海岸沙地木麻黃人工林細(xì)根生態(tài)學(xué)研究.pdf

1、木麻黃(Casuarinaequisetifolia)自從20世紀(jì)50年代引種到中國，在東南沿海地區(qū)已經(jīng)有50多年的栽培歷史，表現(xiàn)了很好的適應(yīng)性和豐產(chǎn)性，在東南沿海建立了一道綠色的生態(tài)屏障，在防風(fēng)固沙、改善生態(tài)環(huán)境和提供木材等方面發(fā)揮著巨大的作用，成為沿海地區(qū)造林的主要樹種之一，特別在海岸風(fēng)口地段的造林中具有不可替代的地位。但是，沿海地區(qū)處于陸地與海洋的交界地帶，該氣候巨變帶極易發(fā)生災(zāi)害天氣，臺(tái)風(fēng)、暴雨、風(fēng)暴潮、旱澇等襲擊海岸及其毗鄰地

2、段，再加上嚴(yán)重的人為干擾，使得該地區(qū)的生態(tài)條件差。由于自然環(huán)境和人類的影響，使木麻黃防護(hù)林存在老化、生長衰退、樹種單一、林帶結(jié)構(gòu)不理想、低值和低效林分增加、防護(hù)效能降低等突出問題，對沿海防護(hù)林體系的可持續(xù)發(fā)展影響極大。鑒于此，木麻黃防護(hù)林可持續(xù)經(jīng)營問題引起了國內(nèi)外許多學(xué)者的普遍關(guān)注，開展防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的研究，闡明木麻黃低質(zhì)、低效林的成因及其發(fā)生、發(fā)展的生理生態(tài)機(jī)制，從而為木麻黃防護(hù)林的合理經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)，是沿海防護(hù)林工程建設(shè)

3、的迫切任務(wù)。 雖然國外大量的研究表明，細(xì)根在森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中發(fā)揮著巨大的作用，但我國對林木細(xì)根的研究還是停留在國外20世紀(jì)70年代末、80年代初的水平上，對細(xì)根在森林生態(tài)系統(tǒng)中的主要作用認(rèn)識(shí)不足。木麻黃生長于海岸沙地上，其耐早、耐瘠薄、抗鹽堿等性狀必然與其生物學(xué)特性尤其是根系的吸收特性有關(guān)，而根系，尤其是細(xì)根對水分和養(yǎng)分的吸收必然影響到地上部分的生長。針對沿海防護(hù)林中注重地上部分、忽視地下部分的現(xiàn)狀，本研究對其

4、細(xì)根生態(tài)學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的探討，本實(shí)驗(yàn)從2005年1月到2006年1月在福建沿?；莅渤嗪蜄|山赤山國有防護(hù)林場從細(xì)根生物量及其隨林齡與季節(jié)變化動(dòng)態(tài)、細(xì)根凈生產(chǎn)力、分解和周轉(zhuǎn)、細(xì)根養(yǎng)分和能量隨林齡和季節(jié)的變化動(dòng)態(tài)、細(xì)根分解中養(yǎng)分和能量的歸還與釋放等角度對木麻黃的細(xì)根生態(tài)學(xué)特性進(jìn)行了探討,研究結(jié)果表明： 1.木麻黃細(xì)根的生物量最大可達(dá)12.373t·hm-2(30年生)；細(xì)根生物量分別占地下部分生物量和林分總生物量的53.1％和3.8％

5、：活細(xì)根的生物量隨林齡的增大而逐漸增加，至30林齡時(shí)達(dá)到最大，而后逐漸下降，死細(xì)根的生物量則呈現(xiàn)一直增大的趨勢，木麻黃人工林細(xì)根的生物量與林齡具有顯著的相關(guān)關(guān)系；細(xì)根生物量具有明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài)，各林齡無論活細(xì)根還是死細(xì)根都表現(xiàn)為雙峰型，不過不同林齡的木麻黃林分細(xì)根生物量峰值出現(xiàn)的季節(jié)不同，3年生和18年生的活細(xì)根出現(xiàn)在1月和7月，而12年生出現(xiàn)在3月和7月，對于死細(xì)根，12年生和18年生的兩個(gè)峰值出現(xiàn)在3月和7月，5年生則出現(xiàn)在7月和11

6、月。 2.各林齡木麻黃防護(hù)林活、死細(xì)根密度垂直分布呈單峰型，最大值出現(xiàn)在表層的0～10cr土層中，后隨土層厚度增加逐漸減少，其中5林齡細(xì)根生物量隨土層深度增加而減少表現(xiàn)最為明顯。在0～10cm土層中的活、死細(xì)根生物量分別占全部活細(xì)根生物量的51.9％和死細(xì)根生物量的53.3％，活細(xì)根生物量的84.6％和死細(xì)根生物量的82.8％分布在0～30cm的土層中。以后隨著林齡的增加，表層土壤中細(xì)根生物量的比重降低而深層的比重增加。由此可知

7、，在木麻黃防護(hù)林造林初期，細(xì)根迅速向四周擴(kuò)展，占領(lǐng)土壤的表層空間，隨著林齡增加，表層細(xì)根密度增大，細(xì)根開始向深層延伸。從各林齡表層細(xì)根生物量占絕對優(yōu)勢來看，木麻黃細(xì)根的生長對養(yǎng)分的需求遠(yuǎn)大于對水分的需求。 3.用試驗(yàn)期間(360d)不同時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)擬合，得到木麻黃細(xì)根分解的回歸方程為X/x0=1.06e-0.0014t。應(yīng)用模擬方程計(jì)算出分解1年的干重?fù)p失率理論值與實(shí)測值較為接近。木麻黃細(xì)根半分解時(shí)間為537天，95％分解時(shí)間

8、為2181天。木麻黃細(xì)根的年死亡量和年生長量隨著林齡的增長而增加，然后又下降。5、12、18林齡木麻黃細(xì)根年死亡量分別為1.298t·hm-2、1.964t·hm-2和1.825t·hm-2，年生長量分別為2.859t·hm-2·a-1、3.269t·hm-2·a-1、3.173t·hm-2·a-1，年周轉(zhuǎn)率為0.474～0.758次。 4.木麻黃人工林細(xì)根N、P、K、Ca、Mg、C等元素的濃度含量和現(xiàn)存量隨著季節(jié)變化的變動(dòng)模式

9、不同，死細(xì)根與活細(xì)根之間也存在差異，隨著林齡的變化，各種養(yǎng)分元素的濃度和現(xiàn)存量的變化動(dòng)態(tài)也不一樣，死細(xì)根與活細(xì)根之間的變化趨勢類似。除18年生的死細(xì)根灰分含量以外，其他各林齡活、死細(xì)根的灰分含量隨季節(jié)的變化具有相似的變化趨勢，各林齡木麻黃細(xì)根的干重?zé)嶂岛腿セ曳譄嶂惦S季節(jié)的變化動(dòng)態(tài)幾乎完全一致。活細(xì)根和死細(xì)根灰分含量隨林齡的變化模式相似，且活細(xì)根的灰分含量低于相應(yīng)林齡的死細(xì)根。木麻黃細(xì)根干重?zé)嶂岛腿セ曳譄嶂惦S林齡變化動(dòng)態(tài)基本相一致,基本上

10、隨林齡的增加而呈現(xiàn)波浪式增大的趨勢。 5.在整個(gè)分解過程中，C、Ca含量呈上升與下降交替進(jìn)行的倒“S”型，且波動(dòng)幅度越來越小，N、P的濃度總體呈現(xiàn)逐漸加大的趨勢，K的濃度在分解前三個(gè)月急劇下降此后變化平緩，Mg則在分解過程中有升有降。K、Ca、Mg濃度總體表現(xiàn)為釋放，C、N、P濃度則總體表現(xiàn)為富積，一般認(rèn)為C/N比降至25以下，N的釋放速率才加快，木麻黃細(xì)根在分解過程中C/N比最低也有30.8，這是木麻黃細(xì)根分解率低以及N的釋放

11、速度慢的原因所在。木麻黃細(xì)根分解過程中養(yǎng)分濃度的變化與地上部分相似。分解一年之后，細(xì)根分解都表現(xiàn)為養(yǎng)分釋放，K的損失率最高，達(dá)91.41％，其次是Mg和Ca，再次是C和N，P的損失百分率最低。 6.12林齡細(xì)根各養(yǎng)分歸還量最高，其次是18林齡，5林齡歸還量最小。15林齡木麻黃人工林每年通過細(xì)根枯死向土壤歸還的N、P、K、Ca、Mg養(yǎng)分分別為5.86、-0.002、5.15、4.85、0.46kg.hm-2。各養(yǎng)分歸還量的大小順序

12、為N＞K＞Ca＞Mg＞P。與地上凋落物枯枝落葉的養(yǎng)分歸還量相比，木麻黃細(xì)根分解的Ca、Mg歸還量分別為枯枝落葉歸還量的28.16％和25.84％，而N、K的歸還量比枯枝落葉還要高，分別為1.14和1.36倍，P元素在細(xì)根分解中則表現(xiàn)為養(yǎng)分積累。5、12、18林齡木麻黃人工林細(xì)根年能量歸還量分別為25.53、38.34、33.4×106kJ.hm-2·a-1.年能量凈生產(chǎn)量分別為76.78、93.42、91.35×106kJ·hm-2，年