赣南飞播马尾松林林下植被恢复过程与林木生长、土壤动态变化耦合机理研究

在退化森林生态系统恢复与重建中，林下植被恢复有着重要的生态学意义。在赣南，自20世纪60年代到90年代初，先后对林地土壤退化较严重的水土流失地区实施了大面积的飞播马尾松种子造林。目前，这些林分大部分被区划为水土保持林或水源涵养林，林分质量差异较大，尤其是不少林分林下植被稀少，呈现出“远看绿油油，近看水土流”的现象。因此，恢复其林下植被是经营中亟待解决的问题，以提高涵养水源、固持土壤等生态效能。本项目以赣南的兴国县为研究区，综合考虑林木生长、林下植被、土壤等状况设置飞播马尾松样地，通过样地调查、样品测定及土壤种子库萌发试验，揭示林下植被恢复与林分因子、地形因子及土壤因子的耦合关系，阐明土壤种子库的自然恢复潜力。其重要研究结果有：林分因子是影响林下植被盖度的主要因素，林分因子、土壤因子及地形因子对林下植被盖度的解释率分别为55.0%、38.9%和9.0%，不同林下植被盖度的土壤理化综合指数存在极显著差异，土壤质量随着林下植被盖度的增加而得到显著提高；林分密度控制在1500-2100株•hm-2范围内，有利于林下植被层的生长发育，提高土壤质量，促进林分的正向演替；通过补植阔叶树能有效促进未分解层凋落物的迅速分解，提高土壤固碳功能、土壤养分含量及脲酶、蔗糖酶的活性以及枯落物层和土壤层的持水能力；飞播马尾松造林是快速恢复植被、实现森林碳汇功能的有效手段，飞播林0-100 cm土壤有机碳密度为39.76-85.85 t•hm-2，随着林龄的增加而增加，土壤有机碳含量主要受土壤条件的影响，其次为林分条件、地形条件和林下植被条件，全氮和全磷是影响土壤有机碳含量的主要因子，与天然马尾松林相比，林分总碳密度除在Ⅱ龄级（11-20年）显著低于天然林外，随着林龄的增加差异不显著；土壤种子萌发过程表现出“平缓-上升-平缓-上升-平缓”的变化，萌发种子数与时间关系呈双“S”型曲线，土壤种子库共有23种植物，涉及17个科，双子叶植物比例在75%以上，多样性指数为1.67，与地上植被的相似性系数为0.15，土壤种子库自然恢复潜力较小，对土壤种子库影响较大的是非毛管孔隙度与土壤含水量，土壤水分及其板结度是影响其林下植被恢复的重要因子，可以采取补植阔叶树、播散灌木种子等措施促进林下植被的恢复。研究成果可为赣南合理制订飞播马尾松林林下植被恢复措施以及进一步揭示土壤严重退化区林下植被恢复机理提供科学依据。