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川西亚高山箭竹群落—土壤养分源库动态研究

齐泽民  
【摘要】: Masan和Maskell(1928)提出的作物“源”(Source)和“库”(Sink)概念以及源库理论(Source-sink theory)是作物育种与栽培研究的重要内容。随着研究的发展,物质在源库之间的流动、积累、分配过程规律以及源库互动协调机理等成为源库动态研究的核心内容。基于个体水平上(生理生态水平)的作物光合生产源与产量建成库之间的互动协调机制研究为作物高产栽培管理奠定了理论基础。但少见从系统水平揭示作物生产过程中植物—根层土壤养分源库的互动过程与机制。生态系统水平上的森林养分循环研究由于偏重于揭示养分在植被—土壤各组分之间的流动过程,并不能从群落水平上全面揭示森林物种构成单元与其根层土壤养分源库之间的流动过程、互动协调机理以及其在系统整体养分流动过程中的功能地位与作用(由于高大乔木树种的采样困难)。关于个体水平、群落水平上、生态系统水平上的植物—土壤养分源库的互动过程及协调机理的整合研究一直是量化森林生态过程及管理研究的重点与难点。目前还未见从群落水平上对森林优势树种—土壤养分源库动态的研究。加强这方面的研究,有助于全面揭示养分在植被—土壤源库之间的流动过程与互动协调机制,有利于对一些具有特殊生物学和生态学意义的树种的管理利用和可持续发展。 川西亚高山针叶林(subalpine coniferous forest)是长江中上游及三峡库区重要的“绿色生态屏障”。近几十年,由于天然和人类活动干扰强度大,系统生物多样性下降,水土流失加剧,也是我国主要的生态脆弱带之一。箭竹(Fargesia)是我国国宝一大熊猫的主食竹,也是亚高山针叶林下层最重 西南农业大学博士学位论文 要的优势种群,在亚高山森林生态系统的生态功能发挥中具有重要的作用。20世纪70-80年代的箭 竹大面积开花死亡,严重威胁着大熊猫的生存和繁衍。因此,箭竹开花的机理是目前保护生物学中 最具争议性和挑战的议题之一。目前有关箭竹开花的原因有周期说、营养说和周期复壮说,但均由 于缺乏有力的实验依据而各说不一。而过往关于箭竹种群结构、生长、更新、生物生产力、繁殖特 性等生物生态学方面的研究也未能为箭竹开花机理的探讨提供有价值的线索。因此,本文以王朗国 家级大熊猫自然保护区大草坪箭竹一冷云杉林为研究对象,选择林冠、郁闭度、坡度、坡向、海拔、 土壤类型基本一致的不同密度(n一:4.s4x 10,株.ha-,,nZ:6.32xlo,株.ha-,,n3:9.45xlo,株.ha-’)箭 竹群落,从群落水平定量研究了不同密度箭竹群落在一个生长期中的养分源库动态(包括植物群落 的生物量生长、养分的吸收和固定、养分在植物体内的分配、通过凋落物和降水的养分输入、土壤 全量养分库和有效养分库的动态及箭竹一土壤养分源库的通量变化等)以及根际和根层土壤微生物 数量、酶活性及营养状态。研究结果表明: 1.生长期中不同密度箭竹群落生物量及养分库动态 (l)从5月生长初期至10月生长停止,不同密度箭竹群落平均单株地上部分生物量增长量DI、 DZ、D3分别为12.739、10.829、9.059,增长率分别为30.81%,24.18%,20.39%。各密度生物 量现存量nl、02、03分别为24.54 Mg.ha-,,36.37 Mg.ha-,、50.40 Mg.ha-’,群落生物量增长量分别 为5.78 Mg.ha-,、6.85 Mg.ha一,、5.54 Mg.ha一’,增长率分别为30.5一%、23.76%、20.41%。其中叶、枝、 竹杆、地下茎、根系的生长量占总量百分率分别为Dl二16.78%、12.98%、24.91%、23.88%、21.45 %、DZ:14.97%、12.18%、34.41%、23,80%、14.64%,D3:13.96%、11.58%、38.51%、26.37 %、9.59%。叶、枝、竹杆生物量增长量和增长率均在7月下旬最大,地下茎、根系6月增长量和 增长率最高。总体上,各密度箭竹群落平均单株生物量增长量和增长率均为DlDZD3;总生物 量增长量均为D3DZDl,但增长率DlDZD3。 (2)至10月下旬生长结束,各密度箭竹群落e贮量DI、02、n3分别为一5900.30 kg.ha-l、23315.科 kg.ha-,、29250.05 kg.ha-1,增长量分别为4722.09 kg.ha-‘、5970.06 kg.ha-,、7572.59 kg,ha-l,N、P、K、 Ca、Mg、cu、Zn、Fe、Mn等9中营养元素总贮量分别为456.77 kg.ha.’、55一65 kg.ha-l、741.26 kg.ha-‘, 净积累量分别为210.10 kg.ha-,、247.79 kg.ha-,、255.81 kg.ha一,。其中叶、枝、竹杆、地下茎、根系的 挣积累量占总量百分率分别为DI:6.95%、13.52%、39.45%、31.12%、8.96%,DZ:5.34%、 10.78 %、35.67%、30.45%、17.76%,D3:4.89%、8.94%、37.20%、27.56%、21.41%。生长期中各 密度箭竹群落元素含量与贮量因元素类型和箭竹构件器官不同而异。各构件器官各元素含量高低排 序均为cNKcaMgPMnFezncu。各元素在各密度各器官含量分布格局总体上叶 含量最高,竹杆含量最低,而贮量最大的是竹杆,最低的是枝。各密度各器官营养元素含量的月变 化规律明显,7月出现峰值(p含量出现谷值)。总体上,e、K、ea、Mg、eu、zn、Fe、腼等含 量在Dl、DZ和D3各相应构件器官间无显著差异〔p0.05,n=5),而N、P含量在叶、枝、地下 茎、根差异显著(p0.05,n=5),DlDZD3,贮量与积累量各


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