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Leaf Litter Decomposition and Its Relationship with Soil Properties in Betula alnoides and Eucalyptus urophylla × E. grandis

西南桦和尾巨桉凋落叶分解及其与土壤性质的相关性



全 文 :林业科学研究 2016,29(2):202 208
ForestResearch
  文章编号:10011498(2016)02020207
西南桦和尾巨桉凋落叶分解及其与
土壤性质的相关性
郝 建1,2,莫慧华1,2,黄弼昌3,周燕萍3,蔡道雄1,2
(1.中国林业科学研究院热带林业实验中心,广西 凭祥 532600;2.广西友谊关森林生态系统定位观测研究站,
广西 凭祥 532699;3.天峨县林朵林场,广西 天峨 547300)
收稿日期:20150609
基金项目:广西科学研究与技术开发计划项目:广西速生、珍优树种选择与营林可持续发展的研究(桂科攻11217003).
作者简介:郝 建,工程师.主要研究方向:主要从事南亚热带人工林培育科研工作.Email:xuzhouhaojian@126.com.
 通讯作者.
摘要:[目的]探讨南亚热带西南桦和尾巨桉人工纯林的凋落叶分解动态及其与土壤化学性质之间的相关关系。
[方法]采用原位分解袋法研究凋落叶的分解过程。[结果]表明:西南桦、尾巨桉人工林凋落叶分解系数分别为
096a-1和0.88a-1。在为期12个月的分解试验中,2种凋落叶有机C含量在整个分解过程中呈逐渐下降趋势;全
K含量和C/N比在分解前期迅速下降,之后趋于平缓;全N含量和全 P含量在整个分解过程中呈逐渐上升趋势;2
种凋落叶N/P比则呈先升高后下降的趋势。无论是分解前期还是分解后期,凋落叶质量损失与N含量均呈显著正
相关(前期R=0.877;后期R=0.855),与C/N均呈显著负相关(前期R=-0.735;后期R=-0.697)。与尾巨桉林
地土壤性质相比,西南桦凋落叶分解提高了林地0 10、10 20cm土壤的有机 C、全 N、全 P、全 K、N/P,对20
30cm土壤有机C、全K、pH值、C/N、N/P则未产生显著影响。相关分析表明:凋落叶初始有机 C含量与土壤有机
C、全N、全P、全K、N/P显著相关;凋落叶初始全N含量与土壤全 N、pH值、C/N显著相关。[结论]凋落叶的养分
含量与土壤养分的关系紧密;与尾巨桉相比,西南桦凋落叶的养分含量明显较高,分解速率更快,释放到土壤中的养
分也更多。
关键词:西南桦;尾巨桉;凋落叶;养分含量;分解速率;化学性质;南亚热带
中图分类号:S714 文献标识码:A
LeafLiterDecompositionandItsRelationshipwithSoilPropertiesin
BetulaalnoidesandEucalyptusurophyla×E.grandis
HAOJian1,2,MOHuihua1,2,HUANGBichang3,ZHOUYanping3,CAIDaoxiong1,2
(1.ExperimentalCenterofTropicalForestry,ChineseAcademyofForestry,Pingxiang 532600,Guangxi,China;2.GuangxiYouyiguanForest
EcosystemResearchStation,Pingxiang 532699,Guangxi,China;3.LinduoForestFarmofTian’eCounty,Tian’e 547300,Guangxi,China)
Abstract:[Objective]Tostudythedecompositiondynamicsofleafliteranditsrelationshipwithsoilchemical
propertiesintwoyoungplantationstands(monoculturesofBetulaalnoidesandEucalyptusurophyla×E.gran
dis)insubtropicalChina.[Method]Thedecompositionprocessesofleafliterweremeasuredusingmeshnylon
bagmethod.[Result]ThedecompositioncoeficientsofleafliterofB.alnoidesandE.urophyla×E.grandis
were0.96a-1and0.88a-1,respectively.Duringthe12monthdecomposition,theorganiccarboncontentsde
clinedgradualyinthetwoleafliter.ThetotalKandC/Nratiorapidlydecreaseattheearlystage,andtendedto
wardsstabilitythereafter.ThetotalNandtotalPinthetwoleafliterincreasedgradualy,whereastheN/Pratio
increasedatfirstandthendecreasedthroughouttheentiredecomposition.Inbothearlyandlatephaseofdecom
position,thedrymasslossoftheleafliterwascorrelatedpositivelywiththeNcontents(R=0.877and0.855,
respectively),andanegativerelationwasobservedwithC/Nratio(R=-0.735and-0.697,respectively).
第2期 郝 建,等:西南桦和尾巨桉凋落叶分解及其与土壤性质的相关性
ComparedwiththeE.urophyla×E.grandisstand,theB.alnoideshadsignificantlyhighercontentsofsoilor
ganiccarbon(SOC),totalN,totalP,totalKaswelashigherN/Pratioin0-10and10-20cmsoildepth.
However,theliterdecompositionhadnosignificantefectsonSOC,totalK,pH,C/NratioandN/Pratioin20
-30cmsoildepth.ThecorrelationanalysisrevealedthattheorganicCofleafliterwassignificantlyrelatedto
SOC,totalN,totalP,totalKandN/Pratio,whereasthetotalNofleafliterwassignificantlyrelatedtosoiltotal
N,pHandC/Nratio.[Conclusion]Thenutrientcontentsofleafliterwerefoundtobesignificantlycorrelated
withthesoilnutrientcondition.ComparedwiththeE.urophyla×E.grandis,thenutrientcontentsofleafliter
weresignificantlyhigherinB.alnoides,andsubsequently,fasterdecompositionrateofleafliterresultedinhigh
ersoilnutrientcontents.
Keywords:Betulaalnoides;Eucalyptusurophyla×E.grandis;leafliter;decompositionrate;nutrientcontent;
chemicalproperties;subtropicalChina
森林凋落物通过分解参与森林生态系统物质循
环和能量转换,逐步把养分输入给土壤[1],影响土壤
的理化性质、养分及生物活性。凋落物分解速率的
高低在一定程度上影响了土壤的养分状况[2-3],加
快其分解,可促进养分循环,改善土壤肥力。在我国
南亚热带地区,人工造林、再造林已成为森林培育和
经营的重要方式;然而,随着大规模、持续单一人工
针叶林如马尾松(PinusmasonianaLamb.)和杉木
(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)等或桉
树(Eucalyptussp.)等外来树种短周期工业用材林的
发展,造成了诸如生物多样性减少、土壤退化、生态
系统稳定性降低等问题[4]。为促进人工林的多目标
经营,提高人工林的生态功能和经济价值,许多乡土
珍贵阔叶树种如西南桦(BetulaalnoidesBuch.
-Ham.exD.Don)、格木 (Erythrophleum fordi
Oliv.)、红椎(CastanopsishystrixMiq.)等,逐渐被用
于亚热带人工林营建的生产实践中[5]。近年来,
有关不同林分对土壤养分影响方面的研究在国内
外已有报道;然而,对乡土珍贵树种和外来树种用
于人工林营建后凋落物养分状况与土壤养分关系
的研究仍相对缺乏。西南桦是广西重要的优良乡
土树种,具有速生、适应性强、材性上等和经济效
益好等特点;桉树是世界著名的速生树种,也是世
界重要的硬质阔叶树之一,具有适应性强,生长
快、产量高、周期短、材油兼备、用途广泛等优良性
状,是增加农民收入、壮大林产业的一条有效途
径。为此,本文以南亚热带具有相同经营历史与立
地条件的乡土珍贵树种西南桦和外来树种尾巨桉
(Eucalyptusurophyla×E.grandis)人工林为对
象,研究比较不同人工林凋落物养分状况和土壤养
分含量及凋落物养分含量对土壤性质的影响,旨在
更深入认识该地区不同人工林生态系统的生态功
能,以期更有效地对人工林进行经营管理。
1 研究区概况
研究地点位于广西天鹅县林朵林场,海拔 600
900m,属亚热带季风气候。年均最高气温
379℃,最低气温2.9℃,年平均气温20.9℃,年均
积温7475.2℃,平均日照时数1232.2h,年平均降
水量1253.6mm,年平均无霜期336d。林场造林地
土壤为砂页岩发育而成的黄壤、黄红壤和红壤,大部
分林地土层厚度约100cm,表土层厚度10 30cm,
土壤质地多为壤土或轻壤土,结构疏松。植被类型
为南亚热带季雨林植被带,乔木主要有杉木、桉树、
马尾松、八角(IliciumverumHook.f.)等;灌木有鸭
脚木(SchefleraminutistelataMer.exLi)、野牡丹
(MelastomacandidumD.Don)、山黄麻(Tremato
mentosa(Roxb.)Hara)等;草本有铁芒萁(Dicranop
terislinearis(Burm.)Underw.)、五节芒(Miscanthus
floridulus(Lab.)Warb.exSchum.etLaut.)、黄毛
草(Pogontherumpaniceum(Lam.)Hack.)、龙须草
(Eulaliosisbinate(Retz.)C.E.Hubb.)等[6]。
选择2007年以该区域主要的造林、再造林树种
营建的西南桦纯林和尾巨桉纯林人工林生态系统为
研究对象。造林前2种林分造林地均为杉木采伐迹
地,立地条件基本一致,造林后的森林经营管理方式
相同。林分基本情况见表1。
2 研究方法
2.1 试验设计
2012年5月,分别在西南桦和尾巨桉2种人工
林内,各设置大小为20m×20m的固定样地4个,
302
林 业 科 学 研 究 第29卷
表1 研究样地林分基本情况
林分类型 林龄/a 树高/m 胸径/cm 林分密度/(株·hm-2) 海拔/m 坡向 坡度/(°) 土层厚度/cm 腐殖质厚/cm
西南桦 5 12.69±1.13 13.13±1.46 1335 700 半阳 25 100 1
尾巨桉 5 16.45±3.75 14.70±4.19 1245 650 半阳 25 100 1
每个固定样地间至少间隔12m以上。2012年6月,
从西南桦和尾巨桉各自林下收集新近自然凋落、上
层未分解的凋落叶样品(为避免破坏样地,凋落叶样
品均收集自固定样地以外),带回实验室后放置于地
板上风干至恒质量[7]。分别称取10g风干的2种
凋落叶样品装入尼龙网质分解袋(分解袋规格为孔
径1mm,尺寸25cm×25cm),然后将装好袋的2种
凋落叶样品于同一天放回到初始样地中[8]。按样地
坡度大小将凋落叶袋倾斜放置,并用铁针固定。每
个固定样地分5个点放置凋落叶袋,每个点放置5
袋,每个树种总计放置100袋。
2.2 凋落叶样品采集与测定
2012年6月至2013年6月间,每隔3个月从西
南桦和尾巨桉各自样地中随机取回20袋凋落叶分
解袋(4个固定样地 ×5袋/每次每个样地),用镊子
小心地清除侵入到分解袋内的土壤颗粒、植物根和
菌体等,带回实验室置入 70℃烘箱中烘干至恒质
量,称干质量并计算干质量残留率和分解速率[8]。
随后将样品磨粉过0.25mm细筛,用于凋落物养分
含量的测定。凋落叶有机 C含量采用重铬酸钾氧
化外加热法;全N采用凯氏定氮法;P、K含量用等
离子发射光谱法测定[9]。
2.3 土壤样品采集与理化性质分析
凋落叶分解试验结束后(2013年6月),在每个
固定样地内(采样点位于凋落叶分解袋之外)用土
钻(直径8cm)采集0 10、10 20、20 30cm深
度的土壤,每层各取5钻,除去动植物残体和石块等
杂质,并将同一固定样地内同层的5钻土壤充分混
合为1个土样后装入塑料袋中带回实验室。采集的
土样在实验室内自然风干后一分为二,其中一份过
2mm土壤筛后用于土壤 pH值测定;另外一份过
025mm细筛,用于其他土壤理化性质的分析。土
样总有机C、全N、全P和全K含量测定方法同凋落
叶测定方法,土壤pH值(水土比2.5∶1)采用玻璃电
极测定。
2.4 数据处理与分析
采用常用的Olson[10]单指数模型计算西南桦和
尾巨桉凋落叶分解质量损失系数:
Xt/X0 =e
-kt
  式中:Xt表示分解时间 t时刻的凋落叶残体质
量,X0表示凋落叶初始质量(kg),e是自然对数的
底,k表示凋落物的分解系数,t是分解时间(月)。
采用单因素方差分析(onewayANOVA)和多重
比较(LSD)检验不同林分之间凋落叶养分含量、分
解速率、分解系数 k和土壤化学性质之间的差异。
凋落叶养分含量与土壤化学性质之间的关系采用
Spearman相关分析法进行分析。所有方差分析均在
统计分析软件SPSS16.0中进行,显著性水平设为α
=0.05。采用Sigmaplot10.0作图。
3 结果与分析
3.1 凋落叶分解残存率的动态变化与分解系数
从图1可看出:西南桦和尾巨桉凋落叶的分解
分为2个阶段,在分解的前9个月,凋落叶残存率下
降较快,即为凋落叶的快速失重期;在分解的后3个
月,凋落叶残存率下降缓慢,即为凋落叶的慢速失重
期。经过12个月的分解,西南桦和尾巨桉残存率分
别为38.2%和41.5%。在整个分解期间,西南桦凋
落叶的分解速率始终高于尾巨桉凋落叶的(p<
005),西南桦凋落叶分解系数为0.96a-1,明显高
于尾巨桉凋落叶的0.88a-1。
图1 西南桦和尾巨桉凋落叶残存率的动态变化
3.2 凋落叶基本化学性质及其养分动态变化
表2表明:西南桦凋落叶的有机 C、全 P、全 K
含量显著高于尾巨桉;尾巨桉凋落叶的 N/P比显著
高于西南桦;2种凋落叶的全 N含量和 C/N比则无
显著差异。
402
第2期 郝 建,等:西南桦和尾巨桉凋落叶分解及其与土壤性质的相关性
表2 西南桦和尾巨桉凋落叶基本化学性质
项目 西南桦 尾巨桉
有机C/(g·kg-1) 54.97±1.02a 52.80±0.88b
全N/(g·kg-1) 1.32±0.06a 1.29±0.04a
全P/(g·kg-1) 0.05±0.00a 0.04±0.00b
全K/(g·kg-1) 0.48±0.02a 0.28±0.02b
C/N 41.73±2.05a 40.95±1.37a
N/P 29.16±1.45b 32.09±1.32a
  注:表中同一行不同字母表示差异显著(P<0.05)。
在为期12个月的分解试验中,西南桦和尾巨桉
2种凋落叶养分含量呈不同的变化趋势(图2),其
中,2种凋落叶有机 C含量在整个分解过程中呈逐
渐下降的趋势,分解末期西南桦和尾巨桉凋落叶有
机C含量较初始C含量分别下降37.7%和39.5%;
全K含量和C/N比在分解前期(前6个月)迅速下
降,之后趋于平缓;全 N含量和全 P含量在分解前
期呈逐渐上升趋势,之后略有下降,分解末期西南桦
和尾巨桉凋落叶全 N含量较初始 N含量分别升高
20.4%和30.1%,全P含量较初始 P含量分别升高
11.4%和34.1%;2种凋落叶 N/P比则呈先升高后
下降的趋势。
整个分解期间,不同树种凋落叶养分含量的动
态变化也存在差异(图2),其中,西南桦凋落叶有机
C含量始终高于尾巨桉;2种凋落叶初始全 N含量
差异不大,但随着分解时间的延长,西南桦凋落叶全
N含量高于尾巨桉,到分解末期西南桦全 N含量反
而低于尾巨桉;在分解前3个月,西南桦凋落叶全 P
含量、全K含量和 C/N比高于尾巨桉,而在分解的
后6个月,西南桦凋落叶全P含量、全K含量和C/N
比低于尾巨桉。
图2 西南桦和尾巨桉凋落叶分解过程中养分的动态变化
3.3 土壤化学性质
表3表明:除土壤 C/N外,土壤各化学性质指
标均随土层深度增加而降低;林分对土壤化学性质
也产生显著影响,从0 10、10 20cm土层看,西
南桦土壤有机C、全N、全P、全K均显著高于尾巨桉
(P<0.05);2种林分土壤 pH值和 C/N仅在10
20cm土层差异显著(P<0.05);从20 30cm土层
看,西南桦林地土壤全 N和全 P含量显著高于尾巨
桉(P<0.05),而林分对该层土壤有机 C、全 K、pH
值、C/N、N/P影响不显著(P>0.05)。
表3 西南桦和尾巨桉林地0 30cm土壤化学性质
土壤化学性质
西南桦
0 10cm 10 20cm 20 30cm
尾巨桉
0 10cm 10 20cm 20 30cm
有机C/(g·kg-1) 34.15±1.39aA 24.98±1.55bA 18.12±1.59cA 31.33±1.03aB 21.88±1.73bB 16.90±0.55cA
全N/(g·kg-1) 2.14±0.05aA 1.27±0.07bA 0.86±0.08cA 2.05±0.07aB 1.08±0.05bB 0.76±0.04cB
全P/(g·kg-1) 0.49±0.02aA 0.40±0.01bA 0.34±0.02cA 0.40±0.01aB 0.30±0.03bB 0.25±0.03cB
全K/(g·kg-1) 16.70±0.57aA 14.46±0.84bA 11.68±0.45cA 15.06±0.32aB 13.03±0.41bB 10.93±0.80cA
pH值 4.56±0.10aA 4.51±0.10aA 4.45±0.11aA 4.39±0.18aA 4.37±0.14aB 4.36±0.04aA
C/N 15.05±0.94cA 23.29±0.32aA 21.00±0.76bA 15.28±0.76bA 20.20±0.77aB 22.36±1.92aA
N/P 4.38±0.17aB 2.71±0.17bB 2.58±0.43bA 5.18±0.03aA 3.64±0.48bA 3.07±0.45bA
  注:同一林分同一指标的不同小写字母表示土层间差异显著(P<0.05);同一土层同一指标的不同大写字母表示不同林分间差异显著(P
<0.05);表中数据均为4次重复的平均值±标准误。
502
林 业 科 学 研 究 第29卷
3.4 凋落叶养分含量对凋落物分解的影响
西南桦、尾巨桉凋落物养分含量不同具有不同
的分解速率,而凋落叶不同的养分特征与分解过程
中质量损失的相关关系也不同。表4表明:分解前
期,凋落叶质量损失与N含量和N/P显著正相关(R
分别为0.877和0.812),与 C/N显著负相关(R=
-0.735);而分解后期,凋落叶质量损失与 N含量
显著正相关(R=0.855),与 C/N显著负相关(R=
-0.697)。
表4 凋落叶质量损失与养分含量的相关关系
凋落叶分解 C N P K C/N N/P
分解前期 (前6个月) -0.512(0.112) 0.877(0.022) -0.190(0.718) 0.426(0.184) -0.735(0.044) 0.812(0.037)
分解后期 (后6个月) 0.353(0.493) 0.855(0.030) -0.268(0.607) -0.482(0.136) -0.697(0.049) -0.320(0.537)
  注:表中数值为Spearman’s相关系数,括号中数值为显著性水平。
3.5 凋落叶养分含量对土壤化学性质的影响
2种人工林的初始凋落叶养分含量与 0 10
cm土壤化学性质间的相关分析结果(表5)表明:凋
落叶初始有机 C含量与土壤有机 C、全 N、全 P、全
K、N/P显著或极显著相关;凋落叶初始全 N含量与
土壤全N、pH值显著或极显著相关;凋落叶初始全P
含量和N/P与土壤全P、全K、N/P显著或极显著相
关;凋落叶初始全K含量则与土壤全 N、全 P、全 K、
pH值、N/P显著或极显著相关;而凋落叶初始 C/N
比与土壤各化学性质(除全 N外)的相关性均不
显著。
表5 初始凋落叶养分含量与0 10cm土壤化学性质间的相关系数
凋落叶初始养分含量
土壤化学性质
有机C 全N 全P 全K pH值 C/N N/P
有机C 0.578 0.586 0.898 0.528 0.469 -0.236 -0.910
全N -0.028 0.880 0.483 0.213 0.572 -0.387 -0.290
全P 0.455 0.465 0.714 0.923 0.341 0.112 -0.745
全K 0.220 0.509 0.886 0.926 0.559 -0.140 -0.946
C/N 0.153 -0.633 0.195 0.191 -0.183 0.410 -0.381
N/P -0.485 -0.048 -0.490 -0.825 -0.028 -0.427 0.611
  注:表示P<0.05;表示P<0.01。
4 讨论与结论
分解系数k的生态学意义即为凋落物分解速率
的快慢,k值越大,分解越快。本研究中,西南桦和
尾巨桉2种凋落叶分解系数分别为0.96a-1和088
a-1,西南桦凋落叶分解比尾巨桉快。宋新章等[11]
研究我国鼎湖山小叶青冈栎(Cyclobalanopsisgracilis
(Rehd.etWils.)ChengetT.Hong)和毛竹(Phyl
lostachysheterocycla(Car.)Mitfordcv.Pubescens)2
种凋落叶分解特征时发现,其 k值分别为0.89a-1
和1.05a-1,与本研究结果的 k值差异不大。一般
认为,在大尺度的气候带下,气候因素如年均气温
(MAT)、年均降水(MAP)、实际蒸散(AET)等对凋
落物的分解起主要的控制作用。唐仕姗等[12]研究
发现,我国森林生态系统凋落叶分解系数 k值为
0.13 1.80a-1,与郭忠玲等[13]研究发现的0.10
2.17a-1差异不大,而全球陆地生态系统的分解系
数k值变化较大,为0.006 4.993a-1[14]。造成分
解速率产生差异的主要原因在于全球陆地森林生态
系统森林类型多样、地理地貌特征丰富、自然气候条
件复杂、环境因子空间异质性大和复杂性高,因而,
凋落物分解速率的空间异质性也大;然而,笔者的研
究对象为南亚热带同一地区2种类型的林分,这2
种森林生态系统仅仅是全球陆地生态系统的一部
分,因而其k值也在此范围内。此外,我国森林凋落
叶分解速率随气候带的不同呈规律性变化,即分解
速率从大到小依次为热带 >亚热带 >温带[12]。刘
颍等[15]在研究我国温带4种森林类型凋落物分解
动态时得出,阔叶红松(PinuskoraiensisSieb.et
Zucc.)林、岳桦(BetulaermaniCham.)林、红松云杉
(Piceajezoensisvar.microsperma)冷杉(Abiesnephrol
epis(Trautv.)Maxim)林、岳桦云杉冷杉林的凋落物
分解系数为0.25 0.47a-1,明显低于本研究的 k
值。这也进一步证实了亚热带森林凋落叶分解速率
明显高于温带的结论。
2种森林凋落叶在整个分解过程中,有机 C浓
602
第2期 郝 建,等:西南桦和尾巨桉凋落叶分解及其与土壤性质的相关性
度始终呈逐渐下降的趋势,这可能是由于该地区年
均温始终处于相对较高的水平,即使是冬天,地温也
能达到10℃左右[16]。在较高的温度下,与枯落物分
解有关的动物和微生物活性、酶活性等始终维持在
较高的水平,因而,凋落叶的有机C始终处于分解释
放状态。2种凋落叶N和P的养分动态均呈先富集
后释放的现象,但富集阶段持续时间的长短因养分
元素的不同而不同。凋落叶N浓度在分解的前6个
月内迅速积累,后6个月则迅速释放,但分解末期时
凋落叶 N浓度仍高于初始 N浓度。凋落叶 P浓度
在分解的前9个月迅速积累,后3个月逐渐释放,分
解末期时凋落叶P浓度也高于初始 P浓度,这与游
巍斌等[17]的研究结果有差异。游巍斌等[17]研究发
现,凋落叶N浓度在分解后期出现富集现象,P则处
于波动的富集状态,并认为凋落物 P分解与气候因
子密切相关,尤其是温度和湿度。本研究中,凋落叶
K浓度在分解的前6个月迅速释放,后6个月趋于
平稳,可能是因为分解的前6个月(即2012年6月
至2012年11月)主要为该区的雨季,较高的温湿度
等环境条件使凋落叶分解速率加快(图1),因而 K
的释放也较快;而分解的后6个月(即2012年12月
至2013年5月)主要为该区的干季,因而,凋落叶K
的释放也较慢。相关研究表明,凋落物 K浓度随着
分解时间的延长呈单调递减趋势,呈淋溶—释放
模式[18]。
影响凋落物分解的因素众多,除环境影响因子
外,凋落物初始养分特征和其养分归还速度也具重
要影响[19]。本研究中,西南桦和尾巨桉2种凋落叶
初始养分特征存在显著差异,其中,2种凋落叶的 N
含量和C/N的差异是影响凋落叶分解最主要的控
制因子(表4)。已有研究表明,在凋落叶分解过程
中,N素与微生物生长繁殖关系密切,环境中N量越
高,微生物的繁殖越快,活性越强[20]。研究表明,凋
落物中N、P、K含量越多,其养分分解归还越快[21],
反之越慢[22]。Xu等[23]研究发现,在凋落物分解初
期(前3 4个月),凋落物的干质量损失与 N含量
显著正相关,与木质素/N和 C/N显著负相关;在凋
落物分解后期(1 2a),凋落物的干质量损失与 N
含量显著正相关,与木质素含量、木质素/N和 C/N
显著负相关。本研究结果也表明,在凋落物分解前
期(前6个月),凋落物分解与N含量和N/P显著正
相关,与C/N显著负相关;而凋落物分解后期(6
12个月),其分解速率与 N含量也显著正相关,与
C/N仍显著负相关(表4)。因本研究未探讨凋落叶
中难分解物质如木质素和纤维素等含量对凋落叶分
解的影响,故有必要开展更长久的凋落叶分解实验
来观察凋落叶的养分释放动态。
西南桦和尾巨桉2种人工林凋落叶对土壤化学
性质的影响显著(表2),且二者之间存在一定相关
关系(表5)。凋落物是森林生态系统土壤养分的重
要来源[24-26],其养分含量和分解过程对森林土壤肥
力有重要影响[27]。凋落叶有机 C含量与土壤有机
C含量呈显著正相关,原因在于西南桦凋落叶中有
机C含量较高,分解较快,释放到土壤中的有机 C
也越多。Ohrui等[28]发现,凋落物的 C/N与土壤 N
矿化呈负相关。这与笔者的研究结果一致,凋落叶
C/N与土壤N含量显著负相关(表5)。N矿化速率
和土壤N的输入受凋落叶中N含量的影响[29],本研
究结果也显示,土壤全N含量与凋落叶中 N含量极
显著正相关。此外,Moore等[30]研究表明,凋落物养
分的释放模式显著影响土壤表层的 N、P等养分含
量,凋落物中 N、P等含量越高,土壤养分越易于富
集[31]。本研究也表明,凋落叶中的 P含量与土壤 P
含量极显著正相关。
综上所述,在我国南亚热带地区,西南桦凋落叶
的分解速率显著大于尾巨桉。在为期12个月的分
解试验中,2种凋落叶中各元素含量呈不同的动态
变化,有机C含量在整个分解过程中呈逐渐下降的
趋势;全K含量和 C/N在分解前期迅速下降,之后
趋于平缓;全 N含量和全 P含量在分解前期呈逐渐
上升趋势,之后略有下降;2种凋落叶 N/P则呈先升
高后下降的趋势。无论是分解前期还是分解后期,
凋落叶分解与凋落叶中的 N含量呈显著正相关,与
C/N呈显著负相关。通过凋落叶分解过程中养分的
释放,显著影响了林地的土壤养分水平,西南桦林地
土壤有机C、全N、全K含量等显著高于尾巨桉。本
研究结果表明:凋落叶的养分含量与土壤养分状况
之间的关系紧密。西南桦凋落叶养分含量相对较
高,分解速率较快,释放到土壤中的养分越多;相反,
尾巨桉凋落叶养分含量相对较低,分解速率较慢,土
壤相对越贫瘠。该结果可为我国南亚热带地区未来
人工林的经营管理提供科学参考。
参考文献:
[1]BergB.Literdecompositionandorganicmaterturnoverinnorthern
forestsoils[J].ForestEcologyandManagement,2000,133(1):13
-22.
702
林 业 科 学 研 究 第29卷
[2]WangGG,KlinkaK.Whitesprucefoliarnutrientconcentrationsin
relationtotreegrowthandsoilnutrientamounts[J].ForestEcology
andManagement,1997,98(1):89-99.
[3]葛晓改,肖文发,曾立雄,等.不同林龄马尾松凋落物基质质量与
土壤养分的关系[J].生态学报,2012,32(3):852-862.
[4]WangH,LiuS,WangJ,etal.Efectsoftreespeciesmixtureonsoil
organiccarbonstocksandgreenhousegasfluxesinsubtropicalplan
tationsinChina[J].ForestEcologyandManagement,2013,300:4-
13.
[5]梁瑞龙.广西乡土阔叶树种资源现状及其发展对策[J].广西林
业科学,2007,36(1):5-9.
[6]周燕萍,庞正轰,黄弼昌,等.林朵林场西南桦造林试验[J].广西
科学,2012,19(2):192-195.
[7]MoJ,BrownS,XueJ,etal.Responseofliterdecompositiontosimu
latedNdepositionindisturbed,rehabilitatedandmatureforestsin
subtropicalChina[J].PlantandSoil,2006,282(1-2):135-151.
[8]OstertagR,MarínSpiotaE,SilverWL,etal.Literfalanddecom
positioninrelationtosoilcarbonpoolsalongasecondaryforestchro
nosequenceinPuertoRico[J].Ecosystems,2008,11(5):701
-714.
[9]鲍士旦.土壤农化分析[M].南京:中国农业出版社,2000.
[10]OlsonJS.Energystorageandthebalanceofproducersanddecom
posersinecologicalsystems[J].Ecology,1963,44(2):322-331.
[11]宋新章,江 洪,马元丹,等.中国东部气候带凋落物分解特
征———气候和基质质量的综合影响[J].生态学报,2009,29
(10):5219-5226.
[12]唐仕姗,杨万勤,殷 睿,等.中国森林生态系统凋落叶分解速
率的分布特征及其控制因子[J].植物生态学报,2014,38(6):
529-539.
[13]郭忠玲,郑金萍,马元丹,等.长白山各植被带主要树种凋落物
分解速率及模型模拟的试验研究[J].生态学报,2006,26(4):
1037-1046.
[14]ZhangD,HuiD,LuoY,etal.Ratesofliterdecompositioninteres
trialecosystems:globalpaternsandcontrolingfactors[J].Journal
ofPlantEcology,2008,1(2):85-93.
[15]刘 颖,武耀祥,韩士杰,等.长白山四种森林类型凋落物分解
动态[J].生态学杂志,2009,28(3):400-404.
[16]罗 达,史作民,唐敬超,等.南亚热带乡土树种人工纯林及混
交林土壤微生物群落结构[J].应用生态学报,2014,25(9):
2543-2550.
[17]游巍斌,刘勇生,何东进,等.武夷山风景名胜区不同天然林凋
落物分解特征[J].四川农业大学学报,2010,28(2):141-147.
[18]刘 颖,韩士杰,林 鹿.长白山4种森林凋落物分解过程中养
分动态变化[J].东北林业大学学报,2009,37(8):28-30.
[19]MeierCL,BowmanWD.Linksbetweenplantliterchemistry,spe
ciesdiversity,andbelowgroundecosystemfunction[J].Proceed
ingsoftheNationalAcademyofSciences,2008,105(50):19780-
19785.
[20]KrashevskaV,SandmannD,MaraunM,etal.Consequencesofex
clusionofprecipitationonmicroorganismsandmicrobialconsumers
inmontanetropicalrainforests[J].Oecologia,2012,170(4):1067
-1076.
[21]MendonaES,StotDE.Characteristicsanddecompositionratesof
pruningresiduesfromashadedcofeesysteminSoutheasternBrazil
[J].AgroforestrySystems,2003,57(2):117-125.
[22]JensenLS,SaloT,PalmasonF,etal.Influenceofbiochemicalqual
ityonCandNmineralisationfromabroadvarietyofplantmaterials
insoil[J].PlantandSoil,2005,273(1-2):307-326.
[23]XuX,HirataE.Decompositionpaternsofleafliterofsevencom
moncanopyspeciesinasubtropicalforest:NandPdynamics[J].
PlantandSoil,2005,273(1-2):279-289.
[24]AertsR,deCaluweH.Nutritionalandplantmediatedcontrolson
leafliterdecompositionofCarexspecies[J].Ecology,1997,78
(1):244-260.
[25]潘开文,何 静,吴 宁.森林凋落物对林地微生境的影响[J].
应用生态学报,2004,15(1):153-158.
[26]MaistoG,DeMarcoA,MeolaA,etal.Nutrientdynamicsinliter
mixturesoffourMediteraneanmaquisspeciesdecomposinginsitu
[J].SoilBiologyandBiochemistry,2011,43(3):520-530.
[27]解宪丽,孙 波,周慧珍,等.中国土壤有机碳密度和储量的估
算与空间分布分析[J].土壤学报,2004,41(1):35-43.
[28]OhruiK,MitchelMJ,BischofJM.Efectoflandscapepositionon
NmineralizationandnitrificationinaforestedwatershedintheAd
irondackMountainsofNewYork[J].CanadianJournalofForest
Research,1999,29(4):497-508.
[29]陈印平,赵丽华,吴越华,等.森林凋落物与土壤质量的互作效
应研究[J].世界科技研究与发展,2006,27(4):88-94.
[30]MooreTR,TrofymowJA,PrescotCE,etal.Paternsofcarbon,ni
trogenandphosphorusdynamicsindecomposingfoliarliterinCa
nadianforests[J].Ecosystems,2006,9(1):46-62.
[31]MooreTR,TrofymowJA,PrescotCE,etal.Natureandnurturein
thedynamicsofC,NandPduringliterdecompositioninCanadian
forests[J].PlantandSoil,2011,339(1-2):163-175.
(责任编辑:徐玉秀)
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