泰山景区刺槐油松混交林主要树种生态位及其种间竞争

摘要

刺槐（Robinia pseudoacacia）是一种固氮先锋造林树种，具有强大的适应能力和根蘖繁殖能力。刺槐在泰山景区大面积种植始于20世纪50-60年代，经过萌蘖扩散，现已成为泰山1000m以下的主要优势树种，这导致了泰山景区森林景观质量和生物多样性的降低。为了探讨刺槐的入侵性及其与泰山乡土树种的种间关系，本研究选取泰山桃花源景区的刺槐油松（Pinus tabulaeformis）混交林为研究对象，按照刺槐油松混交比例选取了10刺槐（A）、7刺槐3油松（B）、4刺槐6油松（C）、10油松（D）四种林分类型，分析了刺槐与油松的年龄径级结构和竞争关系、刺槐混交比例对土壤质量的影响；同时按照海拔梯度选择了8个样地，分析了刺槐与油松在海拔、坡度、养分等资源维度上的适应性及对资源利用的相似性，为科学调控混交林提供理论依据。主要研究结果如下： 1.刺槐混交比例增加能显著提高土壤质量 土壤养分含量、微生物数量与酶活性随刺槐比例增加而增加（P＜0.05）。当刺槐混交比例为40%时，土壤四种微生物数量、硝态氮、有效氮、速效磷含量及过氧化氢酶活性已显著高于油松纯林（P＜0.05），而土壤酸性磷酸酶与脲酶活性在刺槐混交比例为70%时，显著高于油松纯林（P＜0.05）。采用土壤质量综合评价指数（SQI）的评价结果表明：刺槐纯林（0.99）＞7刺槐3油松（0.78）＞4刺槐6油松（0.67）＞油松纯林（0.10）。因此，刺槐能够提高土壤质量，改善自己的生长环境，导致刺槐的进一步扩散。 2.刺槐油松竞争关系 根据逐步扩大法确定竞争木范围为5m。竞争指数与胸径、树高、冠幅呈负相关关系。随刺槐混交比例增多，油松受到的竞争较油松纯林显著增加（P＜0.05），4刺6油与7刺3油中油松受到的总竞争强度分别是油松纯林的2.23、1.63倍，主要原因是来自于刺槐的种间竞争增大。油松在刺槐油松混交林中同时受到种间竞争与种内竞争的影响，且种间竞争（72.28）＞种内竞争（60.13）。刺槐竞争木为421株，占竞争木总数的70.17%，多数为二代萌生苗，其胸径较小，单株对油松造成的竞争较小，但刺槐竞争木数量较多，因此对油松造成较大的种间竞争压力，应适当控制刺槐数量，减少对油松的竞争，这也有利于控制刺槐的进一步扩散。 3.刺槐油松的生态位特征 刺槐在海拔、有效磷、有机质、pH、铵态氮、细菌、真菌、固氮菌、脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶等资源维度上的生态位宽度均大于油松，说明与油松相比，刺槐在这些资源维度上的适应性与竞争能力较强，在群落中处于优势地位。刺槐与油松在坡度、有效磷、有效氮、硝态氮、铵态氮、真菌、固氮菌、蔗糖酶这些资源维度上的生态位相似性大于0.6，说明刺槐油松在这些资源维度上具有较高的生态位相似性。刺槐油松在有效磷、有效氮、铵态氮、细菌、放线菌这5种资源维度上的生态位重叠值大于0.8，这说明刺槐与油松在有效磷、有效氮、铵态氮、细菌、放线菌这5个资源维度上均具有较高的资源利用相似性。当可利用资源不足时，必然会导致刺槐油松之间的竞争，而刺槐具有较强的竞争能力，会对油松的生长空间及养分资源造成侵占，不利于油松的生长与更新，降低风景林景观质量。 综合分析表明，刺槐具有较大的生态位宽度，在有效氮与速效磷等资源维度上与生态位的重叠值较大，会导致刺槐与油松在这些资源维度上产生竞争。且刺槐的增多，会导致油松受到的种间竞争增大，不利于油松的生长，造成风景林景观质量的下降。因此，需要提高对刺槐入侵风险的认识。从泰山景区风景林经营的角度，刺槐多代萌生林也降低了风景林景观质量，但大规模间伐不符合健康的森林经营理念，因此需要合理调控刺槐油松的比例。综合考虑刺槐油松不同混交比对土壤质量的影响，合理调控刺槐油松混交林的树种组成的比例不宜高于4刺槐6油松，既能保持土壤肥力，又能保证树种多样性，改善风景林质量。

目录

声明

1引 言

1.1研究背景

1.2生物入侵的研究进展

1.2.2生物入侵的危害

1.2.3生物入侵的机制

1.2.4生物入侵的控制研究

1.3刺槐研究进展

1.3.1刺槐引种的作用

1.3.2刺槐入侵性的研究进展

1.3.3刺槐与乡土树种关系研究进展

1.4研究中存在的问题

1.5本研究拟解决的科学问题

1.6技术路线

2材料与方法

2.1研究区概况

2.2样地调查与样品采集

2.2.2生态位特征样地设置

2.2.3土壤样品采集

2.3测试方法

2.3.1土壤微生物数量测试方法

2.3.2土壤酶活性测试方法

2.3.3土壤pH值及营养测试方法

2.4竞争关系数据处理方法

2.4.3竞争半径选择方法

2.4.4竞争指数计算方法

2.5生态位特征数据处理方法

2.5.1各物种重要值计算

2.5.2生态位宽度计算

2.5.3生态位相似性比例公式

2.5.4生态位重叠值计算

2.6土壤质量综合评价

2.7数据处理及分析方法

3结果与分析

3.1混交比例对土壤质量的影响

3.1.1混交比例对土壤pH和养分的影响

3.1.2混交比例对土壤微生物的影响

3.1.3混交比例对土壤酶活性的影响

3.1.4土壤质量综合评价

3.2竞争关系

3.2.1刺槐、油松径级与年龄结构

3.2.2竞争木的空间范围确定

3.2.3油松受到的种内种间竞争

3.2.4刺槐受到的种内种间竞争

3.2.5不同径级油松受到的竞争强度

3.2.6不同径级刺槐受到的竞争强度

3.2.7刺槐油松混交林中油松的种内种间竞争

3.2.8竞争强度与生长因子的相关性分析

3.2.9油松对象木胸径与竞争强度的关系及其预测

3.3刺槐油松的生态位特征分析

3.3.1种群与环境因子的主成分分析

3.3.2乔木层、灌木层主要种的重要值分析

3.3.2资源维度划分

3.3.3乔木层在不同资源维度上的生态位宽度

3.3.4灌木层在不同资源维度上的生态位宽度

3.3.5乔木在不同资源维度上的生态位相似性与重叠值

4讨论

4.1刺槐混交比例对土壤质量的影响

4.1.1刺槐混交比例对土壤pH及养分的影响

4.1.2刺槐混交比例对土壤微生物的影响

4.1.3刺槐混交比例对土壤酶活性的影响

4.2刺槐、油松的竞争关系

4.2.2关于竞争径半径选择

4.2.3对象木胸径与竞争强度关系研究

4.2.4油松受到的种内种间竞争

4.3关于刺槐、油松资源生态位特征的研究

4.3.1生态位指标及计算公式选择

4.3.2不同资源维度上的生态位特征研究

4.3.3乔木层灌木层在不同资源维度的生态位宽度

4.3.4乔木层在不同资源维度的生态位重叠值

4.4关于合理调控泰山景区刺槐油松比例

5结论

参考文献

致谢

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