不同经营方式杉木大径材人工林空间结构、林下植被及土壤特性差异研究

杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)是我国南方人工造林面积最大的针叶用材树种。长期以来,为提高杉木人工林的经济效益,杉木人工林经营以高密度纯林为主,这不仅降低了林分的生物多样性及林分稳定性,而且还出现杉木人工林地力下降、林分环境恶化等现象,严重制约了杉木人工林的可持续经营。近年来,随着人们生活水平提高,木材市场正朝着高端化、高值化、多样化方向发展。由于杉木经营周期短,传统杉木木材市场主要以中小径材为主,大径材严重缺乏,杉木大径材高效培育已成为当今杉木人工林经营的一个主要方向。在杉木大径材培育过程中,为调整林分结构,林下套种乡土阔叶树种已成为常态性的经营措施。杉木大径材套种阔叶树种后,材种结构、林分空间结构及土壤特性会发生怎样的变化?构建出怎样的林分结构有利于大径材林分的培育,至今相关研究较少。鉴于此,本论文以福建省永安国有林场43年生杉木大径材林分为研究对象,采用随机区组试验设计,应用土壤宏基因组测序等技术分析择伐+套种红锥(Castanopsis hystrix)(A处理)、择伐未套种(B处理)和未择伐未套种(C处理)等三种不同经营方式对杉木大径材林分生长、林分空间结构、林下植被组成及土壤特性等方面的影响,并对各指标进行相关性分析。研究结果为揭示不同经营方式对杉木大径材人工林的影响,筛选出适宜杉木大径材培育的经营方式CL 318952供应商,从而为杉木大径材培育和杉木人工林土壤肥力维持提供科学依据和技术支撑。主要研究结果如下:(1)不同经营方式林分生长量和材种结构存在显著差异(P<0.05),A处理更有利于杉木大径材的培育。A、B处理均能提高杉木大径材林分平均胸径和平均树高;A处理可显著提高杉木大径材出材率。(2)不同经营方式对杉木大径材林分空间结构特征存在显著影响(P<0.05),A处理林分的空间结构更合理。A处理能够明显降低林木的大小比数(0.1983),使林分整体过渡到亚优势状态。A处理能够提高林分开敞度(0.3895),林内光照较充足。与B、C处理相比,A处理林分属于强度混交,混交度达0.6128,已形成杉阔复层异龄林的林分结构。(3)A处理林下灌木层植被较丰富,C处理林下草本层较丰富。林下灌木物种数量表现为B>A>C,草本物种数量表现为A>C>B。物种Shannon-Wiener指数、Simpson指数、均匀度指数在灌木层中均表现在A处理中最大,草本层中表现在C处理中最大,林下植被物种多样性指数在不同经营方式间无明显差异。(4)不同经营方式土壤物理性质差异不显著(P>0.05),化学性质差异显著(P<0.05)。A、C处理均有利于改善土壤物理性质,A处理能够显著提高土壤养分,B处理能够改善土壤p H。C处理能够降低土壤容重,并能显著提高土壤表层含水率;A处理能够提高土壤非毛管孔隙度和总孔隙度。土壤SOC、TN、TK、AK、AP含量均值在A处理中达到最大值,p H、AN含量在B处理中达到最大值。A处理较C处理能够明显提高土壤养分,对维持杉木大径材林分地力具有积极作用。(5)不同经营方式土壤酶活性具有显著差异(P<0.05),浅层土壤酶活性显著高于深层土壤。过氧化氢酶、过氧化物酶活性在B处理中最大;土壤蔗糖酶、脲酶、纤维素酶、硝酸还原酶活性在A处理中最大,A处理最有利于提高土壤酶活性。(6)不同经营方式土壤微生物群落结构存在显著差异(P<0.05),A处理在一定程度上可以提高土壤微生物多样性。不同经营方式土壤微生物群落均以细菌群落(83.89%~86.01%)占比最高;土壤微生物主要优势菌门为酸杆菌门(51.06%~54.20%)、变形菌门(7.41%~11.30%)、绿弯菌门(5.00%~6.58%)和放线菌门(4.86%~5.69%)。A处理属水平GDC-0973细胞培养上的土壤微生物多样性指数在40~60cm土层中显著高于B、C处理。(7)不同经营方式在eggNOG、KEGG数据库注释的土壤微生物群落功能组成相似,差异不显著(P>0.05);在CAZy数据库注释的土壤微生物碳水化合物活性功能酶有显著差异(P<0.05)。新陈代谢功能是土壤微生物最主要的功能特征(33.51%~34.20%);糖基转移酶是土壤微生物碳水化合物活性酶最主要的功能酶(41.77%~42.12%);新陈代谢功能通路是最主要的通路特征(64.67%~64.96%),。经RDA分析,土壤过氧化氢酶、脲酶是影响土壤微生物群落功能的主要环境因子。(8)杉木林分生长量与林分空间结构关系密切(P<0.05),与林下植被无明显相关性;林分空间结构与林下植被组成有一定显著相关性;杉木林分生长量与土壤养分、土壤酶活性存在极显著相关性(P<0.01),而与土壤物理性质相关性较弱;土壤理化性质与土壤酶活性相关性显著(P<0Phylogenetic analyses.05)。土壤微生物群落多样性与林分空间结构有一定相关性,与林下植被组成无明显相关性(P>0.05),与土壤养分含量和酶活性存在极显著相关性(P<0.01)。