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间伐和套种阔叶树对杉木人工林生物量、物种多样性及地力的影响

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摘要

本文通过对中国林科院热带林业实验中心不同间伐强度并套种阔叶树的杉木人工林生长发育与林分结构、乔木层生物量、植物多样性、土壤理化性质等进行了实验研究,揭示了不同间伐强度杉木人工林生长发育和林分结构演变规律,阐明了杉木人工林乔木层生物量与间伐强度的关系,分析了不同间伐强度并套种阔叶树对杉木人工林植物多样性的影响,并对不同间伐强度杉木人工林土壤的理化性质进行了比较和分析,结果表明:
   (1)间伐对提高林分胸径生长量和单株生物量有明显作用。研究表明,杉木人工林胸径随着间伐强度的增大而增加,并且间伐强度越大,胸径增长量越大。各器官的生物量显著增加,各器官生物量增加率的大小顺序依次为针叶>干材>枝条>干皮>根系。
   (2)短期内,间伐不能够提高林分乔木层单位面积的生物量。试验表明,保留密度为650株/hm2、1100株/hm2、1250株/hm2、1650株/hm2的18年生杉木人工林林分,其乔木层生物量分别为70.76t/hm2、84.58 t/hm2、106.43 t/hm2、117.68 t/hm2。方差分析结果表明,间伐强度最大的林分(74%)和间伐强度最小的林分(34%)乔木层生物量存在显著差异(P<0.05),而其余间伐强度林分之间的生物量差异均不显著(P>0.05)。
   (3)杉木人工林林下植物共有140种,分属63科108属,包含蕨类植物25种,裸子植物1种,被子植物114种。四种不同间伐强度林分林下植被优势种和共有优势种几乎是相同的。在灌木层中,凸尖紫麻、斑鸠菊、大叶白纸扇、水东哥、紫金牛、粗叶榕、三叉苦6种植物为共有优势种;在草本层中,淡绿短肠蕨、金毛狗、福建莲座蕨、有刺凤尾蕨、乌毛蕨、热带鳞盖蕨这6种植物为共有优势种;藤本植物中,爬藤榕、玉叶金花、黄独、变叶胡椒这4种植物为共有优势种。这与调查林分的环境条件相似性程度很高有关。
   (4)间伐对杉木人工林林下植被的物种丰富度、多样性指数和均匀度指数有着不同程度的影响。间伐能够增加林下植物种类,在各层次中,物种丰富度指数随着间伐强度的增大呈缓慢递增趋势,并且随着间伐强度的增加,林下阳性植物种类有增加趋势,而阴性植物种类呈减少趋势。灌木层、草本层的Shannon-Wiener指数和Simpson指数随着间伐强度的增大呈波浪形缓慢递减的趋势。Pielou的均匀度指数(Jsw)随着间伐强度的增大而降低,而生态优势度(λ)随着林分间伐强度的增加而逐渐增加。
   (5)间伐能够改善土壤物理性质。随着间伐强度的增大,土壤容重降低,土壤含水量呈“U”型抛物线趋势,土壤总孔隙度呈“凸”型抛物线状,随着保留密度的增加,非毛管孔隙度下降,土壤渗透性能降低。
   (6)不同间伐强度的林分土壤养分变化趋势不一。土壤水解N、速效P的含量随着间伐强度的增大呈波浪形趋势;土壤有机质、全N、全K的含量随着间伐强度的增大呈“凸”型抛物线趋势;土壤全P和速效K则随着间伐强度的增大呈递减的趋势,在0~20cm土层中,速效K的含量从高密度林分到低密度林分的递减趋势明显,减小的幅度较大。
   (7)杉木人工林土壤酸度较强,pH值在4.1~4.5之间波动;0~20cm的表层土壤酸度均大于20~40cm土层酸度;不同间伐强度杉木人工林内土壤交换性Ca2+、Mg2+含量在0~20cm土层中无明显变化规律,而在20~40cm土层中则随着间伐强度的增大有明显的增加趋势。

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