皖南毛竹林密度效应研究

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毛竹(Phyllostachys edulis)是我国亚热带主要的生态经济竹种,不仅具有较高的经济价值和社会价值,而且发挥着重要的生态功能。密度管理一直是毛竹林培育的关键技术,合理的密度管理不仅是提高竹林生产力的重要途径,而且是充分发挥竹林生态功能的必要手段。以往关于毛竹林密度的研究常侧重于生产力方面,而随着人们对生态需求的不断增强,毛竹林经济效益和生态效益兼顾将成了竹林培育的重要发展方向,因此探讨毛竹林的密度效应对毛竹林可持续经营具有重要的意义。本研究通过在皖南地区设置具有代表性且环境条件基本一致,林分密度分别为1 200株?hm-2(D1)、1 800株?hm-2(D2)、2 400株?hm-2(D3)和3 000株?hm-2(D4)的毛竹纯林,比较研究了不同密度毛竹林的生长特征、土壤质量、生物量格局、营养元素积累与分配、水源涵养功能的差异,旨在揭示林分密度对毛竹林生产力及主要生态功能的作用机理,探讨经济效益和生态效益兼顾的毛竹林经营密度,为皖南地区毛竹林丰产培育和可持续经营提供理论依据和技术指导。研究结果表明:(1)不同密度毛竹林的胸径、竹高、枝下高、冠幅、基径、胸径处壁厚、总节数和枝盘数等指标差异不显著,而毛竹林的出笋成竹、受害程度及叶面积指数差异显著。毛竹林的出笋率和成竹率随着密度的增大而降低,而退笋率不受密度的影响。密度影响着毛竹林病虫害率和雨雪冰冻受害率,竹林总受害率大小排序为D(316.67 %)>D(413.33%)>D1(10.19 %)>D2(9.26 %),在竹林经营中可以通过密度管理来降低毛竹林的受害率。构建了皖南地区毛竹林叶面积指数的估算模型LAI=0.000588 N 0.9519 D 0.7136,不同密度毛竹林叶面积指数表现为D4(6.83)>D3(5.38)>D2(4.21)>D1(2.96)。毛竹生长因子之间存在着不同程度的相关关系,其中毛竹的胸径和竹高与其他指标的相关关系更密切。(2)应用加权综合指数法对毛竹林土壤物理性状、化学性质和酶活性进行了综合评价,毛竹林土壤质量综合指数排序为D(10.5086)>D(20.5084)>D(30.4943)>D(40.4781)。试验区土壤较适合毛竹的生长,但是土壤氮磷钾比值与毛竹生长所需氮磷钾比值存在差异,其中土壤磷元素含量是毛竹生长的主要限制因子。随着林分密度增大,毛竹林土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性总体呈现先增加后趋于稳定的规律性变化。土壤酶之间及其与土壤理化性质密切相关,可以用土壤酶活性作为评价毛竹林土壤质量的指标。(3)林分密度显著影响着毛竹林生物量格局。不同密度毛竹林生态系统生物量表现为D4(118.02 t·hm-2)>D3(98.42 t·hm-2)>D2(67.84 t·hm-2)>D1(58.27 t·hm-2),其中乔木层生物量所占比例最大,大小排序为D(4111.45 t·hm-2)>D(391.44 t·hm-2)>D(260.54 t·hm-2)>D1(50.14 t·hm-2)。林下植被生物量占毛竹林生态系统生物量的比例较小,其中灌木层所占比例为0.23 %~4.60 %,草本层所占比例为0.25 %~2.53 %,灌木层和草本层的生物量与竹林密度呈显著负相关。毛竹林枯落物储量的大小排序为D(46.00 t·hm-2)>D3(5.56 t·hm-2)>D2(5.02 t·hm-2)>D1(3.98 t·hm-2),占生态系统生物量的5.08 %~7.40 %。通过线性逐步回归拟合发现,对毛竹林生态系统生物量的直接影响力排序依次为林分密度>土壤有机质>土壤pH值>平均胸径>土壤容重。(4)林分密度对毛竹不同器官和毛竹林生态系统各层次氮、磷、钾元素积累与分配有着深刻的影响。毛竹林营养元素的总积累量表现为D(354 019.59 kg·hm-2)>D(446676.53 kg·hm-2)>D2(44 548.81 kg·hm-2)>D1(25 650.10 kg·hm-2),各元素占总积累量比例大小依次为钾>氮>磷。毛竹林对林地土壤中营养元素的累积程度存在显著差异,表现为主要累积氮元素和磷元素,而对钾元素的生物吸收较少。毛竹林林下植被的营养元素含量均高于乔木层,富集系数呈现随密度增大而减小的趋势。(5)林分密度显著影响毛竹林水源涵养功能的发挥,试验区1 200株·hm-2的毛竹林水源涵养功能最强。毛竹林的水源涵养量表现为D1(722.20 t·hm-2)>D3(720.71 t·hm-2)>D4(655.96 t·hm-2)>D2(616.04 t·hm-2)。毛竹林植冠层截留量的大小排序为D4(7.93 t·hm-2)>D2(6.34 t·hm-2)>D3(6.33 t·hm-2)>D1(5.30 t·hm-2),乔木层枝叶持水量随密度增大而增加,林下植被持水量则与密度负相关。毛竹林枯落物层最大持水量与其储量密切相关,大小排序为D4(20.70 t·hm-2)>D3(17.71 t·hm-2)>D2(17.04 t·hm-2)>D1(13.56 t·hm-2)。枯落物层最大拦蓄量和有效拦蓄量均随着竹林密度增大而增加,枯落物层持水量和吸水速率与浸泡时间之间的拟合模型为S=aInt+b和V=ctd。土壤是毛竹林水源涵养的主体,占毛竹林水源涵养量的95.64 %~97.39 %。随着林分密度增大,毛竹林土壤层水源涵养功能呈降低趋势。不同密度毛竹林土壤渗透性能高低排序为D1>D3>D2>D4,模型f=at-n可以模拟毛竹林土壤水分入渗过程。(6)在研究区,2 400株·hm-2为毛竹林最优的经营密度。不同密度毛竹林的生产力、改良土壤、维持生物循环平衡、水源涵养功能等主要生态功能优劣次序不尽相同。应用加权综合指数法对毛竹林的生长特征、土壤质量、生物量格局、营养元素积累与分配、水源涵养功能进行综合评价,不同密度毛竹林生产力及生态功能综合指数大小依次为D3(0.4995)>D2(0.4803)>D1(0.4662)>D4(0.2602)。皖南地区2 400株·hm-2毛竹林不仅具有较好的经济效益,而且能够很好地发挥竹林改良土壤、维持生物循环平衡、水源涵养等生态功能。
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