陜西黃龍山林區(qū)油松林林窗凋落物C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

歐陽(yáng)旭 ，劉金良，王 婧 ，岳 雷

（1.延安市林業(yè)勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院，陜西 延安 716000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌 712100；3.延安市橋北國(guó)有林管理局，陜西 延安 716000）

林窗通過(guò)改變林內(nèi)水熱條件（光照、溫度、降水）和分解者群落結(jié)構(gòu)[1]，進(jìn)而對(duì)凋落物分解過(guò)程產(chǎn)生重要影響。凋落物生產(chǎn)及元素歸還是聯(lián)系地上-地下部分諸多生物地球化學(xué)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)[2]。凋落物所含的營(yíng)養(yǎng)元素經(jīng)腐解釋放后歸還給土壤，能極顯著地提高土壤肥力[3]。研究林窗凋落物C、N、P元素含量及平衡關(guān)系有助于了解林窗養(yǎng)分循環(huán)和養(yǎng)分限制情況。

油松（Pinus tabulaeformis）是黃土高原地區(qū)主要的鄉(xiāng)土樹(shù)種和重要造林樹(shù)種。黃龍山林區(qū)是陜西省五大林區(qū)之一，在黃龍山林區(qū)存在大面積的油松天然次生林及人工林，對(duì)區(qū)域植被構(gòu)建和生態(tài)安全具有極其重要的意義。隨著近年來(lái)森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)的提升，在油松林的自然演替，或森林經(jīng)營(yíng)等過(guò)程中產(chǎn)生了大量林窗。本研究以黃龍山林區(qū)油松林為研究對(duì)象，設(shè)置油松天然林林窗-非林窗、天然林林窗-人工林林窗2組對(duì)比，分析凋落物未分解層、半分解層和腐殖質(zhì)層的C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征，旨在揭示油松林林窗凋落物的養(yǎng)分格局及循環(huán)特征，為該區(qū)油松林的科學(xué)經(jīng)營(yíng)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

調(diào)查樣地位于陜西省延安市黃龍山林區(qū)蔡家川林場(chǎng)。該區(qū)為典型的黃土丘陵地貌，海拔1 100～1 300 m，土壤以褐土和灰褐土為主。屬大陸性暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，年均氣溫8.6℃，年均降雨量611.8 mm。該林區(qū)屬暖溫帶針闊混交林帶，植被以油松、遼東櫟次生林為主，植被覆蓋率84.6%。主要建群樹(shù)種有油松、遼東櫟等，灌木有胡枝子、胡頹子、黃薔薇、繡線菊等[4]。

1.2 研究方法

在立地條件一致、林相整齊且含有林窗的油松天然林和人工林（成熟林）中，分別設(shè)置天然林林窗、天然林非林窗以及人工林林窗樣地各5個(gè)（林窗面積50～100 m2）。在樣地中心和東南西北角處各設(shè)置1 m×1 m凋落物樣方，于2021年8月分層收集5個(gè)位置凋落物未分解層、半分解層和腐殖質(zhì)層的樣本，對(duì)同層樣本混合得到1個(gè)樣地的凋落物樣本，用烘箱80°C烘干至恒重，粉碎后過(guò)100目篩。測(cè)定凋落物C、N、P三種元素含量，有機(jī)C用K2Cr2O7加熱法，全N用凱氏定氮法，全P用鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010和 SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)進(jìn)行天然林林窗-非林窗、天然林林窗-人工林林窗指標(biāo)差異性比較，用ANOVA和LSD檢驗(yàn)不同凋落物層同一指標(biāo)的差異性。

2 結(jié)果和分析

2.1 油松林林窗凋落物C、N、P含量的比較

由表1可知，天然林林窗的凋落物各層C、N、P含量均高于天然林非林窗，在半分解層的N、P含量，以及腐殖質(zhì)層的P含量達(dá)到顯著提升；天然林林窗與人工林林窗凋落物各層C、N含量無(wú)明顯差異，但人工林林窗凋落物未分解層、半分解層、腐殖質(zhì)層的P含量均顯著高于天然林林窗。

表1 黃龍山林區(qū)油松林林窗凋落物各分解層C、N、P含量比較（X±SD）

在不同分解層次，3類樣地凋落物C含量均表現(xiàn)出未分解層＞半分解層＞腐殖質(zhì)層，且在腐殖質(zhì)層發(fā)生顯著降低；凋落物N含量均表現(xiàn)出未分解層＜半分解層＜腐殖質(zhì)層，除天然林林窗腐殖質(zhì)層與半分解層間無(wú)顯著差異外，其余各層次間的N含量差異均達(dá)到顯著；凋落物P含量在半分解層和腐殖質(zhì)層顯著高于未分解層。

2.2 油松林林窗凋落物C、N、P化學(xué)計(jì)量比的比較

由表2可知，天然林林窗凋落物各層C∶N均低于天然林非林窗，但差異不顯著，C∶P和N∶P在二者之間無(wú)明顯的高低規(guī)律；人工林林窗凋落物C∶P在未分解層、半分解層、腐殖質(zhì)層均顯著低于天然林林窗，N∶P在各層均低于天然林林窗，且在半分解層和腐殖質(zhì)層達(dá)到顯著降低，C∶N在二者之間無(wú)明顯差異。

表2 黃龍山林區(qū)油松林林窗凋落物各分解層C、N、P化學(xué)計(jì)量比比較（X±SD）

在不同分解層次，3類樣地凋落物C∶N和C∶P均表現(xiàn)出未分解層＞半分解層＞腐殖質(zhì)層，且各層之間均差異顯著；凋落物N∶P則相反，表現(xiàn)出未分解層＜半分解層＜腐殖質(zhì)層，且在天然林林窗，腐殖質(zhì)層和半分解層N∶P顯著高于未分解層，在天然林非林窗和人工林林窗，腐殖質(zhì)層N∶P顯著高于半分解層和未分解層。

3 討論與結(jié)論

天然林林窗的凋落物各層C、N、P含量均高于非林窗，在半分解層的N、P，及腐殖質(zhì)層的P含量達(dá)到顯著提升，這與楊丹[5]在油松人工林林窗研究結(jié)果較為一致，表明天然林林窗比非林窗可以提供更有效的凋落物C、N、P養(yǎng)分供應(yīng)植物生長(zhǎng)。本研究中人工林林窗凋落物各層的P含量均顯著高于天然林林窗，閆本帥[6]研究結(jié)果表明油松人工林土壤全磷含量顯著高于天然林，這種差異可能是因?yàn)槿斯ち治锓N豐富度高于天然林。說(shuō)明土壤P的差異從凋落物輸入就開(kāi)始了，而在林窗光照水分等外界環(huán)境相似的情況下，凋落物P的差異可能源自不同的凋落物組分。

C∶N高的植物，其凋落物分解較慢，養(yǎng)分釋放也較慢[7]。研究顯示天然林林窗的凋落物各層C∶N均低于天然林非林窗，但差異不顯著，表明天然林林窗一定程度上促進(jìn)了凋落物分解。較低的C∶P和N∶P比通常說(shuō)明P的有效性越高[8]，研究顯示C∶P在人工林林窗凋落物未分解層、半分解層、腐殖質(zhì)層均顯著低于天然林林窗，N∶P在各層均低于天然林林窗，且在半分解層和腐殖質(zhì)層達(dá)到顯著降低，說(shuō)明油松人工林林窗比天然林林窗凋落物P的有效性更高。李茜[9]在本研究區(qū)域附近的子午嶺林區(qū)的研究結(jié)果表明凋落物C、N含量及N∶P主要受凋落物基質(zhì)的影響，因此本研究中的人工和天然林林窗凋落物C∶P和N∶P差異很可能源于不同的凋落物基質(zhì)。