塞罕壩林場落葉松人工林凋落物分解過程中全氮含量的變化

王利民

摘 要：該文對比研究了塞罕壩機(jī)械林場未經(jīng)營的落葉松人工純林、落葉松白樺混交林和經(jīng)撫育間伐的落葉松人工純林內(nèi)自然凋落物分解過程中全氮濃度和殘留量的變化規(guī)律。結(jié)果表明：三種林分自然凋落物在第一年分解過程中，全氮濃度在不同季節(jié)差異顯著（P<0.05），通常7月份表現(xiàn)為最低，9月份全氮濃度呈現(xiàn)出一定的回升，不同林型間僅9月份間伐林分內(nèi)凋落物全氮濃度顯著高于其他林分；不同分解時(shí)間凋落物的全氮?dú)埩袅恳衙黠@（P<0.05），7月為氮元素快速釋放階段，進(jìn)入9月份隨著氣溫的下降，植物生長減緩，林內(nèi)凋落物對環(huán)境內(nèi)的氮元素呈現(xiàn)出一定的富集現(xiàn)象，其中混交林和間伐林分內(nèi)凋落物的氮素富集能力顯著高于未經(jīng)營林分。

關(guān)鍵詞：凋落物分解；全氮；落葉松人工林；林型；塞罕壩林場

中圖分類號 S79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）14-0120-03

1 引言

華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）是華北林區(qū)營造速生豐產(chǎn)林主要的樹種之一，由于大面積營造結(jié)構(gòu)簡單、樹種單一的同齡華北落葉松純林，并且受不合理造林技術(shù)以及人為干擾的影響，較多的林分開始出現(xiàn)生長衰退、水源涵養(yǎng)功能降低等現(xiàn)象，導(dǎo)致相當(dāng)數(shù)量的華北落葉松人工林病蟲害嚴(yán)重發(fā)生。

凋落物作為森林養(yǎng)分的基本載體[1]，是生態(tài)系統(tǒng)的組成部分和土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，是植物和微生物所需養(yǎng)分的主要來源，對增加土壤肥力、提高森林生產(chǎn)力、改善樹木營養(yǎng)及保持生態(tài)平衡起著極為重要的作用[2]。凋落物分解在促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)正常的物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分平衡，維持生態(tài)系統(tǒng)功能中具有重要作用[3]。在凋落物分解過程中，伴隨有養(yǎng)分含量的變化，特別是氮素的變化，而氮素在凋落物分解過程中可能會由于不同環(huán)境而受阻從而影響氮素的循環(huán)[4]，從而影響到整個(gè)的生態(tài)系統(tǒng)平衡，所以全氮含量變化是評價(jià)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境及生物多樣性的重要指標(biāo)[5]。本研究以塞罕壩機(jī)械林場未經(jīng)營的落葉松人工純林，落葉松白樺混交林和經(jīng)撫育間伐的落葉松人工純林為研究對象，分析比較不同林分內(nèi)自然凋落分解第一年中全氮濃度和殘留量的變化情況，為探尋落葉松人工林凋落物分解和養(yǎng)分循環(huán)機(jī)制，指導(dǎo)該區(qū)人工林的可持續(xù)經(jīng)營提供理論依據(jù)。

2 研究方法

2.1 研究區(qū)概況 塞罕壩機(jī)械林場位于河北省圍場縣北部，地理坐標(biāo)為北緯22°42′～42°31′，東經(jīng)116°53′～117°31′，海拔1 502～1 940m。屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫-1.4℃，極端最高和最低溫度分別為30.9℃和-42.8℃，年平均降雨量438mm，蒸發(fā)量1 225mm，積雪時(shí)間長達(dá)7個(gè)月，年平均日照時(shí)數(shù)2 368h。林場總經(jīng)營面積95 000hm2，森林覆蓋率75.4%，總蓄積量4 620 000m3，平均年增長率為9.71%。其中華北落葉松人工林達(dá)

53 000hm2，主要樹種為落葉松（Larix gmelinii（Rupr.）Kuzen）、蒙古櫟（Quercusmongolica Fisch.ex Ledeb）、云杉（Picea asperatamast.）、樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica Litv.）、白樺（Betula platyphylla Suk）等[6]。

2.2 樣地設(shè)置 本文選取3種類型落葉松人工林內(nèi)為研究對象，各林分概況如下：

2.2.1 未經(jīng)營的落葉松人工純林（CK）1977年春造林，落葉松苗齡2a，株行距1m×2m，造林后未采取任何經(jīng)營管理措施，郁閉度0.8，喬木密度（2082±18）株/hm2，平均樹高（11.0±0.47）m，平均胸徑（14.8±1.56）cm，林內(nèi)無其它喬木和灌木伴生，林下植被稀疏，死地被物層以落葉松的凋落物主。

2.2.2 落葉松白樺混交林（M）1977年春造林，落葉松苗齡2a，株行距1m×2m。造林后，由于有白樺的天然更新（天然萌生），后經(jīng)定株伐和撫育伐后，形成針闊混交林，針闊混交比4∶1；郁閉度0.9，林內(nèi)無其他喬木和灌木伴生，林下植被稀疏，死地被物層以落葉松和白樺的混合凋落物主。

2.2.3 經(jīng)撫育間伐的落葉松人工純林（TH）1977年春造林，落葉松苗齡2a，株行距1m×2m。喬木密度（1 015±96）株/hm2，平均樹高（13.8±0.53）m，平均胸徑（19.7±2.28）cm，林內(nèi)無其他喬木和灌木伴生，林分郁閉度0.6，林下草本植物豐富，死地被物層以落葉松和各種草本植物的混合凋落物為主。

上述3種林分別選取立地條件相對一致的3個(gè)獨(dú)立的林地作為重復(fù)，每塊林地內(nèi)設(shè)置1個(gè)50m×50m的樣方用于凋落物分解試驗(yàn)。

2.3 凋落物的采集、布設(shè)和回收 2013年10月于落葉高峰期采集各林分內(nèi)新鮮的自然凋落物葉，其中落葉松和白樺凋落物葉直接手撿，草本取當(dāng)年枯立體，帶回室內(nèi)烘干至恒重，取部分用于初始養(yǎng)分測定，其余用于野外分解試驗(yàn)材料。取凋落物20g裝入孔徑為4mm（5目），大小為20cm×20cm的尼龍網(wǎng)袋內(nèi)，將制作好的凋落物袋分3個(gè)埋放點(diǎn)放置對應(yīng)林分內(nèi)，在每個(gè)埋放點(diǎn)放置凋落物袋6個(gè)，埋放時(shí)凋落物袋底部充分接觸地表，上面覆蓋凋落物。分別于2014年年5、7、9月底進(jìn)行凋落物袋回收，每次在每個(gè)埋放點(diǎn)收回凋落物1袋，除去凋落物袋上的泥土雜質(zhì)，將3袋凋落物混勻成一個(gè)樣品，帶回室內(nèi)稱重后，用于全氮濃度的測定。

2.4 凋落物全氮濃度和殘留量測定 凋落物全氮測定采用凱氏定氮法[7]，具體測定方法為：將凋落物進(jìn)行消煮，稱取凋落物0.5g裝入100mL消煮管的底部，加濃硫酸5mL，搖勻，在消煮爐上先小火加熱，待濃硫酸發(fā)白煙后再升高溫度，當(dāng)溶液呈均勻的棕黑色時(shí)取下。稍冷后加入10滴過氧化氫，再加熱至微沸，消煮約7～10min，稍冷后重復(fù)加過氧化氫，再消煮。如此重復(fù)數(shù)次，每次添加的過氧化氫應(yīng)逐次減少，消煮至溶液呈無色或清亮后，再加熱10min，除去剩余的過氧化氫。取下冷卻后，用水將消煮液無損地轉(zhuǎn)移入100mL容量瓶中，冷卻至室溫后定容，進(jìn)行空白試驗(yàn)，以校正試劑和方法的誤差。最后取消煮液5mL 放入凱氏定氮儀進(jìn)行測定。計(jì)算公式如下：

全氮?dú)埩袅浚╣）=全氮濃度（g/kg）×凋落物剩余量（g）/1000

2.5 數(shù)據(jù)處理 利用分析軟件SPSS18.0進(jìn)行方差分析，比較不同時(shí)期、不同凋落物葉分解過程全磷濃度和殘留量的差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 凋落物分解過程中全氮濃度的變化 由表1可知，3種林分內(nèi)自然凋落物埋放后至第一年5月，全氮濃度均有所下降。在全年分解過程中，未經(jīng)營與撫育間伐落葉松人工純林的自然凋落物在7月全氮濃度最低，9月有所回升；落葉松白樺混交林的自然凋落物，全氮濃度隨時(shí)間變化呈逐漸上升趨勢。同一時(shí)間不同類型林分內(nèi)凋落物的全氮濃度有所不同，其中5月表現(xiàn)為未經(jīng)營落葉松人工純林>撫育間伐落葉松人工純林>落葉松白樺混交林；7月各林分間差異不顯著，9月表現(xiàn)為撫育間伐落葉松人工純林>落葉松白樺混交林>未經(jīng)營落葉松人工純林。

3.2 凋落物分解過程中全氮?dú)埩袅康淖兓?由表2可見，不同林分自然凋落物葉在第一年分解過程中全氮?dú)埩袅康淖兓?guī)律基本一致，均表現(xiàn)為埋放后至第二年7月全氮?dú)埩袅砍掷m(xù)下降，9月份殘留量出現(xiàn)回升，表明在植物生長旺盛期，凋落物分解過程中氮元素呈現(xiàn)出較快速的釋放速率，進(jìn)入秋冬季節(jié)后植物生長減緩，凋落物的氮元素呈現(xiàn)出一定的富集現(xiàn)象。同一時(shí)期不同林分凋落物全氮?dú)埩袅看嬖谝欢ú町?，其?月兩種落葉松純林的全氮?dú)埩袅棵黠@高于混交林，7月各林分差異不顯著，9月混交林和經(jīng)撫育間伐的落葉松人工林自然掉落物全氮?dú)埩袅匡@著高于未經(jīng)營的落葉松純林。

4 結(jié)論

塞罕壩林場三種類型落葉松人工林自然凋落物第一年分解過程中，全氮濃度和殘留量均表現(xiàn)為7月份最低，而9月有所回升的一致規(guī)律。由分析可知，5—7月份間伐林分凋落物內(nèi)全氮?dú)埩袅康陀谖唇?jīng)營林分，說明該階段間伐林分內(nèi)凋落物氮元素的釋放相比對照林分更加容易。其原因可能是間伐后林下光照增強(qiáng)，地溫增高，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)分解速度加快，養(yǎng)分釋放速率加快[8]，使得凋落物的全氮?dú)埩袅拷档蜏p少。9月份混交林和間伐林的凋落物全氮?dú)埩袅棵黠@高于未經(jīng)營純林，表明混合凋落物（落葉松+白樺，落葉松+草本）在秋冬季對氮元素的富集能力高于單一針葉凋落物?？梢姡ㄟ^對落葉松純林進(jìn)行樹種改造（引入闊葉）和林分結(jié)構(gòu)調(diào)控（利用間伐降低密度）改變林分內(nèi)凋落物的組成，改善其在分解過程中的養(yǎng)分釋放特征，有利于養(yǎng)分的循環(huán)和利用。

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（責(zé)編：張宏民）