林窗大小对马尾松人工林林下植物多样性及优势种化学计量特征的影响

摘要

马尾松(Pinus massoniana)是长江上游低山丘陵区退耕还林的主要人工林树种，由于长期采取单一树种纯林经营模式，林地出现地力衰退、森林生产力下降、生态功能下降、生物多样性锐减等现象。针对该地区马尾松人工林的生态现状，人为砍伐马尾松形成不同大小的林窗，研究林窗干扰过后，马尾松林下植物组成、物种多样性及优势植物化学计量特征的变化，可以为马尾松低效人工林的近自然改造提供参考，对提高人工林的稳定性与生产力，提升其生态服务功能以及实现人工林的可持续经营均具有重要意义。试验从2011年10月起，选择四川高县39年生成熟马尾松人工林，人工砍伐形成7种大小不等的林窗斑块，对林窗内的植物物种组成和多样性进行调查，并对优势植物的化学计量特征进行研究，结果表明:
　　(1)马尾松人工林林下植物以高位芽植物居多，其次是地面、地下芽植物，一年生植物较少而缺少地上芽植物。在林窗形成初期，林下高位芽植物的比例明显高于林窗。大林窗的高位芽植物比例稍高于小林窗，地下芽和一年生植物比例低于小林窗。
　　(2)不同林窗下植物的丰富度指数、优势度指数、多样性指数也存在显著差异。物种丰富度表现为大林窗＞中小林窗，林下的物种丰富度和物种多样性指数显著低于大林窗。与丰富度指数、优势度指数、物种多样性指数的变化规律不同，林下及中林窗均匀度指数较高，大林窗与小林窗的均匀度指数较低。
　　(3)夏季林窗下植物多样性最高，其次是秋季，春季的多样性最低。1225-1600m2的大林窗能够促进马尾松人工林植物多样性恢复和植被更新。
　　(4)林窗大小对马尾松人工林林下各优势植物的C、N含量均有显著影响，除芒萁(Dicranopteris linearis)之外，不同林窗下优势植物的P含量也有显著差异。商陆(Phytolacca acinosa)、荩草(Arthraxon hispidus)、芒(Miscanthus sinensis)、芒萁、蕨(Pteridium aquilinum)的叶片C含量均为225m2的林窗最大。芒、芒萁和蕨的林窗C含量平均值均小于林下，而商陆与荩草的林窗平均C含量则大于林下。商陆、芒、芒萁N含量最大值出现在100或225m2的小林窗，芒萁和蕨的N含量则在900 m2的林窗最高，而5种优势植物的N含量最小值均出现在1600m2的大林窗。商陆、芒萁和蕨的林窗平均N含量均稍高于林下，荩草和芒的林窗平均N含量与林下N含量基本持平。商陆、蕨的林窗P含量平均值均低于林下，荩草、芒与芒萁的林窗P含量平均值均高于林下。
　　(5)马尾松人工林不同林窗间的优势植物的碳氮比、碳磷比均具有显著差异，除芒萁外，林窗大小对商陆、荩草、芒、蕨的氮磷比均有显著影响。芒、芒萁的林窗碳氮比平均值均小于林下，商陆与荩草的林窗碳氮比平均值则要高于林下。芒和芒萁的林窗碳磷比平均值均显著低于林下，商陆、荩草和蕨的林窗碳磷比平均值则高于林下。芒、芒萁林下的氮磷比值高于各林窗的平均值，商陆、蕨林下的氮磷比值则低于各林窗的平均值。芒萁的氮磷比范围在10.5-20.8之间，大林窗下芒萁的氮磷比小于14，说明受N限制，400 m2和林下的氮磷比高于16，说明芒萁生长过程受P限制;商陆、芒、荩草、蕨的氮磷比基本都小于14，说明生长过程都受N限制。

目录

论文说明

声明

摘要

前言

1 文献综述

1．1 人工林的发展现状及存在的问题

1．2 人工林林下植被功能及植物多样性研究

1．3 植物生态化学计量学的研究

1．4 林窗的研究进展

1．4．1 林窗对林下植被多样性的维持作用

1．4．2 林窗对植物化学计量特征的影响

2 试验设计

2．1 研究内容

2．2 研究区域概况

2．3 研究方法

2．3．1 样地设置

2．3．2 野外调查及取样

2．3．3 室内实验

2．3．4 数据分析

3 结果与分析

3．1 马尾松人工林不同季节不同林窗下的物种组成及生活型

3．2 马尾松人工林不同季节不同林窗的植物多样性

3．2．1 R物种丰富度指数

3．2．2 Simpson生态优势度指数

3．2．3 Shannon-Wiener物种多样性指数

3．2．4 Pielou均匀度指数

3．2．5 各多样性指数与环境因子的相关分析

3．3 马尾松人工林不同林窗下优势植物的C、N、P含量

3．3．1 C含量

3．3．2 N含量

3．3．3 P含量

3．4 马尾松人工林不同林窗优势植物的化学计量比

3．4．1 碳氮比

3．4．2 碳磷比

3．4．3 氮磷比

3．4．4 化学计量特征与环境因子的相关性

4 讨论

4．1 马尾松人工林不同林窗的物种组成及生活型谱

4．2 林窗大小对植物多样性的影响

4．3 季节对林窗植物多样性的影响

4．4 林窗对优势植物C、N、P含量的影响

4．5 林窗对优势植物化学计量比的影响

5 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文