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木麻黄(CasuarinaEquisetifolia)是我国东南沿海防护林的骨干树种,从福建至广东、海南,其种植区域达数千公里,面积达30万ha。木麻黄具有很强的环境适应性,可在海滩沙地生长,具有很好的防风固沙、改良土壤、改善生态环境等功能。木麻黄生长迅速,树形高大,因而,也是重要的碳汇森林。本研究选择我国热带沿海地区4个林龄阶段(3年,6年,13年与18年)的木麻黄人工林作为研究对象,通过对木麻黄群落植物多样性、生物量、土壤特征的调查,土壤植物样品的测定,研究了木麻黄防护林年代序列土壤与植被碳库的变化,植物群落特征及其与相关环境因素的关系。主要结论如下:
(1)广东省茂名市滨海沙地木麻黄人工林群落在生长过程中有明显的自疏现象。随林龄的增长,林下植被物种组成显著增加,植物多样性指数,均匀度指数逐步增加,但优势度指数下降。木麻黄人工林的生物量随着林龄的增加显著增加,生物量主要集中在地上部分。增长最快的时期发生在3-6年这一阶段,随后,生物量增长速率逐渐降低。细根生物量在不同林龄的人工林中差异并不显著。
(2)滨海沙地木麻黄林地土壤为中性沙质土壤,林地土壤有机碳极低,表层土壤(0-10cm)中的含量在0.71mgg-1(6年林龄样地)到2.67mgg-1(3年林龄样地)之间,碳汇功能弱,土壤全氮与速效氮供应水平极低,含量最高只达到0.39mgg-1、0.52mgg-1。有机碳、氮、磷含量在3年林龄的样地中含量均为最高,而在6年林龄中含量最低,随后随着林龄的增加逐渐增加。林下植被物种多样性与土壤全量养分之间相关性不明显,但与有效养分含量之间有较为明显的相关关系。
(3)木麻黄人工林生物量中的碳主要集中在地上部分,并随着林龄的增长,生物量中的碳储量显著增加。在3、6、13、18年林龄的木麻黄样地中,根系生物量中的碳储量占总生物量碳储量的比值分别为28.2%,13.7%,11.0%,12.2%。与生物量中的碳储量相比,土壤组分中,碳储量从3年林龄样地内的17.7Mgha-1下降至6年林龄样地中的5.14Mgha-1,随后随着林龄的增加,在18年林龄时上升至11.9Mgha-1。在整个生态系统中,木麻黄人工林总碳储量随着林龄的增加,从26.57Mgha-1上升至79.79Mgha-1。木麻黄生态系统的碳储量逐渐增加,具有较强的固碳能力。
(4)在不同林龄的木麻黄人工林样地中,木麻黄各组分之间全氮全磷含量差异显著。其中树干中含量最低,全氮含量最大只有3.58mgg-1,全磷含量仅为0.32mgg-1,且都出现在13年林龄的样地内。而小枝中含量最高,全氮及全磷含量最大值分别达到了11.90mgg-1,0.89mgg-1。在木麻黄整个生长阶段,6年林龄的样地内,各组分的氮磷含量相对较低,一定程度上表明了其生长环境的贫瘠。不同植物组分的氮磷比都出现了先下降而后上升的变化趋势,且氮磷比较小,表明木麻黄生长的环境为氮限制环境。