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南亚热带不同人工林的主要生态系统服务功能评估

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森林是陆地生态系统的主体,随着人类活动的增大,对于生态系统造成的损伤也在增加,如森林面积骤减,水土流失加剧等。种植人工林被认为是减少水土流失、实现植被快速恢复的有效措施之一。中国南亚热带地区由于人口稠密,经济发展迅速,导致环境破坏严重,区域生态系统退化加剧。因此,种植人工林对该区域退化生态系统的恢复具有重要意义。但目前在人工林经营管理方面,人们普遍注重其经济价值而忽略其生态价值,因而随着人工林种植面积的不断扩大,其结构简单、功能单一、抗逆性差、生物多样性低等生态问题也逐渐显现出来。为解决这些问题,学者们在人工纯林中引进更多的植物种类,以期提高人工林的生物多样性和可持续发展潜力。研究发现,人工纯林改造成多树种混交林后对土壤的养分含量、质量指数、蓄水量、土壤酶活等都有积极影响,但对人工林整体生态系统服务功能影响如何的相关报道较少,基于长期试验及实测数据对不同人工林生态系统服务功能进行评估的研究更为少见。 本研究以广东鹤山共和实验样地的尾叶桉纯林(Eucalypyus urophylla monoculture,EU)、厚荚相思纯林(Acacia crassicaipa monoculture,AC)、红锥纯林(Castanopsis hystrix monoculture,CM)、湿加松纯林(Pinus elliottii.×P.cariboea monoculture,PEC)、10树种混交林(10-species mixed plantation,10NS)、16树种混交林(16-species mixed plantation,16NS)和自然恢复草坡(shrub land,SH)为研究对象,对样地的涵养水源、保育土壤、积累营养物质、固碳释氧、生物多样性保护等主要生态系统服务功能进行了评估,阐明及量化退化生态系统恢复过程中不同配置类型人工林的生态系统服务功能,为南亚热带地区人工林合理种植和管理提供科学依据,评估结果如下: 1、通过对不同年际(1林龄、4林龄、6林龄、13林龄)调查结果进行分析发现,在1-13龄期间,乔木层和总的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Evenness指数均是混交林显著高于纯林和草坡,纯林之间差异不显著;灌木层和草本层的生物多样性指数在不同样地间差异不显著。 2、不同样地的生态系统服务功能具有明显的年际变化趋势,并与地上层植被生长速率和土壤养分的年际变化趋势一致,表现为:混交林在1-4林龄迅速上升,4-6林龄保持稳定,6-13林龄又迅速上升;尾叶桉纯林在1-6林龄迅速上升,6-13林龄保持稳定;厚荚相思纯林在1-6林龄处于上升趋势;红锥纯林1-6林龄增长缓慢,6-13林龄逐渐加速。其中,植被的生态系统服务功能在1林龄时是尾叶桉纯林显著高于其他样地,13林龄时10树种混交林、16树种混交林与尾叶桉纯林相当且高于其他样地;不同样地的土壤生态系统服务功能在1-6龄时无显著差异,13林龄时出现显著性差异。 3、森林生态系统的结构与功能可以相互影响,其地上层和地下层之间联系紧密。不同类型人工林的地上植被生物多样性不同,对土壤的影响也不相同;反之,土壤养分含量以及水源涵养与水土保持功能发生变化,也会对地上植被产生影响。不同人工林因为植被优势种不同,因而在生态系统服务功能上具有不同的优势:13林龄时,在土壤保育方面,10树种混交林的能力最强,红锥纯林最弱,尾叶桉纯林、厚荚相思纯林和草坡之间无显著差异;在植被固碳释氧方面,湿加松纯林的植被固碳释氧能力最强,10树种混交林、16树种混交林和尾叶桉纯林的能力相当,红锥纯林最弱;在涵养水源方面,草坡的功能最强,其次是10树种混交林,尾叶桉纯林最差。 4、根据不同人工林生态系统服务功能的差异,进行人工林改造或退化生态系统恢复时要注意科学种植。本研究中,尾叶桉纯林生长迅速,林下植被丰富,土壤固碳作用和积累营养物质能力较强,宜作为用材林和碳汇林种植;厚荚相思纯林乔木高大,生物量较高,具有固氮作用,但抗风能力较弱,不适宜于沿海或台风多发地带种植;红锥纯林在保肥和水源涵养方面的生态服务功能相对较弱,但经济价值较高,适宜以大径材近自然林经营;湿加松纯林林下植被丰富,草本层生物多样性和丰富度较高,适用作为先锋树种种植在土壤贫瘠地区以有效改善土壤;10树种混交林的土壤微生物含量和土壤养分含量最高,且地表径流最小,林分调节水量和保育土壤功能最强,即可保证物种多样性和土壤肥力,也可以带来一定的经济效益,最适于生态恢复,可用作水土保持林、水源涵养林等,也可用于特种用途中的风景林建设。

周笛轩

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人工林 生态恢复 生态系统 服务功能 年际变化

硕士

生物工程

周丽霞;林永标

2020

中国科学院大学

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