全 文 ：第 37卷 第 6期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol.37 No.6
2009年 6月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Jun.2009
小兴安岭林区云冷杉林生长状况与土壤性质 1)
李文影 满秀玲
(东北林业大学 ,哈尔滨 , 150040)
摘 要 通过对小兴安岭林区云冷杉林的对比分析 ,探索云冷杉林演替特征及土壤变化趋势 , 以达到对云冷
杉林的合理经营与定期监测的目的 。结果表明:云冷杉林地上层土壤密度均小于下层土壤密度 , 土壤孔隙度 、土壤
水分含量均是上层大于下层。死亡云冷杉林土壤密度与生长良好的云冷杉林相比呈下降趋势 ,由 0.75g· cm-3降
至 0.49g· cm-3;土壤孔隙度呈增加趋势 , 由 70.73%增至 80.77%;有机质、水解N呈上升趋势,速效钾、速效磷质量
分数则呈下降趋势。生长良好的云冷杉林各种水分常数均低于严重死亡的云冷杉林, 且达差异显著水平(p<0.05)。结
果揭示出云冷杉生长状况变化对土壤性质的影响和云冷杉对土壤性质变化的反应。
关键词 小兴安岭;云冷杉林;土壤性质;生长;监测
分类号 S791.14:S714.2
SoilPropertiesandGrowthofSpruce-firForestinXiaoxing anMountains/LiWenying, ManXiuling(Collegeof
Forestry, NortheastForestryUniversity, Harbin150040, P.R.China)//JournalofNortheastForestryUniversity.-
2009, 37(6).-1 ～ 3Acomparativeanalysisofdifferentgrowthstatusofspruce-firforestsinXiaoxing anMountainswasconducted.The
relationshipsbetweenthesuccessioncharactersofspruce-firanditssoilpropertieswereanalysedinordertorealizerational
managementandregularmonitoring.Resultsshowedthatthesoilbulkdensityoftheupperlayerwaslessthanthatofthe
subsoil, whilethesoilporosityandsoilwatercontentoftheupperlayerweremorethanthoseofthesubsoil.Compared
withthewell-grownspruce-firforest, thesoilbulkdensityofthedeadspruce-firforestdecreasedfrom0.75to0.49g· cm-3 ,andthesoilporosityincreasedfrom70.73percentto80.77percent.Thecontentsoforganicmatterandhydrolyzednitro-
genexhibitedanincreasingtendency, whilethecontentsofavailablephosphorusandavailablepotassiumshowedadecrea-
singtendency.Therewasasignificantdiferenceinsoilmoistureconstantsbetweenwell-grownanddeadspruce-firforests,
whichindicatestheeffectofthegrowthstatusofspruce-firforestonsoilpropertiesandalsotheresponseofspruce-firforesttothechangingsoilproperties.
Keywords Xiaoxing anMountains;Spruce-firforests;Soilproperties;Growth;Monitoring
云冷杉林是由云杉属(Picea)和冷杉属(Abies)的树种组成
的常绿 、阴暗 、潮湿的森林群落 [ 1]。小兴安岭林区云冷杉林是
黑龙江省重要的森林群落之一 , 在水源涵养 、护岸保土和风景
游憩等方面起重要作用 [ 2] 。但自 20世纪 90年代以来 ,伊春地
区陆续出现云冷杉林大片死亡的现象。伊春林区属于岛状多
年冻土区小兴安岭低山丘陵岛状冻土亚区 [ 3-4] ,是谷地云冷杉
林天然分布的南界 ,随着全球气温的不断升高, 谷地云冷杉林
的天然南界势必要北移 ,多年冻土融化 ,使谷地云冷杉林的生
境发生很大变化 [ 5] 。本研究以小兴安岭林区云冷杉林作为研
究对象 ,较详细地调查了林下土壤状况 ,对不同生长状况的云
冷杉林土壤性质进行了对比研究 ,旨在揭示不同生长状况云冷
杉林下的土壤状况 ,以及探索云冷杉林演替特征及土壤变化趋
势 ,为保护 、经营管理和定期监测云冷杉林提供科学依据。
1 研究区概况
凉水国家自然保护区位于小兴安岭山脉东南段 , 达里带
岭支脉的东坡 , 其地理坐标为经度 128°48′30″～ 128°55′50″;
纬度 47°7′39″～ 47°14′22″,在地形上基本是低山丘陵。 平均
海拔 400 ～ 600m,气候类型为温带大陆性季风气候 。总的特
1)国家自然科学基金(30771713)。
第一作者简介:李文影 ,女 , 1981年 4月生 ,东北林业大学林学
院 ,在读硕士研究生。
通信作者:满秀玲 , E-mail:mannefu@ 163.com。
收稿日期:2009年 2月 22日。
责任编辑:戴芳天。
点是:冬季漫长而干燥 , 夏季温和而多雨;秋季霜冻早 , 降温
快。年平均气温 -0.3℃[ 6] , 年均降水量 676mm,年平均蒸发
量 805mm。年日照时数 1 850 h左右 , 日照率 43.5%。该区
地带性植被是以红松为主的针阔混交林 ,在低湿的谷地分布
有成片的云冷杉林 , 土壤类型主要为山地暗棕壤 [ 7] 。
2 方法
2007年在凉水试验林场 , 根据云冷杉生长和分布状况 ,
分别选择生长良好和存在严重死亡的地块设置标准地。标准
地面积为 20m×30m。同年 6月份对每块标准地内林木进行
每木检尺 ,测定林分平均胸径和平均树高 ,并在林下设定 3个
1m×1m的小样方 , 在每个小样方内对草本层 、灌木层植被
的种类 、数量 、高度和盖度进行调查。在每个样地的典型地段
设置 3个取样点 ,挖土壤剖面 ,从地表向下按 0
cm
量和田间持水量。用重铬酸钾氧化—外加热法测定土壤有机
质(LY/T1237— 1999)、用碱解扩散法测定速效氮(LY/T
1299— 1999)、用醋酸铵浸提—火焰光度法测定速效钾(LY/T
1236— 1999)、用盐 酸—硫酸浸提法测 定速效磷 (LY/T
1233— 1999)。采用 MicrosoftExcel和 SPSS软件对数据进行
统计分析。
3 结果与分析
3.1 生长状况分析
根据云冷杉生长状况设置了 2块样地 , 进行了相关调查 ,
结果见表 1。通过调查可知 , 样地Ⅰ 林地潮湿 , 但未积水 , 云
冷杉生长良好 , 没有死亡现象 , 林内伴生树种为白桦和赤杨 ,
灌木平均盖度为 32%, 草本平均盖度为 93%。样地Ⅱ林地土
壤湿润 , 局部有积水 , 云冷杉死亡率达 50.62%;同样地Ⅰ 相
比 , 伴生树种种类增加 , 增加树种为白桦 、赤杨 、稠李和红松 ,
植物多样性增加 , 灌木 、草本平均盖度分别为 53%、61%。
表 1 云冷杉生长状况基本调查
样地
类型
平均树高 /
m
平均胸径 /
cm
死亡
率 /%
郁闭
度
冻层深
度 /cm
Ⅰ 13.82±0.66 19.47±0.34 0 0.97 45.00
Ⅱ 7.94±0.67 11.65±1.13 50.62 0.45 49.50
注:生长良好用 “Ⅰ ”代替 ,严重死亡用 “Ⅱ ”代替,下同。
从更新状况来看 , 样地Ⅱ幼苗更新状况好于样地Ⅰ , 这可
能与云冷杉死亡后林地内水 、光 、气等环境条件的改变有利于
云冷杉幼苗更新有关 。土壤和植被之间相互作用 ,互为动力 ,
植被改善土壤条件的同时 , 也为其自身的生长 、演替创造了条
件。死亡云冷杉林土壤物理性状可以在一定程度上反映其自
然演替过程对其定居的土壤环境条件的需求。
3.2 土壤水分物理性质
3.2.1 土壤密度和孔隙度
由表 2可以看出 , 随着土层深度增加 ,样地Ⅰ与样地 Ⅱ土
壤密度逐渐增大 , 土壤非毛管孔隙度 、毛管孔隙度和总孔隙度
逐渐减小。与 15cm
cm-3 ,样地Ⅰ和样地Ⅱ 30cm
因此 , 随着土层深度的增加土壤密度逐渐增大。但土壤密度
升高程度样地 Ⅰ >样地Ⅱ , 这可能与演替进来树种有关。同
层比较 ,土壤密度均是样地Ⅰ>样地Ⅱ,在 15cm
树种演替进来 , 垂直结构逐渐合理 , 通风透光良好 ,林地内水 、
光 、气等环境条件得到改善 , 生物多样性增大 , 凋落物种类增
多 ,有利于微生物繁衍 , 枯枝落叶分解加快 , 改善了土壤性质 ,
因此土壤密度减小。同时 ,云冷衫林在土壤下层时 ,对土壤密
度条件要求相对较高 ,而在土壤上层则相对不严格。
表 2 云冷杉林土壤密度和孔隙度
样地
类型
土层深度
(h)/cm
密度 /
g· cm-3
总孔隙
度 /%
毛管孔
隙度 /%
非毛管
孔隙度 /%
毛管 /非毛管
孔隙度比值
Ⅰ 15
管孔隙为主 [ 8-10] 。森林凋落物积累于地表 , 腐烂后形成较厚
的腐质殖层;同时根系在林地上层分布较密集 , 促进了土壤发
育 , 改善了土壤结构 , 所以土壤孔隙发达。与 15 cm
低了 21.75%, 样地Ⅱ降低了 10.87%;非毛管孔隙度样地 Ⅰ
降低了 6.09%,样地Ⅱ降低了 2.89%;毛管孔隙度与非毛管
孔隙度比值样地Ⅰ升高了 7.89, 样地Ⅱ降低了 6.05。对同一
区的不同层次的孔隙度进行方差分析 , 结果显示 ,样地Ⅰ两层
次之间的总孔隙度 、毛管孔隙度 、非毛管孔隙度差异均达到极
显著水平(p<0.01), 而样地Ⅱ两层次之间差异不显著。 同
一深度土层比较 , 15cm
30cm
Ⅱ之间差异均达到显著水平(p<0.05)。样地Ⅰ与样地Ⅱ之
间土壤孔隙度有一定差异 ,反映了不同生长状况的云冷杉根
系与土壤孔隙度间相互作用能力的差异。
3.2.2 土壤水分含量
土壤水分作为植物生存的基本生活因子 , 影响着植物的
个体发育 [ 11] 。由表 3可以看出 , 样地Ⅰ与样地Ⅱ 15cm
量均是样地Ⅰ <样地Ⅱ , 对同一区的不同层次土壤水分含量
的方差分析显示 , 差异均达到极显著水平(p<0.01)。同一
深度土层比较 , 土壤含水量 、饱和持水量 、毛管持水量 、田间持
水量均是样地Ⅰ<样地Ⅱ,且差异均达到显著水平(p<0.05),
产生这种结果的原因可能是样地Ⅱ郁闭度低 , 林地内水 、光 、
气等环境条件得到改善 , 冻层融化 ,有利于微生物活动及植物
生长 ,致使土壤密度减少 , 孔隙度增加 , 从而土壤水分含量增
大。这说明云冷杉的生长状况与土壤含水量 、饱和持水量 、田
间持水量 、毛管持水量存在密切关系 , 与文献 [ 5]的研究结果
相吻合。
表 3 样地Ⅰ与样地Ⅱ土壤 15cm
类型
土层深度
(h)/cm
土壤含
水量 /%
最大持水
量 /%
田间持水
量 /%
毛管持水
量 /%
Ⅰ 15
3.3.1 土壤有机质
土壤有机质是土壤中各种营养元素 , 特别是 N和 P的重
要来源 , 同时它也是土壤微生物不可缺少的碳源 [ 12] 。由于林
木生长状况不同 , 地表凋落物的数量及各土层植物根系分布
状况和数量也不同 , 因此 ,不同生长状况及同一生长状况各土
层间的有机质质量分数存在一定差异。由表 4可以看出 , 样
地Ⅰ与样地Ⅱ土壤有机质质量分数均随土层加深而逐渐减
少 ,样地 Ⅰ在 26.93% ～ 47.13%范围内 , 只有 30cm
67.72%范围内 ,各层土壤间差异均显著。这是因为大量的枯
枝落叶在环境条件适宜及微生物和动物的作用下 , 发生一系
列的化学变化 , 形成土壤腐殖质;随着土层加深 , 腐殖质质量
分数减少 , 有机质质量分数也随之减少。同层土壤比较 ,有机
质质量分数均是样地Ⅰ <样地Ⅱ。方差分析结果显示, 0
生长状况与土壤有机质质量分数在土壤表层关系比较密切。
这可能是云冷衫严重死亡后 , 其郁闭度降低 ,蒸发量增大 , 有
2 东 北 林 业 大 学 学 报 第 37卷
利于微生物繁衍 , 土壤有机质腐殖化程度提高 , 而且有机质在
土壤表层富集的结果 。
表 4 样地Ⅰ与样地Ⅱ不同土层的有机质质量分数
样地
类型
土层深度
(h)/cm
有机质质
量分数 /%
样地
类型
土层深度
(h)/cm
有机质质
量分数 /%
Ⅰ 0
水解氮能较好地反映出近期土壤氮素供应状况和氮素释
放率 [ 13] ,由于林木生长状况不同 , 凋落物数量及分解速度不
同 , 水解氮质量分数也有差异。由表 5可以看出 ,水解氮质量
分数随着土层深度增加逐渐减少 , 0
361.32mg· kg-1 、样地 Ⅱ在 337.99 ～ 343.89 mg· kg-1范围
内。但 30cm
示差异显著(p<0.05)。同一深度土层比较 , 0
同 , 矿物质的分解和养分累积程度不同 , 速效磷质量分数也有
差别。由表 5可以看出 , 速效磷质量分数随着土层加深先减
少后增加 , 样地Ⅰ与样地Ⅱ各层之间差异均显著(p<0.05),
样地Ⅰ在 0.80 ～ 3.29mg· kg-1范围内 , 样地Ⅱ在 0.53 ～ 2.30
mg· kg-1范围内。同一土层深度比较 , 0
钾素是植物生长所必需的营养元素之一 , 植物所能利用
的钾是速效钾 , 它能真实反映土壤中钾素的供应情况 [ 15] 。由
表 5可以看出 , 速效钾质量分数随着土层深度增加逐渐减少 ,
0
113.68 ～ 150.65mg· kg-1范围内。同一深度土层比较 , 0
地Ⅱ 0
样地类型 土层深度(h)/cm
速效 N质量
分数 /10-6
速效 P质量
分数 /10-6
速效K质量
分数 /10-6
Ⅰ 0
表层有效养分被雨水冲刷而流失。 15cm
Ⅰ >样地Ⅱ ,这可能与云冷杉死亡后 ,新树种演替进来及幼苗
更新状况有关。云冷杉死亡后 , 林地内环境条件得到改善 , 有
利于合成水解氮微生物的繁衍 , 并且演替进来的树种根系发
达 ,对有效养分的吸收较多。
4 结论
土壤作为植被演替中环境的主要因子 ,其基本属性和特
征必然影响群落演替 , 因此 , 植被演替过程 , 也是植物对土壤
不断适应和改造的过程。而土壤理化性质是植被演替的重要
驱动力之一。在死亡云冷杉林里 , 有一些阔叶树种演替进来 ,
这也是环境积累性变化的结果。云冷杉林地上层土壤密度均
小于下层土壤密度 , 土壤孔隙度 、土壤水分含量均是上层大于
下层。通过与生长状况良好的云冷杉林进行对比得知 , 死亡
云冷杉林各层土壤密度呈下降趋势 , 土壤孔隙度 、土壤水分含
量均呈增加趋势;有机质 、水解氮呈明显上升趋势 , 速效钾 、速
效磷质量分数呈下降趋势 ,体现了云冷杉生长状况对土壤性
质的影响。云冷杉是喜阴树种 , 幼苗耐光性弱 ,难以在林下更
新 ,所以以喜湿树种为主的阔叶林更易演替进来 ,演替过程也
是植物对土壤环境不断适应和不断改造 ,以及不同植物在不
同土壤化学环境下相互竞争的过程。
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3第 6期 李文影等:小兴安岭林区云冷杉林生长状况与土壤性质