林龄对毛白杨功能性状和林下土壤理化性质的影响及其耦合关系

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.06.008

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (6): 857-867.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.06.008

林龄对毛白杨功能性状和林下土壤理化性质的影响及其耦合关系

杨雨薇¹, 何宝辉¹, 韩学娇¹, 时海香², 张贵民², 路兴慧¹()

^1.聊城大学农学与农业工程学院，聊城 252000
^2.聊城市林业发展中心，聊城 252000

收稿日期:2023-05-16 出版日期:2023-11-20 发布日期:2023-11-08
通讯作者: 路兴慧 E-mail:luxinghui_0@163.com
作者简介:杨雨薇（1998—），女，硕士研究生，从事森林生态方面的研究工作。
基金资助:
聊城市重点研发计划(2021GY01);聊城大学风景园林学科建设基金(319462212);国家自然科学基金(31901210);聊城大学大学生创新创业训练计划(CXCY2021238)

Effects of Stand Age on Functional Traits and Understory Soil Physicochemical Properties of Populus tomentosa and Their Coupling Relationships

Yuwei YANG¹, Baohui HE¹, Xuejiao HAN¹, Haixiang SHI², Guimin ZHANG², Xinghui LU¹()

^1.College of Agronomy and Agricultural Engineering，Liaocheng University，Liaocheng 252000
^2.Liaocheng Forestry Development Center，Liaocheng 252000

Received:2023-05-16 Online:2023-11-20 Published:2023-11-08
Contact: Xinghui LU E-mail:luxinghui_0@163.com
About author:YANG Yuwei（1998—），female，master candidate，mainly engaged in research on forest ecology.
Supported by:
Key Research and Development Program of Liaocheng City(2021GY01);The Open Project of Liaocheng Universtiy Landscape Architecture Discipline(319462212);National Natural Science Foundation of China(31901210);Innovation and Entrepreneurship Training Program for students of Liaocheng University(CXCY2021238)

摘要/Abstract

摘要：

为了揭示毛白杨（Populus tomentosa）人工林对环境的适应策略，并为更好地营林提供科学依据，以鲁西黄泛平原区域内10、20、35年生毛白杨人工林为研究对象，测定枝条及叶片功能性状共10个指标，分析毛白杨功能性状随林龄的变化规律，阐明影响功能性状变化的主要指标，辨析功能性状与环境因子之间的关系。结果表明：（1）在不同林龄下，枝条密度变异系数最小，为10.431，叶氮磷比变异系数为94.243，表明叶氮磷比受林龄的影响较大，枝条密度则较为稳定。3个林龄的叶片氮磷比显著低于14，表明毛白杨生长主要受氮限制。（2）随着林龄的增加，土壤环境得到改善，土壤全氮与土壤速效钾都呈增长趋势，土壤容重呈减小趋势，这些变化都有利于毛白杨更好地生长。（3）在各环境因子中，林分密度、土壤速效钾、土壤容重和土壤含水量是显著影响毛白杨人工林生长的环境因子。研究证明，在不同林龄下，毛白杨的功能性状在兼顾生长与环境的变化中表现出较强的适应性，该区域毛白杨生长主要受氮限制，可以适当施以氮肥以利于其生长。

关键词: 林龄, 人工林, 叶功能性状, 毛白杨, 鲁西黄泛平原

Abstract:

In order to reveal the adaptation strategy of Populus tomentosa to the environment， and to provide scientific basis for better forest management， the 10-， 20- and 35-year-old Populus tomentosa in the Yellow River floodplain of western Shandong Province were taken as the research objects， and 10 indicators of branch and leaf functional traits were measured， and the changes of community functional traits with the different stand ages were analyzed， and the main indicators affecting the changes of functional traits were clarified， and the relationships between functional traits and environmental factors were analyzed respectively. The results showed that （1）the coefficient of variation of branch density was the smallest， 10.431， and the coefficient of variation of leaf nitrogen-phosphorus ratio was 94.243， which indicated that leaf nitrogen-phosphorus ratio was greatly affected by the different stand ages， while branch density was more stable. leaf nitrogen-phosphorus ratios were significantly lower than 14 in three stand ages， indicated that the growth was manly limited by nitrogen. （2）As the age of the forest increased， the soil environment was improved， soil total nitrogen and soil available potassium showed an increasing trend， and the soil bulk density showed a decreasing trend， these changes were conducive to the better growth of P.tomentosa. （3）Among the environmental factors， stand density， soil available potassium content， soil bulk density and soil water content were the environmental factors that significantly affecting the growth of P.tomentosa. The results proved that the functional traits of the P.tomentosa showed strong adaptability in balancing growth and environmental changes at different stand ages， and that the growth of P.tomentosa in this region was mainly limited by nitrogen， so nitrogen fertilizer could be applied appropriately to facilitate its growth.

Key words: stand age, plantation forest, leaf functional traits, Populus tomentosa, Yellow River floodplain

中图分类号:

S792.11

杨雨薇, 何宝辉, 韩学娇, 时海香, 张贵民, 路兴慧. 林龄对毛白杨功能性状和林下土壤理化性质的影响及其耦合关系[J]. 植物研究, 2023, 43(6): 857-867.

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图/表 8

表1

表2

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表3

图2

表4

图3

表5

参考文献 23

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林龄 Stand ages/a	叶面积 A_L/cm²	叶鲜质量 m_LF/g	叶干质量 m_LD/g	比叶面积 A_SL/（cm²·g^-1）	叶干物质含量 C_LDM/%	枝条密度 D_W/（g·cm^-3）	叶片全钾质量分数 ω（K_L）/（g·kg^-1）	叶片全氮质量分数 ω（N_L）/（g·kg^-1）	叶片全磷质量分数 ω（P_L）/（g·kg^-1）	叶片氮磷比 ω（N_L）/ω（P_L）
10	54.328±28.666	0.993±0.604	0.427±0.302	14.059±2.583	0.412±0.057	0.433±0.036	3.255±0.409	0.449±0.180	1.457±0.777	0.367±0.138
20	60.424±16.393	1.311±0.397	0.523±0.186	12.062±2.456	0.400±0.070	0.442±0.057	1.835±0.811	1.462±0.721	1.409±0.781	1.820±1.653
35	71.791±16.090	1.644±0.472	0.691±0.215	10.780±1.872	0.421±0.065	0.461±0.041	1.446±1.026	1.732±0.529	0.885±0.369	2.463±1.370
数值范围 Numerical range	16.502~242.166	0.275~5.237	0.106~2.342	5.335~21.557	0.149~0.836	0.311~0.571	0.483~3.710	0.167~2.520	0.244~2.823	0.207~3.828
变异系数 C_V/%	40.545	47.658	53.740	21.519	15.366	10.431	51.822	60.950	56.296	94.243

不同林龄 Different stand ages/a	土壤容重 S_BD/（g·cm^-3）	土壤含水量 S_WC/%	土壤全氮质量分数 ω（N_S）/（g·kg^-1）	土壤速效钾 ω（K_SA）/（mg·kg^-1）	土壤速效磷 ω（P_SA）/（mg·kg^-1）	土壤氮磷比 ω（N_S）∶ω（P_SA）	林分密度 D_S/（individual·m^-2）
P	0.001**	0.000***	0.002**	0.014*	0.005**	0.001***	<0.001***
10	1.28±0.04a	0.08±0.02b	0.56±0.11b	60.75±5.28b	0.44±0.28a	1.45±0.41b	28.58±9.17a
20	1.18±0.08b	0.14±0.05a	0.93±0.47a	76.25±24.27ab	0.23±0.12b	5.85±4.23a	17.67±3.87b
35	1.17±0.07b	0.13±0.01a	1.03±0.29a	88.29±29.21a	0.24±0.04b	4.36±1.37a	9.57±2.31c
F	8.765	12.33	7.26	4.801	6.154	9.448	35.322

指标 Index	主成分1 Principal component 1	主成分2 Principal component 2	公因子方差 Common factor variance
叶面积 A_L	0.915	0.198	0.876
叶鲜质量 m_LF	0.966	0.003	0.934
叶干质量 m_LD	0.939	0.311	0.979
比叶面积 A_SL	-0.850	-0.361	0.853
叶干物质含量 C_LDM	0.407	0.774	0.764
叶全钾质量分数 ω（K_L）	-0.543	0.784	0.910
叶全氮质量分数 ω（N_L）	0.542	-0.787	0.913
叶全磷质量分数 ω（P_L）	0.135	0.852	0.745
叶片氮磷比 ω（N_L）∶ω（P_L）	0.400	-0.901	0.971
特征值 Eigenvalue	4.308	3.637	—
贡献率 Contribution rate/%	47.868	47.868	—
累计贡献率 Cumulative contribution rate/%	40.408	88.276	—

性状 Trait	逐步回归方程 stepwise regression equations	标准化回归系数（B） standardized regression coefficient	R²
叶面积A_L/cm²	A_L=32.804+54.649x₁-101.518x₂-1.23x₃	B（x₁）=0.302，B（x₂）=-0.263，B（x₃）=-0.807	0.515 0^**
叶鲜质量m_LF/g	m_LF=1.943+0.003x₄-0.047x₅-0.033x₃	B（x₄）=0.178，B（x₅）=-0.370，B（x₃）=-0.826	0.616 8^**
叶干质量m_LD/（g）	m_LD=0.988-0.029x₅-0.017x₃	B（x₅）=-0.298，B（x₃）=-0.871	0.516 0^**
比叶面积A_SL/（cm²·g^-1）	A_SL=8.282-1.475x₆+0.456x₅+0.182x₃	B（x₆）=-0.268，B（x₅）=0.680，B（x₃）=0.863	0.681 1^**
叶干物质含量C_LDM/%	C_LDM=0.030+0.349x₁-0.002x₃	B（x₁）=0.575，B（x₃）=-0.412	0.271 9^*
枝条密度D_W/（g·cm^-3）	D_W=0.413+0.366x₂-0.003x₅	B（x₅）=-0.306，B（x₂）=0.436	0.235 4^*
叶全钾质量分数ω（K_L）/（g·kg^-1）	ω（K_L）=3.514-0.023x₄-0.087x₅+0.039x₃	B（x₄）=-0.515，B（x₅）=-0.238，B（x₃）=0.344	0.766 1^**
叶全氮质量分数ω（N_L）/（g·kg^-1）	ω（N_L）=0.588+0.012x₄+0.067x₅-0.030x₃	B（x₄）=0.406，B（x₅）=0.271，B（x₃）=-0.390	0.703 4^**
叶全磷质量分数ω（P_L）/（g·kg^-1）	ω（P_L）=-1.739+3.071x₁-0.010x₄	B_（x1）=0.363，B（x₄）=-0.351	0.324 5^*
叶片氮磷比ω（N_L）∶ω（P_L）	ω（N_L）∶ω（P_L）=-1.979+0.039x₄+0.149x₅	B（x₄）=0.651，B（x₅）=0.302	0.699 4^**

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