茂兰喀斯特森林林窗内光资源再分配对木本植物更新的影响机理研究

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由于喀斯特地区土壤瘠薄、岩石裸露率高,水土资源易流失,常出现季节性缺水,生境脆弱,使得喀斯特森林常出现林分结构简单、优势树种更新差等问题,甚至有些森林不能正常更新,存在明显的植被退化现象。在喀斯特森林中普遍存在的林窗被认为能够促进森林更新,但林窗内先建植的灌木层植物使得林窗内光资源变得十分复杂,关于林窗内灌木遮阴对幼苗更新的影响研究尚未见报道。基于此,本文以茂兰国家级自然保护区内常绿落叶阔叶混交林林窗为研究对象,通过分析林窗内光资源再分配对幼苗的物种多样性及功能性状的影响,探究喀斯特森林林窗内部更新机制,为喀斯特退化森林天然更新与正向演替提供理论基础。主要结果如下:(1)喀斯特森林不同大小林窗内灌木遮阴对幼苗层光资源分配的影响:不同大小林窗的开阔度与灌木层光环境参数均呈极显著正相关关系(P<0.01),且林窗大小间存在显著差异(P<0.05);不同大小林窗内灌木层的开阔度与幼苗层光环境参数均呈极显著正相关关系(P<0.01),在林窗大小间没有显著差异。不同大小林窗内灌木层光环境与幼苗层光环境显著不同,且灌木层光环境各参数的值显著大于幼苗层光环境各参数的值(P<0.05)。灌木层的开阔度(灌木遮阴)对幼苗层直接辐射的解释率为62.6%,对散射辐射的解释率为91.5%,对总辐射的解释率为83.3%。说明灌木层对林窗内光资源进行的再次分配,是喀斯特森林林窗内幼苗层光环境的主要影响因素。(2)喀斯特森林林窗内光资源再分配对木本植物幼苗多样性的影响:15个林窗样地共调查到木本植物幼苗共68科124属174种,不同大小林窗内物种数存在差异;对林窗有正向更新反应的树种——南天竹为优势种;大林窗内的幼苗物种多样性更高;RDA分析结果显示,林窗特征、地形因子、喀斯特小生境、幼苗层光环境对林窗内幼苗物种多样性影响的总解释率为81.7%,其中,幼苗层光环境的解释率为47.5%,地形因子的解释率为29.5%,林窗特征的解释率为18.8%,喀斯特小生境的解释率为5.3%。说明幼苗层光环境是影响幼苗物种多样性的主要驱动因子。(3)喀斯特森林林窗内光资源再分配对木本植物幼苗功能性状的影响:随着林窗内灌木遮阴百分比的增加,幼苗越倾向于往地上部分分配生物量,来维持正常的生理活动或生长;中度遮阴能促进林窗内幼苗非结构性碳的积累;灌木遮阴程度的增加使得N、P、K在幼苗叶片中富集;同时改变了幼苗的生长受限状况,由受N控制变化为受P控制。表明喀斯特森林林窗内幼苗采取一种资源保守型的生存策略。综上所述,林窗内幼苗得到的光资源是经灌木层植物再次分配的,真正影响幼苗物种组成与多样性的林窗内再分配的光资源,同时对幼苗的生长与更新策略也有明显的影响,故林窗内经灌木层再次分配的光资源对木本植物幼苗的更新有重要作用。因此,可以通过在喀斯特森林人为形成不同大小的林窗或适当伐除林窗内灌木层植物,使得幼苗层植物得以生长,促进退化喀斯特森林的更新。
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