平朔露天煤礦復(fù)墾區(qū)刺槐油松混交林凋落物量及動態(tài)特征

盧寧，李晉川，岳建英，郭春燕，王翔

（山西省生物研究所，山西太原030006）

平朔露天煤礦復(fù)墾區(qū)刺槐油松混交林凋落物量及動態(tài)特征

盧寧，李晉川，岳建英，郭春燕，王翔

（山西省生物研究所，山西太原030006）

為了解平朔露天煤礦復(fù)墾區(qū)刺槐油松混交林凋落物量及動態(tài)特征，采用野外凋落物收集器法，對平朔礦區(qū)刺槐油松混交林凋落物的年凋落量、組成以及年凋落物的月動態(tài)、不同組分的月動態(tài)進行研究。結(jié)果表明，刺槐油松混交林凋落物年凋落量為3 787.28 kg/hm2；各組分年凋落量差異極為懸殊，其中，落葉占77.47%，是該森林群落凋落物的主要組成成分，枝占11.15%，花占2.66%，果占6.81%，皮占1.52%，芽占0.20%，雜物占0.19%；總凋落量月動態(tài)變化呈單峰曲線，最大值出現(xiàn)在10月，達1 622.36 kg/hm2；各組分凋落量月動態(tài)有一定差別，其中，葉凋落物量與總凋落量變化規(guī)律一致，最大值出現(xiàn)在10月。

平朔露天煤礦；復(fù)墾區(qū)；刺槐油松混交林；凋落物；動態(tài)

森林凋落物（也稱森林枯落物）是指森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)地表植被在生長發(fā)育過程中，通過新陳代謝產(chǎn)生并歸還到林地表面，作為分解者和某些消費者的物質(zhì)和能量來源，借以維持生態(tài)系統(tǒng)功能的所有有機物質(zhì)的總稱[1-2]，包括林內(nèi)喬木和灌木的落葉、落枝、落皮及凋落的繁殖器官，野生動物殘骸及代謝產(chǎn)物，林下枯死的草本植物及枯死植物的根。凋落物作為連接植物與土壤的“紐帶”，是維持土壤生物生存的物質(zhì)和能量來源，也是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的碳庫[3]，在維持森林生態(tài)系統(tǒng)的正常物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞三大功能中發(fā)揮著作用。對凋落物的研究主要集中在凋落物的生物量、理化性質(zhì)、分解和營養(yǎng)釋放、對群落的影響以及對全球變化的響應(yīng)等方面[4-5]。

我國學(xué)者自20世紀(jì)60年代初開始森林凋落物的研究，目前已對長白山闊葉紅松林[6]、小興安嶺闊葉紅松林[7]、磨盤山天然次生林[8]、天山云杉林[9]、北京密云麻櫟、油松人工林[10-11]、太行山丘陵區(qū)刺槐人工林[12]、關(guān)帝山華北落葉松[13]、鼎湖山南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林和針闊葉混交林[14]、川西亞高山箭竹群落[15]、木論保護區(qū)喀斯特森林[16]、海南熱帶紅樹林[17]、尖峰嶺熱帶山地雨林[18]等許多森林類型的凋落量動態(tài)、組成結(jié)構(gòu)、化學(xué)組分、凋落葉分解速率和養(yǎng)分釋放等進行了大量的研究，并且取得了豐碩的成果。但是對露天煤礦復(fù)墾區(qū)人工林凋落物還缺乏研究。

本試驗以平朔露天煤礦復(fù)墾區(qū)刺槐油松混交林為研究對象，通過野外布點收集，室內(nèi)分類測定，研究混交林凋落物產(chǎn)量、組成及動態(tài)特征，對認識人工林的生態(tài)功能具有重要意義，為探討平朔露天煤礦復(fù)墾區(qū)人工林碳循環(huán)過程和評價人工林生態(tài)恢復(fù)效果提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于山西省朔州市平魯區(qū)境內(nèi)平朔露天煤礦南排土場。該區(qū)為黃土高原丘陵生態(tài)極度脆弱區(qū)，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)112°10′～113°30′，北緯39°23′～39°37′。屬典型的溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬春干旱少雨，夏秋降水集中。年均降雨量為428.2～449.0 mm，年蒸發(fā)量為1 786.6～2 598.0 mm；年均氣溫為4.8～7.8℃，極端高溫為37.9℃，極端低溫為-32.4℃；空氣平均絕對濕度為6.9 mb，平均相對濕度為54%；無霜期115～130 d；年均風(fēng)速為2.5～4.2 m/s，最大風(fēng)速20 m/s。原地貌植被覆蓋率低，零星分布，屬于干草原類型，土壤風(fēng)化強烈，土質(zhì)偏沙，為栗鈣土與栗褐土的過渡類型。

平朔礦區(qū)是我國最大的露天煤礦，目前已形成的復(fù)墾區(qū)超過0.2萬hm2。山西省生物研究所礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)項目組在對平朔露天煤礦復(fù)墾區(qū)20多年跟蹤研究的基礎(chǔ)上，于2010年結(jié)合海拔、立地條件、復(fù)墾植被模式、地貌、坡向等因素，利用全站儀建設(shè)了永久性觀測樣地。本試驗以刺槐油松混交林樣地為研究對象，樣地面積1 hm2，在樣地內(nèi)又劃分為100個10 m×10 m的樣方，對每個樣方內(nèi)喬木進行定位并掛牌，同時測定其高度、胸徑、冠幅、枝下高，并對灌木以及草本進行高度、多度、蓋度、生活力調(diào)查。

刺槐油松混交林樣地海拔1 360 m，立地條件為土石混排，植被類型為刺槐、油松混交，林齡為21 a，地形為斜坡，平均樹高為6.84 m，平均胸徑為8.75 cm，凋落物層厚度為5 cm，林下優(yōu)勢草本植物為阿爾泰狗娃花、大籽蒿、無芒雀麥。

1.2 研究方法

在刺槐油松混交林樣地內(nèi)，于2013年4月底布置5個凋落物收集器，規(guī)格為100 cm×100 cm× 30 cm，底部距地面30 cm。于2013年5—12月，每月月底收集一次；2014年的1—4月收集一次（由于降雪等原因無法按月進行收集），共收集9次。將收集到的凋落物按枝、葉、花、果、皮、芽、雜物（鳥糞、蟲糞、昆蟲殘體等）進行分類，在80℃恒溫條件下烘至恒質(zhì)量，用精度0.001 g的電子天平稱質(zhì)量，并做好記錄。

1.3 數(shù)據(jù)處理

森林凋落物年凋落量采用2013年5月至2014年4月收集到的凋落量總和來表示。利用Excel 2007和SPSS17.0統(tǒng)計軟件對結(jié)果進行分析。由于收集到的各組分凋落量差異明顯，落葉量明顯高于其他各組分的凋落量，所以，本研究將落葉量與凋落物總量的月動態(tài)放在同一個圖中進行比較，將枝、花、果的月動態(tài)以及皮、芽、雜物的月動態(tài)分別進行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 刺槐油松混交林年凋落物總量及組成分析

刺槐油松混交林年凋落物總量3 787.28 kg/hm2，按枝、葉、花、果、皮、芽及雜物7種成分分別進行匯總，結(jié)果表明，各組分年凋落量差異極為懸殊。其中，落葉量占年凋落總量的比例最大，達77.47%，是該森林群落凋落物的主要組分；其次為枝，占11.15%；其他組分合計僅占11.38%，雜物含量最小，僅占凋落總量的0.19%（表1）。

表1 刺槐油松混交林年凋落量及組成

2.2 刺槐油松混交林凋落物月動態(tài)分析

2.2.1 總凋落量的月動態(tài)變化從圖1可以看出，群落凋落物月動態(tài)變化呈單峰曲線，從5月開始，月凋落量逐漸上升，最大值出現(xiàn)在10月，達到1 622.36 kg/hm2；11月次之，達661.22 kg/hm2，2個月累計凋落量（2 283.58 kg/hm2）占全年凋落總量的60.30%，凋落量最大值（10月）約是最小值（12月，18.55 kg/hm2）的87倍。

2.2.2 不同組分凋落量的月動態(tài)變化從各組分凋落量月動態(tài)變化看，不同組分凋落量季節(jié)變化規(guī)律有一定差別，其中，葉凋落物月動態(tài)與總凋落量變化規(guī)律一致，凋落葉峰值出現(xiàn)在10月，達到1 522.77 kg/hm2，為最低值12月14.90 kg/hm2的102倍，9—11月落葉量約占全年凋落葉收集總量的83.33%，占年凋落物總量的64.56%（圖1）；落枝量在8月份出現(xiàn)高峰，達130.30 kg/hm2；落花量月動態(tài)呈單峰型，最大值為80.62 kg/hm2，出現(xiàn)在6月；落果量月動態(tài)呈多峰型，最大值為67.35 kg/hm2，出現(xiàn)在9月；皮凋落量最大值為30.79 kg/hm2，出現(xiàn)在1—4月；芽凋落量最大值為5.76 kg/hm2，出現(xiàn)在5月；雜物凋落量最大值為4.46 kg/hm2，出現(xiàn)在6月（圖2）。

3 結(jié)論與討論

3.1 刺槐油松混交林年凋落物總量和組分結(jié)構(gòu)情況

有研究表明，森林年凋落物量隨地理氣候區(qū)和森林類型的不同而有很大差異，全球森林的年凋落物總量平均為1.6×103～9.2×103kg/hm2，落葉年凋落量為1.4×103～5.8×103kg/hm2，其他組分為0.6×103～3.8×103kg/hm2[1，19-20]。本研究結(jié)果表明，刺槐油松混交林年凋落量達3 787.28 kg/hm2，低于太行山丘陵區(qū)刺槐人工林（5 306.34 kg/hm2），高于北京密云油松人工林（2 193.75 kg/hm2），說明同一區(qū)域不同類型森林年凋落量差異較大。該群落凋落物主要由枝、葉、花、果、皮、芽、雜物組成，其中葉為主要成分。葉凋落物在森林生態(tài)系統(tǒng)中的凋落物歸還中占主導(dǎo)地位，一般占凋落物總量的60%～80%[1]。本研究結(jié)果表明，落葉量占總凋落量的77.47%，可見，落葉量在一定程度上主導(dǎo)著該地區(qū)人工林的凋落總量。

3.2 凋落物月動態(tài)分析

森林凋落物月動態(tài)具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，其季節(jié)動態(tài)模式主要分為單峰型、雙峰型和不規(guī)則類型3種模式。林分組成樹種的生物學(xué)特性決定了其季節(jié)動態(tài)的模式[21]。

本研究結(jié)果表明，刺槐油松混交林月凋落總量在一年中呈單峰型曲線變化，峰值出現(xiàn)在10月，該月凋落量占全年總凋落量的42.84%。磨盤山天然次生林[8]、關(guān)帝山華北落葉松林[13]、太行山丘陵區(qū)刺槐人工林[12]、天山云杉林[9]、長白山闊葉紅松林[6]、湖南亞熱帶楓香林[22]凋落物月動態(tài)均呈單峰型曲線，但其峰值分別出現(xiàn)在9，10，10，9，9—10，10月，說明不同類型森林雖然凋落物季節(jié)變化規(guī)律一致，但其峰值出現(xiàn)的時間可能不同。葉凋落物月動態(tài)與凋落物總量月動態(tài)變化規(guī)律一致，均在10月達到峰值。枝凋落物量在8月出現(xiàn)峰值，范春楠等[8]研究認為，與葉片凋落過程不同，枝的凋落存在一定的不確定性，樹枝自然脫落需較長時間且較為均勻，但在外界條件干擾（如風(fēng)、雨、持續(xù)干旱等）下會使其凋落量增大?；ǖ蚵湮锪糠逯党霈F(xiàn)在6月份，芽凋落物峰值出現(xiàn)在5月份，這主要是由樹種的生物學(xué)特性所決定的；皮、果、雜物的凋落進程受外界干擾影響很大。森林凋落物的季節(jié)動態(tài)模式，不僅依賴于林分組成樹種的生物學(xué)特性，還受氣候條件、地理位置等因素影響[19]。

森林凋落物的數(shù)量和動態(tài)變化，主要受氣候條件、林分組成樹種的生物學(xué)特性和群落發(fā)育階段等因素的影響而存在差異。為了更深入地了解平朔礦區(qū)人工林凋落物數(shù)量及其動態(tài)變化規(guī)律，還需對礦區(qū)內(nèi)其他森林類型進行研究，從而為平朔礦區(qū)復(fù)墾區(qū)生態(tài)修復(fù)提供理論參考。

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Amount and Dynamic Characteristics of Litter Fall in Robinia pseudoacacia×Pinus taebelaefolius Mixed Forest in Reclamation Region of Pingshuo Opencast Coal Mine

LU Ning，LI Jin-chuan，YUE Jian-ying，GUO Chun-yan，WANG Xiang
（Institute of Shanxi Biology，Taiyuan 030006，China）

To find out the amount and dynamic characteristics of litter fall in Robinia pseudoacacia×Pinus taebelaefolius mixed forest in reclamation region in Pingshuo opencast coal mine,the paper investigated the annual litter fall amount and composition,month dynamic of litter production and component production,using field collection container.The results showed that the annual litter fall amount was 3 787.28 kg/hm2,there were significant differences of litter fall composition,of which 77.47%was for leaves,among which the greatest component was leaves litter fall,11.15%for twigs,2.66%for flowers,6.81%for fruits,1.52%for barks,0.20%for buds, 0.19%for others.Furthermore,the month dynamic of litter production appeared to be single climax curve,in which the highest point occurred in October（1 622.36 kg/hm2）.The different components had different flopping process,the leaf litter was consistent with the trend of the total litter production,which the highest point occurred in October.

Pingshuo opencast coal mine;reclamation region;Robinia pseudoacacia×Pinus taebelaefolius mixed forest;litter fall; dynamic

S714

A

1002-2481（2016）01-0036-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.01.11

2015-10-28

國家“十二五”科技支撐計劃項目（2012BAC10B04）；山西省科技重大專項（20121101007）；山西省青年科技研究基金項目（2013021030-4）

盧寧（1984-），男，山西陽城人，助理研究員，主要從事礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)研究工作。李晉川為通信作者。