沙地云杉林土壤養(yǎng)分季節(jié)動(dòng)態(tài)特征研究

劉云超 馬莉 陳鳳臻 郝卓敏 朱建宇 劉蘇藍(lán)

摘 要：以沙地云杉林幼齡林、中齡林、近熟林三種林型土壤為研究對(duì)象，采用對(duì)比分析的方法，研究了3種林型不同土層0-10cm、10-20cm、20-30cm、30-40cm、40-50cm硝態(tài)氮、樹脂磷總磷及全鉀含量季節(jié)性動(dòng)態(tài)特征.為沙地云杉土壤養(yǎng)分季節(jié)動(dòng)態(tài)變化提供一定的理論依據(jù).

關(guān)鍵詞：沙地云杉;銨態(tài)氮;樹脂磷總磷;全鉀;季節(jié)動(dòng)態(tài)

中圖分類號(hào)：Q948? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2020）02-0001-04

土壤是植物生長最重要的基質(zhì)，土壤也是森林生態(tài)系統(tǒng)中最基本的資源.是森林生長的基礎(chǔ).土壤不僅能為森林中的植物生長提供所必需的營養(yǎng)元素、水分、空氣和微生物，而且也是地球上各種生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量交換的重要場(chǎng)所.氮素、磷素和鉀素三種元素是植物在生長過程中最為重要的營養(yǎng)元素[1-2].

氮、磷、鉀等作為可被植物直接吸收利用的幾種營養(yǎng)元素，其含量的變化直接影響土壤氮、磷、鉀三種元素的遷移轉(zhuǎn)化過程和植物生產(chǎn)力.由于土壤結(jié)構(gòu)以及植物根系分布狀況不一，不同樹種、不同林型不同層次森林土壤氮、全磷、全鉀含量存在顯著差異，目前已有的研究表明，土壤中三種元素含量依植被生長發(fā)育節(jié)律隨物候期不斷發(fā)生變化，即季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化明顯.國內(nèi)外學(xué)者也對(duì)此開展了研究，但是孤立地進(jìn)行比較多，即研究單一林型、單一土層或者單一生長季[4-8].對(duì)同類型間的可比性研究較少.本文將不同林型和不同土壤層次以及季節(jié)動(dòng)態(tài)變化有機(jī)地結(jié)合在一起，將溫帶針葉林沙地云杉林不同層次土壤季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行綜合比較分析，把握沙地云杉林生態(tài)系統(tǒng)銨態(tài)氮、林型樹脂磷總磷、全鉀三中元素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，為改良沙地云杉林林分結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)效益提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于渾善達(dá)克沙地東部邊緣，赤峰市克什克騰旗白音敖包自然保護(hù)區(qū)內(nèi)（43°30′～43°36′N，117°03′～117°16′E），面積約為1947hm2.該地區(qū)為溫帶草原氣候，年均氣溫-1.4℃，1月均溫為–23.4℃，7月均溫為17.4℃，全年無霜期平均為78天，年降水量360～440mm，年平均蒸發(fā)量為1035.6mm，海拔1300～1500m（26.27李春紅，徐文鐸）.地貌主要為流動(dòng)、半固定或固定沙地，土壤為灰色森林土，砂層厚度10～100cm.在植物區(qū)系上，屬于蒙古植物分布區(qū)范疇，但由于接近興安植物區(qū)和華北植物區(qū).在植物種類組成上，一方面表現(xiàn)有興安植物區(qū)系成分，如興安落葉松（Larix daburica）、興安檜（Sabina davurica）、摟斗菜葉繡線菊（Spiraea aquilogifolia）、窄葉繡線菊（Spiraea dahurica），另一方面，也有華北植物區(qū)系的代表種如油松（pinustabulaef.rmis）等（徐文鐸：內(nèi)蒙古沙地白扦林的主要類型與特點(diǎn)）.

1.2 土壤樣品的采集

2016年11月在渾善達(dá)克沙地邊緣，白音敖包沙地云杉國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，選取天然生長的幼齡林（0～5a），中齡林（5～30a）、近熟林（30～40a）各3塊樣地，每塊樣地面積為10m×10m.并于2016年11月，2017年5月、8月、11月分別用內(nèi)徑為5cm土鉆按S形曲線進(jìn)行布點(diǎn)，采集0-10cm，10-20cm，20-30cm，30-40cm，40-50cm土壤樣品裝入塑料袋帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析.

1.3 土壤樣品的分析

所采土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后，揀去動(dòng)植物殘?bào)w，雜質(zhì)，根系和石塊，研細(xì)并過篩裝袋，封袋后儲(chǔ)藏備用.pH測(cè)定采用電位法（水：土=1：1）;還原堿解氮采用堿解-擴(kuò)散法;林型樹脂磷總磷采用0.03mol/L氟化銨-0.025mol/L鹽酸浸提法;全鉀采用1mol/L乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林型土壤pH值變化趨勢(shì)

通過圖1a，1b，，1c，1d可以看出，2016年11月，2017年5月和2017年11月、沙地云杉幼齡林、中齡林、近熟林5各層次的pH值總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì).2017年8月沙地云杉中齡林、近熟林5各層次的pH值總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì).幼齡林呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì).2017年5月，2017年8月和2017年11月的各層次中，總體上都是幼齡林>近熟林>中齡林.

隨著時(shí)間的增加，五個(gè)層次的幼齡林pH值呈現(xiàn)先下降再增加趨勢(shì)，中齡林和近熟林呈現(xiàn)下降趨勢(shì).

2.2 不同林型土壤硝態(tài)氮變化趨勢(shì)

通過圖2a，2b，，2c，2d可以看出，2016年11月，沙地云杉幼齡林、中齡林、近熟林5個(gè)層次的硝態(tài)氮總體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì).2017年5月、2017年8月、2017年11月沙地云杉中齡林5個(gè)層次的硝態(tài)氮總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì).中齡林和近熟林總體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì).2017年11月硝態(tài)氮幼齡林和近熟林總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，中齡林呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì).2016年11月，沙地云杉幼齡林、中齡林、近熟林5個(gè)層次的硝態(tài)氮總體幼齡林>中齡林>近熟林.2017年5月0-10cm，10-20cm硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)近熟林>中齡林>幼齡林，而20-30cm，30-40cm，40-50cm呈現(xiàn)幼齡林>中齡林>近熟林.2017年8月各層次總體呈現(xiàn)近熟林>幼齡林>中齡林，2017年11月各層次總體呈現(xiàn)近熟林>中齡林>幼齡林.這與許翠清等人研究溫帶森林土壤銨態(tài)氮季節(jié)動(dòng)態(tài)特征的結(jié)果相近.

通過表2可以看出，隨著時(shí)間的增加，0-10cm，幼齡林硝態(tài)氮含量呈下降趨勢(shì)，中齡林為先上升后下降再上升趨勢(shì)，近熟林為先下降后上升趨勢(shì).10-20cm，20-30cm兩個(gè)層次幼齡林和近熟林硝態(tài)氮含量呈先下降后上升趨勢(shì)，中齡林為先上升在下降趨勢(shì).30-40cm，幼齡林硝態(tài)氮含量呈上升趨勢(shì)，中齡林硝態(tài)氮含量呈先下降后上升趨勢(shì)，近熟林趨勢(shì)是先上升后下降.40-50cm，三種林型的硝態(tài)氮含量呈先下降后上升趨勢(shì).出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)殡S著時(shí)間由冷變熱，降水等增多，土壤中的各種生物增加，從而增加了硝態(tài)氮的遷移轉(zhuǎn)化，并隨著水分逐漸向土壤深度滲透有關(guān).且三種林型里，土壤表層0-20cm硝態(tài)氮含量多于下面三個(gè)層次[8].

2.3 不同林型樹脂磷總磷變化趨勢(shì)

通過圖3a，3b，，3c，3d可以看出，2016年11月，沙地云杉樹脂磷總磷總體上幼齡林>中齡林>近熟林.5個(gè)層次的樹脂磷總磷總體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì).幼齡林呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)、中齡林呈現(xiàn)先降低再升高、而近熟林呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì).2017年5月不同林型樹脂磷總磷總體為幼齡林>中齡林>近熟林，5個(gè)層次上，幼齡林呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì);中齡林和近熟林呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì).2017年8月不同林型樹脂磷總磷總體為近熟林>中齡林>幼齡林，3種林型5個(gè)層次的硝態(tài)氮總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì).2017年11月不同林型樹脂磷總磷總體為中齡林>幼齡林>近熟林，幼齡林和近熟林呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)，中齡林呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì).

通過表4可以看出，隨著時(shí)間的增加，0-10cm，幼齡林樹脂磷總磷含量呈下降趨勢(shì)，中齡林、近熟林為先下降再上升趨勢(shì)，10-20cm，幼齡林樹脂磷總磷含量呈先下降再上升趨勢(shì).中齡林為先上升在下降趨勢(shì)，近熟林則為下降趨勢(shì).20-30cm，幼齡林、樹脂磷總磷含量呈上升趨勢(shì)，中齡林為“w”變化趨勢(shì)，近熟林為下降趨勢(shì).30-40cm，三種林型樹脂磷總磷含量“w”變化趨勢(shì).40-50cm，三種林型樹脂磷總磷含量呈現(xiàn)一直上升趨勢(shì).原因可能和溫度、降水有關(guān).土壤中的各種生物增加，從而增加了的樹脂磷總磷遷移轉(zhuǎn)化，并隨著水分逐漸向土壤深度滲透有關(guān).

2.4 不同林型全鉀含量變化趨勢(shì)

通過圖4a，4b，，4c，4d可以看出，2016年11月，沙地云杉幼齡林全鉀總體上呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì).中齡林和近熟林呈現(xiàn)降低趨勢(shì).2017年5月不同林型全鉀總體為中齡林>幼齡林>近熟林，5個(gè)層次上，三種林型都呈現(xiàn)隨著深度增加而降低的趨勢(shì);2017年8月幼齡林全鉀呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，中齡林和近熟林林呈現(xiàn)下降趨勢(shì).不同林型全鉀總體為中齡林>幼齡林>近熟林，2017年11月近熟林全鉀呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，中齡林和近熟林呈現(xiàn)降低趨勢(shì).不同林型全鉀總體為中齡林>幼齡林>近熟林.

通過表4可以看出，隨著時(shí)間的增加，0-10cm，幼齡林全鉀含量呈下降趨勢(shì)，中齡林為先上升后下降再上升趨勢(shì)，近熟林為先下降后上升趨勢(shì).10-20cm，幼齡林、中齡林和近熟林全鉀含量呈上升趨勢(shì).20-30cm，幼齡林、中齡林全鉀含量呈先上升后下降趨勢(shì)，近熟林為先下降后上升趨勢(shì).30-40cm，40-50cm幼齡林、中齡林和近熟林全鉀含量呈先上升后下降趨勢(shì)，這與楊麗麗等人研究結(jié)果相似[9].出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)殡S著時(shí)間由冷變熱，降水等增多，土壤中的各種生物增加，從而增加了鉀的遷移轉(zhuǎn)化，并隨著水分逐漸向土壤深度滲透有關(guān).

3 結(jié)論

（1）隨著時(shí)間增加，沙地云杉幼齡林、中齡林、近熟林5個(gè)層次的pH值，總體上都是幼齡林>近熟林>中齡林.隨著深度增加，五個(gè)層次的幼齡林pH值呈現(xiàn)先下降增加趨勢(shì)，中齡林和近熟林呈現(xiàn)下降趨勢(shì).

（2）隨著時(shí)間的增加，2017年5月0-10cm，10-20cm呈現(xiàn)近熟林>中齡林>幼齡林，而20-30cm，30-40cm，40-50cm呈現(xiàn)幼齡林>中齡林>近熟林.2017年8月各層次總體呈現(xiàn)近熟林>幼齡林>中齡林，2017年11月各層次總體呈現(xiàn)近熟林>中齡林>幼齡林.隨著深度增加，幼齡林硝態(tài)氮含量呈先下降后上升趨勢(shì)，中齡林和近熟林為先上升后下降再上升趨勢(shì).

（3）隨著時(shí)間增加，2017年5月不同林型樹脂磷總磷總體為幼齡林>中齡林>近熟林，2017年8月不同林型樹脂磷總磷總體為近熟林>中齡林>幼齡林，2017年11月不同林型樹脂磷總磷總體為中齡林>幼齡林>近熟林.隨著深度增加，幼齡林和近熟林呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)，中齡林呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì).

（4）隨著時(shí)間增加，2017年5月不同林型全鉀總體為中齡林>幼齡林>近熟林，2017年8月幼齡林全鉀呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，中齡林和近熟林林呈現(xiàn)下降趨勢(shì).2017年11月近熟林全鉀呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，中齡林和近熟林呈現(xiàn)降低趨勢(shì).隨著深度增加，三種林型的土壤全鉀呈現(xiàn)下降趨勢(shì).

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