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黄土高原不同乔灌树种人工纯林生态系统的养分循环研究

陈凯

  物质循环是森林生态系统的主要功能之一,其中养分循环在维持森林生态系统的稳定与持续方面具有重要作用。土壤性质极化只是人工纯林长期生长所导致的土壤性质变化的结果,其根本原因之一应该在于不同树种所组成的人工纯林生态系统养分循环和利用过程的差异性所造成的,只有从这些根本原因上进行更深入的研究才能全面认识人工纯林土壤性质极化的过程和机理,也才能为防治土壤性质极化提供有价值的科学理论依据。本文以黄土高原三个生物气候区(包括北部半干旱风沙区-靖边,中部半湿润黄土丘陵区-黄陵,南部半湿润黄土残塬沟壑区-淳化)分布的典型人工纯林为研究对象,对18个不同人工纯林生态系统的养分循环特征值进行测算和分析。并选择取了能全面反映养分的积累和分布(生物量、枯落物积累量、养分积累量)、循环通量(年吸收量、年存留量、年归还量)以及养分循环效率(循环系数、利用系数、养分生产力)等多方面指标作为分类指标体系,利用自组织映射特征网络(Self-Organizing Feature Maps, SOFM)聚类方法,从养分循环的角度对黄土高原人工纯林生态系统进行分类研究。通过对黄土高原不同乔灌树种人工纯林生态系统的养分循环研究,揭示出了各林分的养分循环特征规律,并探索了人工纯林生态系统的功能分类方法,从而为指导当地的森林经营管理和纯林改造、防治森林土壤退化或极化提供理论依据。 本论文通过试验研究,主要得到以下研究成果: (1)靖边不同人工纯林生态系统中,8种林分生态系统的生物量和枯落物量普遍偏低,各种生物循环特征值(除养分生产力值外)也较小。总的来说,乔木林的生物量大于灌木林,林木各组分的生物量比较得知,干>枝>根>叶。灌木林下土壤养分贮量要高于乔木林地;养分生产力值表现出:灌木林要明显高于乔木林,其中3种养分元素的养分生产力值排序为:P>K>N。8林分中,小叶杨林和樟子松林养分循环表现活跃,生长速度快,生物循环量较高;但土壤养分年亏损率较大,周转期短,养分消耗快,较容易发生土壤性质的负向极化,在营林实践中应适当增加养分元素的输入。 (2)在黄陵研究区中,7林分生态系统的生物量和养分元素的积累量较高,养分循环活跃。其中,刺槐林的土壤养分贮量和生物循环量是最高的,吸收系数较高的为小叶杨林和刺槐林,刺槐林和油松林的循环系数最高,落叶松林和刺槐林的养分生产力较高。小叶杨林的土壤养分年亏损率较大,周转期短,养分消耗快,发生土壤性质负向极化的可能性较大。 (3)在淳化研究区中,枯落物量和土壤贮量是3个研究区中最高的,但养分的积累量值较低。从3种林分的整个生物循环量来看,刺槐林>油松林>侧柏林,林分中3种养分元素的生物循环量排序为:N>K>P。生物循环特征参数中,吸收系数、循环系数和养分利用系数均呈现出:刺槐林>侧柏林>油松林,养分生产力值的排序恰好相反。侧柏林下土壤有效养分年亏损率最大,养分周期较短,发生土壤性质负向极化的可能性较刺槐林和油松林大。 (4)从养分循环的角度对森林生态系统进行分类是可行的,结合SOFM网络模型,采用二级分类法,最终将结果划分为2个一级类型和6个二级类型,分类的结果较好地反映出不同生态系统的养分循环特征差异规律。其中I-1型与I-2型森林生态系统都是养分循环速率快,利用系数高,养分积累量大,林木生长迅速且良好,主要树种包括刺槐、小叶杨和油松。在构建分类指标体系时,考虑从养分循环过程的多个方面选取指标,避免了简单地选择某几个指标对于分类结果的误差影响,使分类结果更趋合理。结合SOFM网络模型对复杂数据的自动有效分类特征,从养分循环的角度对森林生态系统进行聚类划分,与传统数学分类方法相比,操作过程简单易行而且更为客观。最终的划分结果也较好地反映出各森林生态系统的养分循环特征规律,表明SOFM网络模型是一种有效的养分循环分类方法。……   
[关键词]:人工纯林;森林生态系统分类;养分循环;自组织映射特征网络;土壤极化
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西北农林科技大学2011年