喀斯特地區(qū)不同齡組馬尾松人工林腐殖質(zhì)化學(xué)計(jì)量特征研究

李歆玉 徐林 符裕紅 丁波 楊林維 謝桃 左婷 武燕

摘 要：為揭示喀斯特地區(qū)馬尾松人工林腐殖質(zhì)養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征，以西南典型喀斯特地區(qū)不同齡組（中齡林、近熟林、成過熟林）馬尾松人工林為研究對(duì)象，測(cè)定分析馬尾松人工林腐殖質(zhì)有機(jī)碳（OC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量及其化學(xué)計(jì)量特征及其影響因子。結(jié)果表明：（1）研究區(qū)馬尾松人工林腐殖質(zhì)OC、TN、TP含量分別為240.52、13.35、0.38g/kg，C/N、N/P、C/P分別為19.34、845.30、45.84;（2）腐殖質(zhì)TN含量在不同齡組間存在顯著差異（P<0.05），OC含量以及TP含量隨著林齡的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)（P>0.05），3個(gè)齡組之間C/N、C/P、N/P比均無顯著差異（P>0.05）。（3）腐殖質(zhì)TN和TP之間，腐殖質(zhì)OC含量和腐殖質(zhì)C/N以及腐殖質(zhì)C/P和C/N、C/P和N/P呈顯著正相關(guān)（P<0.01），而腐殖質(zhì)OC含量和N/P、腐殖質(zhì)TP和腐殖質(zhì)C/P、N/P呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。研究結(jié)果為西南喀斯特脆弱生態(tài)區(qū)馬尾松人工林的經(jīng)營(yíng)管理提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：馬尾松人工林;腐殖質(zhì);化學(xué)計(jì)量學(xué)

中圖分類號(hào) S79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）10-0081-03

Stoichiometric Characteristics of Humus in Different Age Groups of Pinus massoniana Plantation? in Karst Area

LI Xinyu? ?XU Lin? ?FU Yuhong? ?DING Bo? ?YANG Linwei? ?XIE Tao? ?ZUO Ting? ?WU Yan

（College of Biological Sciences， Guizhou Normal University， Guiyang 550018， China）

Abstract： In order to reveal the stoichiometric characteristics of humus nutrients in Pinus massoniana Plantation in karst area， taking different age groups （middle-aged forest， near mature forest and over mature forest） in typical karst area in Southwest China as the research object， the stoichiometric characteristics and influencing factors of humus OC， TN and TP in Pinus massoniana plantation were measured and analyzed. The results showed that： （1）the contents of OC， TN and TP in humus of Masson Pine Plantation in the study area were 240.52， 13.35 and 0.38g/kg respectively， and the C/N， N/P and C/P were 19.34， 845.30 and 45.84 respectively; （2）There was significant difference in humus TN content among different age groups （P<0.05）. OC content and TP content increased first and then decreased with the increase of forest age （P>0.05）. There was no significant difference in C/N， C/P and N/P ratio among the three age groups （P>0.05）. （3） Between humus TN and TP， humus OC content was significantly positively correlated with humus C/N， humus C/P and C/N， C/P and N/P（P<0.01）， while humus OC content was significantly negatively correlated with N/P， humus TP and humus C/P and N/P（P<0.01）. The results of this study provide a scientific basis for the management of Pinus massoniana Plantation in southwest karst fragile ecological area.

Key words： Masson pine plantation; Humus; Stoichiometry

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是當(dāng)前國(guó)際生物生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的前沿命題，也是一種研究生物生態(tài)學(xué)方向的新的研究工具[1]。目前，歐美等國(guó)家對(duì)于C、N、P的化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的相關(guān)研究明顯多于中國(guó)，主要集中在森林生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)等方面的研究[2]。現(xiàn)階段，我國(guó)大部分的研究主要集中于對(duì)植物葉片和土壤C、N、P含量和比值的相互關(guān)系，以及它們是如何限制植物的生長(zhǎng)發(fā)育方面的化學(xué)計(jì)量特征分析，而對(duì)于腐殖質(zhì)的研究相對(duì)較少。比如，魯志云[3]通過對(duì)哀牢山森林腐殖質(zhì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的研究表明，富含P的腐殖質(zhì)可能是哀牢山亞熱帶常綠闊葉林不存在P匱乏的主因。

馬尾松（Pinus massoniana）是我國(guó)松樹中分布最廣、數(shù)量最多的樹種，其適應(yīng)能力強(qiáng)，耐干旱、瘠薄，是南方低山丘陵區(qū)群落演替的先鋒樹種，也是荒山綠化造林的主要樹種[4]。貴州省馬尾松人工林造林面積達(dá)69.71萬(wàn)hm2，占貴州省喬木林地面積的1/3[5]。目前，有關(guān)馬尾松林的報(bào)道多集中于土壤理化性質(zhì)、涵養(yǎng)水源和養(yǎng)分循環(huán)[6]，對(duì)葉片及土壤化學(xué)計(jì)量比也有更為深入的研究。但對(duì)西南喀斯特地區(qū)不同齡組馬尾松人工林腐殖質(zhì)養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量比的研究相對(duì)匱乏，對(duì)腐殖質(zhì)養(yǎng)分元素間的耦合關(guān)系的研究未見報(bào)道。

鑒于此，本研究采用空間代替時(shí)間的方法，以貴州喀斯特地區(qū)不同齡組（中齡林、近熟林、成過熟林） 馬尾松人工林為研究對(duì)象，分析其腐殖質(zhì)OC、TN、TP含量及其化學(xué)計(jì)量比，并闡明馬尾松人工林腐殖質(zhì)OC、TN、TP含量及化學(xué)計(jì)量特征間的耦合關(guān)系，以豐富該區(qū)域馬尾松生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，同時(shí)為明確馬尾松人工林養(yǎng)分動(dòng)態(tài)特征提供重要參考，有助于今后更加深入地認(rèn)識(shí)喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)規(guī)律和系統(tǒng)穩(wěn)定機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 研究區(qū)位于貴州省遵義市鳳岡縣，是典型的喀斯特巖溶低山丘陵區(qū)，海拔范圍在500～1000m。氣候類型為中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫15.2℃，無霜期239～299d，年均降雨日180d，年平均日照數(shù)1139h，土壤類型以黃壤為主。在該區(qū)共設(shè)置不同齡組的馬尾松人工林樣地11個(gè)，其中中齡林3個(gè)，近熟林5個(gè)，成過熟林3個(gè)，樣地基本概況見表1。林下灌木主要有白櫟（Quercus fabri Hance）、山茶（Camellia japonica L.）、鐵仔（Myrsine africana Linn.）、六月雪[Serissa japonica（Thunb.）Thunb.]等，草本主要有沿階草（Ophiopogon bodinieri Levl.）、芒（Miscanthus sinensis Anderss.）、芒萁[Dicranopteris dichotoma （Thunb.） Berhn.]等。

1.2 樣品采集與處理 野外調(diào)查與樣品采集于2021年2月進(jìn)行，樣地大小為25.82m×25.82m，在西南、西北、東北、東南及中部5個(gè)方位收集5個(gè)1m[×]1m樣方內(nèi)的表層腐殖質(zhì)，裝袋回實(shí)驗(yàn)室備用。

1.3 研究方法 腐殖質(zhì)樣品于105℃下烘干、粉碎，過60目篩后用于OC、TN、TP含量的測(cè)定，其中腐殖質(zhì)有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定;全氮含量采用半微量開氏法;全磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定（鮑士旦，2000）。每個(gè)樣品測(cè)定重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行整理。利用單因素方差分析（One-Way ANOVA）對(duì)不同齡組之間馬尾松人工林腐殖質(zhì)OC、TN、TP、C/N、N/P、C/P進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（a=0.05）;再采用皮爾遜相關(guān)分析馬尾松人工林腐殖質(zhì)OC、TN、TP、C/N、N/P、C/P之間的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松人工林腐殖質(zhì)養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量特征 由表2可知，馬尾松人工林樣地腐殖質(zhì)OC、TN、TP含量分別為240.52、13.35、0.38g·kg-1，C/N、N/P、C/P分別為19.34、845.30、45.84。腐殖質(zhì)TN含量的變異系數(shù)最小（25.49%），其次是OC含量（29.02%）、C/N（41.66%）。而TP含量、C/N、C/P及N/P的變異系數(shù)分別為45.95%、41.66%、71.00%和59.95%，均屬于中等以上變異。

2.2 不同齡組之間腐殖質(zhì)OC、TN、TP含量及化學(xué)計(jì)量特征差異 圖1表明，不同齡組腐殖質(zhì)OC含量范圍在225.17～252.99g/kg，隨林齡的增加OC碳含量呈先增大后降低的趨勢(shì)，但3個(gè)齡組之間OC含量差異不顯著（P>0.05）;不同齡組馬尾松人工林腐殖質(zhì)全氮含量呈顯著差異（P<0.05），近熟林最高，成過熟林最低，全氮含量變化范圍在10.73～15.20g/kg;腐殖質(zhì)全磷含量變化范圍在0.30～0.40g/kg，含量從大到小的排序依次為：近熟林>成過熟林>中齡林，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示，3個(gè)齡組之間枯落物全磷含量無顯著差異（P>0.05）。

腐殖質(zhì)C/N比表現(xiàn)為隨馬尾松林齡增加呈先降低后升高的趨勢(shì)，變化范圍在18.28～21.63，均值為19.34，3個(gè)齡組之間C/N比無顯著差異（P>0.05）;腐殖質(zhì)C/P質(zhì)量比從大到小的排序依次為近熟林>中齡林>成過熟林，腐殖質(zhì)N/P質(zhì)量比在中齡林最高，且都無顯著差異（P>0.05）。

2.3 馬尾松人工林OC、TN、TP含量及化學(xué)計(jì)量比之間相關(guān)關(guān)系 表3顯示的是馬尾松人工林腐殖質(zhì)OC、TN、TP、C/N、C/P及N/P間的相關(guān)關(guān)系，從皮爾遜相關(guān)性分析結(jié)果可知，腐殖質(zhì)OC含量和腐殖質(zhì)C/N呈顯著正相關(guān)，和N/P呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）;腐殖質(zhì)TN含量和腐殖質(zhì)TP含量呈顯著正相關(guān)，和腐殖質(zhì)C/N、C/P呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）;腐殖質(zhì)TP和腐殖質(zhì)C/P、N/P呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）;腐殖質(zhì)C/P和腐殖質(zhì)C/N呈顯著正相關(guān)，以及C/P和N/P呈顯著正相關(guān)（P<0.01）。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明：

（1）西南喀斯特地區(qū)馬尾松人工林樣地腐殖質(zhì)OC、TN、TP含量分別為240.52、13.35、0.38g·kg-1，C/N、N/P、C/P 分別為19.34、845.30、45.84。

（2）馬尾松人工林不同齡組之間腐殖質(zhì)TN含量存在顯著差異（P<0.05），從大到小的排序依次為近熟林>中齡林>成過熟林，而腐殖質(zhì)OC和TP含量在不同齡組之間無顯著差異（P>0.05）;腐殖質(zhì)C/N質(zhì)量比從大到小的排序次次為成過熟林>中齡林>近熟林，C/P質(zhì)量比從大到小的排序依次為近熟林>中齡林>成過熟林、N/P質(zhì)量比從大到小的排序依次為中齡林>成過熟林>近熟林（P<0.05）。

（3）腐殖質(zhì)TN和TP之間，腐殖質(zhì)OC含量和腐殖質(zhì)C/N以及腐殖質(zhì)C/P和C/N、C/P和N/P呈顯著正相關(guān)（P<0.01），而腐殖質(zhì)OC含量和N/P、腐殖質(zhì)TP和腐殖質(zhì)C/P、N/P呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。

本研究重點(diǎn)僅對(duì)西南喀斯特地區(qū)不同齡組馬尾松人工林腐殖質(zhì)養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量特征及影響因素進(jìn)行了初步研究，對(duì)于全面評(píng)價(jià)該地區(qū)腐殖質(zhì)養(yǎng)分狀況與化學(xué)計(jì)量特征仍存在一定的欠缺，今后還需要擴(kuò)大齡組范圍，增加采樣地點(diǎn)、加大樣本數(shù)量，為之后該地區(qū)馬尾松人工林的健康經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

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（責(zé)編：張宏民）