一个年龄序列巨桉人工林土壤种子库组成与物种多样性研究

摘要

人工林在为人类提供木材、减缓大气CO2浓度上升、增加陆地森林覆盖率和减缓人类对天然林依赖的同时，也出现了一系列的生态问题，例如生物多样性下降、土地退化、生产力降低等，其核心是生物多样性问题。土壤种子库是存在于一定体积土壤中有活力的、休眠及未休眠种子。在植被恢复、天然更新与恢复、生物多样性的维持等方面起着重要的作用。以往的研究多集中于天然植被或耕地土壤种子库，对人工林土壤种子库研究较少；并且随着人工林的发展演替，土壤种子库也将会发生相应的变化，但很少有研究将林龄这一因素考虑在内。本研究以1-10年生巨桉人工林为研究对象，分析了其土壤种子库组成、优势类群、随林龄增加土壤种子库多样性动态等生态学过程及种子库和林下植被之间的相关性。更全面、系统地了解退耕还林过程中土壤种子库特征及其对地上植被更新的意义，为人工林生物多样性保护管理、减少负面效应和持续经营提供理论依据。研究结果表明：
　　 1)1～10年生巨桉人工林土壤种子库中共获植物58种，分属38科48属，以水蓼、马唐、求米草为优势种；常见种为爵床、鼠麴草、七星莲、画眉草、鱼眼草、地耳草、叶下珠、繁缕、三轮草、莎草、皱叶狗尾草、酢浆草、石生繁缕、紫花地丁、车前草、裸花水竹叶、水蜈蚣、秋分草、蛇莓、糯米团、雀稗。其余为稀有种。
　　 2)1-10年巨桉人工林土壤种子库物种数在林龄＜5年时波动较大，第5年时降到最低，而后随着林龄增加而增加，到第10年，种子库物种数为第1年的1.9倍。各林龄巨桉人工林地土壤种子库物种组成以草本植物种子为主，土壤种子库密度随林龄增加不断变化，造林初年土壤种子密度最高(3090ind m-2)，巨桉林土壤种子库密度1到6年生降低(p＜0.01)，此后随林龄增长而增加，第6年土壤种子密度为最低(1222indm-2)，到第10年，土壤种子库密度为2098ind m-2。草本种子密度和土壤种子库整体密度随林龄变化一致；灌木物种密度在造林初年最低(5ind m-2),1-3年升高(p＜0.05),3-5年降低，而后随林龄增加而显著升高，第10年灌木物种种子密度达202ind m-2。
　　 3)1-10年巨桉人工林土壤种子库具有表聚性。土壤种子大量集中在0-5cm，其次是枯枝落叶层，5-10cm最少。1-10年巨桉人工林，枯落物中的平均种子数量占种子总数的20-21％;表层土壤(0-10cm)中平均种子数量占种子总数的79-80％，可见枯枝落叶层会保存一定量的种子，但远没有土壤表层中保存的多。1-10年巨桉人工林，在表层土中，0-5cm土层土壤平均种子密度占种子总量的76-77％，下层(5-10cm)占2-3％，各林龄巨桉土壤种子库的密度随土层深度的加深而减少(p＜0.01)。
　　 4)1-10年巨桉人工林土壤种子库，灌木物种Shannon-wiener指数1-3年升高(p＜0.05),3-6年降低(p＜0.05)，而后随林龄增加而升高(p＜0.05)。Pielou均匀度指数1-3年升高3-6年降低，而后随林龄增加而升高，但整体趋势未达显著水平。Simpson优势度指数1-2年升高，2-3年降低，3-6年升高，而后随林龄增加而降低，变化未达显著水平。草本物种多样性指数随林龄增加不断变化，Shannon-wiener指数1-5年降低(p＜0.05)，而后随林龄增加而增加(p＜0.05)。Pielou指数随着林龄增加无显著变化，Simpson指数随着林增加1-5年升高，而后随林龄增加而降低，但其变化未达显著水平。从群落水平上，土壤种子库Shannon-wiener指数1-5年波动地降低(p＜0.01)，而后随林龄增加而增加(p＜0.01),Simpson优势度指数1-5年增加(p＜0.05)，而后随林龄降低(p＜0.05);Pielou指数1-5年降低，而后随林龄增加而增加，但未达显著水平。
　　 5)一个年龄序列巨桉人工林土壤种子库各多样性指数与农耕地土壤种子库各多样性指数进行多重比较发现，除了在造林第1年不显著之外，初年(2-4年)均显著，且高林龄阶段第9、10年均不显著，其余年份显著。
　　 6)退耕营造巨桉人工林10年间，林下植被物种数和植物丰富度在1-5年降低，而后又随林龄增加而增加，10年生林地这两个指标分别增加为为第1年的5.09和5.83倍。10个样地出现的植物78种分属44科65属，以灌木和草本为主。草本在物种和个体数量上均占据优势。造林初期草本层物种丰富度和多样性高于灌木层，中林龄时草本层物种数渐比灌木层物种数低，高林龄时灌、草物种丰富度持平。Simpson指数(D)和Shannon-weiner指数(H)变化相似1-3年上升，随后两年下降而后又上升，低林龄时草本物种D和H值高于灌木物种，高林龄时低于灌木层；群落Pielou指数(Jsw)变化具有波动性，高林龄Jsw值高于低林龄，1-5年草本层低于灌木物种，高林龄时高于灌木层。
　　 7)用Jaccard相似系数C1来表示土壤种子库和地上植被的相似性，得出土壤种子库和林下植被组成相似性较低。

目录

文摘

英文文摘

前言:

1 文献综述

1.1 土壤种子库概况

1.2 土壤种子库概念

1.3 土壤种子库的大小及结构研究

1.4 土壤种子库的动态模型研究

1.5 土壤种子库时空动态研究

1.5.1 土壤种子库的空间动态

1.5.2 土壤种子库的时间动态

1.6 影响人工林下物种多样性的因素

1.6.1 造林方式对物种多样性的影响

1.6.2 造林密度对物种多样性的影响

1.6.3 抚育间伐对物种多样性的影响

1.6.4 化感作用对物种多样性的影响

1.6.5 竞争效应对物种多样性的影响

1.6.6 继发性人为干扰对物种多样性的影响

1.6.7 短轮阀期经营对物种多样性的影响

1.7 土壤种子库与地上植被的关系

2 研究背景和意义

3 研究方案

3.1 研究区概况

3.2 研究内容

3.3 技术路线

3.4 研究方法

3.4.1 外业调查

3.4.2 室内分析

3.4.3 数据分析

4 结果与分析

4.1 巨桉人工林地土壤种子库的物种组成、大小及优势成份分析

4.2 不同林龄巨桉人工林地土壤种子库时空格局

4.2.1 不同林龄巨桉人工林地土壤种子库时间动态变化

4.2.2 不同林龄巨桉人工林地土壤种子库空间动态变化

4.3 不同林龄巨桉人工林地土壤种子库的多样性分析

4.3.1 不同林龄据巨桉人工林地土壤种子库多样性变化规律

4.3.2 巨桉人工林土壤种子库与农耕地土壤种子库多样性对比

4.4 土壤种子库与林下植被相关性分析

4.4.1 不同林龄巨桉人工林林下植被物种组成

4.4.2 巨桉人工林地上植被物种多样性

4.4.3 土壤种子库与林下植被的相关性

5 结论与讨论

参考文献

致谢