福建柏混交林凋落物持水特性及碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

摘要：? 以福建柏純林、福建柏與杉木、馬尾松、木荷混交的4種福建柏人工林為研究對象，通過典型樣地調(diào)查和樣品測定，分析不同福建柏混交林凋落物蓄積量、持水量和碳、氮、磷含量及化學(xué)計(jì)量特征。結(jié)果表明：（1）凋落物現(xiàn)存蓄積量及持水量分別表現(xiàn)為福建柏馬尾松混交林>福建柏杉木混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林，福建柏馬尾松混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林>福建柏杉木混交林，凋落物現(xiàn)存蓄積量和持水量在4種福建柏混交林類型間均存在顯著差異。（2）隨著浸水時(shí)間的變化，前2 min內(nèi)，4種福建柏混交林的凋落物吸水均最快，福建柏杉木混交林達(dá)到51.07 g/min，吸水最快;福建柏木荷混交林達(dá)到34.25 g/min，吸水最慢。在整個(gè)吸水過程中，凋落物持水量及飽和時(shí)最大持水量為福建柏杉木混交林>福建柏馬尾松混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林。（3）凋落物全碳、全氮、全磷含量均為福建柏杉木混交林>福建柏馬尾松混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林，C/N、C/P、N/P值均為福建柏木荷混交林>福建柏純林>福建柏馬尾松混交林>福建柏杉木混交林。福建柏杉木混交林凋落物C/N、C/P、N/P值均顯著低于其他福建柏林分，周轉(zhuǎn)速率更快，福建柏木荷混交林凋落物C/N、C/P、N/P值均顯著高于其他福建柏林分，周轉(zhuǎn)速率更低。

關(guān)鍵詞：? 福建柏混交林;? 凋落物;? 持水特性;? 化學(xué)計(jì)量

中圖分類號：? ?S 791. 27; S 718. 5? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2022）03 - 0024 - 04

凋落物作為混交林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在涵養(yǎng)水源、維持土壤肥力、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)正常的能量流動、養(yǎng)分循環(huán)方面發(fā)揮著重要作用，凋落物的養(yǎng)分含量及貯量可以反映出植物體對營養(yǎng)的利用效率及森林生態(tài)系統(tǒng)的相對養(yǎng)分限制狀況，對凋落物分解、植物生長及生物地球化學(xué)循環(huán)等方面有重要意義[ 1 - 2 ]。森林凋落物在水文功效方面具有涵養(yǎng)水源、減緩徑流、阻截泥沙和均衡土壤水熱狀況等功能，尤其是在在控制水土流失、保溫持水中起著重要作用[ 3 - 4 ]。目前，國內(nèi)外有關(guān)森林凋落物的現(xiàn)存量、持水蓄水能力、吸持降水、攔截地表流、水土保持機(jī)理和養(yǎng)分計(jì)量特征[ 5 - 6 ]等方面已有研究，但系統(tǒng)討論森林凋落物水文生態(tài)功能及養(yǎng)分計(jì)量特征的研究還很少。以往關(guān)于福建柏混交林凋落物少有的研究也僅是淺要討論凋落物貯存量、分解情況、水源涵養(yǎng)功能[ 7 - 8 ]等，但對不同福建柏混交林山地凋落物的水文效應(yīng)及養(yǎng)分特征研究報(bào)道目前仍然不多，本研究以福建省安溪豐田國有林場為研究區(qū)，以不同樹種組成的福建柏人工混交林為研究對象，通過比較和分析3種福建柏典型混交林與福建柏純林凋落物水文效應(yīng)及養(yǎng)分計(jì)量特征，揭示其水文生態(tài)功能，旨在為養(yǎng)分循環(huán)規(guī)律研究提供科學(xué)的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省安溪豐田國有林場，位于25°16′～25°20′N、118°1′～118°57′E，地處福建省東南沿海，廈、漳、泉閩南金三角西北部，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候。該研究區(qū)多為低山、丘陵，季風(fēng)氣候顯著，氣候條件溫和，雨量充沛，全年平均氣溫19.5 ℃，最高37 ℃，最低0 ℃，全年冰霜日較少;年均降水量1 800 mm，夏季降水較多，無霜日330天。土壤為黃紅壤，花崗巖成土母質(zhì)，土層較厚，可達(dá)60 cm。該研究區(qū)林下植被主要有芒萁（Dicranopteris dichotoma）、五節(jié)芒（Miscanthus flori-? dulus）、菝葜（Smilax china）、沿階草（Ophiopogon bodinieri）、箬竹（Indocalamus tessellatus）、深綠卷柏（Selaginella doederleinii）、淡竹葉（Lophatherum gra-cile）、烏毛蕨（Blechnum orientale）等。

2 材料與方法

2. 1 樣地選擇與凋落物收集

2020年10月，在研究區(qū)選擇坡度、坡向、坡位及土壤等立地條件基本一致、林分密度相對均勻的4種18年生福建柏人工林，分別為福建柏純林、福建柏杉木混交林、福建柏馬尾松混交林、福建柏木荷混交林，福建柏與混交樹種的混交比例均約為6∶4，混交方式均為株間混交。采用典型取樣法，在每種福建柏林分中的上坡、中坡、下坡設(shè)置20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)地，每種林分設(shè)置3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地，共12個(gè)，對每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行每木檢尺，測量福建柏及混交樹種胸徑、樹高及統(tǒng)計(jì)株數(shù)，記錄樣地海拔、坡度、坡向、坡位（表1）。再在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地中布設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)打1個(gè)1 m×1 m的小樣方，并調(diào)查草本植物種類，收集樣方內(nèi)地表所有凋落物，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地收集的凋落物混勻裝自封袋帶回做進(jìn)一步處理。

2. 2 凋落物蓄積量、持水量及吸水速率測定

將采集的每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地凋落物混合樣稱出鮮重，然后按四分法均勻分成4份，隨機(jī)取其中1份置于80 ℃烘箱烘干至恒重并稱重，計(jì)算凋落物持水量和蓄積量，再從烘干凋落物中取100 g樣品用孔徑為0.16 mm尼龍網(wǎng)袋裝好，分別浸入清水中，以凋落物和網(wǎng)袋全部浸入清水為準(zhǔn)，浸水2、5、10、15、20、30 min，1、2、4、6、8 h后取出，每次取出靜置直到無水滴滴落時(shí)用電子天平稱重并記錄。再取1份凋落物樣品置于65 ℃烘箱烘干至恒重，用植物粉碎機(jī)磨碎，過0.2 mm篩，存于自封袋中備用。凋落物全碳含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定;全氮含量采用凱氏定氮法測定;全磷含量采用鉬銻抗比色法測定;計(jì)算凋落物全碳、全氮、全磷含量及C/N、C/P、N/P比值。

2. 3 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Office Excel 2010錄入試驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步處理，利用SPSS 20.0對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）檢驗(yàn)凋落物蓄積量、持水量、養(yǎng)分含量及化學(xué)計(jì)量比差異，同時(shí)采用LSD最小顯著差法進(jìn)行多重比較，數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

3 結(jié)果與分析

3. 1 凋落物現(xiàn)存蓄積量與凋落物持水量分析

由圖1、圖2可以看出，4種福建柏混交林的凋落物現(xiàn)存蓄積量表現(xiàn)為福建柏馬尾松混交林>福建柏杉木混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林，4種福建柏混交林間的凋落物現(xiàn)存蓄積量存在顯著差異（P<0.05）。福建柏馬尾松混交林凋落物持水量最高，其次是福建柏木荷混交林和福建柏純林，福建柏杉木混交林最低，4種福建柏混交林間的凋落物持水量存在顯著差異（P<0.05）。

3. 2 福建柏混交林凋落物吸水特性分析

通常認(rèn)為凋落物在浸水8 h后其持水率達(dá)到最大，趨近于飽和[ 10 ]。對4種福建柏混交林的凋落物浸水不同時(shí)間后的總重量進(jìn)行分析（表2），發(fā)現(xiàn)隨著浸水時(shí)間的推移，前2 min內(nèi)，4種福建柏混交林的凋落物吸水均最快，福建柏杉木混交林達(dá)到51.07 g/min，吸水最快;福建柏木荷混交林達(dá)到34.25 g/min，吸水最慢;福建柏馬尾松混交林達(dá)到42.59 g/min;福建柏純林達(dá)到40.06 g/min。在凋落物吸水8 h內(nèi)，各個(gè)時(shí)間點(diǎn)凋落物總重量均有福建柏杉木混交林>福建柏馬尾松混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林;在吸水8 h后，凋落物持水量均達(dá)到飽和狀態(tài)，其中，福建柏杉木混交林凋落物最大持水量最高，為1 415.33 g/kg;福建柏馬尾松混交林和福建柏純林次之，分別為1 361.94、1 313.82 g/kg;福建柏木荷混交林凋落物最大持水量最低，為1 174.00 g/kg，即凋落物最大持水量為福建柏杉木混交林>福建柏馬尾松混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林。

3. 3 凋落物碳氮磷含量與生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征分析

凋落物是森林養(yǎng)分歸還的基本形式之一，凋落物分解后其中所含的養(yǎng)分元素釋放歸還到土壤，供植物再次吸收循環(huán)利用[ 9 ]。由表3可知，在這4種福建柏混交林凋落物全碳含量中，福建柏杉木混交林>福建柏馬尾松混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林。其中，福建柏杉木混交林與福建柏馬尾松混交林無顯著差異（P>0.05），但這2種混交林均與福建柏純林、福建柏木荷混交林間存在顯著差異（P<0.05），福建柏純林與福建柏木荷混交林間也存在顯著差異（P<0.05）。對于4種福建柏混交林凋落物全氮和全磷養(yǎng)分含量，福建柏杉木混交林>福建柏馬尾松混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林，凋落物全氮、全磷含量在4種福建柏混交林間均存在顯著差異（P<0.05）。

4種福建柏混交林凋落物碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征與整體分布情況為：C/N變化范圍為27.31～32.74;C/P變化范圍為264.63～? 434.92;N/P變化范圍為9.70～13.29。其中，凋落物C/N、C/P、N/P比值在4種福建柏混交林中均表現(xiàn)為：福建柏木荷混交林>福建柏純林>福建柏馬尾松混交林>福建柏杉木混交林。對于凋落物C/N比值，福建柏馬尾松混交林與福建柏純林不存在顯著差異（P>0.05），這2種林分類型均與福建柏杉木混交林、福建柏木荷混交林間存在顯著差異（P<0.05），福建柏杉木混交林與福建柏木荷混交林間也存在顯著差異（P<0.05）;凋落物C/P比值在4種福建柏混交林間均存在顯著差異（P<0.05）。

4 結(jié)論與討論

4. 1 諸多研究表明，凋落物持水能力取決于最大持水率及蓄積量，不同樹種組成的森林類型間的凋落物最大持水量差異較大，凋落物蓄積量又取決于植物群落生產(chǎn)力，同時(shí)依賴于氣候條件和物種組成等因素[ 11 - 13 ]。本研究表明，4種福建柏混交林的凋落物現(xiàn)存蓄積量表現(xiàn)為福建柏馬尾松混交林最高，福建柏杉木混交林和福建柏純林次之，而福建柏木荷混交林最低，說明營造福建柏針葉混交林可以顯著提高凋落物蓄積量，這與試驗(yàn)所選混交樹種本身落葉特性有很大關(guān)系[ 14 ]。凋落物持水量表現(xiàn)為福建柏馬尾松混交林最高，其次是福建柏木荷混交林和福建柏純林，福建柏杉木混交林最低，福建柏馬尾松混交林凋落物持水量最高可能與其蓄積量較高、攔蓄徑流能力強(qiáng)有密切關(guān)系，而福建柏杉木混交林最低可能與其枝葉較硬，從樹體脫落后在地面形成凋落物層后存在較大的空隙，不利于攔蓄徑流和保水[ 15 ]。

4. 2 4種福建柏林分凋落物在浸水2 min內(nèi)持水量增長較為迅速，之后雖然持水量有持續(xù)增加，但增加較為緩慢，浸泡6～8 h時(shí)，其持水量達(dá)到飽和（最大持水量），不同浸泡時(shí)間的林分凋落物持水量均呈現(xiàn)福建柏杉木混交林>福建柏馬尾松混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林。

4. 3 凋落物全碳、全氮、全磷含量均表現(xiàn)為福建柏杉木混交林>福建柏馬尾松混交林>福建柏純林>福建柏木荷混交林，朱玲[ 16 ]等人在對馬尾松和杉木人工林凋落葉碳氮磷的季節(jié)動態(tài)研究中得出，杉木人工林凋落物碳和磷含量大于馬尾松人工林，這與本研究結(jié)果基本一致，福建柏杉木混交林和福建柏馬尾松混交林相對于福建柏木荷混交林，凋落物養(yǎng)分物質(zhì)更不易降解，以凋落物為載體歸還土壤的氮磷相對較少。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是生物地球化學(xué)研究的重要內(nèi)容，主要研究植物各器官和土壤C、N、P養(yǎng)分含量及計(jì)量比值變化，有助于揭示植物生長的養(yǎng)分分配和限制因子狀況，以及植物與土壤的作用關(guān)系[ 17 ]。影響凋落物分解速率和養(yǎng)分歸還的重要因素包括C/N和N/P值，較低的C/N和N/P值使凋落物更易分解[ 18 ]。C/N值較小，分解較迅速，使得地面凋落物層有較快的周轉(zhuǎn)速率[ 19 ]。凋落物C/N、C/P、N/P在4種福建柏混交林中均表現(xiàn)為：福建柏木荷混交林>福建柏純林>福建柏馬尾松混交林>福建柏杉木混交林。福建柏杉木混交林凋落物C/N、C/P、N/P均顯著低于其他3種福建柏林分，因此周轉(zhuǎn)速率更快，而福建柏木荷混交林凋落物C/N、C/P、N/P值均顯著高于其他3種福建柏林分，因此周轉(zhuǎn)速率更低。有研究表明，凋落物化學(xué)質(zhì)量是導(dǎo)致不同樹種組成林地微生物群落和生態(tài)酶化學(xué)計(jì)量差異的主要原因，因此化學(xué)質(zhì)量較差的凋落物分解率較低，C/N、C/P值也較高，這可能也是導(dǎo)致本研究不同福建柏混交林凋落物現(xiàn)存蓄積量差異化的主要原因之一[ 19 ]。

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第1作者簡介：? 尤金攀（1992-），? 男，? 助理工程師，? 主要從事森林資源培育工作。

收稿日期： 2022 - 02 -? 20