马尾松人工林林窗对土壤有效氮和氮转化酶活性的影响

摘要

马尾松人工林由于树种组成单一、层次结构简单及人为活动的干扰，出现了立地衰退、生产力下降等问题。目前针对马尾松人工林林地退化等关键科学问题，主要采用混交林培育和抚育间伐等技术，以期改变这种现状。抚育间伐作为主要的营林措施之一，其采伐形成的林窗在调节林内人工林生长、结构以及生物多样性等方面具有重要作用。然而采伐形成的林窗能否对低效人工林林下生态系统产生持续的积极效应，是否具有最适宜的林窗采伐面积等问题仍不甚清晰。由此，本研究选择了长江上游低山丘陵区39年生马尾松人工林为研究对象，设置100 m2(G1)、225 m2(G2)、400m2(G3)、625 m2(G4)、900 m2(G5)、1225 m2(G6)、1600 m2(G7)共7个梯度人工林林窗，以林下(US)为对照，分析了不同大小林窗对土壤全氮、铵态氮、硝态氮、脲酶、蛋白酶、羟胺还原酶及亚硝酸还原酶活性的影响，探索了林窗对土壤氮转化的微观机制，结果显示:
　　林窗大小仅对土壤铵态氮含量有显著影响，对其他指标差异影响不显著。各林窗中央的铵态氮和全氮总体上均随林窗增大先升后降，且在400m2的林窗出现最高值，而林窗边缘却相反，表现出先降后升再降的趋势，最低值出现在400m2和625m2的林窗。100m2的林窗中央和边缘的硝态氮明显高于其他林窗，225 m2～1600 m2的林窗中央有“M”的变化趋势，此与秋冬季的蛋白酶活性变化相似。除亚硝酸还原酶在大林窗具有更高的酶活性外，其他酶均表现出小林窗活性较高。林窗大小对土壤养分含量和酶活性的影响与林窗形成时间长短相关，因此本试验还需要长期的观测和比较研究。
　　林窗中央与边缘之间仅土壤羟胺还原酶活性有显著差异。综合来看，土壤全氮为林窗边缘高于中央;林窗中央的铵态氮、脲酶、羟胺还原酶和亚硝酸还原酶活性普遍高于边缘;春冬季小林窗的中央土壤硝态氮略高，夏季边缘较高，秋季与夏季相反;土壤蛋白酶活性在春秋季各林窗的中央普遍低于边缘，夏冬季中央略高。各指标总体上较林下有一定提高。林窗形成初期虽然林窗内植物多样性、水热条件等发生迅速的梯度变化，但其对地下生态过程的改变尚不明显，使得林窗中央与边缘之间有效氮及相关酶活性无明显差异。
　　季节变化对全氮、铵态氮、硝态氮、脲酶、羟胺还原酶、亚硝酸还原酶活性有显著影响，林窗中央和边缘土壤铵态氮总体表现为:春季＞夏季＞秋季＞冬季，而硝态氮却表现为春夏季低于秋冬季。蛋白酶活性高峰期出现在春秋季，低谷期出现在春冬季;羟胺还原酶活性高峰期出现在冬季，低谷期出现在秋季，分别与脲酶、亚硝酸还原酶活性季节动态变化规律一致。说明林窗内的土壤反硝化作用较弱，硝态氮随着植物、微生物的利用及雨水浸出等因素导致流失更多。蛋白酶与羟胺还原酶活性在夏季反而处于较低水平，这可能是因温度较高，全氮含量逐渐降低导致了氨矿化。研究发现春季铵态氮含量高于夏季，其可能是导致蛋白酶活性出现这种现象的重要原因。
　　综上表明，马尾松人工林林窗行成后，改变了林内的微环境和土壤养分的循环过程，这有利于地上植被的恢复与更新。土壤温度和含水量促进了有效氮的积累和氮转化相关酶活性，对反硝化作用有抑制作用。由此可见，土壤温度和含水量是林窗形成初期影响土壤养分循环主要的环境因子。

目录

论文说明

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 马尾松人工林的发展现状

1．2 林窗研究概述

1．2．1 林窗的概念及形成原因

1．2．2 林窗影响研究

1．3 土壤养分与酶活性的相关关系

1．4 存在问题

2 材料与方法

2．1 研究区域概况

2．2 研究方法

2．2．1 样地设置及样品采集

2．2．2 实验方法

2．2．3 统计分析

3 结果分析

3．1 土壤温度与含水量动态

3．2 土壤氮素动态

3．2．1 土壤全氮动态

3．2．2 土壤铵态氮动态

3．2．3 土壤硝态氮动态

3．3 土壤氮转化相关酶动态

3．3．1 土壤脲酶动态

3．3．2 土壤蛋白酶动态

3．3．3 土壤羟胺还原酶动态

3．3．4 土壤亚硝酸还原酶动态

3．4 土壤温度、含水量、养分及氮转化酶之间相关关系

4 讨论

4．1 林窗及采样位置对土壤养分及氮转化酶的影响

4．2 林窗大小对土壤养分及氮转化酶的影响

4．3 季节变化土壤养分及氮转化酶的影响

5 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文