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黄土区白榆/刺槐混交林生长动态与生态功能研究

秦娟  
【摘要】:以黄土高原地区白榆纯林、刺槐纯林及三种比例混交林(白榆:刺槐=2:1;白榆:刺槐=1:1和白榆:刺槐=1:2)为研究对象,通过在陕西省杨陵区二年的田间实验观测,对土壤与植物养分含量、叶片结构特性、根系特性与土壤呼吸、光合生理特性以及植物生长特性的季节动态变化规律进行了分析,探讨了黄土高原区白榆/刺槐混交林植物生理特性与生态功能的作用关系,研究结果有助于揭示黄土高原混交林植物生长对生态环境变化的适应性策略,并为黄土高原混交林造林模式的选择以及植被恢复与重建提供理论依据。本研究取得如下主要结论: (1)阐明了黄土区白榆纯林、刺槐纯林及三种不同比例混交林土壤-植物养分含量的变化规律,混交林地土壤N素、P素及土壤有机质含量较两种纯林地有所增加,尤其是混交比例为白榆:刺槐=1:2(1B2C)对提高林地土壤养分含量的幅度更大;植物不同器官N、P含量在叶中较高、茎中较低,三种混交林植物N、P含量为:1B2C 2B1C(白榆:刺槐=2:1) 1B1C(白榆:刺槐=1:1),说明由于刺槐的引入,提高了混交林地土壤的养分水平,也增加了两植物体内N、P养分的吸收和利用,尤其是增加了混交林白榆植株对N、P营养的吸收,其中混交比例为1B2C处理对提高白榆和刺槐植物全N、全P含量有更明显的效果。 (2)揭示了白榆、刺槐纯林及混交林叶片结构特性的季节动态变化特征,表明白榆纯林上部叶片的叶干重和叶厚度较大,不同处理叶干物质含量(LDMC)变化较小,说明LDMC对不同林型的变化可能不敏感;混交林白榆、刺槐1B2C处理叶片的比叶面积较大;比叶面积与叶厚度、LDMC和叶干重具有不同程度的相关性,白榆、刺槐叶厚度对比叶面积的影响要大于LDMC和叶干重。 (3)分析了白榆、刺槐纯林及混交林植物细根特性与土壤呼吸的季节变化规律,表明不同季节根系表面积、根系直径和比根长在夏季(7月)较大,在春季(5月)较小,而根系生物量变化有所不同,其中混交林白榆1B2C处理根系生物量和表面积较高,白榆纯林根系生物量、根系表面积和比根长较低;植物细根参数之间具有不同程度的相关性,其生长受到立地条件的不同而表现差异;土壤呼吸速率日动态变化呈单峰型曲线,峰值出现在午后12:00-15:00 pm,土壤呼吸速率的日变化趋势主要与地表温度有关;土壤呼吸速率也具有明显的季节变化规律,不同处理中混交林地1B2C处理的土壤呼吸速率较高;土壤温度和土壤呼吸有明显的正相关性,尤其是5cm深处土壤温度对土壤呼吸速率的影响最大;土壤呼吸与土壤水分的关系常表现离散,没有明显的规律性,说明除了温度和土壤水分的影响,其他因素对土壤呼吸的影响也不容忽视。 (4)探讨了白榆、刺槐叶片光合生理特性与水分利用效率(WUE)之间的作用关系,表明混交林刺槐1B2C处理叶片的光合速率在各处理中较大,而蒸腾速率受测定气温的高低影响较大;不同处理中,混交林白榆1B2C处理和刺槐纯林的WUE较大,且白榆WUE大于刺槐;三种混交林白榆的光合氮素利用效率(PNUE)较白榆纯林有明显提高,三种混交林PNUE为:1B2C 1B1C 2B1C,说明混交林1B2C处理两植物对氮素的利用效率较高,尤其是混交林白榆。从叶片N含量与光合速率、PNUE的相关性表明,叶片氮素含量的增加有助于提高植物的光合能力,但叶片的氮素含量增加并不能代表植物对氮素利用效率就高。 (5)研究了白榆、刺槐纯林及混交林植物的生长动态与生物量分配模式,发现在混交林两植物生长盛期,植物会将更多的生物量分配于叶片的生长,以获得更多的光合产物,促进植物的生长,而在生长末期则将同化物质向根系积累,从而为不利环境或越冬做准备,这是植物适应环境的一种策略;应用W=aDb(W为生物量,D为胸径,a、b为系数)为模型建立植物生物量和胸径之间的回归方程,其拟合性较好、相关系数较高,可作为白榆、刺槐生物量的估测模型。


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