砒砂岩区不同林龄油松林林下生物多样性及土壤生态特征

摘要

砒砂岩区生态环境恶劣，水土流失极为严重，人工林生态修复是改良该区生态环境的重要措施。为探讨砒砂岩区不同林龄油松林生态特征(植被多样性、土壤持水、保肥性能)的变化规律及影响因素，以空间替代时间的方法，选取合同沟小流域5a、10a、15a和20a油松林为研究对象，以自然草地为对照，通过野外生物学调查、土壤采集与室内测试，研究林龄对生物多样性、土壤持水保肥性能和土壤PSD特征的影响，并结合分形理论探讨土壤PSD和土壤持水保肥性能的分布特征及相互关系，揭示不同林龄油松林植被恢复和土壤改良效应的差异及影响机制，结果表明： （1）砒砂岩区不同林龄油松林林下草本植被密度、根系干重、林下草本α多样性指标均优于自然草地，随林龄增加植株密度整体呈上升趋势，在5a～10a阶段各项指数增长幅度在所有生长阶段中均为最高，是油松林林下植被恢复和演替最快速的阶段。随林龄增加林下植被演替序列变化明显，植被演替方向为从禾本科—豆科—藜科植物并存，到禾本科—豆科—菊科植物并存，最终发展为禾本科—豆科并存的群落配置，其伴生物种经历了由藜科→菊科→豆科的演替过程。 （2）随林龄的增加，油松林土壤的中、细砂粒区间颗粒逐渐细化转移到粉粒区间。不同林龄对土壤PSD的影响有一定差异，油松PSD分布范围、离散程度和土壤细化程度均高于自然草地，并整体呈随林龄增加而增加的趋势（Δα均值随林龄增加呈波浪式增长）。随土层深度增加，不同林龄油松林土壤粒径分布特征及分形参数变化规律各异。 （3）油松林可以明显提高土壤的持水性能和养分含量，除5a生油松林饱和导水率低于自然草地外，其余油松林土壤持水性能均高于自然草地，在各持水性能指标中油松林对土壤饱和导水率的提升作用最大，5a和20a油松林表层土壤的持水性能优于深层土壤，10a、15a油松林与之相反。随林龄增加土壤碳、氮含量及储量明显增加，5a和10a生油松林土壤碳、氮含量及储量低于自然草地，15a、20a油松林与之相反。5a、10a和15a生油松林表层土壤碳、氮积累低于底层土壤，自然草地和20a油松林与之相反。 （4）容重、田间持水量、饱和导水率和碳、氮含量及储量与土壤PSD分布特征及分形参数均表现出较好的相关性，土壤有机质含量与容重、田间持水量和饱和导水率是影响土壤持水性能的最主要因素。黏粒和粉粒是决定本地区土壤持水性能及养分含量的细粒土壤，中细砂粒是决定本地区土壤持水性能及养分含量的粗粒土壤。

目录

声明

符号说明

1引言

1.1研究目的与意义

1.2研究进展与现状

1.2.1生态修复对生物多样性的影响

1.2.2生态修复对土壤PSD分布特征的影响

1.2.3生态修复对土壤持水保肥性能的影响

1.2.4土壤PSD分布对土壤持水保肥性能的影响

2材料与方法

2.1研究区概况

2.1.2地质地貌

2.1.3土壤

2.1.4气候

2.1.5水文

2.1.6植被

2.2研究内容

2.3研究方法

2.3.1样地设置

2.3.2测试方法

2.4技术路线

3结果与分析

3.1不同林龄油松林对生物多样性的影响

3.1.1油松人工林植被特征

3.1.2油松人工林林下植被生物量特征

3.1.3油松人工林林下生物多样性特征

3.2不同林龄油松林下土壤PSD分布特征

3.2.1不同林龄油松林土壤颗粒分布特征

3.2.2不同林龄油松林土壤多重分形维数

3.3不同林龄油松林土壤持水性能特征

3.3.1油松林土壤容重分布特征

3.3.2油松林田间持水量分布特征

3.3.3油松林饱和导水率分布特征

3.4不同林龄油松林土壤保肥性能特征

3.4.1 油松林土壤碳、氮含量

3.4.2不同林龄油松林土壤碳、氮储量特征

3.4.3不同林龄油松林土壤碳氮比

3.5不同林龄油松林土壤持水保肥性能的影响因素

3.5.1土壤PSD组成及分形参数对土壤持水性能指标的影响

3.5.2土壤有机质含量对土壤持水性能指标的影响

3.5.3土壤PSD组成及分形参数对土壤保肥性能指标的影响

4讨论

4.1油松林林下生物多样性及其演替过程与林龄的关系

4.2不同林龄油松林对土壤PSD特征的影响

4.3不同林龄油松林对土壤持水保肥性能的影响

4.4土壤PSD特征与土壤持水保肥性能的相互关系

5结论

参考文献

致谢