抚育间伐对杉木人工林土壤微生物和理化性质的影响

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xzl2003cn
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杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国南方栽培最广的树种,其普遍存在密度较大、树种单一及连栽等问题,导致大径材培育困难、地力衰退、生态效益差、火灾和病虫害发生频繁,亟待提质增效。抚育间伐是杉木人工林大径材培育和提质改造的有效措施,可以利用间伐后出现的林窗补植阔叶乡土珍贵树种,改善林分结构,形成异龄复层针阔混交林,从而提高森林的生态效益、经济效益和社会效益。本研究依托中央财政补贴“森林质量精准提升”项目,以岳阳市塔市国有林场9年生杉木人工纯林为研究对象,设置4个处理(CK:未间伐、T1:间伐强度20%、T2:间伐强度30%、T3:间伐强度40%),定期观测杉木林土壤微生物、理化性质、土壤酶活性、林木生长、林下植物群落特征等指标,通过比较分析各处理间的差异,探究抚育间伐对植物-土壤-微生物互作关系的影响,找到既能提升森林生态效益又利于培育大径材的抚育间伐强度,为杉木人工林提质增效提供理论依据和技术支撑。主要得到以下试验结果:(1)抚育间伐提高了杉木土壤细菌的丰度和多度,其促进作用T3>T2>T1>CK、根际土壤>非根际土壤;抚育间伐后,在门水平上提高了放线菌门和变形菌门的丰度和多度,其促进作用T3>T2>T1>CK,但降低了绿弯菌门和酸杆菌门的丰度和多度,其降低程度T3>T2>T1>CK。(2)抚育间伐能够降低土壤容重、增加土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度,增强土壤储水能力,从而改善土壤物理性质,其改善作用T3>T2>T1>CK,其中对表土层(0-20cm)的改善作用大于心土层(20-40cm)。T1、T2、T3与CK相比,在0-20cm土层土壤容重年变化量分别多降低0.015 g·cm-3、0.027 g·cm-3、0.028 g·cm-3,土壤毛管孔隙度分别多增加0.26%、0.91%、0.92%,土壤非毛管孔隙度分别多增加0.08%、0.58%、0.59%,土壤储水能力分别多增加 3.50%、11.16%、12.01%。(3)抚育间伐能够增加土壤pH值,增加作用T3>T2>T1>CK,抚育间伐能够促进土壤TN、TP、TK含量增加,促进作用T3>T2>T1>CK,抚育间伐能够提高土壤酶活性,脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶提高作用T3>T2>T1>CK,纤维素酶提高作用T2>T3>T1>CK,表土层>心土层。T1、T2、T3与CK相比,在0-20cm 土层pH值分别多增加0.11、0.24、0.27,TN含量分别多增加0.024 g·kg-1、0.075 g·kg-1、0.088 g·kg-1,TP 含量分别多增加 0.003 g·kg-1、0.004 g·kg-1、0.007 g·kg-1,TK含量分别多增加0.05 g·kg-1、0.20 g·kg-1、0.22 g·kg-1,脲酶活性分别多增加0.61 mg/g/h、1.13 mg/g/h、1.88 mg/g/h,蔗糖酶活性分别增加 0.98 mg/g/h、1.81 mg/g/h、1.89 mg/g/h,过氧化氢酶分别多增加 5.54 mg/g/d、9.71 mg/g/d、12.52mg/g/d,酸性磷酸酶活性分别多增加3.86 mol/g/d、6.55 mol/g/d、7.19mol/g/d,纤维素酶活性分别多增加 0.67 mg/g/h、1.09 mg/g/h、1.01mg/g/h。(4)抚育间伐促进了杉木树高、胸径、单株材积的增长,促进作用T3>T2>T1>CK、胸径>单株材积>树高,间伐后单位面积蓄积年增长量先降后升,3年后T3>T2>T1>CK。抚育间伐对杉木生长的促进作用随时间呈递减趋势,间伐6年后,杉木树高、胸径、单株材积和单位面积蓄积年增长量不同处理间差异不显著,因此,抚育间伐的间隔期应为5-6年。(5)抚育间伐促进了杉木林林下植被的生长,抚育间伐6年后,林下灌草种类T1、T2、T3与CK相比,分别多增加3种、7种、10种。间伐后林下植被的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson生态优势度指数和Pielou均匀度指数均为T3>T2>T1>CK。(6)土壤微生物、土壤理化性质和植被间相关性表现为:土壤微生物OTU总数与容重、pH值呈负相关(P<0.05),与毛管孔隙度、非毛管孔隙度、储水能力、TN、TP、TK、酶活性呈正相关(P>0.05);土壤微生物OTU总数与林木树高、胸径、单株材积、蓄积年增长量呈显著正相关(P<0.05),与林下植被simpson指数、pielou指数、shannon-wiener指数呈极显著正相关(P<0.01);土壤容重与林木树高年增长量呈显著负相关(P<0.05),与胸径、单株材积、蓄积年增长量及林下植被simpson指数、pielou指数、shannon-wiener指数呈极显著负相关(P<0.01)。土壤孔隙度、储水能力与林木树高、胸径、单株材积、蓄积年增长量呈显著正相关(P<0.05),与林下植被simpson指数、pielou指数、shannon-wiener指数呈极显著正相关(P<0.01),TN、TP、TK、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、纤维素酶酶活性与林木树高、胸径、单株材积、蓄积年增长量、林下植被simpson指数、pielou指数、shannon-wiener指数正相关(P>0.05)。试验表明,9年生杉木人工林应采取强度间伐措施,即保留株数为1508株/hm2左右,能够促进林木生长,丰富林下植被,增加土壤微生物种群,改善土壤理化性质,使整个杉木人工林生态系统的结构和功能更加健全,有利于可持续经营。
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