天山云杉林凋落物組成及營養(yǎng)成分研究

劉 萍，張 震，劉雙成

（1華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，廣東廣州 510642；2北京市密云縣園林綠化局，北京 101500；

3新疆天西林業(yè)局鞏留林場，新疆鞏留 835401）

森林凋落物是指森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)由生物組分產(chǎn)生，然后歸還到林地表面，作為分解者的物質(zhì)和能量來源，借以維持生態(tài)系統(tǒng)功能的所有有機(jī)物質(zhì)的總稱［1］.森林凋落物是一個龐大且復(fù)雜的養(yǎng)分貯存庫，是林地土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源，對涵養(yǎng)水源，維持土壤肥力以及森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)的生物循環(huán)和養(yǎng)分平衡具有重要意義.國外學(xué)者對森林凋落物的研究較早，最早由德國學(xué)者在《森林凋落物產(chǎn)量及其化學(xué)組成》中闡述了森林凋落物在養(yǎng)分循環(huán)中的重要性［2］.此后，一些學(xué)者先后對世界范圍的森林凋落物做了大量報道和總結(jié)［3-4］.國內(nèi)學(xué)者對森林凋落物的研究始于20世紀(jì)60年代初期，80年代有較大發(fā)展［5-8］.本文以新疆西天山自然保護(hù)區(qū)天山云杉林為研究對象，對天山云杉森林凋落物數(shù)量及其年凋落量動態(tài)變化、森林凋落物營養(yǎng)元素構(gòu)成及其土壤歸還量等進(jìn)行調(diào)查分析，為進(jìn)一步保護(hù)天山云杉林生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展和森林經(jīng)營管理提供理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 材料來源

材料來源于新疆伊犁州鞏留縣東部的國家級西天山自然保護(hù)區(qū)，調(diào)查樣地原點坐標(biāo)為43°09′30″N，82°53′11″E，面積為 6 hm2（200 m×300 m），以天山云杉Picea schrenkiana var.tianschanica純林為主.

1.2 研究方法

1.2.1 凋落物收集 自2008年8月開始至2009年7月，把6 hm2樣地分成150個20m×20m的樣方.在樣地中沿對角線選擇30個20 m×20 m的樣方，在每個樣方中隨機(jī)設(shè)置1個森林凋落物收集器.進(jìn)入11月份至來年4月天山云杉生長幾乎處于休眠狀態(tài)，故2008年11月至2009年4月收集1次，其他時間為每月底收集1次.凋落物按葉、枝（包括樹皮和枝皮）、繁殖器官（包括花、果和脫落的種子）和其他雜物成分（主要包括蟲和鳥的糞便、蟲尸、少量的碎屑、灰塵及無法判別成分的物質(zhì)等）進(jìn)行分類.

1.2.2 凋落量測定 將凋落物置于80℃恒溫條件下烘干36 h至恒質(zhì)量，用電子天平稱量各組分的質(zhì)量，并計算凋落物總量及各組分所占比例.按不同組分用常規(guī)方法測定營養(yǎng)元素含量，包括常量元素N、P、K、Ca、Mg和微量元素 Fe、Mn、Cu、Zn等 9種.數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和SPSS 16.0完成.

2 結(jié)果與分析

2.1 天山云杉林凋落物組成及其動態(tài)變化

森林凋落量是指單位時間單位面積森林地段上所有森林凋落物的總量，時間上包括年凋落量和月凋落量，組成成分上包括葉、枝、花果繁殖器官和其他雜物等.由表1可知，天山云杉林年平均凋落物量為2 622.0 kg／hm2，不同器官年凋落量差異較大.其中：葉年凋落量最大，為 1 766.6 kg／hm2，占年凋落量的67.4%，且10月凋落量最大；花果繁殖器官凋落量最小，為189.3 kg／hm2，占年凋落量的7.2%，最大值也是在10月.天山云杉林各器官凋落量大小順序為葉＞枝＞花果繁殖器官＞雜物，與其他報道中不同器官凋落量大小順序的研究結(jié)果［2］相一致.一般來說，森林凋落物月凋落量季節(jié)動態(tài)模式有單峰、雙峰或不規(guī)則等類型［6］，由表1可知，天山云杉林凋落量主要集中在入冬前的秋季，占全年凋落量的一半以上.在進(jìn)入冬季的6個月中，由于天山云杉林生長代謝減緩，凋落量顯著減少，僅占全年總凋落量的10.36%，與天山云杉林生理代謝活動強(qiáng)弱一致.

表1 天山云杉林不同月份各器官凋落量Tab.1 Forest litter of Picea schrenkiana in different organs during differentm onths

2.2 天山云杉林凋落物營養(yǎng)元素含量及其土壤歸還量

凋落物作為養(yǎng)分的基本載體，在維持森林土壤肥力，促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)正常的物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分平衡方面起著特別重要的作用［7］.森林凋落物營養(yǎng)元素含量與年凋落量之積為年土壤歸還量，它與凋落物的數(shù)量和凋落物中營養(yǎng)元素含量密切相關(guān).本文共測定了天山云杉林凋落物中9種營養(yǎng)元素含量，如表2所示.

表2 天山云杉林不同器官凋落量營養(yǎng)元素含量Tab.2 The nutrient elements and contents of forest litter on Picea schrenkiana

依據(jù)表1和表2數(shù)據(jù)可以推算出天山云杉林年土壤歸還量大小順序為：Ca（60.83 kg／hm2）＞N（25.94 kg／hm2）＞K（17.09 kg／hm2）＞P（7.44 kg／hm2）＞Mg（3.66 kg／hm2）＞Fe（1.98 kg／hm2）＞Zn（1.38 kg／hm2）＞Mn（0.36 kg／hm2）＞Cu（0.22 kg／hm2）.

3 討論與結(jié)論

森林凋落物及其形成的森林腐殖質(zhì)是森林土壤的重要組成部分，森林通過凋落物把大量有機(jī)質(zhì)、氮素、磷素、鉀素以及各種微量元素歸還并分解進(jìn)入土壤供植物生長需要.有研究報道，森林每年通過凋落物分解歸還土壤的總氮量占森林生長所需總氮量的70%～80%、總磷量占65%～80%、總鉀量占30%～40%［5］.本次研究測得天山云杉林年凋落量為2.622 t／hm2，一般來說，森林年凋落量平均為 1.6～9.2 t／hm2［8］，天山云杉林受寒冷和干旱的影響，生長周期短，年生長量小，相應(yīng)表現(xiàn)出年凋落量也較低.

森林植物以凋落物形式轉(zhuǎn)化為土壤營養(yǎng)元素歸還到土壤中，天山云杉林凋落物9種營養(yǎng)元素中，常量元素年歸還量最多的是Ca，其次為N、K、P，最少的是Mg.新鮮植株中N、P含量約是凋落物中N、P含量的2倍，K則是3～4倍，說明在枝葉凋落前N、P、K大部分被轉(zhuǎn)移，K的轉(zhuǎn)移量最大［8］.微量元素年歸還量最多的是Fe，其次為Zn、Mn，最少的是Cu.天山云杉林凋落物營養(yǎng)元素歸還量是土壤肥力的重要補(bǔ)充來源，對天山云杉林土壤養(yǎng)分循環(huán)和樹木生長都具有極其重要的作用.

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【責(zé)任編輯 李曉卉】