油杉人工林凋落物及其碳氮歸還動態(tài)

陳金章

(泉州市林業(yè)局，福建 泉州 362000)

油杉(Keteleeriafortunei)為松科大喬木，喜光樹種，其根系粗壯、發(fā)達，對土壤的適應(yīng)性較廣，適宜干旱環(huán)境。其樹干端直，木材黃褐色，材質(zhì)重，紋理直，耐水濕，抗腐性強，是珍貴用材樹種；其樹形優(yōu)雅美觀，枝葉茂密濃綠，具有很高的觀賞價值，是非常優(yōu)良的園林綠化樹種[1-3]。目前，對油杉的研究主要集中在生態(tài)學和生物學特性[4-9]，以及苗木培育和造林等方面[10-16]，未見油杉凋落物方面的報道。凋落物是人工林養(yǎng)分歸還林地的主要途徑，植物在生長過程中，凋落物所含的營養(yǎng)元素經(jīng)分解釋放后歸還土壤，并在表層富集，供植物吸收利用，凋落物中各種營養(yǎng)元素對土壤肥力具有重要作用[17]。本文對油杉人工林凋落物量收集養(yǎng)分測定，研究油杉人工林碳氮歸還動態(tài)規(guī)律，為油杉人工林的科學經(jīng)營提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于福建省永春縣桃城鎮(zhèn)大坪村湖內(nèi)，海拔490～590 m，地理坐標為東經(jīng)118°17′44″、北緯25°21′05″。土壤為山地紅壤，土層深厚，立地質(zhì)量等級為Ⅱ級，林下植被主要為亞熱帶常綠闊葉樹種和蕨類植物。該地屬南亞熱帶季風氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，年均降水量1676.3 mm，極端最高溫39.2 ℃，極端最低溫-3.2 ℃，年均氣溫20.4 ℃，≥10 ℃的年均積溫6984 ℃，年無霜期310 d[1-3]。

1.2 材料來源

試驗林為油杉人工林群落，面積約2 hm2。2014年8月，在試驗山場設(shè)立3個有代表性樣地，樣地面積為400 m2(20 m×20 m)，樣地內(nèi)油杉的平均胸徑為27.6 cm，平均樹高為22.6 m，林齡為50 a，林分平均密度1683株·hm-2。

1.3 研究方法

1.3.1 凋落物收集與處理 在每個樣地內(nèi)分別設(shè)置3個規(guī)格為1 m×1 m的收集網(wǎng)，于2014年8月—2015年8月，每月月底收集1次凋落物，將每個收集網(wǎng)內(nèi)的凋落物按枝、葉、雜(主要為球果以及林分中闊葉樹和灌木的凋落物等)分類烘干并測定生物量，凋落物烘干后全部粉碎過40目篩，并稱重取樣。

1.3.2 凋落物碳氮元素的測定 將粉碎后的樣品采用德國Elementar Vario MAX CNS元素分析儀，對油杉凋落物碳、氮元素的含量進行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 凋落物量的月動態(tài)

圖1 凋落物量的月動態(tài)

油杉人工林凋落物的月動態(tài)，不但受其生物學特性的制約，而且還受所在地的氣候環(huán)境的影響。從圖1可以看出，油杉人工林月凋落物量有著明顯的季節(jié)變化。2014年8月是全年較熱且多雨時期，受臺風雨活動的影響，凋落物量較多，這個時期凋落物主要是風吹雨打等機械原因造成的非生理性落枝落葉；而過了9月以后凋落物量有所增加，主要是因為這個時期生長基本結(jié)束，過渡到生長遲緩期，油杉受生物學特性影響，開始大量集中換葉和落葉；10月，油杉的月凋落物量出現(xiàn)了最大值，為904.83 kg·hm-2；進入11月后，油杉生理上的換葉量逐漸減少，再加上冬季雨量較小，油杉的月凋落物量在2015年1月達到最小值，為174.82 kg·hm-2；2015年1月后，受到春季換葉和降雨增多的影響，油杉的月凋落物量逐漸增加；2015年5月，油杉的月凋落物量再次出現(xiàn)1次高峰，為718.57 kg·hm-2；2015年5月以后，隨著春季換葉和雨季的結(jié)束，油杉的月凋落物量逐漸減少。從各組分的月動態(tài)變化可以看出，凋落葉是凋落物的主要成分，各組分的動態(tài)變化與總量一致。

2.2 凋落物碳、氮含量的月動態(tài)

2.2.1 凋落物碳含量的月動態(tài) 由表1可以看出，凋落物碳含量大小排序為葉>枝>雜，凋落物碳平均含量變化較小，最大值出現(xiàn)在2014年9月，達498.817 g·kg-1；最小值出現(xiàn)在2015年7月，達469.306 g·kg-1。凋落枝和凋落葉碳含量變化較小，最大值出現(xiàn)在2014年9月，分別為501.468、509.836 g·kg-1；最小值出現(xiàn)在2015年7月，達471.608、483.332 g·kg-1。凋落雜物的碳含量變化較大，最大值出現(xiàn)在2015年2月，達448.381 g·kg-1；最小值出現(xiàn)在2015年3月，達390.407 g·kg-1。主要是因為凋落雜物的組成在不同的時間有所不同。

表1 凋落物碳含量的月動態(tài) g·kg-1

2.2.2 凋落物氮含量的月動態(tài) 凋落物養(yǎng)分含量的高低可以反映植物對養(yǎng)分的利用效率，植物對養(yǎng)分利用效率高的，養(yǎng)分通常通過轉(zhuǎn)移機制得到再利用。因此，凋落物養(yǎng)分含量的動態(tài)變化可以反映養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移狀況[18]。油杉在生長過程中，開花和結(jié)果對養(yǎng)分消耗較大，造成凋落物養(yǎng)分含量較低。從表2可以看出，2014年8—11月，油杉處于結(jié)果的過程中，植株內(nèi)養(yǎng)分消耗較大，凋落物氮平均含量逐漸下降，在2014年11月達到最低，為10.418 g·kg-1；11月以后，隨著結(jié)果的結(jié)束，油杉植株內(nèi)的養(yǎng)分消耗量逐漸下降，植株內(nèi)的營養(yǎng)水平逐漸恢復，凋落物氮平均含量在2015年2月達到較大值；2015年2—3月，油杉開始開花，植株內(nèi)養(yǎng)分消耗較大，凋落物氮平均含量逐漸下降；2015年5月，隨著油杉花期結(jié)束和氣溫升高，植株內(nèi)的營養(yǎng)水平迅速提高，凋落物氮平均含量快速升高達到最大值，為15.758 g·kg-1；2015年6月開始，隨著新的一輪結(jié)果開始，植株內(nèi)養(yǎng)分消耗逐漸增大，凋落物氮平均含量逐漸下降。凋落物各組分氮含量的月動態(tài)趨勢與氮平均含量基本一致。

表2 凋落物氮含量的月動態(tài) g·kg-1

2.3 凋落物碳、氮歸還量的月動態(tài)

圖2 凋落物碳歸還量的月動態(tài)

2.3.1 凋落物碳歸還量的月動態(tài) 從圖2可以看出，凋落物碳歸還量的月動態(tài)變化趨勢與凋落物量的月動態(tài)變化趨勢相似，凋落物碳歸還量在全年呈現(xiàn)出2個峰值期，分別出現(xiàn)在2014年10月、2015年5月，碳總歸還量分別達434.313、349.764 kg·hm-2，2個月的碳歸還量之和占全年總歸還量的30.41%，與凋落物總量的最高峰出現(xiàn)的月份相同；凋落物碳歸還量2個低值則出現(xiàn)在2014年8月、2015年1月，碳總歸還量低值分別只有145.415、84.693 kg·hm-2，2個月的碳歸還量之和只占全年總歸還量的8.92%。最高值是最低值的3.41倍，相差很大。

圖3 凋落物氮歸還量的月動態(tài)

2.3.2 凋落物氮歸還量的月動態(tài) 從圖3可以看出，凋落物氮歸還量的月動態(tài)變化趨勢與凋落物量的月動態(tài)變化趨勢相似，凋落物氮歸還量在全年呈現(xiàn)出2個峰值期，分別出現(xiàn)在2014年10月、2015年5月，氮總歸還量分別達到10.038、11.323 kg·hm-2，2個月的氮歸還量之和占總歸還量的31.21%，與凋落物總量的最高峰出現(xiàn)的月份相同；凋落物氮歸還量2個低值則出現(xiàn)在2014年8月、2015年1月，氮總歸還量低值分別只有4.168、2.274 kg·hm-2，2個月的氮歸還量之和只占全年的9.41%。最高值是最低值的3.32倍，相差很大。

3 小結(jié)與討論

林木通過新陳代謝每年歸還一定數(shù)量的枯落物，向林地輸入相當數(shù)量的養(yǎng)分，為土壤動物、微生物提供食物來源。凋落物數(shù)量主要與樣地的生產(chǎn)力狀況相關(guān)，其它諸如空氣溫度、土壤水分和養(yǎng)分的可利用性亦限制著凋落物的數(shù)量[19]。油杉人工林凋落物量主要受油杉生理活動的季節(jié)變化和所在地氣候環(huán)境的影響，油杉人工林月凋落物量有著明顯的季節(jié)變化，呈雙峰形態(tài)，這與大多數(shù)學者的研究結(jié)果相似[20]。2014年10月，受生物學特性影響，油杉開始大量集中換葉和落葉，油杉凋落物量出現(xiàn)第1次高峰。2015年5月，氣溫逐漸回暖，降雨增多，新葉旺盛生長，衰老葉子開始脫落[21]，油杉凋落物量出現(xiàn)第2次高峰。

從凋落物養(yǎng)分含量月動態(tài)看，碳元素含量月動態(tài)比較穩(wěn)定，碳元素平均含量介于469.306～498.817 g·kg-1之間；而氮元素含量受油杉生理活動的影響月動態(tài)變化較大，氮元素平均含量最大值是最小值的1.51倍。凋落物的碳、氮養(yǎng)分歸還量月變化呈現(xiàn)出凋落物量及其元素含量月動態(tài)相疊加的規(guī)律。

油杉人工林碳、氮元素通過凋落物歸還土壤，碳、氮元素年歸還量分別為2578.325、68.434 kg·hm-2，年歸還的碳、氮比為37.676。落葉是養(yǎng)分歸還的主要組分，碳、氮元素年歸還量分別為1402.528、37.643 kg·hm-2，分別占總量的54.40%、55.01%；落枝碳、氮元素年歸還量分別為934.926、24.550 kg·hm-2，分別占總量的36.26%、35.87%；其它雜物凋落物碳、氮元素年歸還量分別為240.872、6.240 kg·hm-2，分別占總量的9.34%、9.12%。

綜上所述，凋落物的養(yǎng)分含量和養(yǎng)分歸還量的月動態(tài)變化在森林樹木生長和植被生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)研究中具有重要的生態(tài)學意義。目前，馬尾松的松材線蟲病害嚴重，而同為松科的油杉則具有木材好、生長較快、抗病害性強和抗瘠薄等優(yōu)點。油杉作為具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ臉浞N之一，對其林分的凋落物及養(yǎng)分歸還量的長期定位監(jiān)測研究具有十分重要的意義。

*：本研究得到國家林業(yè)局南方山地用材林培育重點實驗室和福建省森林培育與林產(chǎn)品加工利用重點實驗室的資助，福建省林業(yè)科學研究院肖祥希、高楠、何文廣給予指導和幫助，在此一并致謝！

[1]高楠，肖祥希，何文廣，等.50年生油杉人工林生長規(guī)律研究[J].廣西林業(yè)科學，2015，44(3)：219-224.

[2]高楠，肖祥希，何文廣，等.油杉人工林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分分配格局[J].廣西林業(yè)科學，2015，44(4)：352-357.

[3]王麗琴.福建永春油杉人工林生物量結(jié)構(gòu)特征[J].亞熱帶植物科學，2015，44(3)：228-230.

[4]左索哺.中國油杉屬分布型與植物區(qū)系分區(qū)關(guān)系的模糊分析[J].中南林學院學報，1989，11(2)：199-205.

[5]吳文珊，張清其，劉劍秋.油杉染色體核型的研究[J].福建師范大學學報：自然科學版，1993，9(1)：74-77.

[6]李國平，黃群策，秦廣雍.油杉花粉個體發(fā)育中淀粉粒消長變化研究[J].林業(yè)科學研究，2005，18(4)：416-420.

[7]李國平，黃群策.油杉花粉個體發(fā)育與傳粉過程[J].林業(yè)科學，2006，42(5)：42-48.

[8]李國平，黃群策，秦廣雍.油杉花粉發(fā)育進程的共聚焦顯微鏡觀察[J].北京林業(yè)大學學報，2006，28(6)：151-154.

[9]牟鳳娟，戴興芬，李雙智，等.油杉屬植物研究動態(tài)[J].西部林業(yè)科學，2012，12(6)：92-99.

[10]盧立光，彭桂華.油杉引種栽培試驗初報[J].廣東林業(yè)科技，1992(3)：32-34.

[11]朱積余，韋增健，丘小軍.油杉屬樹種人工造林的試驗研究[J].林業(yè)科學，1993(1)：67-71.

[12]韋增健，丘小軍.油杉采種育苗試驗研究[J].廣西林業(yè)科技，1993，22(1)：17-20.

[13]蔡衛(wèi)兵，繆美琴.油杉容器育苗技術(shù)的研究[J].南京林業(yè)大學學報，1997，21(1)：22-26.

[14]張紀卯.油杉不同苗木造林試驗[J].福建林學院學報，1999(19)：73-76.

[15]吳幼媚.油杉物種苗期比較試驗初報[J].廣西林業(yè)科學，2003(3)：36-38.

[16]張紀卯.不同基質(zhì)和容器規(guī)格對油杉容器苗生長的影響[J].福建林學院學報，2001，21(2)：176-180.

[17]林成芳，李振，牛志鵬，等.福建柏人工林凋落物的養(yǎng)分動態(tài)特征[J].福建農(nóng)林大學：自然科學版，2005，34(1)：63-66.

[18]林宇，王雪梅，張勇，等.濱海沙地尾巨桉人工林凋落物及碳氮養(yǎng)分歸還[J].西南林業(yè)大學學報，2013，33(5)：24-28.

[19]潘輝，黃石德，洪偉，等.3種相思人工林凋落物量及其碳歸還動態(tài)[J].福建林學院學報，2010，30(2)：104-108.

[20]郭劍芬，陳光水，錢偉，等.萬木林自然保護區(qū)2種天然林及杉木人工林凋落量及養(yǎng)分歸還[J].生態(tài)學報，2006，26(12)：4091-4098.

[21]劉東霞.萬木林主要群落凋落物的動態(tài)研究[D].福州：福建農(nóng)林大學林學院，2004：12-17.