淺談不同林齡馬尾松凋落物基質(zhì)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分的關(guān)系

袁愛蘭

（龍巖市武平縣萬安林業(yè)工作站）

淺談不同林齡馬尾松凋落物基質(zhì)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分的關(guān)系

袁愛蘭

（龍巖市武平縣萬安林業(yè)工作站）

森林中植物的凋落物分解可以促進(jìn)陸地生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)物質(zhì)平衡，這包括了有機(jī)養(yǎng)分與土壤有機(jī)質(zhì)的礦化、碳平衡的形成等等。土壤養(yǎng)分狀況完全取決于它的質(zhì)量、數(shù)量以及分解的速率。在我國福建省龍巖市武平縣的捷文村水庫庫區(qū)，就有這樣一種可以顯著影響陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤養(yǎng)分的植物，它就是馬尾松。據(jù)科學(xué)試驗(yàn)表明，捷文水庫不同林齡的馬尾松凋落物基質(zhì)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分有著一定的作用差異，比如近熟成馬尾松林凋落物的葉木質(zhì)素/N就比中齡林與成熟林的葉木質(zhì)素/N高33.5%左右。本文就將以捷文水庫庫區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū)域中馬尾松林的凋落物作為核心素材，探討了它的分解、基質(zhì)質(zhì)量，并結(jié)合試驗(yàn)分析了不同林齡條件下馬尾松凋落物與土壤養(yǎng)分之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

馬尾松；凋落物；林齡；基質(zhì)質(zhì)量；土壤養(yǎng)分；分解；關(guān)系；捷文水庫

據(jù)統(tǒng)計(jì)，森林土壤中碳庫的存儲(chǔ)含量占到了全球總含量的40%以上，森林中每年約20Gt的有機(jī)質(zhì)中就有70%是植物凋落物的分解所提供的。也就是說在森林系統(tǒng)中但凡土壤營養(yǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)細(xì)微的變化，整個(gè)地球的地-氣碳交換都會(huì)受到影響，大氣中的CO2濃度也會(huì)發(fā)生大幅改變，所以森林生態(tài)系統(tǒng)是大自然的天然氧吧這一說法毫不為過。在我國的福建省龍巖市——捷文水庫庫區(qū)擁有著大面積的生態(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū)，這里的馬尾松林作為捷文水庫庫區(qū)的主要植被類型，每年都會(huì)產(chǎn)生大量的凋落物，這些凋落物的基質(zhì)質(zhì)量經(jīng)過天然分解，與土壤中的養(yǎng)分間形成作用關(guān)系，深層次的改善了土壤中的養(yǎng)分循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)提高森林生產(chǎn)體系中的能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)有重要意義。

1 凋落物的分解研究

1.1凋落物的分解

在森林中，凋落物的分解可以為植物供應(yīng)磷和氮等多種重要營養(yǎng)物質(zhì)，而它分解所釋放的碳含量也是大氣燃燒釋放的10倍以上。通常講，凋落物的分解主要有兩個(gè)階段，在第一階段，凋落物會(huì)被動(dòng)物的啃食或土壤的腐蝕分解為碎片；第二階段，凋落物的有機(jī)質(zhì)碎片會(huì)進(jìn)一步被真菌和細(xì)菌等微生物所腐蝕，逐漸礦化成為像磷、氨、水和二氧化碳等。所以說，凋落物的分解在讓其自身體積變小的同時(shí)，碳濃度也會(huì)有所降低，是一個(gè)有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為無機(jī)化合物的礦質(zhì)化過程。德國生物學(xué)家Berg就曾經(jīng)研究了新鮮植物凋落物的分解速率，他發(fā)現(xiàn)凋落物的分解每天都會(huì)以0.001～0.1%不等的速率進(jìn)行，隨著分解凋落物中的頑固化學(xué)有機(jī)復(fù)合物逐漸增多，它們就會(huì)阻止凋落物后期的繼續(xù)分解，因?yàn)榈蚵湮镌叫迈r，它的N含量才越高，只有在這樣的條件下有機(jī)物的淋失才越快。凋落物分解速率在該科學(xué)領(lǐng)域的研究屬于主要內(nèi)容，在捷文庫區(qū)的冬季，凋落物的分解物質(zhì)會(huì)大量釋放養(yǎng)分幫助處于休眠期的植物貯存能量以便于它們?cè)诖禾斓纳L。在春天即將到來之前，凍融的變化效應(yīng)會(huì)改變凋落物的基質(zhì)質(zhì)量從而改善凋落物的后期分解過程，讓森林中植物系統(tǒng)的碳循環(huán)等營養(yǎng)系統(tǒng)處于均衡的良性循環(huán)狀態(tài)。

1.2林齡與凋落物分解的關(guān)系

經(jīng)研究表明，植物凋落物的分解速率與年齡的增長有關(guān)，本文所選取的是捷文庫區(qū)的25年生（YS=younger stand with20years old）、30 年生 （MS=middle-aged stand with30years old）、40 年生（OS=older stand with46years old）三種馬尾松林，這三種林根據(jù)林齡的不同，分解速率顯現(xiàn)出的差異并不明顯，這說明了分解速率與林齡的相關(guān)性較小。究其主要原因還是因?yàn)榈蚵湮锏姆纸馑俾手饕c自然氣候中的土壤水分含量、森林中溫度、基質(zhì)質(zhì)量以及土壤養(yǎng)分等因素有關(guān)。另外由于自然環(huán)境日益惡劣而出現(xiàn)的微氣候變暖情況也可能影響到凋落物的分解速率。

1.3水分含量與土壤溫度與馬尾松凋落物分解的關(guān)系

從土壤的年平均溫度與水分含量兩個(gè)角度分析，30年生馬尾松林與25年及40年生林略有差異。當(dāng)30年生馬尾松林的土壤年平均溫度在16.23℃時(shí)，25年生與40年生林的溫度約為12.30℃和12.88℃，它們的溫度均低于30年生林，并且水分含量也較比30年生林低6.63%與6.20%。

在捷文庫區(qū)，這3種馬尾松林的水分含量與土壤溫度的月動(dòng)態(tài)也有些許變化，例如它們的土壤平均溫度都表現(xiàn)出了1月最低、7月最高的狀態(tài)。其中它們?cè)?月的土壤溫度以O(shè)S（21.22℃）＜YS（22.09℃）＜MS（24.30℃）排列，在 1 月則為 OS（2.10℃）＜YS（2.58℃）＜MS（4.33℃）。在水分含量方面，3種馬尾松林也呈現(xiàn)出不同的態(tài)勢。20年生的馬尾松林在1月水分含量最低，只有19.13%，到了8月最高，能達(dá)到24.11%；30年生林9月最低（12.77%），12月最高（18.31%）；46年生林5月最低（15.32%），12月最高（24.42%）。從以上數(shù)據(jù)分析看出，凋落物的分解速率與土壤溫度、水分含量有關(guān)系但關(guān)系并不密切，并沒有表現(xiàn)出明顯的線性關(guān)聯(lián)。從另一個(gè)角度講，凋落物的剩余率與溫度應(yīng)該是呈現(xiàn)反比趨勢的，也就是說在一定的范圍內(nèi)隨著溫度的升高，凋落物的分解速率也就越快、土壤水分含量就越高[1]。

圖1 馬尾松林凋落物的分解剩余率與水分含量及土壤溫度的關(guān)系示意圖

2 凋落物基質(zhì)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分的關(guān)系

凋落物的基質(zhì)質(zhì)量應(yīng)該與土壤氧化含量變化相同，當(dāng)?shù)蚵湮锏幕|(zhì)質(zhì)量越高時(shí)，土壤中的養(yǎng)分含量也就越高。所以針對(duì)25年生與40年生兩種馬尾松林的凋落物來說，它們都含有相對(duì)較高的基質(zhì)質(zhì)量和土壤養(yǎng)分含量，但是30年生林的基質(zhì)質(zhì)量最差。歐洲方面在2005年的研究中就發(fā)現(xiàn)凋落物的基質(zhì)質(zhì)量在養(yǎng)分較高的時(shí)候釋放快，而養(yǎng)分較低時(shí)則反之。對(duì)于馬尾松林來說，它的基質(zhì)質(zhì)量中的碳（C）、碳氮比（C/N）、碳磷比（C/P），木質(zhì)素/N的比、木質(zhì)素/P的比都呈現(xiàn)明顯差異。所以說馬尾松林的凋落物養(yǎng)分釋放去向與節(jié)奏都與這些物質(zhì)比例有關(guān)。從3種馬尾松林的分析看，它們的釋放速度應(yīng)該是30年生（MS）＜40年生（OS）＜25年生（YS）。這種土壤養(yǎng)分與基質(zhì)質(zhì)量的關(guān)系，與林齡和凋落物分解的關(guān)系近似，都是隨著林齡的增長，凋落物所消耗的養(yǎng)分與養(yǎng)分歸還率會(huì)逐漸變慢。

另外，凋落物的基質(zhì)質(zhì)量與土壤肥力和有機(jī)養(yǎng)分的數(shù)量質(zhì)量都有關(guān)系。因?yàn)槭芊实牧值赝寥辣韺痈缓⑻肌⒘椎任镔|(zhì)，它們的比例越高，凋落物初始分解物中的N與P剩余含量比例越低。那么25年生林的C/N比在土壤表層養(yǎng)分中是最高的（13.10），30年生林則最低（12.44）。C/P方面則是40年生林最高（108.43），30年生林最低（36.87）。通過兩種土壤養(yǎng)分物質(zhì)的比較發(fā)現(xiàn)30年無論在哪一方面都呈現(xiàn)最低，這說明了30年生林土壤是最不利于凋落物基質(zhì)質(zhì)量中P和N的釋放的[2]。

3 具體試驗(yàn)研究

3.1凋落物與土壤樣品的采樣

首先采集馬尾松林凋落物，選材為25年生、30年生、40年生三種不同林齡的凋落物，并用孔徑為1mm，尺寸大小為1m×1m的尼龍網(wǎng)收集器10個(gè)放置于馬尾松林下距離地面50cm的高度進(jìn)行收集，每月進(jìn)行1次收集。收集后將凋落物進(jìn)行70℃的烘干并稱重。將三種林齡的凋落物中分別抽取30個(gè)樣品進(jìn)行粉碎后的碎片化學(xué)分析，主要測量這些凋落物纖維中碳、氮、磷、木質(zhì)素、纖維素等等的具體含量和養(yǎng)分平衡。

土壤方面則在不同林齡的馬尾松林植物下進(jìn)行采集，采取1m×1m面積的小樣各5個(gè)，將這些小樣進(jìn)行加工混合，生成每種林齡各8個(gè)樣品，然后進(jìn)行風(fēng)干，然后按照1mm和0.25mm的規(guī)格過篩，最后放入3℃的冷藏室進(jìn)行保存。

3.2計(jì)算

首先要計(jì)算馬尾松林的凋落物養(yǎng)分年歸還量以及周轉(zhuǎn)系數(shù)：

在公式中，Lα代表了馬尾松林凋落物的年歸還總量，Lij是在i月的第i組的凋落物基質(zhì)質(zhì)量，而Cij則表示為在i月的第j組的凋落物具體養(yǎng)分含量。所以推算出凋落物的周轉(zhuǎn)系數(shù)應(yīng)該為：K=凋落物年產(chǎn)量/凋落物現(xiàn)存量[3]。

在計(jì)算出凋落物的養(yǎng)分年歸還量與周轉(zhuǎn)系數(shù)后，就要運(yùn)用Canoco與SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)并作圖。計(jì)算出凋落物基質(zhì)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分之間的變量關(guān)系，而他的顯著性檢驗(yàn)則采用了ANOVA，即單因子方差分析法進(jìn)行，設(shè)定顯著性水平為α=0.07，則可計(jì)算凋落物基質(zhì)物質(zhì)與土壤養(yǎng)分之間的變量關(guān)系。

3.3試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3.3.1 土壤有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分與總氮

經(jīng)過試驗(yàn)表明，3種不同林齡馬尾松林的土壤有機(jī)質(zhì)與總氮變化保持一致，且發(fā)展趨勢也相同，呈現(xiàn)出YS＜MS＜OS的態(tài)勢。當(dāng)土壤深度在5cm之內(nèi)時(shí)，即土壤接近表層的有機(jī)質(zhì)與總氮含量最高，而再深入到20cm左右則有機(jī)質(zhì)與總氮含量最小，這表明了土壤深度越深它的營養(yǎng)成分就越低。在這一點(diǎn)上，YS的變化最小，而具有明顯變化的是MS和OS，它們?cè)?cm、10cm、20cm三個(gè)土壤層次中的有機(jī)質(zhì)與總氮含量是YS的3.18、1.83倍以及2.47、1.77倍。所以說，土壤深度越深，它的有機(jī)質(zhì)影響力也就會(huì)越低，因此土壤的總氮含量與土壤有機(jī)質(zhì)有關(guān)，也就是土壤中的總氮含量會(huì)跟隨土壤有機(jī)質(zhì)的增加而增加，如圖2。

圖2 不同林齡馬尾松林土壤環(huán)境下有機(jī)質(zhì)與總氮的含量對(duì)比圖

3.3.2 土壤有效磷與總磷

再看磷含量，馬尾松林土壤中磷含量與土壤本質(zhì)、成土條件以及耕作施肥等等都有關(guān)系。總磷說明土壤中各形態(tài)磷的指標(biāo)總和，而有效磷則代表了土壤的供磷水準(zhǔn)，如圖3。

圖3 不同林齡馬尾松土壤環(huán)境下總磷與有效磷的含量對(duì)比圖

由圖3可知，不同林齡的馬尾松林在土層深度方面會(huì)有減小趨勢，但是每一土層的變化比較細(xì)微。在這里有效磷的變化與馬尾松林年齡的變化規(guī)律不同，同樣是土壤深度的增加過程中，OS表現(xiàn)出有效磷先增加后降低，YS與MS則是先降低后增加。所以它們之間有效磷的含量比較是YS＜MS＜OS。

3.4結(jié)論分析

經(jīng)3種不同林齡的馬尾松林在基質(zhì)質(zhì)量方面的研究表明，3種馬尾松林在它們凋落物的N、K、P和其它營養(yǎng)物質(zhì)方面體現(xiàn)了含量上的明顯差異，它們的主要基質(zhì)質(zhì)量來源于凋落物的皮質(zhì)，其原因與動(dòng)物的嚙噬及糞便有關(guān)，所以它們的養(yǎng)分含量較高。由于馬尾松凋落物基質(zhì)質(zhì)量有著養(yǎng)分越高釋放越快、低養(yǎng)分釋放慢的特點(diǎn)。所以馬尾松凋落物的基質(zhì)質(zhì)量中各個(gè)元素的比例差異也較為明顯。而不同林齡的馬尾松在凋落物與養(yǎng)分釋放上的比較基本呈現(xiàn)YS＜OS＜MS的態(tài)勢。另一方面，土壤的肥力與有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分含量與質(zhì)量也決定了凋落物的基質(zhì)質(zhì)量，正分解凋落物中初始N/P的剩余物比例會(huì)隨著土壤表層N、P、C的比例升高而減小，經(jīng)過試驗(yàn)表明MS的土壤養(yǎng)分并不利于凋落物基質(zhì)質(zhì)量的釋放，而其它的OS和YS則相對(duì)情況較好，這也說明了土壤養(yǎng)分對(duì)凋落物基質(zhì)質(zhì)量的養(yǎng)分釋放存在一個(gè)周轉(zhuǎn)系數(shù)的影響關(guān)系。

4 總結(jié)

經(jīng)過對(duì)三種不同林齡馬尾松林的凋落物分解、土壤養(yǎng)分、基質(zhì)質(zhì)量等進(jìn)行分析與試驗(yàn)表明了馬尾松凋落物的基質(zhì)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分是有著密切的作用關(guān)系的。也就是說其凋落物基質(zhì)質(zhì)量的各個(gè)元素諸如N、P、C、木質(zhì)素等等之間的比例越高，就越不利于土壤有機(jī)質(zhì)的形成，土壤的養(yǎng)分積累效率也就越低。但是在不同林齡馬尾松林之間的比較卻發(fā)現(xiàn)，它們的變化規(guī)律卻基本保持一致，說明土壤養(yǎng)分的含量決定了基質(zhì)質(zhì)量養(yǎng)分的高低。所以說，凋落物基質(zhì)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分之間的作用是復(fù)雜的、相輔相成的。

[1]葛曉改.三峽庫區(qū)馬尾松林凋落物分解及對(duì)土壤碳庫動(dòng)態(tài)的影響研究[D].中國林業(yè)科學(xué)研究院，2012，43～66.

[2]王進(jìn).土壤基質(zhì)與凋落物分解互作效應(yīng)的研究[D].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014，12～17.

[3]葛曉改，肖文發(fā)，曾立雄，等.不同林齡馬尾松凋落物基質(zhì)質(zhì)量與土壤養(yǎng)分的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，32（3）：852～862.

S714

A

1005-7897（2015）09-0077-03

2015-9-5

袁愛蘭（1964-），女，漢族，湖南常寧人，營林工程師，大專，主要從事營林工作。