海南島濱海木麻黃林凋落物分解及土壤養分動態

摘要：通過對?？谑泄鹆盅蠛０赌韭辄S（Casuarina equisetifolia）防護林地表的凋落物進行持續清除處理，與保留凋落物層的對照樣地進行比較試驗，研究防護林凋落物層的存在與否對土壤養分、木麻黃凋落物的分解速率、凋落物中不同養分元素在分解過程中的釋放量的影響，為提高木麻黃林的土壤肥力與持續經營提供科學依據。結果表明：（1）在兩種樣地中，凋落物的分解速率處理樣地[0.402 g/（g·a）]低于對照樣地[0.548 g/（g·a）]。經過18個月的分解，N、P、K 3種元素的釋放率均為處理樣地小于對照樣地，說明樣地中凋落物層的清除對凋落物的分解與元素的釋放有一定的減緩作用。（2）處理樣地土壤N、P含量的變化較對照樣地更平緩，說明在無新鮮凋落物輸入的情況下，土壤腐殖層仍然進行著礦質化過程，進行著養分的分解和積累，但不如有凋落物輸入時明顯。

關鍵詞：木麻黃（Casuarina equisetifolia）；凋落物；分解；土壤養分

中圖分類號：S718.5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）01-0060-05

木麻黃（Casuarina equisetifolia）屬木麻黃科木麻黃屬常綠喬木，為我國東南沿海營造防護林的主要樹種，在防御沿海自然災害、改善生態環境等方面發揮了巨大的作用[1]。木麻黃主要生長在土壤養分貧瘠的海岸沙地上，林地養分狀況是決定其生長狀況的主要因素之一[2]，而養分的主要來源是凋落物、大氣干濕沉降及土壤母質的風化。凋落物分解是森林生態系統營養循環過程的重要環節[3]，它聯結生物有機體的合成（光合作用）和分解（有機物分解和營養元素的釋放）[4]。據王敏英等[5]在海南島東南海岸進行木麻黃凋落物分解的研究，青皮林林下環境與木麻黃林林下環境相比更有助于木麻黃凋落物的分解，故考慮到木麻黃林林下環境的不同對木麻黃凋落物的分解也會有不同影響。該研究將在清除和保留凋落物兩種樣地上采用較常用的網袋法對木麻黃凋落物的分解進行試驗并進行土壤取樣，以探討兩種樣地上木麻黃林凋落物分解速率、養分釋放動態和土壤養分狀況，旨在為進一步提高海岸木麻黃防護林的土壤肥力與持續經營提供科學依據。

1 材料與方法

采用對比樣方設計，在?？谑泄鹆盅箝_發區的海岸木麻黃林中設置2個樣地（清除凋落物樣地和保留凋落物樣地，對照）進行凋落物分解與土壤養分試驗。

1.1 研究地區概況

海口市桂林洋開發區的海岸木麻黃林（N20°01.032′，E110°31.317′）屬人工林，從當地村民中調查得知林齡約為30年。其位于海南島北部，距離?？谑屑s15 km，海岸線長約7 km，屬于熱帶海洋季風氣候。年均氣溫23.8 ℃，夏季長冬季短，季節特征不明顯，日照時間長，熱量豐富，終年無霜雪，雨量充沛。年均降雨量1 500～2 000 mm，有明顯的多雨季和少雨季。多雨季為5月至10月，降雨量占年總量的75%～91%，9月為降雨高峰期，平均降雨量為300.7 mm，少雨季為11月至次年4月，降雨量占全年降雨量的10%～20%。每年4月至10月是熱帶風暴、臺風活躍季節，以8、9月為最多。一年之中7、8月氣溫最高，月平均氣溫29 ℃左右；1月最低，月平均氣溫17 ℃左右。研究地土壤為濱海沙土。

在每個樣地內各自設3個樣方，每個樣方的面積為10 m×10 m，同一對的兩個樣方在土壤、海拔、坡度、坡向等環境條件方面基本一致，并按常規方法調查林分各因子，調查情況見表1。

自試驗之日起，在處理樣地每月及時對木麻黃林地的地表凋落物進行清除，使其不會在地表分解而對以后的試驗造成影響；在對照樣地則不做任何處理，使其維持原來的狀態。

1.2 研究方法

采集木麻黃小枝（葉），風干后稱取10 g裝入25 cm×25 cm網眼為1 mm的尼龍分解袋，于2008年10月分別置于對照樣地和處理樣地的土壤表面，進行凋落物分解試驗。設3次重復，每次重復放5份試樣，共90份試樣。分別于2009年1月、4月、7月、10月各回收1次（均間隔3個月）、2010年4月回收1次（間隔6個月），分解18個月，共取樣5次。每次回收18袋（2種樣地×3個樣方×3次重復），烘干稱重測定凋落物的重量損失，根據Olson[6]提出的指數衰減模型估算凋落物的分解速率，模型如下：ln（Mt/M0）=X-kt或y=ae-kt，式中，M0為凋落物初始質量，Mt為分解后t時間的凋落物剩余質量，X為截距，k為凋落物分解常數，y為Mt/M0，a為X的負對數。9袋重復凋落葉稱重后合并為3個樣用于化學分析。

2008年9月至2009年12月每3個月在各樣地的3個樣方中隨機選取3個樣點進行土壤取樣，采集0～20 cm處的土壤，供實驗室內分析N、P含量。6次取樣，共108個樣（2種樣地×3個樣方×3次重復×6次取樣）。處理樣地中，在清除掉凋落物之前先測定土壤養分含量的初始值。

在凋落物和土壤養分含量的測定中，全氮含量均采用凱氏定氮法，全磷含量均采用鉬銻抗比色法，全鉀含量采用火焰光度法。

1.3 統計分析方法

使用SPSS 11.0統計軟件進行差異顯著性分析和回歸分析；用Excel 2003作圖。

2 結果與分析

2.1 凋落物分解殘留率

凋落物分解殘留率變化曲線如圖1，木麻黃凋落物在兩種樣地里的分解殘留率均為處理大于對照。經檢驗，在分解的第6個月、第9個月、第18個月兩種樣地的凋落物分解殘留率均具有極顯著差異，在第12個月具有顯著性差異（表2）。

在分解的前3個月，凋落物在兩種樣地的分解失重率都較高，屬分解前期的快速失重階段，凋落物中的可溶性物質通過降水而被淋溶。第三個月后，凋落物在兩種樣地里的失重率逐漸減慢。凋落物在兩種樣地的分解常數見表3，在處理樣地分解慢于對照樣地。

2.2 凋落物養分釋放量

2.2.1 氮元素釋放量 分解過程中凋落物N濃度隨時間變化的情況見圖2（a），袋中凋落物的N元素含量（用剩余百分率表示）見圖3（a）。

經檢驗，凋落物N濃度在對照樣地顯著高于處理樣地。凋落物N濃度在對照樣地內前6個月持續上升，但N的絕對量，即N剩余百分率卻一直處于下降的過程。N剩余百分率在前3個月急劇下降，可能與凋落物在前3個月的快速失重有關。分解18個月，凋落物N的釋放率最大也沒有過半，為47.79%。處理樣地中凋落物N濃度也是在前6個月持續上升，N的剩余百分率卻有一個先降、后升、再降的過程。分解18個月，凋落物N的釋放率最大為44.03%。經檢驗，兩種樣地的凋落物N釋放率無顯著性差異（P=0.088）。

2.2.2 磷元素釋放量 分解過程中凋落物P濃度隨時間變化的情況見圖2（b），袋中凋落物的P元素含量（用剩余百分率表示）見圖3（b）。

經檢驗，凋落物P濃度在對照樣地顯著高于處理樣地。凋落物P濃度在對照樣地內前3個月均呈下降趨勢，下降至3個月后開始上升，而后又下降。處理樣地中凋落物P濃度呈波動式下降。分解18個月，對照樣地凋落物P釋放率達72.40%，處理樣地為67.58%。經檢驗，兩種樣地的凋落物P釋放率無顯著性差異（P=0.871）。

2.2.3 鉀元素釋放量 分解過程中凋落物K濃度隨時間變化的情況見圖2（c），袋中凋落物的K元素含量（用剩余百分率表示）見圖3（c）。

經檢驗，凋落物K濃度在兩種樣地之間差異性不顯著（P=0.825）。凋落物K濃度在兩種樣地內前3個月的下降比較劇烈且很一致，下降至3個月后速度開始變慢。分解18個月，對照樣地凋落物K釋放率達92.25%，處理樣地為90.34%。經檢驗，兩種樣地的凋落物K釋放率無顯著性差異（P=0.113）。

2.3 對照樣地和處理樣地的土壤養分含量

2.3.1 土壤全氮含量 兩種樣地的土壤全N含量動態見圖4（a）。經過清除地表凋落物，試驗開始時，處理樣地土壤全N含量的變化較對照樣地更平緩。兩種樣地的土壤全N含量經檢驗無顯著性差異（P=0.279）。土壤全N含量除2008年12月處理樣地高于對照樣地且具有顯著性差異外，其余各月均無顯著性差異。各樣地內6次取樣的土壤全N含量差異性分析分別見表4和表5。

2.3.2 土壤全磷含量 兩種樣地的土壤全P含量動態見圖4（b）。當地表凋落物清除一段時間后，處理樣地土壤全P含量的變化較對照樣地更平緩。兩種樣地的土壤全P含量經檢驗無顯著性差異（P=0.717），每次取樣的土壤全P含量經檢驗也均無顯著性差異。各樣地內6次取樣的土壤全P含量差異性分析分別見表6和表7。

3 討論

凋落物的生態意義之一在于將養分歸還土壤，為森林生長提供養分，這也是森林自肥作用的重要機制[7]。不同植物通過對遮蔭狀況、生物固氮以及凋落物產量和質量等方式來影響土壤的養分循環過程[8-10]。凋落物量是群落內氮素停留水平的真實反映，是群落養分循環的關鍵，其分解過程極大地影響著森林群落的養分循環過程，是群落內氮素形態轉化的載體和紐帶，極大地影響著群落的動態、穩定性等[8，9]。研究結果表明，不同森林群落的凋落物量、貯量、養分歸還量及凋落物分解速率對林下土壤肥力狀況的影響不盡相同[11]。

在本研究的兩種樣地中，凋落物的分解速率處理樣地[0.402 g/（g·a）]小于對照樣地[0.548 g/（g·a）]，且經過18個月的分解，N、P、K三種元素的釋放率在數量上均為處理樣地小于對照樣地，說明樣地中凋落物層的清除對凋落物的分解與元素的釋放有一定的減緩作用。處理樣地土壤N、P含量的變化較對照樣地更平緩，說明在無新鮮凋落物輸入的情況下，土壤腐殖層仍然進行著礦質化過程，進行著養分的分解和積累，但不如對照樣地有凋落物輸入時明顯。

本研究中木麻黃凋落物在兩種樣地里的分解殘留率存在差異，推測這主要歸因于兩種樣地小氣候環境、土壤性質、土壤動物和土壤微生物的差異。由于各種森林凋落物的分解受多種因素影響，試驗設計如果沒有盡量縮小除地表凋落物以外的因素差異，相互間難以直接比較。如本試驗中采集的是木麻黃葉，而自然凋落物還包括皮、枝、雜物等，可能因為凋落物成分的不同而影響其分解。此外，自然分解時凋落物堆積較多，形成了良好的微生物分解環境，但本試驗只采用了10 g木麻黃葉，環境和物質均與自然狀態差異很大，從而影響了試驗結果，因此還需要對這兩方面進行進一步的試驗。

養分元素的剩余百分率大于100%為凈固持，小于100%為凈釋放。凋落物在分解過程中并不總是釋放出養分，各種營養元素從凋落物釋放到土壤中的速度和量是不同的， 這種釋放過程受多方面的因素制約， 如與凋落物的類型、分解階段、化學組成、土壤環境、土壤生物活性等因素均有密切的關系[12]。本研究中凋落物的N濃度在試驗的前6個月都在增加，這與凋落物在分解過程中N濃度和絕對量的增加被多次報道[3，6，13]的結論相符，可能原因是外源N被結合到微生物生物量和副產品中[14]。凋落物分解過程中，異養生物活動對N有明顯的需要，而凋落物中通常N短缺，多數N被微生物所固持。當剩余凋落物中C/N值>25，就發生N固持，因此增加了凋落物中的N濃度[15]。

P濃度在凋落物分解過程中也有上升的階段，這可能與低品質的凋落物在分解初期經常從環境中固定養分有關。在凋落物分解過程中，氮磷養分含量一般會逐漸升高，因而氮（及磷）養分濃度與殘留葉量一般存在負相關關系，它主要是由于落葉質量損失速度快于營養釋放速度，如果凋落物品質很差，在分解過程還從環境中固定氮磷養分。

K濃度在凋落物分解過程中主要呈下降趨勢，這與金屬元素在枯枝落葉內多以離子態存在，且極易遷移，而在降雨的作用下，它們經常被淋洗掉或因離子交換作用而流失。到后期，由于淋溶等其他K來源的補給，濃度又出現上升。

本研究中，在2008年12月處理樣地的土壤全N、全P含量與當月的對照樣地相比均達較高水平，推測這可能與前3個月對處理樣地的凋落物進行清除時，劇烈的環境變化對其土壤動物造成了極大的干擾，而導致了全N和全P含量的劇增。因為土壤動物是凋落物分解及養分礦化作用生態過程的主要調節者，通過其新陳代謝促進各種營養元素的轉化[16]。土壤動物體內養分含量與食物來源有一定聯系，而且土壤動物排泄出無機物，并改善土壤中營養元素量的形態[17]。

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