閩楠人工林枯落物養(yǎng)分季節(jié)動(dòng)態(tài)變化

謝柯香，文仕知，何功秀，邵明曉，郭文平，顏家雄

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004, 2.黃豐橋林場(chǎng)，湖南 攸縣 412307）

閩楠人工林枯落物養(yǎng)分季節(jié)動(dòng)態(tài)變化

謝柯香1，文仕知1，何功秀1，邵明曉1，郭文平2，顏家雄2

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004, 2.黃豐橋林場(chǎng)，湖南 攸縣 412307）

以閩楠人工林凋落物和死地被物為研究對(duì)象，對(duì)N、Ca、K、P、Mg、Mn、Fe、Zn、Pb、Cu、Cd、Ni等養(yǎng)分元素進(jìn)行測(cè)定。研究結(jié)果表明：凋落物大量元素總含量季節(jié)變化順序?yàn)橄募荆径荆敬杭荆厩锛?，且各元素大小順序?yàn)镹＞Ca＞K＞P＞Mg。死地被物中未分解層枯落物大量元素含量高于半分解層枯落物，而未分解層枯落物中微量元素總含量低于半分解層枯落物；未分解枯落物和半分解枯落物中大量元素含量順序?yàn)槎荆厩锛荆鞠募荆敬杭?，未分解層枯落物中微量元素季?jié)變化趨勢(shì)為秋季＞冬季＞春季＞夏季，半分解枯落物微量元素含量大小順序?yàn)槎荆敬杭荆厩锛荆鞠募尽?/p>

閩楠；枯落物；養(yǎng)分季節(jié)動(dòng)態(tài)變化

森林凋落物是指生態(tài)系統(tǒng)中生物組分歸還到林地表面，是分解者物質(zhì)和能量的來源，并維持生態(tài)系統(tǒng)功能的有機(jī)質(zhì)總稱，是森林生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者的綠色植物光合作用產(chǎn)物的一部分，也是森林歸還養(yǎng)分的一個(gè)主要途徑[1]。國(guó)外早在20世紀(jì)20年代就對(duì)枯落物進(jìn)行了深入研究，Chapin 、Berg B[2-4]等對(duì)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)、凋落物分解進(jìn)行了研究。國(guó)內(nèi)對(duì)枯落物研究相對(duì)較晚，大約始于80年代，潘維儔[5]等對(duì)植物養(yǎng)分含量、積累速率和生物循環(huán)進(jìn)行了研究。田大倫[6]、文仕知[7-9]等對(duì)凋落物養(yǎng)分動(dòng)態(tài)等方面進(jìn)行研究。

閩楠是我國(guó)珍貴用材樹種，屬國(guó)家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)樹種。近年來閩楠已被森林經(jīng)營(yíng)者所重視，且經(jīng)營(yíng)面積正不斷擴(kuò)大。目前已有大量關(guān)于楠木的研究[10-11]，但對(duì)于閩楠枯落物這方面的研究報(bào)道比較缺乏。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地設(shè)置于湖南省祁陽縣的金洞國(guó)有林場(chǎng)，地理位置為東經(jīng) 112°04′30″，北緯 26°18′30″?？偯娣e635 km2，林場(chǎng)地貌以砂巖、頁巖、碳質(zhì)板巖為主，土層深厚肥沃，有機(jī)質(zhì)含量較高，該地屬中亞熱帶東南季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，年平均氣溫16.3～17.7℃，年均日照時(shí)間為159.9 h，年均降水量為1 600～1 900 mm。

林場(chǎng)內(nèi)森林茂盛，物種多樣，有高等植物210科，1 557種，種子植物中有木本植物98科，654種，覆蓋率達(dá)89.4%。本試驗(yàn)地是2001年?duì)I造的閩楠人工林，郁閉度為0.74，兩塊樣地平均樹齡為10 a，平均胸徑為9.3 cm，平均樹高為9.8 m，林下灌木較少，主要為蕨類等草本。

2 研究方法

在地勢(shì)較為平緩，能代表整個(gè)林分基本狀況的地方選取一塊區(qū)域做標(biāo)準(zhǔn)樣地，面積為30 m×20 m。調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地的立地條件，每次采樣前對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的樹木測(cè)1次胸徑和樹高。

從2011年9月到2012年9月每季度，將枯落物按凋落物和死地被物（未分解和半分解）進(jìn)行分類收集。在試驗(yàn)樣地均勻分布20個(gè)1 m×1 m尼龍網(wǎng)，收集閩楠凋落物；在林下地表設(shè)置1 m×1 m的樣方，對(duì)死地被物按厚度進(jìn)行采集，表層枯落物為未分解，中底層為半分解。各取得樣品0.5 kg帶回試驗(yàn)室，用蒸餾水清洗后，經(jīng)105℃快速殺青20 min，80℃烘干直到恒量。樣品粉碎后過60目篩裝入密封袋中，標(biāo)記后保存，留待測(cè)定養(yǎng)分含量。

稱植物粉碎樣2 g于坩堝，放入馬沸爐中高溫灰化，加強(qiáng)酸配置待測(cè)液，全N用凱氏蒸餾法測(cè)定，全P 用釩鉬黃比色法測(cè)定，全K、Ca、Mg和微量元素用原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定，測(cè)定3次后取平均值。

3 結(jié)果與分析

通過試驗(yàn)測(cè)定，對(duì)凋落物、地被物層養(yǎng)分含量進(jìn)行比較，凋落物反映的是葉片凋落之后元素含量的變化，地被物層枯落物受環(huán)境影響導(dǎo)致元素含量有一定的變化[12]。

森林枯落物數(shù)量決定于樹木本身的生物學(xué)特性、林齡和外界條件等[13]。根據(jù)2011年9月至2012年6月的觀察顯示，閩楠人工林枯落物基本集中在秋季和初冬，春季和夏季枯落物數(shù)量較少。

3.1 凋落物養(yǎng)分季節(jié)變化

3.1.1 凋落物大量元素季節(jié)變化

從表1可看出，閩楠人工林中凋落物大量元素總含量季節(jié)變化順序?yàn)橄募荆径荆敬杭荆厩锛荆腋髟卮笮№樞驗(yàn)镹＞Ca＞K＞P＞Mg，這個(gè)變化趨勢(shì)與N元素季節(jié)變化相一致，主要是因?yàn)镹元素含量比重大，且與楓香人工林凋落物季節(jié)變化規(guī)律相一致[8]。凋落物中大量元素總含量春季至夏季上升，夏季達(dá)到最大峰值，夏季至秋季含量降低，秋季達(dá)到全年最低值，秋季至冬季含量明顯增大，這主要是因?yàn)槎鹃}楠枯落物大多為非自然元素凋落，葉片中可轉(zhuǎn)移養(yǎng)分元素未發(fā)生轉(zhuǎn)移就被風(fēng)刮落。

凋落物中K元素一年中呈逐漸降低趨勢(shì)，到冬季含量達(dá)到最小值。Ca元素含量大致呈遞增趨勢(shì)，冬季含量最高。Mg元素是葉綠素的主要組成元素，Mg元素含量一年中前三季度基本不變，變化規(guī)律與大量元素總含量相似，均為冬季非自然原因落葉引起的。P元素季節(jié)變化曲線呈波浪型，夏季與冬季含量略高于春季與秋季。

表1 凋落物大量元素季節(jié)變化Table 1 Trend of macro-elements of litter in seasons g/kg

表2 凋落物微量元素季節(jié)變化Table 2 Trend of micro-elements of litter in seasons mg/kg

3.1.2 凋落物微量元素季節(jié)變化

由表2可知，夏季凋落物中微量元素總含量最大，季節(jié)變化規(guī)律明顯。凋落物中各微量元素含量順序?yàn)镸n＞Fe＞Zn＞Cu＞Pb＞Ni＞Cd，Mn元素含量最高，且季節(jié)變化規(guī)律與大量元素總含量規(guī)律相似，均從年初開始增加，到夏季達(dá)到最大值，秋季含量最小，秋季至冬季含量有小幅度增加。Fe、Cu元素季節(jié)變化規(guī)律相同，均從生長(zhǎng)初期開始含量逐漸減少，到秋季出現(xiàn)最小峰值，到冬季含量回升。凋落物中Pb、Ni、Cd元素含量較小。

3.2 死地被物層元素季節(jié)動(dòng)態(tài)變化

森林每年凋落的枯枝落葉逐漸在地表堆積形成一層松軟的死地被物層,根據(jù)枯枝落葉的分解程度及其結(jié)構(gòu)[14]，將其分為未分解層和半分解層。

3.2.1 死地被物層大量元素季節(jié)動(dòng)態(tài)變化

從圖1可以看出，除N、K元素之外，未分解層與半分解層枯落物養(yǎng)分變化季節(jié)變化規(guī)律大致相似。未分解層N元素含量最高，N元素含量從春季開始下降，到夏季含量最低，夏季至冬季含量一直保持增加趨勢(shì)，冬季出現(xiàn)一年中最大值；半分解層枯落物N元素含量季節(jié)變化正好與未分解層N元素變化相反，這可能與淋溶作用有關(guān)。未分解層K元素含量一年之中含量保持不斷上升趨勢(shì)，到冬季含量達(dá)到最大值；半分解層K元素含量季節(jié)變化與未分解層不同，從春季開始下降，到秋季含量最低，K元素含量秋季明顯小于其他3個(gè)季節(jié)，說明K元素在凋落之前已發(fā)生了轉(zhuǎn)移，秋季至冬季含量劇增。未分解層枯落物與半分解層枯落物中P、Ca、Mg元素含量季節(jié)變化規(guī)律相似，均為同增同減的變化趨勢(shì)。

在一年中，閩楠人工林半分解枯落物與未分解枯落物中養(yǎng)分元素含量不同，未分解枯落物中的養(yǎng)分總含量比半分解枯落物中的養(yǎng)分總含量多，這是因?yàn)榘敕纸饪萋湮镏胁糠逐B(yǎng)分元素被分解，經(jīng)過淋溶作用已經(jīng)溶入土壤中，且枯落物中不同元素分解速率不同[15]。

圖1 未分解層與半分解層枯落物大量元素季節(jié)變化Fig.1 Trend of macro-elements of un-decomposed litter and half-decomposed litter in seasons

3.2.2 死地被物微量元素季節(jié)動(dòng)態(tài)變化

3.2.2.1 未分解層微量元素季節(jié)動(dòng)態(tài)變化

從表3可看出，未分解枯落物中微量元素含量順序?yàn)镸n＞Fe＞Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Ni，季節(jié)變化趨勢(shì)為秋季＞冬季＞春季＞夏季。未分解層中Mn元素含量最高，均值為811.852 mg/kg，枯落物中Mn元素含量全年都較其他元素高，Mn元素在春季至夏季含量減少，夏季到秋季含量驟升，最高值出現(xiàn)在秋季，秋季過后含量有所下降。Cd元素季節(jié)變化正好與Mn元素變化趨勢(shì)相反。Fe元素含量從年初開始下降，到秋季含量降至全年最低值321.359 mg/kg，冬季含量有所回升。Cu元素含量季節(jié)變化曲線大致呈雙峰型，春季和秋季含量較高，夏季和冬季含量較低。Zn元素含量變化曲線是U型，夏季含量最低，其他季節(jié)含量相當(dāng)，這與葉中Zn元素季節(jié)變化一樣。未分解枯落物中Pb元素從3月開始下降，到9月達(dá)到最小值，到冬季含量有小幅度增加。

表3 未分解層微量元素季節(jié)變化Table 3 The trend of the micro-elements of the un-decomposed litter in seasons mg/kg

3.2.2.2 半分解層微量元素季節(jié)變化

半分解枯落物中微量元素含量順序?yàn)镸n＞Fe＞Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Ni，不同季節(jié)半分解枯落物微量元素含量大小順序?yàn)槎荆敬杭荆厩锛荆鞠募荆ㄒ姳?）。半分解層中Mn、Zn元素季節(jié)變化與未分解層一樣。半分解層中Fe元素含量較高，從春季開始一直處于下降趨勢(shì)，到秋季降到最低值，冬季含量上升至最高值924.175 mg/kg。Cu元素含量一年變化曲線與Fe相反，秋季出現(xiàn)最大值。半分解枯落物中Cd元素含量從春季開始呈直線平緩上升趨勢(shì)。Pb元素含量在春夏兩季降幅大于夏秋兩季增幅，夏季含量最小，為33.888 mg/kg。Ni元素含量最小，且一年中變化幅度不大。

表4 半分解層微量元素季節(jié)變化Table 4 Trend of the micro-elements of un-decomposed litter in seasons mg/kg

結(jié)合表3和表4可以看出，半分解層枯落物中微量元素含量大于未分解層枯落物，這是由于大量元素比微量元素分解速度快，半分解枯落物中大量元素已有一部分被分解，致使相同質(zhì)量枯落物中微量元素含量比例上升。

4 結(jié) 論

（1）該試驗(yàn)地凋落物大量元素總含量季節(jié)變化順序?yàn)橄募荆径荆敬杭荆厩锛?，且各元素大小順序?yàn)镹＞Ca＞K＞P＞Mg；各微量元素含量順序?yàn)镸n＞Fe＞Zn＞Cu＞Pb＞Ni＞Cd。

（2）該閩楠人工林未分解層枯落物和半分解層枯落物N、P含量季節(jié)變化規(guī)律不同，N元素甚至相反，其他元素變化規(guī)律相同，表現(xiàn)為同增同減的趨勢(shì)?？偟膩碚f，未分解枯落物中的養(yǎng)分總含量比半分解枯落物中的養(yǎng)分總含量多，由于不同元素被分解速度不同，未分解枯落物與半分解枯落物中不同元素降幅不同。

（3）未分解枯落物中微量元素含量大小順序?yàn)镸n＞Fe＞Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Ni，不同季節(jié)含量不同，為秋季＞冬季＞春季＞夏季。半分解枯落物中微量元素含量大小順序?yàn)镸n＞Fe＞Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Ni，不同季節(jié)半分解枯落物微量元素含量大小順序?yàn)槎荆敬杭荆厩锛荆鞠募?。Mn元素含量最高，Ni元素含量最低?？偟膩碚f，半分解層枯落物中微量元素含量大于未分解層枯落物。

[1] 王鳳友. 森林凋落物量研究綜述 [J].生態(tài)學(xué)進(jìn)展,1989,6(2):82-98.

[2] Chapin F S, MatsonPA, Mooney H A. Principlesof terrestrial ecosystem ecology[M]. NewYork: Springer-Verlag, 2002.

[3] Berg B, McClaugherty C. Plant Litter: Decomposition, humus formation, carbon sequestration[M]. NewYork: Springer-Verlag,2003.

[4] Bertrand I, Chabbert B, Kurek B, et al. Canthe biochemical features and histology of wheat residue explain their decomposition in soil[J]. Plant Soil, 2006, 281: 291-307.

[5] 潘維儔, 田大倫, 雷志星, 等. 杉木人工林養(yǎng)分循環(huán)的研究 (二)丘陵區(qū)速生杉木林的養(yǎng)分含量、積累和養(yǎng)分循環(huán)的研究[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào), 1983, 3(1):1-17.

[6] 田大倫.不同齡組馬尾松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量研究 [J].中南林業(yè)科技學(xué)報(bào),1995,15(2):163-169.

[7] 羅 忠,文仕知.楓香人工林林冠截留降水分配及養(yǎng)分特征[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(2):55-59.

[8] 文仕知,羅 佳,文 娟,等.楓香人工林枯落物和土壤層養(yǎng)分季節(jié)變化 [J].林業(yè)資源管理,2009,29(3):56-60.

[9] 楊麗麗,文仕知,何功秀.長(zhǎng)沙市郊楓香人工林微量元素分布與生物循環(huán)特征 [J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(12):85-91.

[10] 吳載璋.楠木杉木混交林生長(zhǎng)效應(yīng)研究 [J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào),2005, 25(2): 142- 1461.

[11] 林開敏,章志琴,曹光球,等.杉木與楠木葉凋落物混合分解及其養(yǎng)分動(dòng)態(tài) [J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(8): 2732- 2738.

[12] 曾峰, 邱治軍,許秀玉.森林凋落物分解研究進(jìn)展 [J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2010,19(1):239-243.

[13] 劉 洋,張 鍵,馮茂松.巨桉人工林凋落物數(shù)量、養(yǎng)分歸還量及分解動(dòng)態(tài) [J].林業(yè)科學(xué),2006,42(7):1-9.

[14] 吳 毅,劉文耀,沈有信,等.滇石林地質(zhì)公園喀斯特山地天然林和人工林凋落物與死地被物的動(dòng)態(tài)特征 [J].山地學(xué)報(bào),2007, 25(3): 317-325.

[15] 莫江明,布 朗,孔國(guó)輝.鼎湖山生物圈保護(hù)區(qū)馬尾松林凋落物的分解及其營(yíng)養(yǎng)動(dòng)態(tài)研究 [J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),1996,20(6):534-542.

Seasonal changes of nutrient of litter of Phoebe bournei plantation

XIE Ke-xiang1, WEN Shi-zhi1, HE Gong-xiu1, SHAO Ming-xiao1, GUO Wen-ping2, YAN Jia-xiong2
(1. School of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Forestry station of Huang Feng-qiao, Youxian 4123007, Hunan, China)

This thesis mainly studies the seasonal changes of the nutrient of litter of Phoebe bournei plantation, and takes litter and forest floor as the object of study, nutrient elements of N、Ca、K、P、Mg、Mn、Fe、Zn、Pb、Cu、Cd、Ni were measured. The result shows that the order of macro-elements of litter is summer＞winter ＞ spring＞autumn, and each element sequence of N＞Ca＞K＞P＞Mg.The macro-elements of the un-decomposed litter is more than the half-decomposed litter, while the micro-elements of the undecomposed litter is less than the half-decomposed litter. The order of macro-elements of un-decomposed litter and half-decomposed litter both is winter＞summer＞spring＞autumn. The order of un-decomposed litter is autumn＞winter＞spring＞summer, while the order of half-decomposed litter is winter＞ spring＞autumn＞summer.

Phoebe bournei; litter; seasonal changes of nutrient

S715.2；S792.22

A

1673-923X(2013)06-0113-04

2012-10-16

國(guó)家林業(yè)行業(yè)公益性項(xiàng)目“閩楠優(yōu)良種源選擇培育關(guān)鍵技術(shù)研究”（201004066）

謝柯香（1985-），女，湖南株洲人，碩士研究生，研究方向：水土保持與荒漠化防治

文仕知，湖南衡陽人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事林業(yè)生態(tài)工程和生態(tài)學(xué)等方面的教學(xué)科研工作；E-mail：wenshizhi@163.com

[本文編校：歐陽欽]