关于湘潭大学第二届大学生研究性学习和创新性实验计划项目.doc

1 湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划 项 目 申 报 表 项目名称:湖南酸雨区闽楠与其他主要树种人工幼林生长的比较 学校名称 中南林业科技大学 学生姓名 学 号 专 业 性 别 入学年份 王湘媛 20130212 林学 女 2013 年 申玉宇 20140136 林学 男 2014 年 李超凡 20140099 林学 男 2014 年 许冰冰 20140146 林学 男 2014 年 指导教师 杨丽丽 职称 讲师 项目所属 一级学科 林学 项目科类(理科/文科)理科 学生曾经参与科研的情况 2015 年 7 月，在南郊公园进行植物认知实习，在衡山进行专业实习，挖土壤剖面,打样方。2015 年 10 月，在桃江毛竹样地的进行过每木检尺。王湘媛曾参与“珍贵用材赤皮青冈花枝的室内培养技术研究”，在第十一届“挑战杯”湖南省大学生课外学术科技作品竞赛中获得三等奖。指导教师承担科研课题情况 项目指导教师杨丽丽 2014 年毕业于中国林业科学研究院生态学专业，获理学博士学位。自从 2005 年以来一直从事水土保持、森林生态等方面的研究，在国内重要学术刊物上以第一作者发表论文 6 篇。2013 年获梁希林业科学技术三等奖 1 项，排名第四；2014 获湖南省科技进步二等奖 1 项，排名第五。主要承担科研项目情况如下：1、中南林业科技大学青年基金项目，2009013B、枫香人工林生态系统养分动态、积累与分布、2009/07-2011/07、5000 元、已结题、主持、负责全部工作。2 2、国家林业局重点项目，2008-12、南方桤木人工林生态系统可持续经营开发应用、2008/06-2012/12、30 万元、已结题、参加。3、国家林业局推广项目，2007112、南方森林防火林带营建技术推广与示范、2007/07-2010/07，40 万元、已结题、参加。4、湖南省教育厅一般项目、闽楠幼林生态系统结构动态及其养分循环调节影响、2015/09-2018/08、0.8 万元、在研、主持。5、湖南省普通高等学校教学改革研究项目、南方水土保持学研讨式教学方法的探索与实践、2015/09-2018/08、1.0 万元、在研、主持。6、湖南省水利厅科学研究项目、湘东丘陵区小流域清洁生产技术研究、2014/10-2016/05、10 万元、在研、主持。项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题 研究研究背景和目的背景和目的 大气污染和酸沉降是当前我国和世界都面临的重大生态环境问题，对生态系统健康和人体都具有不可忽视的影响。我国酸雨分布存在明显的地域差异，酸雨污染最严重的地区在 20 世纪 80 年代为以重庆和贵阳为代表的西南地区；在 20 世纪 90 年代后为以长沙、株洲、赣州等城市为中心的华中酸雨区（中国地质环境信息网）。随着经济快速增长和能源消费量不断增加，森林生态系统具有比其他生态系统能拦截更多的酸性沉降，所以酸沉降危害导致我国许多地区相继出现了大面积的森林衰亡事件，造成了巨大的经济和环境损失。因此，深入研究、深化理解酸沉降对森林生态系统的危害仍然是我国的一项紧迫任务。在我国广大亚热带地区，因长期遭受多种因素影响，原始林面积锐减，取而代之以树种单一、稳定性差的杉木（Cunninghamia lanceolata)等人工针叶林，其连栽导致地力衰退严重，如第二代杉木人工林生长量比第一代下降 10%15%，第三代比第一代下降 40%50%,土壤逐渐板结,养分含量下降,生物学活性明显降低1。采用针阔混交和扩大阔叶林面积比例，构建近自然的森林生态系统结构，被认为是恢复亚热带地区森林的生产力和生态服务功能的可行途径2。明确对酸沉降影响杉类树木的研究较多，野外调查和室内实验表明，杉类树木是对酸沉降耐受力强的树种，但除杉木以外的针叶树种耐受性较差；相比之下，对阔叶树种研究得较少3。闽楠（Phoebe bournei）是我国亚热带地区（湖南、福建等省）的优良乡土阔叶树种，高大端直，冠层厚密，根系发达，叶色翠绿，是珍贵的优良用材树种和园林绿化 3 树种之一，还具有较强的固土保水与空气净化功能。但现在多为零星分布，被列为第一批国家二级重点保护野生植物。因同时具有突出的林业生产经济价值和环境保护生态价值，闽楠在人工林结构调整上有重要的应用潜力。目前我国闽楠都是零星分布，成林较少，到目前为止对闽楠林的研究积累还相当薄弱，一些研究主要集中在种群生态学4、5、育苗6、7、8、造林技术9、10、11、生长过程12 等方面，还非常缺少在南方酸化胁迫条件下的闽楠适应性的研究。本项目拟在湖南选择闽楠人工幼林（7-10 年生）样地，观测酸雨条件下闽楠幼林的生长状况，评价闽楠林分结构对酸雨的反馈，为将来应用闽楠进行大规模造林或杉木人工纯林改造提供科学依据。研究内容研究内容 在湖南酸雨区选择典型闽楠幼林样地，开展以下实验研究：在湖南酸雨区选择典型闽楠幼林样地，开展以下实验研究：(1)闽楠样地的基本特征，即树种组成与多样性(2)闽楠样地的层次结构，包括乔木、灌木、草本层覆盖度(3)闽楠样地枯落物现存量特征，分未分解、半分解、已分解三层测定(4)闽楠样地结构变化特征，包括林木胸径变化、高度分布变化(5)湖南酸雨区闽楠生长状况与其他主要树种（杉木、马尾松）生长状况的比较 拟解决的关键问题拟解决的关键问题 (1)闽楠幼林层次结构的划分(2)如何准确测量闽楠胸径和高度生长的变化(3)酸雨区闽楠生长状况与杉木、马尾松等生长状况的比较(4)酸雨区闽楠生长的适应性分析 4 国内外研究现状和发展动态 酸雨对森林的危害酸雨对森林的危害 上世纪七、八十年代，欧洲、北美许多国家相继出现了“新型森林死亡”13现象，即由于酸沉降引起的树叶发黄、细根死亡、树木死亡等森林的衰退现象14。为此，1983 年德国在世界率先开始了森林健康的长期监测研究，随后在 1986 年，泛欧洲的 31 个国家采用统一的监测方法体系启动了“空气污染对森林影响的评价和监测研究”15。我国在上世纪八十年代也曾发生酸雨导致大面积森林衰退的现象，如奉节县岜草坝林场 6000 公顷华山松林大面积衰退，死亡率高达 96%16；重庆南山 2.7 万亩马尾松林普遍生长不良，1 万亩死亡。迄今为止，受酸雨危害的森林健康状况并未好转，据王彦辉等17对重庆铁山坪马尾松林的森林健康长期监测发现，受酸雨危害影响，该区马尾松林普遍生长不良，表现为树冠稀疏、叶片发黄和非正常脱落、枯梢严重、树木死亡等。酸沉降对森林生态系统的影响目前已成为国内外众多科学家所关注的焦点之一。酸沉降对森林的影响主要有 2 种方式，即直接影响和间接影响。直接影响是指通过大气污染直接影响植物组织器官生长发育和新陈代谢，如伤害叶片表层结构，引起叶黄、叶脱落等 18；间接影响是指由于土壤酸化所造成的林木受害，包括病虫害、干旱胁迫等。森林结构对酸雨的反馈森林结构对酸雨的反馈 森林生态系统在受到酸雨危害的同时，也通过其复杂生态系统的结构与过程、丰富的生物多样性对酸雨产生抵抗与适应、缓冲与中和1920。研究表明，森林植被对降水的化学的影响相当明显，主要是降水在通过乔木层、灌草层和凋落物层中的相互作用来实现。我国张西林21研究认为，森林冠层对酸雨具有中和缓冲的作用。阔叶林对酸雨有强烈的中和作用，针叶林冠层却促进了降水进一步酸化，但不能凭此否认冠层的缓冲作用。凋落物对酸雨有中和作用。有研究表明，利用模拟酸雨淋洗木荷凋落物后，酸雨的 pH 值提高了，而淋洗杉木凋落叶后，酸雨的 pH 值变化不明显222324。杜春艳25等对韶山针阔混交林凋落物层的淋溶及缓冲作用进行了研究，发现凋落物在冬季较其它季节有明显缓冲作用。陶豫萍26等得出了马尾松林较香樟林地表径流有进一步酸化的趋势。李志安27等对马占相思、大叶相思等 6 个华南人工林树种凋落物的缓冲作用研究表明：凋落物本身是一个极强的酸碱缓冲体系，并对添加的酸碱起显著的缓冲作用。闽楠研究现状闽楠研究现状 关于闽楠林结构与动态的研究，主要集中在闽楠天然林的群落结构、空间分布及演替方面28，29，30。刘宝等31研究表明随着群落的演替进行，闽楠逐渐成为主导种群。张俊钦32也得出了相似的结论。邹秀红33研究认为闽楠天然林群落垂直结构复杂，物 5 种多样性指数以灌木层最高。吴大荣34,35研究结果表明，闽楠种群结构呈金字塔型，幼苗储备丰富；演替类型不同，种群的大小也不一样，但也存在一定的规律。孙祥水36认为对楠木与杉木混交林进行间伐有利于楠木生长。对闽楠的生长过程来说，1-10a（幼龄林）为树高、胸径的快速生长期12，也有研究表明：闽楠生长较为缓慢，5-10a生长率为33.5%，达所有龄阶最高值37。与杉木等速生林生长过程相比，楠木在早期生长较慢，生长高峰期较迟且高峰值较小，整个生长曲线较为平缓均匀38。闽楠在天然林内初期生长缓慢，但人工林初期生长较天然林迅速，13年的人工林和20年的天然林相比，人工林胸径、树高和材积的生长量，分别比天然林快3倍、2.7倍和7.1倍39。闽楠林结构可分为乔木层、下木层和草本层，其中乔木层还可以划分为3个亚层40。总之，因幼林处于生态系统结构快速变化的阶段，因此国内外对幼龄林的研究主要集中在幼林的生物量变化41、42、森林抚育43、44、生物多样性45、46、施肥效应47、48，关于幼林生长状况的研究，主要集中在湖南第二代杉木林49、马尾松林50等。关于酸雨条件下闽楠幼林生长状况的研究尚未见报道。闽楠作为亚热带地区优良乡土树种，幼林的生长作为其发展最重要的阶段，闽楠幼林在酸雨下的生长以及在酸雨区的适应性急需进行研究。主要参考文献附后。主要参考文献附后。本项目学生有关的研究积累和已取得的成绩 我省地处于华中酸雨区，闽楠为中国特有植物，无论是对于早期研究的技术进行，还是对于后期研究的观察和总结都提供了便捷。本项目组成员已学习了相关的理论基础课程,同时进行过外业调查研究工作，有相关研究生已在湖南金洞林场，建立了试验点，有相应的试验样地，拥有先天优势的研究环境和条件，本项目组成员对于闽楠的采种、栽培、造林、混交、管理，以及病虫的防害都有进行过初步了解，具有相关的研究基础。项目的创新点和特色 在湖南酸雨区，选择典型的闽楠幼林样地，分出乔木层、灌木层、草本层、枯落物层林冠层等不同作用层，监测闽楠样地结构变化特征，包括林木胸径变化、高度分布变化，与湖南省主要树种幼林生长特征进行比较，为南方酸雨区利用闽楠珍贵阔叶树种进行大规模造林或杉木纯林改造提供理论依据。6 项目的技术路线及预期成果 技术路线技术路线 闽楠人工林典型样地设置闽楠人工林典型样地设置定位监测定位监测树种树种组成组成与多与多样性样性酸雨条件下闽楠幼林的酸雨条件下闽楠幼林的生长状况生长状况酸雨条件下杉木酸雨条件下杉木、马尾松的生长状况马尾松的生长状况乔木乔木、灌灌木木、草本草本层覆层覆盖度盖度枯落枯落物现物现存量存量特征特征林木林木胸径胸径变变化化、高度高度分布分布变化变化查阅国内相查阅国内相关文献关文献湖南酸雨区闽楠与其他主要树种人工幼林生长的比较湖南酸雨区闽楠与其他主要树种人工幼林生长的比较 预期研究成果预期研究成果 1）得到酸雨区闽楠人工幼林生长的基本规律；2）分析酸雨区闽楠人工幼林与其他主要树种林分的生长差异；3）在省级以上期刊发表论文 1-2 篇。年度目标和工作内容（分年度写）2016 年度：查阅文献，收集数据，现场调研，选择闽楠典型样地 2017 年度：开展闽楠幼林典型样地生长监测 2018 年度：分析数据，撰写文章，项目结题。7 指导教师意见 签字：日期：注：本表栏空不够可另附纸张 参考文献参考文献 1 马均.杉木人工林地力衰退原因及对策综述J.四川林勘设计,2004,(3):13-17.2 曾伟生.近自然森林经营是提高我国森林质量的可行途径J.林业资源管理,2009,(2):6-11.3 张西林.酸沉降作用下韶山森林生态系统盐基离子及氮的变化特征研究D.湖南大学,2006.4 吴大荣,朱政德.福建省罗卜岩自然保护区闽楠种群结构和空间分布格局初步研究J.林业科学,2003,39(1):23-30.5 刘宝,陈存及,陈世品等.闽楠群落优势种群结构与空间分布格局J.福建林学院学报,2006,26(3):210-213.6 黄健翔,曾火根,欧阳秋桂等.闽楠育苗及造林技术J.国土绿化,2013,(2):43-44.7 张怡,韦小丽,段如雁等.不同育苗基质对闽楠容器苗生长的影响J.贵州农业科学,2013,(12):72-75.8 江香梅,林卫红.闽楠育苗初报J.江西林业科技,2000,(4):9-10.9 贺利中,杨志军.闽楠林冠下造林与裸地造林效果研究分析J.江西林业科技,2014,(3):12-14.10 陈茂景.闽楠造林成活率的初步研究J.林业勘察设计,2013,(1).11 张伟.闽楠种子萌发技术与幼苗荧光特性的研究D.中南林业科技大学,2013.12 江香梅,肖复明,叶金山等.闽楠天然林与人工林生长特性研究J.江西农业大学学报,2009,31:1049-1054.13 Ulrich B.Waldsterben:forest decline in West Germany.Environmental Science and Technology,1990,24(4):436-441.14 Oliva J,Colinas C.Decline of silver fir stands in the Spanish Pyrenees:role of management,historic dynamics and pathogens.Forest Ecology and Management,2008,252(1/3):84-97.15 Fischer R,Mues V,Ulrich E,et al.Monitoring of atmospheric deposition in European forests and anoverview on its implication on forest condition.Applied Geochemistry,2007,22(6):1129-1139.16 酸雨考察组.酸雨对大农业的危害及其对策综合学术考察报告.北京：中国林业出版社，1989，1-9.17 Wang Y H,Sollberg S,Yu P T,et al.Assessments of tree crown condition of two Masson pine forests inthe acid rain region in south China.Forest Ecology and Management,2007,242(2/3):530-540.8 18 Back J,Huttunen S.Effects of long-term exposure to simulated acid rain on conifer needle ultrastructure and hardening status.Forest Ecology and Management,1992,51:95-103.19 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