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在退化的人工林中种植乡土树种以促进其向更稳定的乡土群落发展被认为是植被恢复的一项有效的措施,但长期以来,人们考虑较多的是地上植物群落的构建及其恢复,而对地下部分的恢复及其作用关注很少,尤其是关于此项措施对关键土壤生态过程的研究相对缺乏。本研究以南亚热带典型外来豆科树种马占相思林和大叶相思人工林为研究对象,通过调查植物群落组成、测定土壤微生物群落结构、土壤微生物学和化学属性、凋落物分解以及土壤呼吸和氮矿化等关键的土壤生态过程,比较在马占相思和大叶相思人工林种植与未种植乡土树种植物群落和土壤生态过程的差异,阐明林分改造对植物群落和关键土壤特性与过程的影响,开展这一研究对指导南亚热带退化土地植被恢复与重建具有积极的现实意义,主要结果如下:
1、改造林分中的马占相思或大叶相思其树高与未改造林分无显著差异,但胸径和冠幅均高于未改造林分中的马占相思或大叶相思,表明改造林分的环境条件有利于原优势树种的生长。林分改造可以提高乔木层丰度度指数和多样性指数,但是对灌草物种数影响较小。林分改造使马占相思林土壤有机碳和可溶性有机碳下降,能一定程度上提高大叶相思林土壤有机碳和可溶性有机碳含量。林分改造均不会降低两个林分的土壤全N含量,而且一定程度上可以促进全P的积累。林分改造不同程度的降低马占相思林土壤微生物磷脂脂肪酸,但不同程度的增加大叶相思林土壤微生物磷脂脂肪酸。
2、所有林分类型土壤呼吸湿润季节高,干旱季节低,林分改造并不影响土壤呼吸的季节变异。与对照相比,虽然去除根系、去除根系和凋落物处理均降低了四个林分的土壤呼吸,但降低程度取决于于林分类型。与对照相比,处理不影响土壤温度,但对土壤水分有一定的影响。林分改造使马占相思林异养呼吸比例增加,自养呼吸比例降低;大叶相思林则相反。土壤温度可以解释各处理土壤呼吸变异的20~49%,是调控所有林分类型各处理土壤呼吸的主导因素,土壤水分对其影响很小。林分改造并未改变土壤温度和水分对土壤呼吸的相对重要性。除了未改造大叶相思林,其余林分土壤呼吸与地上部分凋落物产量关系密切。
3、对马占相思林和大叶相思林进行林分改造,均显著降低了旱季土壤氮的矿化速率,但不影响湿季氮的矿化速率。林分改造使马占相思林干旱和湿润季节硝化速率均显著降低,但不影响大叶相思林干旱和湿润季节氮的硝化速率。林分改造不影响旱季氮的淋溶,但均显著降低雨季氮的淋溶。这表明对于退化的豆科树种人工林,林分改造虽然降低了旱季氮的矿化速率,但是不影响雨季氮的矿化,而且有利于减少氮素的淋溶损失。短期而言,这一措施有利于土壤养分的保存。
4、凋落物初始质量及分解速率在种间和凋落物类型间差异显著。经过411天的分解,不同类型的凋落叶残余量仍在40~70%左右。未改造或改造马占相思林中的马占相思凋落叶的分解主要受其各自凋落叶的化学属性所调控,而林分环境的作用似乎不那么重要。未改造或改造大叶相思林中的大叶相思凋落叶在分解前期,其分解主要受各自凋落叶化学属性所控制,但是到了分解的后期,林分环境对分解起着重要作用。对大叶相思林进行林分改造有利于原有树种和其它树种的分解,这可能与林分环境变化有关。对马占相思林进行林分改造不影响凋落叶分解。不同凋落叶类型间N、P释放格局存在差异,释放格局复杂。N释放表现为持续固持、先释放后固持和先固持后释放三种格局;P的释放格局为持续释放、先释放后固持和持续固持。交互实验中N和P释放格局表明原有林分环境条件有利于N和P的释放。