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40000字硕士毕业论文日本植物人工林不同生长阶段的养分特征

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:40000字
论点:养分,落叶松,人工林
论文概述:

本文以甘肃小陇山林区不同发育阶段日本人工林为研究对象,分析人工林林分养分含量、积累及分配特征,并对凋落物量及分解速率、土壤性质的变化规律进行研究,以揭示养分在植物-土壤-凋

论文正文:

第一章导言

1.1导言
人工林的快速发展在很大程度上满足了人类对森林产品的需求。然而,人工林培育带来的问题,如单一树种、森林生态系统不平衡和生产力下降,逐渐引起各国对森林长期生产力和保持土壤肥力的关注(杨裕生等人,2002年)。森林生态系统的发展过程是长期而复杂的,其养分吸收和分配过程中存在许多不确定因素。特别是在人工林生态系统中,由于人类管理活动的影响,随着木材和其他器官的收获,大量养分被移除,导致系统中养分的净消耗,这也使得林地的养分过程更加复杂(特纳等人,2008)。快速生长和短周期种植会在收获期间带走大量养分。理解养分循环与保持土壤肥力和长期生产力之间的关系非常重要(Ma等人,2007年)。
森林生态系统养分循环规律和特征在很大程度上制约着森林土壤肥力变化的方向和强度。研究一定条件下的养分循环规律和特征以及与各种因素的相互关系,不仅可以阐明生态系统的物质循环机制,而且对指导生产实践、调整和改善各种限制因素、提高养分元素的循环率和利用效率、最大限度地提高生态系统生产力具有重要作用。日本落叶松是适应性最广、生产潜力最大的落叶松。它具有生长快、抗性强、产量高、品质好的特点。自19世纪末传入中国以来,受到林业研究者的广泛关注和重视。它已成为温带、暖温带和北亚热带高山地区建设短期工业用材林的主要树种(孙小梅等,2007年;马长庚等人,2008)。一些学者研究了东北林区重要造林树种长白落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)和大兴安岭林区分布的兴安落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)的土壤性质和养分循环的变化。华北落叶松纯林凋落物分解缓慢,养分吸收与实际收益不协调,导致土壤养分含量下降,土壤物理性质恶化,土壤肥力下降。
目前还没有关于日本落叶松在整个生长发育过程中是否具有土壤肥力下降、凋落物层养分积累和释放以及养分生物循环特征的报道。因此,本文以甘肃小陇山林区不同发育阶段的日本人工林为研究对象,分析人工林的养分含量、积累和分布特征,研究凋落物量、分解速率和土壤性质的变化规律,揭示植物-土壤-凋落物中养分的流动规律,阐明日本落叶松人工林保持生产力的机理和生态过程,为物质循环提供基础数据。 能源交换等研究,也为维护日本落叶松人工林生态系统的稳定及其可持续发展提供了依据。

1.2研究概况
李比希在1840年的著作《有机化学及其在农业和生理学中的应用》中分析了土壤养分元素与植物生长的关系,并提出了最小养分定律。1876年,埃伯迈尔测量了德国巴伐利亚州阔叶林和针叶林的养分含量,并首次解释了森林凋落物在养分循环中的重要性。1967年,巴西列维奇(Bazilevich)和博宾(Bobin)根据森林生物量大小、凋落物组成、分解速率等特征对世界植被类型进行了分类。促进了矿物循环的研究从植物营养学扩展到生物地球化学。Borman等人(1981年)使用小流域技术在系统层面定量测量水文循环和养分循环,大大简化了地球化学循环中气象和水因素养分输出和输入的确定和分析。自此,营养循环的研究成为各国学者的一个重要领域。瑞典、美国、前苏联、日本和联合王国对各种生态系统中的养分循环进行了大量研究,涵盖森林成分的静态分布、动态特征和养分生物循环(特纳等人,1986年;Vitousek等人,1984年、1995年;Berger等人,2009年).

第二章日本落叶松人工林植被层养分特征

森林生态系统初级生产不仅是一个能量固定的过程,也是一个养分积累的过程。植物种类、生长发育时期、生活环境、群落组成和结构、土壤特性等因素都直接或间接影响植物养分含量(张锡标等,2005)。由于器官的不同生理功能,对营养的需求也不同。不同的营养元素在植物中具有不同的功能,因此植物不同器官中营养元素的含量和同一器官中不同营养元素的含量是非常不同的。养分的积累和分布决定了收获期间林地消耗的养分量。因此,本章研究日本落叶松人工林不同发育阶段乔木层、灌木层和草本层养分(氮、磷、钾、钙、镁)的含量、积累和分布,为物质循环和流动提供基础数据。

2.1研究领域概述和研究方法

2.1.1研究区概况
位于甘肃省小陇山林区李梓源林场(东经105° 48′~ 106° 05′,北纬34° 09′~ 34° 16′,位于西秦岭,海拔700~2 500米,相对高差500 ~ 1 000米,该地区位于暖温带南缘与中国北亚热带的过渡地带。气候温暖潮湿。大多数地区属于暖温带-中温带半湿润大陆性季风气候类型。年平均温度为7 ~ 12℃,极端最高温度为39.2℃,极端最低温度为-23.2℃,积温≥10℃为2 444 ~ 3 825℃,年降水量为460~800毫米。降水主要集中在7月、8月和9月。一般来说,春秋两季降雨量占年降雨量的70-80%,年蒸发量为989~1 658毫米,相对湿度为68-78%,无霜期为120-218天。小陇山属于中山中深路堑地貌类型。这座山陡峭险峻,平均坡度约为30度。土壤类型是棕色森林土壤。落叶松人工林的主要林下植被包括榛子、卫矛、黄花蒿、青蒿、黄花蒿、黄花草木樨、覆盆子和枇杷。

第二章日本落叶松人工林植被层养分特征.....................................................................10
2.1研究领域和研究方法概述........................................................................................10
2.1.1研究领域概述..............................10
2.1.2研究方法.........................................11
2.2结果和分析.............................................12
2.2.1落叶松林养分含量....................................................................................12
2.2.2落叶松林养分积累....................................................................................16
2.2.3植被层养分含量和积累....................................................................................19
2.3概述.............................................22
第三章日本落叶松人工林凋落物量及养分特征......................................................25
3.1研究方法..............................25
3.2结果和分析.............................................27
第四章日本落叶松人工林土壤理化性质.......................................................................43
4.1研究方法..............................43
4.1.1样本地块的选择..............................43
4.1.2样品收集和测定....................................................................43
4.1.3数据处理.........................................44
4.2结果和分析.............................................44

结论

(1)日本落叶松林不同发育阶段不同器官的养分含量如下:绿色部分(针叶、灌木叶和草本地上部分)最高,林下植被的地下部分(草本和灌木根的地下部分)次之,灌木枝第三,树皮、枝、根和树干最低。随着林龄的增加,植被层养分积累不断增加。四个发育阶段的养分累积总量分别为562.83 kghm-2、842.24 kghm-2、1020.46 kghm-2和1317.38 kghm-2。幼年期养分积累主要集中在林下植被,占总积累量的79.5%。其余三个阶段的养分积累主要集中在乔木层,分别占77.8%、79.1%和79.2%。结果表明,在幼林阶段,林下植物生长旺盛,积累了大量养分。尽管它们易于分解和快速循环,但通过微生物作用要花很长时间才能回到土壤中。因此,应及时对幼林进行抚育,促进幼林早期旺盛生长,加快封山育林。此外,修剪后的灌木和杂草在抚育过程中不要尽可能多地清除,以免养分流失。
(2)随着林龄的增加,林分年凋落物呈倒V型,幼林阶段凋落物量至少为1260.8 kghm-2,中林阶段凋落物量至少为3911.7 kghm-2,随后逐渐减少,近成熟林和成熟林年凋落物量分别为3728.7 kghm-2和3314.2 kghm-2。年养分归还量随着林龄的增加而增加,分别为46.52 kghm-2、100.89 kghm-2、126.77 kghm-2和142.37 kghm-2。随着林龄的增加和年凋落物量的变化,凋落物现存量也呈倒“V”型变化,但存在滞后现象。幼林期最低值为2,370 kghm-2,中林期为8,340 kghm-2,近成熟林期为12,260 kghm-2,成熟林期为5,820 kghm-2。凋落物层养分积累趋势与凋落物现存量相同,四个阶段分别为88.11 kghm-2、319.31 kghm-2、501.53 kghm-2和297.43 kghm-2。就五种元素的年归还量和凋落物层储存量而言,氮、钙积累量最大,钾、镁积累量居中,磷积累量最小。日本落叶松早期具有快速生长的特点。一般来说,树高和DBH在10 ~ 15年间进入快速生长阶段。在这个阶段,树木生长迅速,树冠高度封闭,林下植被相对稀少,林分对养分的需求不断增加。然而,森林下潮湿的环境不利于土壤微生物的繁殖和活动,凋落物的分解量小于归还量,导致土壤养分含量降低。因此,为了保持土壤肥力,林分应适当变薄。此外,可以建造针阔混交林来改变凋落物组成,加速凋落物分解,提高养分归还。