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马尾松人工林健康评价及生态恢复模式研究

作　者: 靳爱仙
导　师: 周国英
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 森林保护
关键词: 马尾松健康评价遥感监测菌肥虫害控制植被恢复
分类号: S791.248
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

马尾松人工林是我国南方面积较大的人工林之一,马尾松人工林的生产力、抵抗力及生态状况等林分质量问题已经成为人工林经营者关注焦点。特别是人工纯林连栽导致土壤退化、病虫害严重等问题日显突出,影响了马尾松工人林健康经营。本文以湖南衡山县紫金山林场马尾松人工林作为研究对象,开展了马尾松人工林土壤健康生物学评价与林分健康评价,人工林主要病害监测,土壤健康生物调控,主要虫害生物控制及林下植被生态功恢复模式等研究,研究结果有助于马尾松人工林健康可持续经营。研究的主要结果如下：(1)马尾松人工林土壤健康生物学评价。应用多元统计分析法,建立适于评价土壤健康的生物学指标体系,第一主成分Yl主要反映的是细菌、真菌、微生物总量、固氮菌、解磷菌、解钾磷、脱氢酶、脲酶、微生物生物量C、微生物生物量N、基础呼吸、基质诱导呼吸、有机质、速效N以及速效P等微生物活性指标的综合变量,其所占总量为75.815%。在评价土壤健康时具有十分重要的作用。运用土壤综合肥力指标值(IFI)作为最终评价土壤健康的标准,其结果为试验区马尾松人工林的土壤质量总体状况欠佳。(2)马尾松人工林林分活力与健康评价。采用复合结构功能指标法,选用马尾松种群活力、植被群落生态健康和林分抵抗活力3个功能结构层及下属的14个因子指标层,构建了马尾松人工林林分活力与健康评价指标体系；运用评价模型对试验区15个小班样地的马尾松人工林总体林分活力与健康状况进行评价,评价结果是林分均处于亚健康状态；采用因子主成分分析方法,对各指标层因子数据分析得出：病虫害指数、植物多样性指数、物种丰富度和林分易燃度指数是马尾松人工林林分活力与健康关键因子。(3)马尾松人工林主要病害高光谱遥感监测。以不同健康状况的南方马尾松人工林为研究对象,实地调查马尾松赤枯病病情,测定其相应冠层的光谱反射率和叶绿素含量,结果表明：马尾松冠层微分光谱相比其原始光谱均更能有效地反应其病情和叶绿素含量变化,且从红光过渡到近红外区域的“红边”是描述林木健康状况的重要指示波段。当林木受病害胁迫时,随着病情的加重其叶绿素含量逐渐降低,从而造成在红光区域由于叶绿素强吸收而形成的“红谷”随着病情的加重逐渐消失；同时,红边位置随病情的加重而依次发生“蓝移”,红边斜率逐渐减小。红边特征参数对马尾松病情和叶绿素含量变化具有较好的指示作用,以其建立的多元逐步回归模型预测精度较高,可作为优选的一种模型。(4)马尾松人工林土壤健康生物调控。从松树外生菌根菌子实体粘盖牛肝菌属和彩色豆马勃属分离到2株真菌(编号为cpy-2和cpy-4),从松树根际土壤中分离到1株菌溶磷能力达65.14mg/L的高效溶磷菌株黄褐假单胞菌(编号为yL14),研究发现这3株菌及硅酸盐细菌菌株K50各菌株间无生物拮抗关系。各菌株发酵液混合后,能明显发挥协同作用。将液体培养的菌株发酵液按体积1：1：1：1混合后,吸附于灭菌的(泥炭：膨润土：玉米粉=3：2：2)混合的载体上,按菌剂：载体为1：10为最佳比例进行吸附处理,制作成固体复合菌剂。菌剂质量指标均达到了农业行业标准NY/T798—2004的标准。将复合微生物菌剂与化学肥料不同比例对马尾松幼苗进行配施,结果表明：微生物菌剂40%+化学肥料60%配施是促进马尾松生长以及改善根际土壤微生态的最佳组合模式。苗高增幅77.6%,地径增幅38.7%,生物量增幅158.1%。使马尾松苗根际微生物数量提高了79.3%,土壤有机质提高了43.3%,土壤速效氮提高了21.42%,土壤速效磷提高了121.83%,土壤速效钾提高了48.38%。(5)马尾松人工林主要虫害生物控制。用博落回、柚子皮和垂序商陆提取物通过对松梢螟幼虫的非选择拒食作用、生长抑制作用及触杀作用的测定结果表明：3种植物提取物在浓度100g·L-1时对松梢螟幼虫的生物活性效果较好。3种植物提取物处理比例1：1：1复配表现出一定的增效效果,共毒系数为127.67；3种提取物复配后联合毒力作用的增效最佳植物组合及处理浓度是：柚子皮与垂序商陆提取物,处理比例为1：3,共毒系数为170.02；其次为博落回、柚子皮和垂序商陆提取物三者处理比例1：1：1,共毒系数为127.67。通过对3种植物复配液的增效剂、溶剂和乳化剂的筛选及室内防治效果和林间防治效果的测定,确定植物源复配乳剂的配方为S2：3种植物提取物体积比1：1：1占总体积的30%；增效剂松节油占总体积的5%；溶剂二甲基亚砜占总体积的55%；乳化剂司班-20占总体积的10%。(6)马尾松人工林林下植被生态功能恢复模式。经调查得出,湖南省衡山县紫金山国有林场不同林龄阶段马尾松人工林群落内有植物108种,隶属56科91属。在中幼林马尾松人工林林下建立了4种植被恢复模式,分别是林肥、林药、林草和林农模式。以林农模式土壤中的细菌增加量最多,达到525.39×104cfu/g,其后依次为：林药模式>林肥(大叶胡枝子)模式>林草模式>林肥(紫穗槐)模式。土壤放线菌类群数量增加最大的为：林肥(大叶胡枝子)达13.44×104cfu/g,依次为林肥(紫穗槐)模式>林药模式>林农模式>林草模式。两种林肥模式均显著增加土壤中全氮与碱解氮的含量,增加量分别达到了0.67g/kg、0.65g/kg和32.09mg/kg、25.lmg/kg;林药模式、林农模式和林草模式对土壤全氮的含量几乎没有影响。4种林下植被恢复模式均增加了土壤中全钾含量,增加量最大的为林药模式,增加量为0.36g/kg,两种林肥模式对土壤全钾含量的影响差别不大,增加量分别为0.27g/kg和0.28g/kg,林草模式下的土壤全钾增加量最少,为0.08g/kg。不同的林下植被恢复模式对松树的促生长效果较为明显,与对照样地相比,林下植被恢复的4年生人工林,均木年材积生长量是未进行恢复的2倍左右,10年生人工林的这一数值相对较小,但也在1.3-1.7倍之间。均木年材积生长量最大的为林药恢复模式。

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-15
第一章绪论  15-31
  1 森林健康的发展及内涵  15-17
    1.1 森林健康的发展  15-16
    1.2 森林健康的概念  16-17
  2 森林健康的监测与评价研究进展  17-20
  3 土壤健康评价研究进展  20-21
  4 森林林分研究进展  21-24
  5 森林健康经营国内外研究现状  24
  6 马尾松人工林研究进展及经营状况  24-28
    6.1 马尾松人工林健康评价研究进展  24-25
    6.2 马尾松人工林经营技术研究进展  25-28
  7 选题背景、意义和主要研究内容  28-31
    7.1 选题背景、意义  29
    7.2 主要研究内容  29-30
    7.3 技术路线  30-31
第二章马尾松人工林土壤健康生物学评价  31-47
  1 材料与方法  31-32
    1.1 土壤样品采集  31
    1.2 土壤微生物数量的测定  31-32
    1.3 土壤酶活性的测定  32
    1.4 土壤微生物生物量的测定  32
    1.5 土壤呼吸作用强度的测定  32
    1.6 土壤养分状况的研究  32
  2 结果与分析  32-44
    2.1 不同林龄马尾松人工林土壤生物学指标  32-37
    2.2 不同林龄马尾松人工林土壤养分状况  37-38
    2.3 不同林龄马尾松人工林微生物指标与土壤肥力相关性  38-41
    2.4 马尾松人工林土壤微生物学指标对土壤健康的评价  41-44
  3 小结与讨论  44-47
第三章马尾松人工林林分健康评价  47-59
  1 研究区域概况  47
  2 研究方法  47-50
    2.1 调查小班样地设置  47
    2.2 调查方法  47-48
    2.3 林分健康评价指标体系的构建方法  48-49
    2.4 评价模型  49
    2.5 林分活力与健康关键因子筛选方法  49-50
  3 结果与分析  50-59
    3.1 马尾松人工林林分活力与健康指标及评价  50-53
    3.2 马尾松人工林林分活力与健康关键因子研究  53-57
    3.3 小结与讨论  57-59
第四章马尾松人工林主要病害高光谱遥感监测  59-77
  1 材料与方法  59-67
    1.1 试验地点  59
    1.2 试验时间  59
    1.3 样地设置及数据采集方法  59-60
    1.4 马尾松赤枯病样本材料与数据获取  60-62
    1.5 数据处理与统计分析  62-65
    1.6 病情指数、叶绿素含量地面高光谱反演模型及评价方法  65-66
    1.7 试验仪器  66-67
  2 结果与分析  67-73
    2.1 马尾松赤枯病病情严重度地面高光谱反演模型  67-69
    2.2 马尾松赤枯病冠层针叶叶绿素含量地面高光谱反演模型  69-72
    2.3 本节结论  72-73
  3 小结与讨论  73-77
    3.1 病害胁迫下林木冠层可见/近红外光谱特征  73-74
    3.2 病害胁迫下林木冠层光谱敏感波段筛选及红边特征参数提取  74
    3.3 病害胁迫下林木病情和叶绿素含量地面高光谱反演模型  74
    3.4 病害胁迫下林木病害监测模型优选  74-77
第五章马尾松人工林土壤健康生物调控研究  77-117
  1 材料与方法  77-86
    1.1 供试培养基  77
    1.2 供试菌种  77
    1.3 供试苗木  77-78
    1.4 马尾松外生菌根真菌和土壤样品的采集  78
    1.5 外生菌根真菌的分离、纯化及回接试验  78-79
    1.6 溶磷菌株的溶磷能力测定  79-80
    1.7 溶磷菌株的分离、纯化  80
    1.8 分离菌株的生理生化鉴定  80
    1.9 分离菌株的分子生物学鉴定  80
    1.10 拮抗性试验  80-81
    1.11 各菌株发酵液混合肥效测定  81
    1.12 复合菌剂的制作技术  81-85
    1.13 复合菌剂各质量指标的测定  85
    1.14 肥效试验  85-86
    1.15 盆栽苗微生态效应研究  86
  2 结果与分析  86-114
    2.1 马尾松复合菌剂的菌株分离筛选  86-94
    2.2 马尾松复合菌剂的制作及其质量检测  94-108
    2.3 马尾松人工林复合菌肥调控  108-114
  3 小结与讨论  114-117
    3.1 马尾松工人林外生菌根真菌的分离筛选  115
    3.2 溶磷菌株的分离筛选  115
    3.3 复合菌剂制作及质量检测  115
    3.4 复合菌剂对马尾松生长的影响  115
    3.5 复合菌剂的微生态效应  115-117
第六章马尾松人工林主要虫害生物控制研究  117-153
  1 材料与方法  117-123
    1.1 材料  117-118
    1.2 方法  118-123
  2 结果与分析  123-151
    2.1 三种植物提取物对松梢螟幼虫的单一毒力测定  123-136
    2.2 三种植物提取物对松梢螟幼虫的联合毒力测定  136-144
    2.3 防治松梢螟害虫植物源药剂的制备及林间防效  144-151
  3 小结与讨论  151-153
    3.1 三种植物提取物对松梢螟幼虫的单一毒力  151
    3.2 三种植物提取物对松梢螟幼虫的联合毒力  151-152
    3.3 防治松梢螟害虫植物源药剂的制备及林间防效  152-153
第七章马尾松人工林林下植被生态功能恢复模式研究  153-169
  1 材料与方法  153-155
    1.1 植被群落调查样地设置与调查方法  153
    1.2 植被恢复试验设计  153-155
  2 结果与分析  155-166
    2.1 衡山马尾松人工林植被群落特征  155-159
    2.2 马尾松人工林植被恢复模式  159-166
  3 小结与讨论  166-169
第八章主要结论及创新点  169-174
第九章研究展望  174-175
参考文献  175-189
附图  189-191
攻读学位期间的主要学术成果  191-193
致谢  193

马尾松人工林健康评价及生态恢复模式研究

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