不同年齡毛竹林養(yǎng)分分布及生物循環(huán)特征

夏傳格,寧 晨, 2,*,羅趙慧,鄧湘雯,2,閆文德,2,田大倫,2

1 中南林業(yè)科技大學(xué), 長沙 410004 2 南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室, 長沙 410004 3 生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所, 廣州 510535

毛竹(Phyllostachyspubescens)是我國重要的竹林資源類型,占竹林面積的70%,具有生長快、產(chǎn)量高、用途廣和可持續(xù)更新等特點(diǎn)[1]。近年來,毛竹林的種植面積不斷擴(kuò)大,國家需求量逐年增加,其用途也突破了傳統(tǒng)利用領(lǐng)域,已形成一個(gè)由資源培育到加工利用及出口創(chuàng)匯的新興產(chǎn)業(yè),并已成為山區(qū)農(nóng)民脫貧致富奔小康的有效途徑之一[2-3]。同時(shí),毛竹林還具有良好的固碳釋氧、保持水土等生態(tài)功能,其生態(tài)服務(wù)功能在我國森林生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位,在維系和促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮巨大作用[4]。

由于片面追求經(jīng)濟(jì)效益,許多竹闊混交林被改造為純林,由粗放經(jīng)營狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧s經(jīng)營狀態(tài)。隨著毛竹林的長期純林集約經(jīng)營,造成其土壤質(zhì)量和立地生產(chǎn)力不同程度退化,生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也逐漸降低[5- 6]。因此,毛竹林純林的地力維持,已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的問題[5]。森林生物量和生產(chǎn)力是森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能最基本的特征之一[7],對(duì)研究物質(zhì)生產(chǎn)和養(yǎng)分循環(huán)具有重要的科學(xué)價(jià)值[8]。而養(yǎng)分元素循環(huán)作為森林生態(tài)系統(tǒng)基本功能過程之一,是系統(tǒng)生產(chǎn)力及持久性的決定因素[9]。研究毛竹林生物量、生產(chǎn)力和營養(yǎng)元素循環(huán)特征,對(duì)保持毛竹林持續(xù)生產(chǎn)力具有重要作用。

有關(guān)竹林系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的研究已有報(bào)道,主要集中在竹林系統(tǒng)與水文特征相互影響的養(yǎng)分輸入和輸出[10-11],地上部分的養(yǎng)分積累與分布[12-13],凋落物養(yǎng)分含量與貯量[14],不同年齡營養(yǎng)器官養(yǎng)分分布與土壤環(huán)境的關(guān)系[15]。這些研究成果,為全面的掌握毛竹林營養(yǎng)狀況,科學(xué)的毛竹林養(yǎng)分管理,長期的維持毛竹林地生產(chǎn)力基礎(chǔ)的奠定作出了重要貢獻(xiàn)。然而,不同于一般樹木的生長,竹類在抽枝展葉形成幼竹后,即從量的生長轉(zhuǎn)為質(zhì)的生長,并隨年齡的增加,生物量和養(yǎng)分含量逐漸累積,并呈現(xiàn)出不同的養(yǎng)分循環(huán)和利用模式[16- 18]。目前關(guān)于不同年齡毛竹林養(yǎng)分分布及養(yǎng)分循環(huán)功能過程的研究還不夠系統(tǒng),與其他森林類型相比,仍需加強(qiáng)基礎(chǔ)性研究。本研究以湖南桃江縣桃花江林場的毛竹林作為研究對(duì)象,對(duì)不同年齡毛竹林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分分布格局和生物循環(huán)特征進(jìn)行了研究,旨為深入研究集約經(jīng)營毛竹純林立地長期生產(chǎn)力的維持提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并為毛竹林生態(tài)經(jīng)營和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地概況

桃江縣被稱為中國十大“竹子之鄉(xiāng)”,位于湖南省中部偏北(111°36′E—112°19′E,28°13′N—28°41′N),居資江中下游,處于雪峰山余脈,向洞庭湖平原過渡的環(huán)湖丘崗地帶。屬中亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤氣候,年均溫16.6 ℃,年均降雨量1400—2000 mm,土壤為山地紅壤,且土層淺薄。植被為中亞熱帶常綠闊葉林帶,自然植被主要有杉木(CunninghamiaLanceolata(Lamb.) Hook)、馬尾松(PinusmassonianaLamb.)、青岡櫟(Cyclobalanopsisglauca(Thunb.) Oerst)、毛竹(Phyllostachyspubescens)、茶樹(CamelliasinensisKuntze)、甜櫧(Castanopsiseyrei(Champ.ex Benth.) Tuch)等。研究區(qū)設(shè)在桃江縣桃花江林場。桃花江林場建于1958年,為國有林場,林場林地總面積1390 hm2,竹林面積 1000 hm2,毛竹總數(shù)300余萬株,為其支柱產(chǎn)業(yè)之一。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置和調(diào)查

在林場選取立地條件基本一致,生長健康的毛竹林地設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地。新造竹林在定植三年內(nèi),于每年的5月和7月進(jìn)行鋤草和松土,對(duì)成年的竹林每年于夏季進(jìn)行鉤梢,在冬季進(jìn)行挖山。依據(jù)對(duì)毛竹年齡的判別方法,以及在詢問林場員工毛竹栽種時(shí)間的基礎(chǔ)上,分別在1年生,3年生或5年生的毛竹株數(shù)占據(jù)了60%以上的竹林中設(shè)置20 m × 33.3 m的標(biāo)準(zhǔn)地各6 塊,共18塊。在各標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)進(jìn)行調(diào)查測定(只調(diào)查測定1年生、3年生或5年生毛竹,其他少數(shù)年齡的毛竹,不計(jì)算其內(nèi)),記錄毛竹株數(shù)、胸徑、株高等因子,經(jīng)計(jì)算后分別建立1年生、3年生和5年生為主的毛竹林標(biāo)準(zhǔn)地(表1),并在各不同年齡標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選出1年生、3年生或5年生平均木1 株,則1年生或3年生或5年生標(biāo)準(zhǔn)木各6株,共18株。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地竹林特征

2.2 生物量測定

毛竹地上各器官生物量采用“分層切割法”測定。將標(biāo)準(zhǔn)木以根竿交界處為界限,以1 m為區(qū)分段,分層截取竹竿、竹枝、竹葉,稱取鮮重,并分別取樣1.0 kg；地下根系采用挖掘法,在標(biāo)準(zhǔn)竹周圍0.5 m × 0.5 m范圍內(nèi)的土層挖出竹蔸、竹鞭和鞭根(分側(cè)根和須根),挖到無根為止,用水進(jìn)行細(xì)心漂洗,再在水中用篩子篩后撿出所有根系,風(fēng)干其表面水,稱取鮮重,各取樣1.0 kg。然后置于實(shí)驗(yàn)室80 ℃烘箱,烘干至恒重,求得含水率后,推算出毛竹單株生物量。

選擇在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)同齡毛竹相對(duì)集中的地方,布設(shè)死地被物層樣方(1 m × 1 m)各3個(gè),共設(shè)樣方54個(gè)。記錄各樣方內(nèi)灌木和草本植物種類后,采用“樣方收獲法”測定其生物量。死地被物層分為未分解、半分解和已分解層,分別稱其鮮重,并各取樣1.0 kg。所有樣品都帶回實(shí)驗(yàn)室,放置80 ℃烘箱,烘干至恒重,求得含水率后,推算出死地被物層生物量。

2.3 土壤樣品采集

在未挖取標(biāo)準(zhǔn)竹和采集土樣之前,用100 cm3環(huán)刀取各層原狀土,測定土壤容重,并用小鋁盒取土測定土樣含水率。

在標(biāo)準(zhǔn)地挖取標(biāo)準(zhǔn)竹的同時(shí),在標(biāo)準(zhǔn)竹周圍分別布設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn),按照0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm三個(gè)土層,分別取樣500 g,共采得土樣162個(gè)。除去夾雜石礫和根系等雜物,風(fēng)干后再用20目和100目過篩備用。

2.4 土壤理化性質(zhì)分析

土壤容重—環(huán)刀法;土壤和植物 N—半微量凱氏法, P—比色法, K—火焰光度法, Ca、Mg—原子吸收分光光度計(jì)(島津AA7000)測定

2.5 數(shù)據(jù)計(jì)算與分析

毛竹生產(chǎn)力估算：依據(jù)生物量和年齡可推算出毛竹林的生產(chǎn)力[17]。由于竹類植物均為爆發(fā)式生長,在出筍后不到一年里各器官已構(gòu)建成型,以后其生物量就趨于恒量。也就是說當(dāng)計(jì)算竹類生產(chǎn)力時(shí),竹類的年齡越大,常常導(dǎo)致推算出的平均生產(chǎn)力反而越低[18]。而鑒于1年生毛竹已換葉,葉量不計(jì)入生產(chǎn)力,3年生毛竹葉只換過一次,則以2年的葉量作為生產(chǎn)力,5年生毛竹葉換過2次,則以3年葉量作為生產(chǎn)力。凡1年生、3年生和5年生毛竹葉沒有計(jì)入生產(chǎn)力的葉量,而均將其計(jì)入歸還量內(nèi)。

各養(yǎng)分累積量計(jì)算公式為：

林分營養(yǎng)元素積累量(kg/hm2)=毛竹單株生物量 (6 株標(biāo)準(zhǔn)竹生物量的平均值)×林分中的株數(shù)(僅為1年生或3年生或5年生毛竹的株數(shù))×營養(yǎng)元素含量；

死地被物層營養(yǎng)元素積累量(kg/hm2)=(未分解層生物量×營養(yǎng)元素含量)+(半分解層生物量×營養(yǎng)元素含量)+(已分解層生物量×營養(yǎng)元素含量)；

土壤層營養(yǎng)元素積累量(kg/hm2) = 土壤容重(g/cm3)×土層深度(cm)×營養(yǎng)元素含量；營養(yǎng)元素總貯存量(kg/hm2)=營養(yǎng)元素各層積累量相加；

營養(yǎng)元素年吸收量(kg hm-2a-1)=年存留量+年歸還量；

營養(yǎng)元素年歸還量(kg hm-2a-1)=年凋落物量×營養(yǎng)元素含量；

營養(yǎng)元素年存留量(kg hm-2a-1)=年吸收量-年歸還量；

營養(yǎng)元素利用系數(shù)為吸收量與貯存量的比值；

循環(huán)系數(shù)為歸還量與吸收量的比值；

周轉(zhuǎn)時(shí)間(a)為營養(yǎng)元素總貯量 ÷ 歸還量。

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2010和SPSS 13.0軟件進(jìn)行處理和分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用單因子方差分析(ANOVA)和最小顯著差異法(LSD),對(duì)不同年齡毛竹林的營養(yǎng)元素積累量進(jìn)行比較,顯著性水平設(shè)定為a= 0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 毛竹林營養(yǎng)元素含量與貯量

由表2可知,毛竹不同年齡立竹葉片中營養(yǎng)元素含量不僅明顯高于其他器官,而且變化較大。其中N含量最高,為22.242—27.726 g/kg,K次之為13.527—18.728 g/kg,再次為Mg含量8.588—11.036 g/kg。Ca和P含量相對(duì)較低,分別為2.388—3.023 g/kg和1.342—2.247 g/kg。

不同年齡立竹各器官N、P、K的加權(quán)平均含量為1年生毛竹至3年生毛竹呈上升的趨勢,而生長到5年時(shí)卻表現(xiàn)出下降狀態(tài),如N元素,1年生毛竹各器官平均含量為8.188 g/kg,3年生毛竹上升為10.568 g/kg,至5年生毛竹卻下降為9.501 g/kg。但Ca和Mg平均含量卻隨竹齡的增大而增加,其平均含量分別為0.84 g/kg(1年生)<1.281 g/kg(3年生)<1.625 g/kg(5年生)和3.822 g/kg(1年生)<5.098 g/kg(3年生)<5.314 g/kg(5年生)。

從圖1中可以看出,毛竹林中營養(yǎng)元素總積累量為338.305—1104.715 kg/hm2,隨著年齡的增大而增加,營養(yǎng)元素積累量增加。從不同營養(yǎng)元素的總積累量來看,N、K的積累量最高,分別為117.553—374.695 kg/hm2、114.023—287.846 kg/hm2,其次是Mg(58.645—212.533 kg/hm2)和Ca(32.168—189.443 kg/hm2),以P(15.916—40.198 kg/hm2)最低。

毛竹林的地上部分各器官營養(yǎng)元素積累量的分配比率總體表現(xiàn)為竿(53.37%—65.31%)>葉(13.60%—21.06%)>枝(9.99%—12.97%)。而地下部分各器官營養(yǎng)元素積累量的分配率大小順序卻表現(xiàn)為,1年生毛竹林為蔸(5.86%)>鞭(5.08%)>側(cè)根(1.15%)>須根(0.51%)、3年生毛竹林為蔸(5.27%)>須根(1.70%)>鞭(1.43%)>側(cè)根(1.37%)、5年生毛竹林則為蔸(5.03%)>須根(4.85%)>側(cè)根(2.71%)>鞭(1.69%)。

3.2 死地被物層營養(yǎng)元素含量和貯量

由表3所示,不同年齡毛竹林中死地被物層營養(yǎng)元素含量均以N和Mg元素的含量最高,分別為7.606—15.697 g/kg和3.400—7.907 g/kg,其次為Ca和K元素含量為2.385—6.033 g/kg和0.950—6.921 g/kg,以P元素含量最低,為0.399—1.345 g/kg,且呈現(xiàn)出因毛竹林年齡不同,死地被物各層次的營養(yǎng)元素含量不同,并且在同一林齡毛竹林中亦隨層次的不同而異。

表2 不同年齡毛竹營養(yǎng)元素含量/(g/kg)

表3 毛竹林死地被物層營養(yǎng)元素含量(g/kg)

從圖2中看出,不同年齡毛竹林地死地物層中營養(yǎng)元素積累量以N為最多,達(dá)14.678—26.036 kg/hm2,其次為Mg 8.447—10.325 kg/hm2,P最低,僅為1.041—1.378 kg/hm2。各林齡林地死地被物層營養(yǎng)元素總積累量為37.685—46.939 kg/hm2,這些營養(yǎng)元素是竹林有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)元素的重要來源,它們在保持地力,提高森林生產(chǎn)力中起著特別重要的作用。

3.3 毛竹林地土壤營養(yǎng)元素含量與貯量

表4列出了毛竹林土壤層營養(yǎng)元素含量情況。其中土壤K元素含量最高,Mg次之,Ca含量最低。各元素含量排序?yàn)椋篕>Mg>N>P>Ca。各元素含量在土壤層中呈垂直分布,隨土壤深度增加而減小。從不同年齡毛竹林土壤元素均值分布看,P、Ca、Mg元素含量隨土層深度增加而逐漸減??；K元素隨土層深度增加而逐漸增加,說明在毛竹林土壤中K元素易被雨水淋溶而向下遷移；N元素含量變化隨土層深度增加并沒有表現(xiàn)出一致的規(guī)律性,表明竹林土壤N元素被淋溶向下遷移不明顯。

表4 毛竹林土壤營養(yǎng)元素含量/(g/kg)

圖2 毛竹林死地被物層營養(yǎng)元素積累量Fig.2 Nutrient accumulation of litter layers in different aged P. pubescens圖中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(n=18)；不同小寫字母表示同一年齡不同養(yǎng)分元素總累積量之間有顯著差異 (P<0.05)

從圖3可以看出,各毛竹林土壤中K元素的貯量顯著高于其他元素,其次為Mg元素的貯量,再次為N元素,以Ca元素最低。Ca元素貯量在各年齡毛竹林土壤中差異不顯著(P>0.05),且呈現(xiàn)元素貯量隨著土層的加深而增多的趨勢。相反,N元素貯量隨著土層的加深而減少。P和Mg元素在1年生毛竹林土壤中的平均貯量顯著高于3年生和5年生毛竹林(P<0.05),而K元素平均值在5年生毛竹林土壤中的貯量顯著高于3年生和1年生毛竹林(P<0.05)。

圖3 毛竹林土壤層營養(yǎng)元素貯量Fig.3 Nutrient accumulation in soil layers in different aged P. pubescens圖中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(n=18)；不同小寫字母表示同一年齡不同養(yǎng)分元素總累積量之間有顯著差異 (P<0.05)

3.4 毛竹林生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素的生物循環(huán)特征

由表5可知,毛竹林生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素年吸收總量為237.41—338.30 kg hm-2a-1,其中N和K元素吸收量較大,分別占吸收量的31.1%—37.6%和25.7%—41.8%。毛竹林總歸還量在20.84—86.47 kg hm-2a-1之間,歸還量以N最多,其次是K。年存留量為216.57—267.05 kg hm-2a-1,N存留量占總存留量的29.8%—33.9%,K則占26.1%—42.9%,P存留量最低,僅占3.3%—5.2%?？梢?毛竹林養(yǎng)分元素生物循環(huán)的特征表現(xiàn)為：具有較大的年吸收量、較小的年歸還量和較高的年存留量。

表5 毛竹林生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素生物循環(huán)/(kg hm-2 a-1)

從表6可以看出,毛竹林營養(yǎng)元素利用系數(shù)在0.27—1.00之間,而利用系數(shù)越小,則利用效率就高[19],5年生毛竹林營養(yǎng)元素利用效率高于3年生毛竹林和1年生毛竹林,以1 年生毛竹林的營養(yǎng)元素利用效率最低,表明1年生毛竹林維持高生產(chǎn)力需要消耗更多的養(yǎng)分元素。

養(yǎng)分循環(huán)系數(shù)越大,林木對(duì)土壤庫營養(yǎng)元素的消耗就越小。從循環(huán)系數(shù)看,研究區(qū)毛竹林營養(yǎng)元素循環(huán)系數(shù)為0.09—0.25(表6)。從不同年齡的毛竹林對(duì)土壤營養(yǎng)元素的消耗看,3年生毛竹林各元素的循環(huán)系數(shù)均高于1年生和5年生,可見,在毛竹生長初期或后期,林木對(duì)土壤庫營養(yǎng)元素的消耗較小。在3年生毛竹林中,林木對(duì)N和Mg元素的消耗量小于其他元素。

1年生毛竹林營養(yǎng)元素的周轉(zhuǎn)期為6.17年,3年生毛竹林為40.33年,5年生毛竹林為18.38年。表明3年生毛竹林養(yǎng)分循環(huán)速率低,周轉(zhuǎn)時(shí)間慢,消耗的土壤養(yǎng)分元素多。

綜上所述,正是因?yàn)槊窳志哂休^大的養(yǎng)分利用系數(shù)、較小的循環(huán)系數(shù)和較長的周轉(zhuǎn)時(shí)間,從維持毛竹林生產(chǎn)力說,毛竹林相比其他常見樹種有需要投入更多的養(yǎng)分元素和更科學(xué)化的精細(xì)管理和經(jīng)營。

表6 毛竹林營養(yǎng)元素循環(huán)參數(shù)

4 結(jié)論與討論

4.1 毛竹林營養(yǎng)元素含量與貯量

研究表明各營養(yǎng)元素在毛竹不同器官的含量有明顯的不同,而且各器官中營養(yǎng)元素的含量隨著竹齡的變化而變化,其含量高低與器官的代謝活動(dòng)和營養(yǎng)元素的特性有關(guān)[19]。

比較不同地區(qū)毛竹各組分營養(yǎng)元素含量可知,毛竹各組分中元素含量會(huì)隨分布地理位置、立地條件和氣候環(huán)境因子不同而存在差異。湖南桃江毛竹葉、竿、枝、鞭中N和Mg的含量明顯高于其他地區(qū)[12,15,20],而葉中P、K、Ca含量分別低于浙江臨安[12]、福建永安[15]和福建南靖[20]；竿和鞭中P含量除低于福建永安外,N、K、Ca、Mg含量均高于浙江臨安和福建南靖；枝中K含量低于浙江臨安[12]外,其余元素含量均高于福建永安和福建南靖。

再將毛竹各組分元素含量與同一地區(qū)其他植物進(jìn)行比較,結(jié)果表明,桃江毛竹葉中N、P、K、Mg含量、地下鞭和根中K的含量及毛竹各組分中Mg的含量均比杉木[21]、馬尾松[22]和樟樹[23]葉中對(duì)應(yīng)元素高?？梢?這些元素在毛竹器官中的代謝功能很旺盛。Ca在毛竹葉中的含量卻遠(yuǎn)低于杉木葉[21]和樟樹葉[23],僅與馬尾松葉[22]接近,毛竹竿中Ca含量卻高于杉木干[21]、馬尾松干[22]和樟樹干[23],表明毛竹竿中固定Ca較多。

比較其他地區(qū)毛竹林營養(yǎng)元素(N、P、K 、Ca、Mg)積累量可知,本研究1年生毛竹林營養(yǎng)元素積累量338.31 kg/hm2低于閩南毛竹林營養(yǎng)元素積累量[20],但3年生和5年生毛竹林營養(yǎng)元素積累量高于閩南毛竹林的營養(yǎng)元素積累量[20]；閩西北毛竹林營養(yǎng)元素積累量[5]高于本研究區(qū)1年生和3年生毛竹林的營養(yǎng)元素積累量,而低于5年生毛竹林的營養(yǎng)元素積累量；湖南省會(huì)同毛竹林營養(yǎng)元素積累量為1310.25 kg/hm2[24],均比本研究區(qū)毛竹林的營養(yǎng)元素積累量高?？梢?毛竹林營養(yǎng)元素積累量與毛竹林生物量和其營養(yǎng)元素含量有關(guān)。

若與其他竹類植物的營養(yǎng)元素積累量進(jìn)行比較,可以看出,青皮竹林(Bambusatextilis)[25]營養(yǎng)元素積累量低于本研究區(qū)5年生毛竹林；綠竹林(Dendrocalamopsisoldhami)[26]營養(yǎng)元素積累量與本研究3年生營養(yǎng)元素積累量接近,而高于1年生毛竹林營養(yǎng)元素積累量,低于5年生毛竹林營養(yǎng)元素積累量。這表明,同為竹類植物,種類不同,其營養(yǎng)元素積累量仍與生物量和營養(yǎng)元素含量存在相關(guān)關(guān)系。

4.2 土壤層營養(yǎng)元素含量和貯量

土壤是森林植被存在與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),影響土壤的形成和發(fā)育[27]。林木生長所需的養(yǎng)分主要來自于土壤,因此土壤養(yǎng)分高低對(duì)林木生長發(fā)育起著關(guān)鍵作用[28],是毛竹林生長發(fā)育的必要條件。

桃江毛竹林地土壤N含量處于0.68—2.09 g/kg之間,這一數(shù)值與周云娥等[29]研究結(jié)果接近,而低于丁正亮等[2]、黃承標(biāo)等[30]和羅治建等[31]研究結(jié)果,高于劉廣路等[5]和黃啟堂等[32]等研究結(jié)果。本研究中土壤P含量與黃作舟[33]研究結(jié)果近似,而低于黃承標(biāo)等[30]和丁正亮等[2]研究結(jié)果,高于黃啟堂等[32]和劉廣路等[5]研究結(jié)果。土壤含K含量在2.90—5.23 g/kg 之間,遠(yuǎn)低于全國土壤的含K量[34]以及劉廣路等[5]和黃啟堂等[32]對(duì)研究結(jié)果,但高于周云娥等[29]研究結(jié)果。土壤Ca、Mg含量分別為0.20—0.42 g/kg、2.00—2.79 g/kg,低于長江以南紅壤區(qū)的Ca、Mg含量[35],但在華中紅壤Ca、Mg含量范圍內(nèi)[35]。

桃江毛竹林土層中N和P貯量明顯高于福建永安毛竹林土層[15],但K的貯量卻遠(yuǎn)低于該地區(qū)毛竹林土層,呈現(xiàn)出數(shù)量級(jí)的差異。K能增加植物細(xì)胞的膨壓,使細(xì)胞富有彈性,能更好地調(diào)節(jié)氣孔的張開和關(guān)閉,有利于光合作用的順利進(jìn)行,因而土壤中的K與植物葉中的N 和P密切相關(guān)[36]。不同撫育方式也會(huì)影響土壤中的K的貯量。嚴(yán)晨[37]建議對(duì)毛竹林的撫育方式上,應(yīng)大力推廣劈草撫育,謹(jǐn)慎采用化學(xué)除草和淺鋤撫育,杜絕深翻撫育,以促進(jìn)毛竹林生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)性生產(chǎn)力和穩(wěn)定性的提高。

4.3 毛竹林營養(yǎng)元素循環(huán)特征

本研究中不同年齡毛竹林營養(yǎng)元素存留量在216.57—267.05 kg hm-2a-1之間,低于福建省永安市集約經(jīng)營的毛竹純林[5],但高于廣西馬尾松林和濕地松林[22]以及會(huì)同杉木林營養(yǎng)元素的年存留量[21]。表明營養(yǎng)元素在不同類型森林中的存留量是有所差異的。

本研究中毛竹林的年吸收量要遠(yuǎn)大于亞熱帶常見的樹種馬尾松、濕地松和杉木的吸收量；歸還量要低于馬尾松、濕地松和杉木；存留量遠(yuǎn)高于馬尾松、濕地松和杉木[38-39],且與閩西北不同類型毛竹林養(yǎng)分元素生物循環(huán)特征一致[4]?？梢?毛竹林養(yǎng)分元素生物循環(huán)的特征表現(xiàn)為：具有較大的年吸收量、較小的年歸還量和較高的年存留量。

與其他毛竹林類型和森林類型養(yǎng)分元素生物循環(huán)的比較發(fā)現(xiàn),1年生毛竹林P、K年循環(huán)總量高于閩西北毛竹林等其他森林[5],N年循環(huán)總量僅低于閩西北竹闊和竹針混交林,而高于馬尾松、杉木和濕地松林[23-24,40],Mg年循環(huán)總量只低于5年生毛竹林卻高于馬尾松、杉木和濕地松林,Ca年循環(huán)總量除稍高于3年生毛竹林外,均低于馬尾松、杉木和濕地松林；3年生毛竹林除K、Mg年循環(huán)總量稍微高外,其余N、P、Ca年循環(huán)總量均較低于馬尾松、杉木和濕地松林；5年生毛竹林Mg年循環(huán)總量均高于馬尾松、杉木和濕地松林,N年循環(huán)總量稍低于閩西北竹闊、竹針混交林[5]和1年生毛竹林,P、K循環(huán)總量除低于閩西北毛竹純林、竹闊和竹針混交林[5]外,而高于馬尾松、杉木和濕地松林,Ca循環(huán)總量相對(duì)較低,與16年生濕地松林[24]和第2代杉木林[40]的循環(huán)總量差異較大。

研究區(qū)毛竹林營養(yǎng)元素循環(huán)系數(shù)為0.09—0.25,高于閩西北不同類型毛竹林[5],但低于馬尾松林和濕地松林[39]。表明毛竹林比馬尾松和濕地松需要的養(yǎng)分多,維持地力的能力較差,消耗的養(yǎng)分多。尤其是毛竹純林自肥的能力差[41]。據(jù)徐秋芳等[40]研究表明,毛竹消耗土壤養(yǎng)分很高,有的加上挖筍又帶走了大量營養(yǎng),僅靠毛竹本身的生物循環(huán)將不能滿足林地土壤自肥的需求,因而應(yīng)適時(shí)適當(dāng)對(duì)土壤施肥以補(bǔ)充營養(yǎng)的不足,特別是施用有機(jī)肥十分重要。

營養(yǎng)元素的周轉(zhuǎn)期是植物與土壤之間元素的生物循環(huán),是以凋落物作為中間轉(zhuǎn)移的一個(gè)過渡環(huán)節(jié)。本研究中1年生、3年生和5年生毛竹林營養(yǎng)元素的周轉(zhuǎn)期分別為6.17年40.33年和18.38年。1 年生和5年生毛竹林營養(yǎng)元素的循環(huán)周轉(zhuǎn)時(shí)間比閩西北毛竹純林短,而3年生毛竹林養(yǎng)分周轉(zhuǎn)期卻比閩西北毛竹純林長[5]。表明3年生毛竹林養(yǎng)分循環(huán)速率低,周轉(zhuǎn)時(shí)間慢,消耗的土壤養(yǎng)分元素多。

綜上所述,正是因?yàn)槊窳志哂休^大的養(yǎng)分利用系數(shù)、較小的循環(huán)系數(shù)和較長的周轉(zhuǎn)時(shí)間,從維持毛竹林生產(chǎn)力說,毛竹林相比其他常見樹種有需要投入更多的養(yǎng)分元素和更科學(xué)化的精細(xì)管理和經(jīng)營[5]。