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窄冠刺槐不同林分密度林木光合与生长特性及土壤改良效应研究

李星辰  
【摘要】:为探索鲁东丘陵区不同刺槐品种的生长规律和土壤改良效应,选择适宜鲁东丘陵区适宜造林的刺槐树种,为山东省乃至华北的丘陵区水土保持林营造及恢复具有借鉴意义。本文以威海乳山市白沙河镇2006年营造的窄冠刺槐林为研究对象,以普通刺槐作为对照,对3个林分密度的窄冠刺槐林光合作用日变化、光响应曲线及其特征、林木生长量、枯落物层蓄积量、土壤物理性状、土壤水文效应、土壤入渗速率、林下灌草生物量、灌草植被盖度、林下植被多样的性和土壤养分含量进行量化分析,并对3个林分密度的窄冠刺槐林土壤改良效应进行定量评价,取得了以下研究成果和结论: (1)窄冠刺槐与普通刺槐光合作用有明显的日变化与季节变化,窄冠刺槐与普通刺槐净光合速率Pn日变化规律整体上为单峰曲线。7月份窄冠刺槐净光合速率Pn峰值为16.3μ mol·m~(-2)s~(-1),普通刺槐峰值为15.8μ mol·m~(-2)s~(-1);9月份窄冠刺槐峰值为9.3μmol·m~(-2)s~(-1),普通刺槐峰值为8.67μ mol·m~(-2)s~(-1)。净光合速率Pn、蒸腾速率Tr7月明显大于9月,气孔导度Gs与胞间CO_2浓度Ci呈显著负相关性。通过对7月、9月不同密度窄冠刺槐与普通刺槐光合作用研究,在生长季节中,窄冠刺槐平均水分利用效率WUE为2.32μmol·m~(-2)s~(-1),普通刺槐平均水分利用效率WUE为1.74μmol·m~(-2)s~(-1)。 (2)窄冠刺槐的连年生长量均高于普通刺槐;相同密度窄冠刺槐树高均大于普通刺槐;不同密度窄冠刺槐林的胸径均大于普通刺槐;窄冠刺槐与普通刺槐胸径与树高相关性基本相同;不同密度窄冠刺槐林的蓄积量均大于普通刺槐;窄冠刺槐与普通刺槐不同林分类型之间均呈显著差异性。通过对不同密度窄冠刺槐与普通刺槐林下枯枝落叶层蓄积量研究表明:枯枝落叶层蓄积量与造林密度密切相关。林下枯枝落叶层蓄积量的大小进行排序为:A3A2A1B3B2B1;即1667株/hm2的窄冠刺槐对林下枯枝落叶层蓄积量的改善效果最好。枯落物未分解层、半分解层、已分解层和总枯枝落叶层蓄积量均存在显著差异。林下草本被盖度和生物量的多少与造林密度密切相关,不同密度窄冠刺槐与普通刺槐林下草本植被盖度和生物量均呈显著性差异,6种不同密度窄冠刺槐与普通刺槐林下草本盖度从大到小排序为:A1A2B1B2B3A3;即833株/hm2的窄冠刺槐对林下林下草本被盖度和生物量的改善效果最好。均匀度指数大小均为A1最大,B1与A2比较相近,A3与B3最小;A1、B1、A2相近,B2、A3、B3相近。A1丰富度最大林分密度为833株/hm2的窄冠刺槐林下生物多样性最多。通过对不同密度窄冠刺槐与普通刺槐林下草本生物多样性分析表明,各林分类型林下草本多样性之间存在显著差异,按照林下草本多样性大小排序为A1A2B1B2A3B3。A1林分类型即833株/hm2的窄冠刺槐对林下草本生物多样性的改善效果最好。 (3)不同密度窄冠刺槐土壤总孔隙度在0-20cm土层深度范围内均大于普通刺槐。其中以A2最大为54.71%,以B3最小为51.61%。按照大小排序为:A2A1B1A3B2B3。20-40cm土层不同密度窄冠刺槐土壤总孔隙度均大于普通刺槐土壤总孔隙度,其中以A2最大为51.72%,B3最小为48.16%。按照大小排序为A2B1A1A3B2B3。40-60cm土层土壤总孔隙度按照大小排序为:A2A1A3B2B1B3;即林分密度为1250株/hm2的窄冠刺槐土壤总孔隙度为最大。0-20cm土层中不同密度窄冠刺槐非毛管孔隙均大于普通刺槐。按照大小排序为A1=A2B1B2=A3B3;即林分密度为833株/hm2的窄冠刺槐与林分密度为833株/hm2的普通刺槐非毛管孔隙度最大。20-40cm土层中非毛管孔隙按照大小排序为B1=A2A1=B2A3B3。即林分密度为1250株/hm2的窄冠刺槐与林分密度为833株/hm2的普通刺槐非毛管孔隙度最大。0-20cm土层中不同密度窄冠刺槐毛管孔隙均大于普通刺槐,按照大小排序为A2A3B1A1B2B3。20-40cm土层按照大小排序为A2B1A3A1B2B3。40-60cm土层中按照大小排序为A2A3A1B2B1B3;总体上看出林分密度为1250株/hm2的窄冠刺槐毛管孔隙度最大。不同密度窄冠刺槐与普通刺槐的平均入渗速率有显著差异,其中A2林分类型平均渗透速率最大,为6.14mm·min-1,B3林分类型最小,为4.37mm·min-1,平均渗透速率从大到小排序为:A2A1B1A3B2B3。土壤含水量排序为:A2A1B1=A3B2B3。B1的土壤毛管最大持水量最大,为28.92%。土壤毛管最大持水量排序为:B1A2A1B2A3B3。土壤饱和持水量以A2最大为34.25%,A3最小为32.20%。土壤饱和持水量大小排序为:A2A1B1B2B3A3。土壤饱和贮水量按照大小排序为:A2A1A3B2B1B3;即林分密度为1250株/hm2的窄冠刺槐土壤水文各指标最大。 (4)不同林分密度窄冠刺槐与普通刺槐林下土壤化学性质参数之间均存在显著差异。土壤有机质按照从大到小顺序排列:A3A2A1B3B2B1。土壤中速效钾按照从大到小的顺序排列:A3A2A1B3B2B1。土壤中水解氮按照从大到小排序为A3A1B3B1A2B2。土壤中有效磷按照从大到小的顺序排列:A3A2A1B3B2B1。 (5)B2与B3之间差异不显著,即两种林分密度下窄冠刺槐土壤改良效应相接近,但与其他林分类型之间存在显著差异,表明不同林分类型之间土壤改良效应明显不同。按照刺槐不同品种不同林分密度的土壤改良效应大小排序依次为:A3A2A1B3B1B2;即林分密度为1250株/hm2~1667株/hm2的窄冠刺槐其土壤改良效应最大。


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