柏木人工林人造林窗下幾種植物光合生理特性的研究.pdf

1、柏木(Cupressus funebris)人工林作為川中丘陵主要的防護(hù)林類型，在其建成初期極大改善了區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，水土保持效益顯著。而因造林設(shè)計(jì)、苗木質(zhì)量、后期管理等因素，大部分已成為典型的低產(chǎn)低效林，林分系統(tǒng)功能呈逆向發(fā)展趨勢(shì)，嚴(yán)重影響了森林綜合效益的發(fā)揮，亟需通過合理的途徑和方法提高森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能，促使柏木純林形成斑塊鑲嵌的針闊混交林，并建成為穩(wěn)定高效的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型人工林生態(tài)系統(tǒng)。因此，本文以川中丘陵區(qū)柏木低效林為研究對(duì)象

2、，采用團(tuán)圈狀采伐模擬自然條件下的林窗干擾，形成50m2(Ⅰ)，100 m2(Ⅱ)以及200 m2(Ⅲ)3種面積的林窗，研究了林窗內(nèi)人工種植的銀木(Cinnamomum septentrionale)和香椿(Toona sinensis)在種植的第一個(gè)和第二個(gè)生長(zhǎng)季的生長(zhǎng)和光合生理特性，以及林窗形成后的第二個(gè)生長(zhǎng)季林窗內(nèi)自然更新的不同功能類型植被(喬木:女貞(Ligustrum lucidum)、構(gòu)樹（Moraceae broussone

3、tia）、油桐(Verniciafordii);灌木:黃荊（Vitex negundo）、鹽膚木（Rhus chinensis）、竹葉椒(Rutaceae Zanthoxylum);草本:藎草(Arthraxon hispidus)、苔草(Carex brunnea)、地果(Ficus tikoua)）的光合特性及對(duì)林窗環(huán)境的響應(yīng)特征，研究結(jié)果如下:
　　(1)林窗Ⅲ的光合有效輻射(PAR）和氣溫(T)顯著高于林窗Ⅰ和林窗Ⅱ(p＜

4、0.05)，而空氣濕度（RH)則更低(p＜0.05）。PAR、T日變化均表現(xiàn)出凸型，但PAR峰值出現(xiàn)的為12:00時(shí)，T則為14:00時(shí);RH日變化為凹型，谷值出現(xiàn)在14:00時(shí)。林窗Ⅲ內(nèi)PAR、T和RH的日變化幅度均大于林窗Ⅰ和林窗Ⅱ。經(jīng)多因素主成分分析，樣地生境的差異主要是由光照強(qiáng)度的變化，進(jìn)而引起氣溫、空氣濕度的差異。林窗內(nèi)PAR呈林窗中心＞林窗近中心＞林窗邊緣的梯度變化，林窗中心與林窗邊緣差異顯著(p＜0.05);日均PAR隨林

5、窗面積的增加而增加，但林窗內(nèi)部的光強(qiáng)異質(zhì)性則依次降低。
　　(2)銀木和香椿的生長(zhǎng)特征:銀木和香椿的樹高、地徑及冠面積均在林窗Ⅱ中最高，并以全光照的曠地(KD)最低;與第一個(gè)生長(zhǎng)季相比，在第二個(gè)生長(zhǎng)季銀木的樹高生長(zhǎng)量均有所增加，但地徑的生長(zhǎng)量降低，香椿的樹高和地徑生長(zhǎng)量均呈增加趨勢(shì);香椿的樹高、地徑、冠面積以及樹高和地徑的生長(zhǎng)量均顯著高于銀木(p＜0.05）。銀木和香椿的葉形態(tài)特征:銀木和香椿的葉片厚度及比葉干重(LMA)均隨林窗

6、面積的增加而增加，葉片顯著地變小增厚;銀木葉片厚度及LMA顯著高于香椿(p＜0.05）。
　　(3)林窗Ⅲ內(nèi)銀木及KD內(nèi)銀木和香椿的凈光合速率（Pn）日變化有明顯的“光合午休”，銀木Pn的降低主要受氣孔因素的影響，而香椿則為非氣孔因素限制占主導(dǎo)。隨林窗面積的增加，銀木和香椿的Pn以及氣體交換參數(shù)(氣孔導(dǎo)度(Cond)、蒸騰速率（Tr）、氣孔限制值(Ls)與水分利用率（WUE)）均逐漸升高(p＜0.05），而胞間二氧化碳濃度(Ci)

7、逐漸降低(p＜0.05），在同一面積的林窗內(nèi)，香椿的Pn、Cond、Tr、WUE均高于銀木(p＜0.05），而Ci和Ls相對(duì)更低(p＜0.05）。
　?。?)銀木和香椿的光響應(yīng)參數(shù)（初始量子效率(α）、最大凈光合速率(Pmax)、暗呼吸速率（Rd)）以及CO2響應(yīng)參數(shù)（表觀羧化效率(CE)、最大表觀光合速率(Pnmax)、最大羧化速率(Vcmax)、最大電子傳遞速率(Jmax））在林窗Ⅱ或Ⅲ表現(xiàn)最大(p＜0.05），銀木和香椿的光

8、補(bǔ)償點(diǎn)(Lcp)總體隨林窗面積的增加而增加，而光飽和點(diǎn)(Lsp)在林窗內(nèi)差異不顯著(p＞0.05），但顯著高于全光環(huán)境的曠地。在同一面積的林窗下，香椿的α、Pmax、Rd、CE、Pnmax高于銀木，而Vcmax和Jmax較低。
　　(5)銀木和香椿葉片葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)、類胡蘿卜素(Cars)隨林窗面積的增加而降低，Chla/Chlb值和可溶性蛋白(SP）、丙二醛(MDA)的含量以及超氧化物歧化酶(SOD)

9、的活性隨林窗面積的增加而增加。在第二個(gè)生長(zhǎng)季，林窗內(nèi)銀木和香椿的MDA較第一個(gè)生長(zhǎng)季均顯著下降(p＜0.05），且與KD差異增加(p＜0.05）。
　　(6)隨著林窗面積的增加，銀木和香椿的全氮(Nm）、單位葉面積氮含量(Naera)、光氮利用率(PNUE)以及葉片氮素在生物力能學(xué)組分（光合電子傳遞和光合磷酸化載體蛋白組分）中的分配系數(shù)(PB)、葉片氮素在羧化系統(tǒng)中的分配系數(shù)(PC)均顯著增加(p＜0.05)，葉片氮素在葉綠素蛋白

10、復(fù)合體(PSⅠ、PSⅡ、LCHⅡ)中的分配系數(shù)(PL）則逐漸降低(p＜0.05），Nm、Naera以林窗Ⅲ或KD較高，PNUE、PC和PB均以林窗Ⅱ最大。香椿的Nm、Naera、Pmax、PNUE、PC顯著高于銀木(p＜0.05），而PL較低，PB差異不顯著(p＞0.05）。銀木和香椿的PNUE隨Nm、LMA的增加而降低，呈負(fù)相關(guān)，PNUE與Nm相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(p＜0.01），而與LMA的關(guān)系未達(dá)到顯著水平(p＞0.05）。銀木和

11、香椿的Pmax隨Nm的增加而增加，與Nm呈正相關(guān)，但未達(dá)到顯著水平(p＞0.05)。Pmax與LMA呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但關(guān)系并不顯著(p＞0.05）。
　　(7)在林窗內(nèi)不同功能型植物的LMA、Naera Pn、Cond、Tr、α、Pmax、Rd、Lcp以及PNUE顯著高于林下(p＜0.05），但Ci較林下則顯著降低(p＜0.05），并隨著林窗面積的增加而降低;在林窗面積超過100m2后Naera、Pn、Cond、Tr、α、Pmax、

12、Rd、Lcp均有所降低(p＜0.05）;而LMA仍然呈增加趨勢(shì)，喬木層和灌木層以KD最高，草本層以林窗Ⅲ最高。不同功能型植物的LMA為喬木層＞灌木層＞草本層(p＜0.05），灌木層和草本層的PNUE高于喬木層。不同功能型植物的LMA與PNUE呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，喬木層和草本層達(dá)到極顯著水平。但灌木層和草本層的LMA與Pmax呈正相關(guān)關(guān)系，僅喬木層的LMA與Pmax呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。
　　綜上所述，適當(dāng)面積的人造林窗對(duì)人工引入的銀木和香椿的光