龍里林場馬尾松人工林凋落物養(yǎng)分歸還動態(tài)

劉 娟，周運超*

（1. 貴州大學 林學院，貴州 貴陽 550025；2. 貴州省森林資源與環(huán)境研究中心，貴州 貴陽 550025）

龍里林場馬尾松人工林凋落物養(yǎng)分歸還動態(tài)

劉 娟1,2，周運超1,2*

（1. 貴州大學 林學院，貴州 貴陽 550025；2. 貴州省森林資源與環(huán)境研究中心，貴州 貴陽 550025）

以貴州省龍里林場3個不同密度的12 年生馬尾松人工林為研究對象，通過調(diào)查測定凋落物歸還量、養(yǎng)分歸還量等指標，分析凋落物中N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 9種養(yǎng)分的歸還、轉(zhuǎn)移、釋放變化動態(tài)。結(jié)果表明：凋落物中9種養(yǎng)分年歸還量與密度呈正相關(guān)，各林分平均養(yǎng)分年歸還量從大到小為N、Ca、Mn、Mg、K、P、Fe、Zn、Cu；各林分養(yǎng)分月歸還量變化趨勢與月凋落物量變化趨勢相似，除Zn為雙峰型外其余為單峰型，峰值均出現(xiàn)在11月；馬尾松人工林年凋落物量與密度呈正相關(guān)，S2167年凋落物量5 208.74 kg/（hm2·a），S1767年凋落物量4 284 kg/（hm2·a），S1200年凋落物量3 113.80 kg/（hm2·a）；各林分月凋落物量變化趨勢相似，均為單峰型，峰值出現(xiàn)在11月。

馬尾松；人工林；凋落物；養(yǎng)分歸還

森林凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，它不僅對森林資源的保護和永續(xù)利用起著重大作用，而且還對涵養(yǎng)水源和水土保持具有重要意義。馬尾松（Pinus massoniana）適應性強，耐干旱、瘠薄，是我國南方地區(qū)荒山綠化的主要樹種之一，同時也是用材造林的首選樹種[1~2]。目前，對于馬尾松林凋落物歸還的研究報道很多，張家武等[3]對馬尾松林不同的林分密度對凋落物的影響做過研究，項文化等[4]研究了不同齡組馬尾松人工林年凋落物量、林地現(xiàn)存凋落物量和養(yǎng)分歸還量，姚瑞玲等[5]對不同密度馬尾松人工林凋落物及大量元素歸還量的年變化特征進行了研究，但對馬尾松林凋落物及其養(yǎng)分，特別是微量元素的歸還量的動態(tài)變化研究較少。本文以貴州省龍里林場12年生馬尾松人工林為研究對象，分析了不同密度馬尾松林凋落物及其養(yǎng)分歸還量變化動態(tài)，以期了解馬尾松養(yǎng)分歸還特征和循環(huán)規(guī)律，指導林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)恢復。

1 材料和方法

1.1 實驗地概況

實驗樣地位于貴州省龍里林場播基橋工區(qū)—碗井林區(qū)，屬馬尾松分布的中帶西區(qū)，中亞熱帶溫和濕潤氣候，年均氣溫14.8℃，極端最高氣溫33.2℃、最低氣溫-8.5℃，年均降水量1 089.3 m m，相對濕度78%，北坡，海拔1 125 ~ 1 140 m，土壤由砂巖發(fā)育而成，0 ~ 20 cm 為砂質(zhì)粘壤土，20 ~ 40 cm 為粘壤土。

本文擬龍里林場播箕橋分場一碗井林區(qū)的12 年生馬尾松人工純林內(nèi)，采用隨機區(qū)組方法，共設(shè)置3塊20 m ×30 m的 樣地，每個樣地分為4個小區(qū)，每個小區(qū)面積為150 m2。2008年11月分別在各樣地內(nèi)以“S”型采集0 ~ 20 cm 表層土壤5個點，去除雜質(zhì)，將同一樣地、同一時間取得的土壤混合均勻，用四分法留取約1 kg，帶回室內(nèi)，立即風干。之后將過孔徑為2 m m和0.25 mm尼龍篩的土樣分別貯于密封袋內(nèi)，編號后進行養(yǎng)分測定，養(yǎng)分狀況見表1。

表1 樣地土壤養(yǎng)分狀況Table 1 Soil nutrient in different sample plots

對各個樣地中的馬尾松調(diào)查編號，并進行每木檢尺，記錄胸徑、樹高等指標，S 1 2 0 0 、S 1 7 6 7 、S 2 1 6 7 的 3個樣地林分狀況見表2。

1.2 凋落物的采集和處理

凋落物采用收集器法采集，在每塊樣地中隨機設(shè)置5個1 m× 1 m尼龍網(wǎng)凋落物收集器，每月收集其中的凋落葉一次。樣品采集后，置于65℃烘箱中烘干48 h， 然后取樣進行粉碎，過0.5 mm尼龍網(wǎng)篩后，裝入密封袋中，標記后保存至干燥器中以備化學分析[6~7]。樣品自2008年11月起至2009年11月每月固定日期采集。

表2 樣地林分特征Table 2 Stand characteristics of sample plots

1.3 凋落物養(yǎng)分測定

取一份試樣采用濃H2SO4-HClO4法消煮后測定其N、P、K、Ca、Mg含量，N含量采用靛酚藍比色法測定；P含量采用鉬銻抗比色法測定；K含量采用火焰光度法測定；Ca、Mg含量采用EDTA絡(luò)合滴定法測定[8]。另取一份試樣采用濃HNO3-HClO4法消煮后，用原子吸收法測定Fe、Mn、Zn、Cu含量[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

樣品自2008年11月起至2009年11月每月固定日期采集處理后進行養(yǎng)分測定，實驗數(shù)據(jù)使用Excel軟件和SPSS統(tǒng)計分析軟件進行處理。其中，2009年3月凋落物收集器遭到自然及人為因素破壞，缺失當月凋落物量數(shù)據(jù)，采用均值插補法進行處理，并從各樣地的表層撿取新鮮凋落物進行養(yǎng)分測定。根據(jù)本地區(qū)的氣候特征，將實驗中季節(jié)定義為冬季12月至翌年2月，春季3-5月，夏季6-8月，秋季9-11月。

2 結(jié)果與分析

2.1 月凋落物量及其變化動態(tài)

通過測定每個月的凋落物量，可以得到每個林分不同月份凋落物量的動態(tài)變化狀況，具體見圖 1。凋落物動態(tài)常用以解釋輸入土壤系統(tǒng)的基本養(yǎng)分量，因此研究凋落物的量及變化規(guī)律對管理林地養(yǎng)分平衡和長期立地可持續(xù)發(fā)展有重要意義[10]。馬尾松為常綠樹種，全年都有凋落物，各月的凋落物數(shù)量不同。從圖1可知，不同密度林分單月凋落物量均表現(xiàn)為隨密度增大而增大，這與不同密度林分年凋落物量的表現(xiàn)相同。3個林分月凋落物量均表現(xiàn)出相似的變化特點，月變化均為單峰型，全年最高值均出現(xiàn)在 11月，分別為895.60、1 144.32、1 396.64 kg/hm2，占全年凋落物量的28.8%、26.7%、26.8%，最低值出現(xiàn)在6月，僅占全年凋落物量的2.3%、3.9%、3.7%，整體上從12月到次年6月凋落量呈起伏的下降趨勢，之后除10月有降低外至11月則處于上升趨勢。從圖1還可以看出，凋落物量的季節(jié)變化動態(tài)，秋季最大，其次是冬季和春季，夏季凋落物量最低。

2.2 凋落物養(yǎng)分歸還量及其變化動態(tài)

通過計算每月的凋落物量與其養(yǎng)分含量的乘積，可以計算出每月各種養(yǎng)分的歸還量，進而分析其歸還量的動態(tài)變化。

圖2 不同林分凋落物N歸還量月變化Figure 2 Monthly variation of N return in sample plots

2.2.1 N歸還量的變化動態(tài) 由圖2可見，3個密度林分N歸還量的月變化動態(tài)大致相似，不同密度間主要是量的差異，月歸還量的大小與密度成正比。N歸還量的月動態(tài)變化與凋落物量的月動態(tài)變化相似，3個林分均為單峰型，峰值出現(xiàn)在11月，分別為15.55、21.64、29.47 kg/hm2，占全年N歸還量的24.89%、21.71%、26.34%，它們之間此時量的差異也最大，最低值出現(xiàn)在6月。N歸還量在12月到次年6月呈下降的趨勢，之后至11月則為上升的趨勢。凋落物N歸還量的季節(jié)變化為秋季最高，其次是冬季和夏季，春季最低。

2.2.2 P歸還量的變化動態(tài) 由圖3可見，3個密度林分凋落物P歸還量月變化動態(tài)基本一致，不同密度間主要是量的差異，月歸還量與密度成正比，即密度越大，P歸還量也增大。P歸還量的月動態(tài)變化與凋落物量的月動態(tài)變化也相近，3個林分基本為單峰型，峰值出現(xiàn)在11月，分別為0.26、0.37、0.52 kg/hm2，占全年P(guān)歸還量的20.03%、19.82%、20.65%，最低值出現(xiàn)在6月。P歸還量在12月到翌年2月的冬季呈下降趨勢，之后的春季先上升后又下降，夏季則又開始上升，10月有明顯的降低，11月迅速達到峰值。凋落物P歸還量的季節(jié)變化為秋季最高，其次為春季和冬季，夏季最低。

圖3 不同林分凋落物P歸還量月變化Figure 3 Monthly variation of P return in sample plots

2.2.3 K歸還量的變化動態(tài) 由圖4可見，3個密度林分凋落物K歸還量月變化動態(tài)基本一致，不同密度間主要是量的差異，月歸還量隨密度增大而增大。K歸還量的月動態(tài)變化與凋落物量的月動態(tài)變化也相近，3個林分明顯為單峰型，峰值出現(xiàn)在11月，分別為1.72、1.62、2.28 kg/hm2，占全年K歸還量的40.61%、30.19%、35.55%，

最低值出現(xiàn)在6月。K歸還量變化相對平穩(wěn)，在12月到翌年6月除S1200在2月有一次明顯上升外，基本為緩慢降低的趨勢，之后則緩慢上升，10月有所降低，11月迅速上升，峰值明顯。凋落物K歸還量的季節(jié)變化動態(tài)為秋季最高，其次為冬季、春季和夏季，且冬春夏三季歸還量大致相當，差異不大。

2.2.4 Ca歸還量的變化動態(tài) 由圖5可見，3個密度林分凋落物Ca歸還量月變化動態(tài)基本一致，不同密度間主要是量的差異，月歸還量與密度呈正相關(guān)。Ca歸還量的月動態(tài)變化與凋落物量的月動態(tài)變化也大致相近，3個林分均為單峰型，峰值出現(xiàn)在11月，分別為4.39、4.62、5.83 kg/hm2，占全年Ca歸還量的26.33%、23.16%、21.02%，最低值出現(xiàn)在6月或7月。Ca歸還量在12月到第二年6月呈下降的趨勢，其中S1200有兩次上升過程，S1767和S2167有一次上升過程，之后到9月緩慢上升，10月略有降低后11月迅速達到峰值。凋落物Ca歸還量的季節(jié)變化動態(tài)為秋季最高，其次為冬季、春季，夏季最低。

圖4 不同林分凋落物K歸還量月變化Figure 4 Monthly variation of K return in sample plots

2.2.5 Mg歸還量的變化動態(tài) 由圖6可見，3個密度林分凋落物Mg歸還量月變化動態(tài)大致相似，不同密度間主要是量的差異，多數(shù)月份Mg歸還量與密度呈正比。Mg歸還量的月動態(tài)變化與凋落物量月動態(tài)變化也大致相近，3個密度林分為單峰型，峰值出現(xiàn)在11月，分別為1.27、1.32、1.90 kg/hm2，占全年Mg歸還量的27.35%、22.57%、25.94%，最低值出現(xiàn)在6月。Mg歸還量在冬季呈現(xiàn)出先降低后上升的趨勢，之后到6月逐漸降低，隨后開始上升，10月有所降低后11月迅速升高。凋落物Mg歸還量的季節(jié)變化動態(tài)為秋季最高，其次為冬季、春季和夏季。

圖5 不同林分凋落物Ca歸還量月變化Figure 5 Monthly variation of Ca return in sample plots

2.2.6 Fe歸還量的變化動態(tài) 由圖 7可見，3個密度林分凋落物Fe歸還量月變化動態(tài)大致相似，不同密度間主要是量的差異，多數(shù)月份Fe歸還量與密度呈正比，隨密度增大而增大。Fe歸還量的月動態(tài)變化與凋落物量月動態(tài)變化也大致相同，3個密度林分均為單峰型，峰值出現(xiàn)在11月，分別為176.73、215.98、263.86 g/hm2，占全年Fe歸還量的31.11%、26.73%、29.09%，最低值出現(xiàn)在6月。Fe歸還量在冬季有所上升，之后到6月逐漸降低，隨后則有明顯上升，10月小幅降低后11月迅速上升。凋落物Fe歸還量的季節(jié)變化動態(tài)為秋季最高，其次為春季、冬季，夏季最低。

2.2.7 Mn歸還量的變化動態(tài) 由圖8可見，3個密度林分凋落物Mn歸還量月變化動態(tài)大致相似，不同密度間主要是量的差異，多數(shù)月份Mn歸還量隨密度增大而增大。3個密度林分均為單峰型，峰值出現(xiàn)在11月，分別為2 056.56、2 763.25、3 683.88 g/hm2，占全年Mn歸還量的31.11%、26.73%、29.09%，最低值出現(xiàn)在5月或6月。Mn歸還量在 5月前變化平穩(wěn)，無明顯高低起伏，5月有所降低呈現(xiàn)明顯上升的趨勢，10月則又有所降低，11月迅速升高。凋落物Mn歸還量的季節(jié)變化動態(tài)為秋季最高，之后為春季和冬季，夏季最低。

2.2.8 Zn歸還量的變化動態(tài) 由圖9可見，3個密度林分凋落物Zn歸還量月變化動態(tài)大致相似，不同密度間主要是量的差異，多數(shù)月份Zn歸還量隨密度增大呈現(xiàn)增大的趨勢。3個密度林分均為單峰型，峰值出現(xiàn)在11月，分別為59.79、74.21、97.05 g/hm2，占全年Zn歸還量的24.77%、22.98%、24.10%，最低值出現(xiàn)在6月。Zn歸還量從12月到翌年5月大致呈現(xiàn)降低的趨勢，之后開始逐漸升高，10月略有降低后11月迅速上升。凋落物Zn歸還量季節(jié)變化為秋季最高，其次為冬季、春季，夏季最低。

2.2.9 Cu歸還量的變化動態(tài) 由圖 10可見，3個密度林分凋落物歸還量月變化動態(tài)有所不同，但多數(shù)月份Cu歸還量與密度變化的趨勢相同，隨密度增大而增大。3個密度林分均為雙峰型，其中S2167的雙峰特征最為明顯，主峰出現(xiàn)在11月，分別為2.72、3.51、7.49 g/hm2，占全年Cu歸還量的20.02%、18.89%、26.04%，副峰出現(xiàn)在2月或3月，最低值出現(xiàn)在5月或6月。Cu歸還量從12月開始上升達到副峰，春季后迅速降低，夏季到秋季逐漸升高，10月有所降低后11月達到主峰。凋落物Cu歸還量的季節(jié)變化為秋季最高，其次為冬季和春季，夏季最低。

圖9 不同林分凋落物Zn歸還量月變化Figure 9 Monthly variation of Zn return in sample plots

圖10 不同林分凋落物Cu歸還量月變化Figure 10 Monthly variation of Cu return in sample plots

2.3 凋落物年產(chǎn)量及其養(yǎng)分年歸還量

將全年各月凋落物量及養(yǎng)分歸還量分別取和，可得凋落物年產(chǎn)量及養(yǎng)分年歸還量（表3）。由表3可知，馬尾松人工林3個密度林分年凋落物量凋落物分別為3 113.80、4 284.12、5 208.74 kg/（hm2·a），從大到小依次為S2167 > S1767 > S1200，即年凋落物量隨林分密度增大呈遞增的趨勢，表明林分間自然整枝和競爭的強烈程度隨林分密度增大而增大，這與姚瑞玲等[5]研究得出凋落量與林分密度成正相關(guān)的結(jié)論一致。

凋落物中的養(yǎng)分歸還是土壤肥力的重要來源。表中各養(yǎng)分的年歸還量均表現(xiàn)出隨密度增大而遞增的趨勢，這與年凋落物量的規(guī)律一致，表明養(yǎng)分歸還量的大小與年凋落物量的大小有密切關(guān)系。馬尾松人工林凋落物 5種大量元素年歸還量從大到小為N、Ca、Mg、K、P，3個密度林分大致相同，S1200中Ca歸還量略高于N含量，其中N、Ca年歸還量相當，而Mg歸還量也高于P和K，可能是由于植物體內(nèi)N、P、K轉(zhuǎn)移能力強，Ca、Mg轉(zhuǎn)移能力弱所致；4種微量元素年歸還量從大到小為Mn、Fe、Zn、Cu，這幾種元素在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)移能力弱，

歸還量大小與其養(yǎng)分含量有關(guān)。

表3 不同密度林分凋落物及其養(yǎng)分年歸還量Table 3 Annual return of nutrient from litterfall in sample plots

3 結(jié)論

凋落物中9種養(yǎng)分年歸還量與密度呈正相關(guān)，各林分平均養(yǎng)分年歸還量從大到小為N、Ca、Mn、Mg、K、P、Fe、Zn、Cu，分別為22.22、21.46、8.034、5.94、5.34、1.90 kg/（hm2·a）和761.07、318.30、20.30 g/（hm2·a）。各林分多數(shù)月份凋落物量隨密度增大而增大，各林分養(yǎng)分月歸還量變化趨勢與凋落物量變化趨勢相似，除Zn為雙峰型外其余為單峰型，峰值均出現(xiàn)在11月。N歸還量的季節(jié)變化為秋季 > 冬季 > 夏季 > 春季，P、Mn、Fe歸還量的季節(jié)變化為秋季 > 春季 > 冬季 > 夏季，K、Ca、Mg、Zn、Cu歸還量的季節(jié)變化為秋季 > 冬季 >春季 > 夏季。

3個馬尾松人工林年凋落物量與密度呈正相關(guān)，S2167年凋落物量5 208.74 kg/（hm2·a），S1767年凋落物量4 284 kg/（hm2·a），S1200年凋落物量3 113.80 kg/（hm2·a）。各林分月凋落物量也隨密度增大而增大，3個密度林分月凋落物量變化趨勢相似，均為單峰型，全年最高值出現(xiàn)在11月，最低值出現(xiàn)在6月。凋落物量季節(jié)變化為秋季 > 冬季 > 春季 > 夏季。

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[5]姚瑞玲，丁貴杰，王胤. 不同密度馬尾松人工林凋落物及養(yǎng)分歸還量的年變化特征[J]. 南京林業(yè)大學學報（自然科學版），2006，30 （5）：83-86.

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[9]LY/T1270-1999，森林植物與森林枯枝落葉層全硅、鐵、鋁、鈣、鎂、鉀、鈉、磷、硫、錳、銅、鋅的測定[S].

[10]徐大平. 熱帶南亞熱帶短輪伐期速生樹種扔來養(yǎng)分平衡的探討[A]. 余雪標. 按樹人工林長期生產(chǎn)力管理研究[C]. 北京：中國林業(yè)出版，2002. 27-35.

Dynamic of Nutrient Return from Litterfall in Pinus massoniana Plantation in Longli Forest Station

LIU Juan1,2，ZHOU Yun-chao1,2*
（1. Forestry College of Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2. Guizhou Forest Resources and Environment Center, Guiyang 550025, China）

Experiments on nutrient return were carried out in12-year Pinus massoniana plantation with three densities in Longli Forest Farm, Guizhou province. Dynamic variation of return, transfer and release of N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn and Cu was analyzed by measuring return amount of litterfall and nutrient. The results indicated that annual return of nine nutrients had positive relation with density of plantation. Mean annual return amount of nutrient in different sample plots was ordered by N (22.22kg/ha), Ca (21.46kg/ha), Mn (8.034kg/ha), K (5.94kg/ha), P (5.34kg/ha), Fe 1.90(kg/ha), Zn (761.07g/ha), Cu (318.30g/ha). Monthly return amount of nutrient had similar change, topped in November, except Zn with “double peak”. Annual litterfall amount had positive relation with density of plantation. Monthly litterfall amount had similar variation, topped in November. Key words: Pinus massoniana; plantation; litterfall; nutrient return

S718

A

1001-3776（2015）04-0007-06

2014-12-14；

：2015-03-11

貴州省重大專項課題（黔科合重大專項字2012-6011號）；貴州省農(nóng)業(yè)攻關(guān)課題（黔科合NY字20093066）

劉娟（1987-），女，貴州畢節(jié)人，助理工程師，碩士生，從事水土保持與荒漠化防治研究；*通訊作者。