全 文 ：第 卷 第 期
年 月
林 业 科 学 研 究
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海南岛尖峰岭热带林生态系统
的地球化学特征
卢俊培 吴仲民
摘 要 根据多年的定位观测研究 , 初步揭示了海南岛尖峰岭地区的半落叶季雨林和 山地雨
林生态系统中的植物、 凋落物 , 表土 、 母岩、 穿透水 、 渗透水 、 溪水等的化学丰度值 , 主要元素
的生物地球化学作用及其富集与迁移规律 , 并作了综合对比分析评价 。
关扭词 尖峰岭 、 热带林生态系统、 地球化学特征
热带林生态系统 , 由于其复杂的组成结构和其所处环境长年高温多雨 , 决定了其地球化
学过程的复杂、 活跃 。 有关海南岛尖峰岭热带林生态系统物质循环方面的研究 , 笔者先后有
报道 ’一 ”, 现仅就其地球化学特征 , 作初步的综合分析 。
主要组分的化学丰度
根据在尖峰岭地区半落叶季雨林和山地雨林固定观测样地中多年定位研究的结果 , 以算
术平均值士标准差为指标 , 将两个类型生态系统中主要组分的化学丰度值汇总如表 。
从表 两个类型相比较可见 , 不同组分的元素含量 , 大都是半落叶季雨林生态系统的高
于山地雨林生态系统的 , 而 、 、 等在某些组分中的含量差异则相反 , 如树干 、 表土 、
母岩和穿透水中的 , 残落物层 层 中的 、 , 母岩中的 等 。 植物部分的含量水平 ,
与国内外类似林分的研究接近 ‘一 , ’〕。 植物叶片中的元素含量差异与叶量差异 , 也存在着“相互
补偿”的特点 , 与植物种类组成有关 。 地表以下各元素的含量变化 , 除生物因素外 , 在相当程
度上还受母岩类型及其化学成分的影响 。 降水也是影响各组分尤指水系统化学丰度的重要
因素 。
主要元素的循环特征
生态系统中不同组分间元素含量的差异及元素含量组合 , 是元素迁移 、 富集、 循环等生
物地球化学或地球化学过程的反映 。 尖峰岭热带林生态系统具有物种丰富、 生物量高、 高温
多雨 、 垂直带变化明显等特点, 对元素的地球化学过程增色不少 , 分述如下 。
一一收稿 。
卢俊培副研究员 , 吴仲民 中国林业科学研究院热带林业韧究所 广州 。。
参加部分工作的有刘其 汉、 曾庆波 、 林 月娟 、 刘京等同志 , 化学分析 由本所分析室 和广东省土壤研究所完成 , 一并
熟谢 ,
学 林 业 科 研 究 卷
衰 尖峰崎热带林生态系统主共组分的化学丰度
类 型 元素 项 目 叶片 树干 砚 叶 两枝 阅杂 层 表土 母岩 穿透水 渗进水 溪水
八甘皿一口”月了、咋‘,月叹一若勺‘,二…”乃,‘竹‘
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半落叶季雨林
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注 : 水的 含址单位 为 m g /L , 共它组 分为 % , 左 1川J的 P 、 K 为速 教性 , 。、、 M g , , 代换性 , 个 为 全 录, Sl 的样品玫
< 5 , 渗透 水系 IOo cm 土 层的渗流 水。 J
2
.
1 元衰含 , 序列
不同类型的各 组 分 元 素含量组合各有异 同。 两类生态系统的土壤 、 母岩中的元素含量
序列相同 , 而其他组分间的差异较大 , 主要反映在植被体系不同对地球化学过程的影响 , 并
与元素的性质及其存在形态有关。 从鲜叶、凋落叶* L F 层、表 土 , 主要富集元素的含量变
化依次为 N , C a 、Si , 两类生态系统相同; 穿透水以 K 一Ca 或 K 一Si 淋失为主 , 而渗透水和
课水则以 5 1一 Ca 或 51一M g 迁移为主 。 其含量序列如下;
期 卢俊培等: 海南岛尖峰岭热带林生态系统的地球化学特征
半落叶季雨林 山地雨林
叶片 N > ca > K > Si > M g > P N > Si > K > C a> M g > P
凋叶 ca > si > N > K > M g > P C a > N > K > si > M g > P
L F 层 Si > C a> N > K > M g > P Si > N > K > M g > C a> P
表土 Si > N > C a > M g > K > P si > N > C a > M g > K > P
母岩 Si > K > C a> M g > A l> F e> r si > K > C a> M g > A l> F e> P
穿透水 K > ca > N > M g > 5 1> P > A l> F e K > Si > N > M g > ca > P > A l> F e
渗透水 Si > C a> N > M g > K > P > A I> F e si > M g > K > Ca > N > A I> P > F e
溪水 Si > C a> M g > K > N > P > A l> F e si > M g > K > ca > N > A l> P > F e2 。 2 地球化学作用
主要是随植物生命活动过程进行的生物地球化学作用和随降水再分配进行的地球化学作
用 , 其特点可以几类率值表示如表 2 。 在元素的生物循环过程中 , 同时存在极强烈的生物吸
收与富集 , 多数元素的率值都在百至千位数 , P 、 K 、 N 、 ca 尤为强烈 , Si 的循环较缓慢 ,
生物吸收、 分解 、 归还均 < 10 ; 两类林分略有不同 , 半落叶季雨林的生物吸收 、 分解、 归还
均以 P 、 K 为强 , 山地雨林则以 K 、 C a 、 M g 为优 , 其余元素差异较小。这种土壤与植物间强
烈的物质交换 , 丰富了土壤养分来源 , 促进常淋溶状态下的砖红壤和砖黄壤肥力的发展 。 在地
质循环过程中, 以表土而言 , 多数元素的淋失率都在95 % 以上 , K 尤甚 , 唯 Si 只有 10 % 左
右。 土层中元素的水迁移率及输出迁移率大都较低 , 尤以山地雨林为著 , 反映了封闭式循环
的特点 。 Si 、 C a 、 M g 、 A I 等的迁移明显 , 可以说明砖红壤和砖黄壤尚有较弱 的 现代脱硅
脱盐基过程 , 强烈的生物富集作用 , 滞缓了地质淋溶过程 。
裹 2 热带林生态系统的元衰月环与迁移(% )
半 落 叶 季 雨 林 山 地 雨 林项 目 万厂一哥一不于一瓦不露不不万厂万 N P K Ca Mg SI F亡 A I
生物吸收率 92 5 10 333 3 9 38 1 235 875 4 名3 9 8 2 8 6 7 00 0 1 2 3 5 1 35 7 3
生物迁 移率 241 243 146 88 81 10 9 忍2 2 1 8 7 1 3 7 3 7 70 1 4 6
生物分解率 376 459 艺5 7 1 1 6 1 2 5 4 3 13 5 ] 8 7 4 38 2 5 3 2 04 4 9
生物归还率 246 2 250 1 533 1 069 700 9 622 443 1 600 1 之05 6 6 4 6
表土淋溶率 一 98 .3 99 .1 95 , 4 肠 .7 8 .5 一 洲 .6 的 .8 96 .6 韶 .5 14 .1
土层迁移率 174 80 2 8 248 129 1 0 77 100 1 75 12 63 10 121 63 105 75 130
总迁移率 29 80 31 117 e6 23 6 下5 ? 5 5 1 9 7 3 2 5 9 5 峨3 5 0 6 0
生物吸l叹 P > K > C a> N > M g > S I P > K > M g> C a> N > 5 1
生物迁移 P > N > K > si > C a > M g N > P ) 51> K > M g > C a
生物分解 P ) N ) K ) M g) C a) S I K ) C a) M g) P > N ) 51
生物归还 P > K > C a> M g > N > si K > C a > M g > N > P > 5 1
表土淋溶 K > P > M g > C a > SI K > c a> P > M g> Si
土层迁移 si > A I> N > C a> M g> F e> P > K A l> C a> Si > M g > F e> P > N > K
总 迁 移 Si > C a > M g > A l, r e > P > K ) N si > A I > M g > F e ) C a > P > K > N
注: 生物吸收率 二 叶/表土 x 10 。% ; 生物迁移率 = 叶/凋叶 x lo 。% , 生物分解率 “ 叶/L F x 10 。% , 生物归还率
二 L F / 表上 x 10 。% , 表土淋溶率 二 〔(丧上/母岩) 一 1〕火 1 0 % , 土层迁移率 = 渗透水/穿透 水 x 10Q % ; 总迁
移率 = 溪水/穿透水 x 10 。% 。
林 业 科 学 研 究 6 卷
2. 3 N 素积菜与迁移
有机质是土壤中N 素的主要来源 , 凋落物则是持续提供N 素的主要源体 , 过去常以年凋
落量作为年归还量 , 事实上热带地 区当年的凋落物平均只能归还约75 % , 尚有约25 % 残 留林
地 , 逐年分解归还 。 根据凋落物及其分解积累过程的变化来评估N 素富集情况 , 可能较符合
实际 。
尖峰岭热带林凋落物的年凋落量 (未计大枝) , 半落叶季雨林和山地雨 林 分 别 为9.75 和
7.71 t/ hm Z· a , 当年的分解率分别为85 % 和65 % , 理论自然分解期(按网罩法试验结果)依次
为 Z a 和 3 a IZ’ 3 」, 残落物层现贮量为3.89 和:5 .96 t/ h m 2 ‘’, 据此 , 按表1的相应含N 率 , 可
估算出N 素的生物归还积累如下(k g /h m Z):
半落叶季雨林 山地雨林
年凋落物含N 量2) 8 9 .6 0 52 。 4 3
当年凋落物归还量 76 .16 34 。 0 8
当年残留积累量 13 .44 18 .35
残落物层现贮量 22 。 9 5 6 6 0 7 5
残落物层年归还量 14 。 4 8 2 。 25
总计年归还量 87.64 56 .33
可见 , 凋落物分解矿化过程中 , N 素的释放 、 归还的速度和强度 , 都是半落叶季雨林优于山
地雨林 , 而积累强度则相反 。 除根际的生物归还未计外 , 热带林平均N 素富 积 量 达 70 kg /
h m Zoa以上 , 这对林地土壤培肥的作用是不可低估的 。
N 素在生 物富集的同时 , 与降水的大气输入N 一起参与地质循环 , 随水迁移 。 从穿透水
。渗透水。溪水中的N 素含量变化 , 可见N 素迁移的特点 , 随林分和地层不同而异 。 半落叶
季雨林生态系统从冠层 * 土层为添加淋溶 , 总的淋失强度大 , 迁移率数倍至十数倍于山地雨
林(表 2 ), 山地雨林生态系统水体系的含N 量 , 依冠层”土层一溪流递减 , 反映了其冠层淋
洗、地层过滤吸贮的特点 , 迁移率低 , 水化学净化调节功能优于半落叶季雨林生态系统 。
2
.
4 灰分元素的 , 集与迁移
森林土壤中的灰分元素 , 除由成土母质风化释放外 , 也主要来自凋落物的分解矿化 。 尖
峰岭热带林凋落物中的灰分含量约4% ~ 7% , 其中 P 、 K 、 C a 、 M g 等主 要 养分约占2% ~
4% , 5 1 约占l% 。 遵循有机质逐步矿化的自然规律 , 其归还 、 残留量如 下 (kg /hm “, 计算
方法同N 素):
半落叶季雨林: P K C a M g 5 1 灰分
当年凋落量 4.9了 了8 . 9 了 2 3 9 .4 3 3 9 。 9 5 2 0 2 . 3 5 7 0 2 . 0 3
当年残留量 0.75 11.55 20 。 9 2 6 。 0 0 一5 .3 6 10 5 . 1 6
当年归还量 4.22 67。 1 2 1 1 8 。 5 1 3 3 。 9 8 8 7 . 0 2 5 9 5 . 8 7
L F 层 年归还量 0.54 9。 1 5 2 1 . 6 9 5 。 5 7 5 2 . 3 4 1 9 2 . 8 3
年总归还量 4.7 6 76。 2 7 1 4 0 。 2 1 3 9 。 5 5 1 3 9 . 3 6 7 8 8 。 7 0
富集序列 C a> Si > K > M g > P
1) 定位观测分别为二年逐 月和一 年四 季多点的平均值 。
2 ) 以比 例最大的凋叶的含N 率计 , 未 分组成 。
期 卢俊培等: 海南岛尖峰岭热带林生态系统的地球化学特征
山地雨林: P K C a M g 5 1 灰分
当年凋落量 2 .39 39.32 43 .95 2 0 .82 50 。 1 2 3 1 3 。 8 0
当年残留量 0.84 13.7 6 14 .38 7 .2 9 2了.5 5 1 0 9 .5 3
当年归还量 1 。 5 5 2 5 。 5 6 2 8 。 5 7 1 3 。 5 3 3 2 。 5 7 2 0 3 。 9 7
L F 层 年归还量 0 。 6 2 3 . 1 8 1 . 6 5 1 . 8 5 3 8 . 7 4 1 3 5 . 9 2
年总归还量 2 。 1 7 2 8 . 7 4 3 0 。 2 2 1 5 。 3 8 7 1 。 3 3 3 3 9 . 8 9
富集序列 Si > ca > K > M g > P
可见两类凋落物的灰分元素富集量十分丰富 , 富集规律相似 , 半落叶季雨林凋落 物 C a 的富
集量略大于 Si , 山地雨林则以 Si 的富集最多 , 灰分总富集量则较少 , 这与两类林 型的种类
组成及叶质差异相吻合[“] 。 在元素的迁移中 , 不同元素的迁移各有异同 。 穿透水。渗透水”
溪水 , P 、 K 素的含量变化 , 两类生态系统都呈递减趋势 , 系统内贮存 为 主 , 输 出 少 , Si
则相反 , 呈明显的递增 , 反映了铁铝土的现代脱硅过程 , 尤 以半落叶季雨林生态系统最为清
楚; C a 素的含量变化则表现为冠 层和上部土层呈添加淋溶 , 下部土层吸贮 , 输出减少; M g
的变化不同 , 在半落叶季雨林生态系统与 ca 的变化相同 , 以下部吸贮为主 , 在山 地 雨林生
态系统则呈递减趋势 , 以内部吸贮为主 , 输出量相应减少 。
3 结 语
尖峰岭热带林生态系统的生物量大 , 组成、 结构复杂 , 高温多雨 , 生物地球化学过程强
烈 , 既有强烈的生物吸收 、 分解与归还 , 植物一土壤间持续强烈的物质交换 , 又有较强的淋
溶、 迁移 , 但输出量小于归还富集 , 处于封闭式循环状态 。 半落叶季雨林的生物化学富集强
度和速度优于山地雨林 , 积累强度却相反 。 山地雨林的水化学净化调节功能优于半落叶季雨
林。 不同元素的富集和迁移特征 , 两类生态系统略有异同 。 凋落物是物质循环和林地 自肥的
物质基础 , 应重视其管理利用。
参 考 文 献
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d e e id uo u s In o n s o o n f o r e s t e e o s y s t e m a r e l a r g e r a n d f a s t e r t h a n t ha t o f t h e
m o u n t a in r a i n f o r e s t e c o s y s t e m , b u t w h o s e a e e u m u l a t i o n 1 5 e o n t r a r y
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t h e l i t t e r f a l l P l a y s a n i m P o r t a l z t d o m i n a n t P a r t i n t h e n u t r i e n t e y e l e d i r e e
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