2个阶段。N素、P素迁移呈富集-释放模式;K、Ca、Mn迁移为净释放模式;木质素呈降解态势;不同群落类型林分间松针化学组分的释放(降解)率差异不显著。Mn浓度、木质素过氧化物酶活性和锰过氧化氢酶活性可作为表征松针木质素降解效果的指标。随着松针分解的进行,其化学质量逐渐提高。松针分解速率与化学质量动态变化关系密切,N浓度、P浓度、C/N比、C/P比、L/N比和L/P比是影响松针分解速率的主要化学质量参数。在3种不同群落类型马尾松林内,松针N素持续稳定释放的C/N比临界值为38或39,L/N比临界值在27~34之间;P素持续稳定释放的C/P比临界值可能在850~1000之间,L/P比临界值可能在700~900之间。3.在贵州去除林下枯落物层的3种不同密度马尾松人工纯林内,经历26个月的自然分解,松针累积失重率均未超过50%,不同密度林分间松针分解速率差异不显著(P0.05)。松针分解过程可划分为慢速分解期、快速分解期和缓慢分解期3个阶段。N素迁移呈富集-释放模式;P素在不同密度林分内呈现不同的迁移模式,Ⅰ号样地呈富集-释放-富集模式,Ⅱ号和Ⅲ号林地P素呈释放-富集模式;K素呈净释放模式;木质素先累积再降解。随着松针的分解,其化学质量逐渐提高。松针分解速率与化学质量动态变化关系密切,N浓度、P浓度、木质素浓度、C/N比、C/P比、L/N比和L/P比是影响松针分解速率的主要质量参数。在去除林下枯落物层的不同密度马尾松人工纯林内,松针N素持续稳定释放的C/N比临界值可能在43~49之间,L/N比临界值可能在32~47之间。P素的富集或释放与C/P、L/P比关系不大,在高C/P、L/P比下P素就已持续高效的释放,而在低C/P、L/P比时又表现为富集。4.分解初期,由于去除林下枯落物层,表土裸露,松针分解十分缓慢,土壤有机质快速矿化分解(降低幅度接近40%),碱解氮含量(降幅达30~50%)和阳离子交换量(降幅为8.04~35.9%)明显降低。随着松针分解的不断进行,释放的N素和P素有利于土壤碱解氮和有效磷含量的增加,也可提高土壤有机质含量和阳离子交换量,增加保肥能力。土壤酶活性与土壤养分关系密切,脲酶活性与酸性磷酸酶可作为衡量马尾松松针分解过程中土壤肥力水平的生化指标。5.在松针分解调控试验中,经过6个月的分解,第7组松针累积失重率最大52.8%,较CK增加19.86%。‘有机肥料’和‘菌剂’显著影响马尾松松针分解速率,腐解剂2和鸡粪联合作用更利于分解。相比于林下自然分解,人为调控措施促进了松针化学质量参数向着利于分解的方向变化,即N、P以积累为主,C/N、C/P、L/N和L/P比呈降低态势。不同调控措施对松针化学质量参数的影响不尽相同,添加‘有机肥料’有利于松针N、P浓度升高,C/N、C/P、L/N和L/P比降低;‘菌剂’腐解剂2有利于L/P、C/P比降低;‘表面活性剂’OP-10有利于松针L/N比降低。人工调控下,调控因素可通过改变凋落物化学质量影响其分解速率,N浓度和C/N比是影响马尾松松针分解速率的主要因素。人工调控措施影响N素和P素释放模式,更利于N、P的积累;可延缓K素的释放速度,但难以改变其净释放的迁移模式;调控措施先抑制后促进木质素降解,OP-10预处理松针和添加鸡粪/油枯的措施利于降低松针木质素浓度;纤维素优先于木质素降解,调控措施可促进纤维素降解,但不同调控措施对纤维素降解的作用效果差异不明显。
【学位授予单位】:贵州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S714

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