海南中部丘陵区3种林分根系分布特征及其与土壤养分的关系

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为阐明热带天然次生林和人工林的根系分布特征与土壤养分特征,以及两者之间的影响关系,探究相关经营理论与技术,以便为科学合理地经营热带天然次生林和人工林,更好地发挥其生态效益和生产力提供技术和理论支撑,本文以海南中部丘陵区热带天然次生林(次生林)、橡胶人工纯林(橡胶林)和马占相思人工纯林(马占相思林)为研究对象,采用小样方挖掘法,分土层(0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-100 cm)、分径级(0-2 mm、2-5 mm、5-10 mm)研究3种林分的根系生物量分布分配特征、根系长度分布分配特征和土壤养分特征,以及根系与土壤养分之间的关系。研究表明:要改善海南中部丘陵区次生林、橡胶林和马占相思林的土壤肥力状况,提高土壤全磷、有效磷和碱解氮含量是关键;0-20 cm深的土壤表层是各林分进行水肥管理的重点区域;对于人工林而言,为更好地促进林分生长,可考虑向较深土层进行水肥管理,且肥料建议施用缓释肥。主要结论如下:(1)次生林、橡胶林和马占相思林3种林分根系分布特征在总体上具有相似性。3种林分的根系生物量与根系长度均呈现明显的分层分布现象;根系生物量密度和根长密度均随根系直径的增大和土层的加深而显著降低,递减趋势逐层变缓。各林分根系生物量和根长均主要分布在0-20 cm的土壤表层,生物量所占比重分别为63.71%(次生林)、55.51%(橡胶林)、60.57%(马占相思林),根长所占比重分别为65.73%(次生林)、44.88%(橡胶林)和41.38%(马占相思林)。细根生物量和根长均占总生物量和根长的主要部分,细根生物量所占比重分别为48.41%(次生林)、49.53%(橡胶林)、45.88%(马占相思林);细根根长所占比重分别为91.98%(次生林)、92.27%(橡胶林)、89.82%(马占相思林)。根系生物量密度,次生林(913.42±77.31 g/m~3)>橡胶林(633.57±58.09 g/m~3)>马占相思林(529.08±23.00 g/m~3);细根生物量密度,次生林(442.19±62.03 g/m~3)>橡胶林(313.81±16.77 g/m~3)>马占相思林(242.72±13.85 g/m~3)。根长密度次生林(1023.21±127.90 m/m~3)最大,橡胶林(998.57±66.38 m/m~3)次之,马占相思林(463.86±45.64m/m~3)最小;细根根长密度,次生林最大(941.16±115.90 m/m~3),橡胶林(橡胶林921.43±61.74 m/m~3)次之,马占相思林最小(416.63±52.97 m/m~3)。(2)3种林分的根系分布特征在不同直径的根系上具有差异性。次生林不同径级的根系对土层深度的适应性基本一致;不同土层中各径级根系生物量分配规律基本相同;不同直径根系的垂直分布规律也基本一致。而人工林(橡胶林和马占相思林)中,不同土层中各径级根系的生物量分配规律不同,细根水平占比随土层的加深而增大,粗根水平占比随土层的加深而减小,根系垂直占比随根系直径的增大而增大。(3)3种林分的土壤养分含量在总体上均呈随土层加深而降低的特征,但在具体土壤养分上又各有特点。各林分主要营养成分均主要分布于0-40 cm深的土壤中,在0-20cm深的土壤表层分布最为丰富。相比之下,次生林中土壤有机质、全氮、有效磷和硝态氮含量较为丰富;橡胶林中全氮、全磷和全钾含量较为丰富;马占相思林中全钾、速效钾和铵态氮含量较为丰富。(4)改善海南中部丘陵区次生林、橡胶林和马占相思林的土壤肥力状况,提高土壤全磷、有效磷和碱解氮含量是关键。受气候和淋溶效应影响,3种林分土壤肥沃程度均为贫瘠且差异不显著;土壤综合肥力系数橡胶林(1.69)>次生林(1.59)>马占相思林(1.45),次生林和马占相思林中全磷、有效磷和碱解氮是影响土壤综合肥力系数的主要指标;橡胶林中有效磷、速效钾和碱解氮是影响土壤综合肥力系数的主要指标。(5)3种林分根系生物量分布、根长分布和土壤养分分布总体上相关性显著,均表现出明显的表聚现象,但各林分不同直径的根系与土壤养分各指标的相关性有所差异。根系生物量密度对各养分因子的逐步回归分析显示:有机质和硝态氮对次生林根系生物量密度有显著的正向影响关系,而全磷则不会产生影响关系,回归模型为“全根=-16.182+222.501×有机质-12972.049×全磷+498.840×硝态氮”;全氮、全钾和有效磷对橡胶林全根生物量密度有显著的正向影响关系,回归模型为“全根=-973.048+764.889×全氮+15.101×全钾+230.593×有效磷”;全氮对马占相思林全根生物量密度有显著的正向影响关系,回归模型为“全根=-1735.055+3212.007×全氮”。
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