刺槐风倒木林隙对微生境及其更新的影响

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刺槐(Robinia pseudoacacia)为豆科刺槐属落叶乔木,于上世纪50~60年代在泰山地区广泛引种栽植,是山东省药乡林场的主要树种之一。刺槐喜光,生长迅速,具有较强的根蘖繁殖能力,但随着萌生代数的增加,出现严重的衰退现象,抗风能力随之急剧下降。由于大风导致药乡林场大批刺槐倒伏,形成了大量的不同面积的林隙。林隙形成后,林内的微生境会如何变化?这种微生境的改变又对刺槐的更新产生什么样的影响?针对这一问题,本研究以不同大小、不同年份的刺槐风倒木林隙为研究对象,相邻的郁闭林分为对照,调查林隙内的微气候和土壤养分,以及刺槐幼苗的更新分布情况,目的是探讨林隙大小、形成时间对林隙内微生境的影响,揭示刺槐更新的主要影响因素,为合理植被保护与恢复提供基础数据和理论依据。主要研究结果如下:1.不同林隙内的更新情况随着林隙面积的增大,林隙内刺槐萌生苗和实生苗的高度(18.83cm、7.3cm)和密度(5297株/hm2、3523株/hm2)显著增加(p<0.05),大林隙的更新情况明显优于中小林隙和郁闭林分。随着林隙形成年龄的增加,林隙内刺槐幼苗的更新情况明显变差,2019年形成的林隙内,刺槐萌生苗和实生苗的高度(19.2cm、8.1cm)和密度(4851株/hm2、3817株/hm2)最大,显著高于2000年和1980年形成的林隙。在不同林隙内,刺槐实生苗在掘根倒木形成的坑内集中分布(83%),刺槐萌生苗在林隙中央(45%)和林隙1/2处(53%)集中分布,且主要位于刺槐风倒木倒向的前方区域。通过对晚期林隙的萌生苗进行SSR分子标记和挖根法发现,萌生苗的更新主要以风倒木的萌蘖更新为主。本研究表明,在56~225 m2这个尺度内,大林隙更适合刺槐的更新。2.晚期林隙对微气候的影响在生长季(7-9月)内,大林隙内的光照强度(16465lx)、空气温度(25.95℃)、土壤温度(23.08℃)最高,空气湿度最低(69.7%)。在林隙位置上,从中央到边缘,光照、气温、土温显著降低(p<0.05);在林隙空间分布上,中央区域的光热条件最好、湿度较差,北部区域的光热条件优于南部,湿度相反。3.林隙对土壤理化性质的影响在早中晚三种时期林隙中,大林隙在0-10cm、10-20cm土层的全氮、铵态氮和硝态氮含量均高于中小林隙和郁闭林分,不同土层的全磷和速效磷低于中小林隙和郁闭林分。在晚期和中期林隙中,除全氮外,不同大小林隙内其余土壤化学元素的含量均呈显著性差异(p<0.05)。除pH随着土层深度的增加而升高外,其余土壤化学元素的含量均随着土层深度的增加而降低。在晚期林隙内,土壤化学元素在空间分布上表现为,林隙中央区域氮元素和有机质含量高,林缘区域磷元素高,pH和速效钾在空间上无明显规律。4.晚期林隙刺槐更新的主要影响因素通过Pearson相关性分析可得,晚期林隙内刺槐更新密度与光照强度、硝态氮、铵态氮呈极显著正相关(r=0.863,r=0.861,r=0.862),与全磷和速效磷呈极显著的负相关(r=-0.793,r=-0.748),与全氮、有机质、速效钾呈不显著的正相关,与pH呈不显著的负相关。主成分分析表明,影响晚期林隙内刺槐更新密度最重要的因子为光照强度、硝态氮、铵态氮,其次为土壤温度、空气温度、有机质和pH。综上,在众多的影响因子中,光照强度、铵态氮和硝态氮对晚期林隙内刺槐的更新可能具有一定的促进作用,全磷和速效磷可能对刺槐的更新具有一定的限制作用。
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