[00143737]典型防护林衰退与恢复机制研究

本项目属于林学学科防护林学领域。防护林是以发挥防护效应为基本经营目的的森林总称;是世界各国防御自然灾害,保护脆弱区水土资源、农牧业生产,促进经济发展和维持生态平衡的重要手段;我国森林资源不足、自然灾害与生态问题突出,因此,对防护林营建十分重视。然而,防护林衰退屡见不鲜,已成为制约实现防护林防护效益高效、稳定与可持续的瓶颈;因此,明确防护林衰退机制并提出恢复与重建对策便成为本领域极具挑战的课题。本项目以樟子松和杨树等典型树种防护林为对象,针对生长下降,枝叶枯黄、整株枯死,不能天然更新等衰退特征开展系统研究,经多年努力,从水分、养分、微生物等方面明确了典型防护林的衰退与恢复机制,并用于指导我国防护林经营实践,推动了防护林学发展。 1)水分生理机制：发现了杨树建植与生长的生理、形态、生化与蛋白组学适应策略——干旱区保守水分利用-慢生长、湿润区大量耗水-快生长;确定了樟子松受干旱胁迫光合作用停止的土壤水分阈值,并监测到林地土壤含水量生长季小于阈值时间长达80%,不能满足树木正常生长;解释了防护林生长下降、枝叶枯黄、整株枯死的水分生理原因。 2)水量平衡机制：发现了＞30年樟子松防护林必须依靠地下水才能维持生长的机理和系统水量失衡的事实;55年间,樟子松防护林消耗系统内12.3%水资源,而农田和杨树防护林分别消耗40.2%和20.3%;由于樟子松防护林营建改善了区域生态环境,继而杨树防护林和农田不断增加,造成地下水位持续下降;樟子松属浅根系树种,地下水位急剧下降,树木无法利用地下水,从而发生衰退。 3)养分供给机制：发现了樟子松防护林高生长与土壤有效养分供应能力不匹配现象,揭示了杨树、樟子松防护林随年龄增加养分再吸收和利用效率显著降低的规律;由于单位养分生产力下降,林地养分不足、失衡,诱发树势衰弱,当水分胁迫增加时,加剧其衰退;杨树防护林养分再吸收和利用效率显著低于樟子松防护林,表明杨树防护林衰退对养分更敏感。 4)微生物机制：发现了樟子松是强外生菌根菌依赖种,当温度超过37℃时,樟子松外生菌根菌即永久性死亡,现实林地5 cm土层每年夏季均有超过37℃的时间,而更新幼苗根系均＜4 cm,因此,更新幼苗不能形成菌根而而建植失败是樟子松防护林衰退死亡不能天然更新的关键。 基于衰退机制,提出了防护林恢复与重建对策,形成战略咨询报告被国家采纳用于指导防护林经营实践。自2001年,在本领域国际权威刊物Agri. For. Meteo., For. Ecol. Manag.等上发表SCI论文110篇;20篇主要论文他引668次,SCI 他引479次;8篇代表论文他引392次,SCI他引306次,得到了国内外专家的广泛正面引证。由于本成果的影响,受邀撰写《世界生态学百科全书》“防护林”篇,获“IUFRO国际林联科学成就奖”（5年一次,近50年全球共87名科学家获奖）;获得授权专利6件;应邀在本领域的重要国际会议上做大会特邀或主题报告10余次;在国际学术界产生了重要影响,成为我国在防护林学领域的标志性成果之一。