论文部分内容阅读
人工林是我国用材原料的主要来源,同时面临生产力低,质量差等一系列问题,因此引发社会各界人士对科学提升人工林生态效益及功能的重视。天然林物种组成复杂,生物多样性丰富,且生态系统稳定性优于人工林。通过对比人工林与天然林在林分组成、立地条件等方面的差异,有利于完善培育人工林技术措施,同时充分发挥森林生态效益,实现森林可持续经营的目标。本研究选择粤北地区乐昌市龙山林场常见常绿阔叶人工林——红锥人工林(Castanopsis hystrix)、深山含笑人工林(Michelia maudiae)、乐昌含笑人工林(Michelia chapensis)为研究对象,分析与天然次生林在林下植被群落特征、土壤理化性质、土壤种子库、林分稳定性的差异,运用主成分分析,评估三种林分森林健康状况,得出制约人工林发展的因素,以期为人工林生态效益的发展提供科学依据。主要研究结果如下:(1)人工林与天然林林分乔木层分层效果均显著,创造了良好的林下环境,有助于林下植被的健康生长。人工林径级结构组成较天然次生林简单,其径级结构分布较为集中,天然次生林年龄结构丰富,更适于向稳定群落方向发展。(2)三种林分林下植被物种数表现为天然次生林(61种)>含笑人工林(43种)>红锥人工林(41种),天然次生林在林下物种数方面优于人工林,但其科数方面并未有明显优势(天然次生林林下植物种类隶属35科,含笑林隶属34科,红锥人工林隶属33科)。天然次生林与人工林林下植被优势种存在显著差异,表现为杜茎山、粗叶榕在人工林下植被中占优势,而天然次生林林下优势物种为乔木层新叶木姜子、木荷、广东润楠幼苗。灌木层Shannon-Wiener指数大小关系为天然次生林(1.95±0.40)>红锥人工林(1.61±0.51)>含笑人工林(1.23±0.30);草本层表现为红锥人工林(2.55±0.50)>含笑人工林(2.53±0.31)>天然次生林(2.34±0.38)。灌木层多样性指数与草本层呈负相关。林下植被稳定性分析结果显示,天然次生林具有良好的林下稳定性特征,说明植物群落的物种多样性与群落结构的复杂程度与林下稳定性呈正相关,且决定群落稳定性的维持和群落演替的发展。(3)在0~20 cm土层,有机质、全氮、全磷含量为红锥人工林(34.74±13.29 g·kg-1,1.56±0.49 g·kg-1,0.43±0.13 g·kg-1)>含笑人工林(28.20±9.97 g·kg-1,1.27±0.34 g·kg-1,0.30±0.10 g·kg-1)>天然次生林(22.78±8.52 g·kg-1,1.07±0.33 g·kg-1,0.25±0.04 g·kg-1);在20~40 cm土层,人工林与天然林的土壤有机质、全氮、全磷含量仍表现为红锥人工林(24.22±7.51 g·kg-1,1.23±0.32 g·kg-1,0.42±0.11 g·kg-1)>含笑人工林(21.80±8.34 g·kg-1,1.04±0.28g·kg-1,0.29±0.11 g·kg-1)>天然次生林(16.15±6.42 g·kg-1,0.83±0.23 g·kg-1,0.24±0.04 g·kg-1)。除硝态氮外,其余土壤理化性质均因林分类型不同而存在显著差异(P<0.05)。林下植被多样性指数与土壤有机质含量存在显著相关性(P<0.05),有机质、氮、磷三者是影响林下植被多样性的关键因子。草本层多样性指数与氮、磷含量显著相关(P<0.05),且土壤理化性质的改变更容易影响草本层植物的生长。(4)红锥人工林、含笑人工林与天然次生林的土壤种子库发芽数量较少,且灌木植物在已发芽的植株中占优势;天然次生林与人工林土壤种子库发芽植物种类与数量未有显著差异。土壤种子库与地上植被相似性指数说明,人工林相似性指数低于天然次生林,说明随着群落演替的进行,土壤种子库与地上植被相似性增强,但其三种林分指数均低于其他学者研究结果。(5)选择能够代表林分生产力、土壤养分、林分结构和恢复更新能力四方面的24个指标对三种林分进行主成分分析,结合分析结果对林分进行健康综合评价。结果显示,林分健康得分为天然次生林(2.24)>含笑人工林(-1.00)>红锥人工林(-1.24)。影响林分健康的因素中占比较高的为土壤p H值、土壤K、P含量、灌木草本多样性指数和丰富度指数、林分年龄结构和幼苗株数等,主要集中在土壤养分和林分结构两方面。进一步说明,维持人工林林分健康和稳定应将措施集中在丰富林分结构和维持土壤养分方面,进而促进人工林生态效益的最大化。