周鑫偉　李志輝

(中南林業(yè)科技大學林學院　湖南長沙　410004)

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不同放置方式下馬尾松人工林凋落物分解動態(tài)

周鑫偉李志輝*

(中南林業(yè)科技大學林學院湖南長沙410004)

以貴州省龍里林場12年馬尾松人工林為研究對象，對比研究了不同放置方式下3種密度馬尾松凋落物分解動態(tài)。結果表明，馬尾松人工林表層和底層凋落物損失率在不同密度間變化趨勢均相近，大致呈指數衰減方式降低。表層凋落物指數衰減模型S1200為R(t)=e-0.058t，S1767為R(t)=e-0.057t，S2167為R(t)=e-0.064t，表層凋落物在高密度林分分解較快；底層凋落物指數衰減模型S1200為R(t)=e-0.056t，S1767為R(t)=e-0.062t，S2167為R(t)=e-0.076t，林分密度越高底層凋落物分解越快。凋落物周轉期在3.3～4.5年范圍，底層凋落物周轉期較之表層短約半年。放置方式的差異凋落物分解動態(tài)、損失率、周轉期等均存在差異，總體而言，放置在底層的凋落物分解速率快于放置于表層。

馬尾松；人工林；凋落物分解；放置方式

森林凋落物是生態(tài)系統物質循環(huán)中的重要過程，對森林生產力至關重要(DIDHAM R K,1998)。凋落物的主要生態(tài)意義在于分解作用后將死的有機體營養(yǎng)元素歸還給土壤，完成生態(tài)系統內營養(yǎng)元素的物質循環(huán)(邵玉琴等，2004)。林地內的凋落物在土壤動物和微生物的活動以及各種生態(tài)因子的影響下，分解并轉化，使其中一部分養(yǎng)分重新歸還土壤，并再次被林木吸收利用，在林木與土壤之間進行著不斷的循環(huán)，使林地土壤中的有機質和營養(yǎng)元素不斷積累和豐富，因而它的分解過程和速率對森林土壤肥力有重要影響(Bonnevie-Svendsen et al.，1956；趙其國等，1990)。目前馬尾松人工林凋落物分解的研究已經有了一定的成果(莫江明等(1996); 楊細明(2002))，但存在放置方式的差別，如直接放置在枯落物表層(程煜,等. 2011)，也有放置在枯落物下(底層)表土上(何丹，等. 2015)，本研究試圖明晰如下科學問題：1、不同密度馬尾松人工林凋落物過程的差別；2、2種放置方式下馬尾松凋落分解方程是否一致；3、2種放置方式下凋落物分解1年后養(yǎng)分損失有何差別。

1　材料和方法

1.1實驗地概況

實驗樣地位于貴州省龍里林場，中亞熱帶溫和濕潤氣候，年均氣溫14.8℃，極端最高氣溫33.2℃、最低氣溫-8.5℃，年均降雨量1089.3mm，相對濕度78%。林地海拔高1125～1140m，土壤是由砂巖發(fā)育而成的黃壤，0～20cm為砂質粘壤土，20～40cm為粘壤土。3組試驗樣地均設于12年馬尾松人工純林內，林分狀況見表1，表中S1200、S1767、S2167分別表示密度為1200株/hm2、1767株/hm2、2167株/hm2的馬尾松樣地。

表1　樣地林分特征

1.2凋落物的采集和處理

在樣地外側收集當年未分解凋落物，在室溫下風干備用，同時取樣測定水分系數及養(yǎng)分元素含量。

將風干樣品混勻后稱取30g裝入尼龍網分解袋中(孔徑0.5mm，規(guī)格30cm20cm)，隨機置于樣地中，每樣地按凋落物層上和下兩個方式各放置36袋，3樣地共計216袋。每月進行回收，每個樣地取回3袋，清理干凈后將殘渣裝入信封中，于65 ℃下烘干至恒重，測定凋落物殘存量，持續(xù)時間1年。

1.3凋落物養(yǎng)分測定

在分解試驗結束時對殘留物進行養(yǎng)分分析，將樣品粉碎過0.5mm尼龍網篩后，裝入密封袋中，標記后保存至干燥器中以備化學分析(張萬儒等，1986；國家林業(yè)局，1999)。試樣采用濃H2SO4-HClO4法消煮后測定N、P、K、Ca、Mg含量，N含量采用靛酚藍比色法測定；P含量采用鉬銻抗比色法測定；K含量采用火焰光度法測定；Ca、Mg含量采用EDTA絡合滴定法測定(國家林業(yè)局，1999)。

1.4數據處理

實驗數據使用Excel軟件和Spss統計分析軟件進行處理。根據本地區(qū)的氣候特征，將實驗中季節(jié)定義為冬季12月至翌年2月，春季3～5月,夏季6～8月，秋季9～11月。

2　結果與分析

2.1凋落物分解過程中殘留率的變化動態(tài)

通過計算每月的凋落物干重與初始干重的比值，可以得到分解過程中殘留率的變化動態(tài)。由圖1和圖2可見，3個密度馬尾松林表層和底層凋落物分解整體趨勢表現一致，但底層凋落物殘留率變幅較大，3個密度間量的差異在有些月份也比較大，一些月份殘留率出現了增大的情況，可能是其接近土壤表層，土壤中有些養(yǎng)分進入分解袋中所致，同時上層凋落物中釋放出的養(yǎng)分也可能流入其中，對其殘留率產生影響。整個分解呈現出快慢交替的過程，首月分解較快，表層凋落物平均殘留率85.6%，底層凋落物平均殘留率86.8%；隨后的整個冬季由于溫度較低導致分解緩慢，表層和底層凋落物平均殘留率分別保持在82.2%和81.9%左右，無明顯的變化；之后3月到9月由于從春季到夏季溫度逐漸回升，凋落物進入加快分解階段，高溫高濕的良好分解條件使凋落物平均殘留率分別迅速降至50.2%、49.0%，表明經過10個月的分解，凋落物干重重量損失基本過半；9月到11月秋季到來溫度開始降低，表層凋落物在S1200和S2167中分解趨勢明顯減緩，底層凋落物在S2167中分解減緩。從分解曲線可以看出，不同放置方式的密度效應明顯，尤其放置于底層的枯落物在低密度下殘留率持續(xù)了8個月均低于其他密度，而放置于表層則總體差異不大(圖1～2)。

圖1　表層凋落物分解過程中殘留率的變化　　　　　　　　　　　　圖2　底層凋落物分解過程中殘留率的變化

2.2凋落物分解方程和參數

凋落物分解過程是一個隨時間變化的動態(tài)過程，Olson(1963)提出了用指數衰減模型描述凋落物的分解， 依據這一模型，可以擬合出馬尾松人工林凋落物分解殘留率隨時間變化的指數回歸方程，同時由k值可以估算出凋落物分解的半衰期和周轉期。

分解系數k值反映了凋落物分解快慢，k值越大凋落物分解越快，3個密度馬尾松林表層凋落物分解系數分別為0.058、0.057、0.064(表2)， S1200與S1767差異很小，S2167明顯大于二者，說明密度大到一定程度可加快凋落物分解。3個密度林分表層凋落物半衰期分別為1.0a、1.0a、0.9a，表明經過一年時間凋落物干重損失均過半，周轉期分別為4.3年、4.4年、3.9年。底層凋落物分解系數隨密度增大變化趨勢明顯，與密度成正相關，3個林分分別為0.056、0.062、0.076。3個密度林分表層半衰期分別為1.0年、0.9年、0.8年，表明底層凋落物第一年干重損失也過半，周轉期分別為4.5年、4.0年、3.3年。底層凋落物不同密度間分解參數的差異進一步表明，當林分密度的提高達到一定程度時，將會加快馬尾松凋落物的分解速率。

表2　凋落物分解過程中殘留率的指數回歸方程

表層和底層凋落物不同密度間的半衰期差異不大，但周轉期則明顯有差異，說明前期密度對各個樣地凋落物分解速度快慢影響不大，因為此時凋落物均處于快速分解階段，而后期的緩慢分解階段，密度高的林分可能更有利于這一階段凋落物的分解。相同密度的表層和底層分解系數也存在差異，S1200表層略高于底層，而S1767和2167 的底層明顯高于表層，說明底層凋落物分解速度要高于表層。李雪峰等(2006)對紅松闊葉林內凋落物表層與底層紅松枝葉的分解動態(tài)的研究也得到了相似的規(guī)律并分析了其中的原因所在，凋落物層形成微環(huán)境差異顯著影響凋落物的分解，因為凋落物層的存在阻擋了陽光輻射和土壤水分蒸發(fā),所以使凋落物底層保持一種相對恒定的溫度和濕度條件, 這種效應在春季和秋季對分解的影響尤為明顯,在這兩個季節(jié),森林林冠稀疏，陽光直射林地表面,空氣干燥,表層凋落物變干,又由于氣溫日較差大,使凋落物層表面白天氣溫過高而夜間氣溫過低,這些條件均抑制微生物活動。而與表層分解物質相比凋落物底層的分解物質則處于一種適于微生物活動的環(huán)境條件下,同時由于環(huán)境條件穩(wěn)定使底層枝葉的有效分解時間長于表層的枝葉。此外,凋落物底層微生物數量大于表層也是促進底層枝葉分解速率的主要原因，而高密度的林分對于維持這種良好的分解環(huán)境的作用更為明顯，這在后期的凋落物緩慢分解時期顯得更為重要，這也同時解釋了凋落物分解速度隨密度增大而增大的原因。

2.3分解1年后凋落物干重及養(yǎng)分損失

經過1年的分解，各密度林分表層凋落物干重均損失過半，各種元素也有不同程度的釋放，其具體殘留率如表3所示。5種養(yǎng)分的平均損失率從小到大為N、P、Ca、K、Mg，分別為5.77%、32.36%、53.91%、56.82%、63.10%，其中前2種養(yǎng)分的損失率低于凋落物干重損失率，表明其可能在分解前期發(fā)生富集，當其后期富集到一定程度才逐漸釋放出來。不同密度林分損失率大小順序略有不同，但差異不大。

經過1年的分解，各密度林分底層凋落物干重也損失過半，各種元素也有不同程度的釋放，其具體損失率見表3。5種養(yǎng)分的平均損失率從小到大為N、P、Ca、Mg、K，分別為24.14%、29.84%、44.67%、58.31%、58.51%，這與表層的大小順序略有差異，其中前3種元素損失率低于干重損失率，其也有可能發(fā)生了富集。不同密度林分損失率順序略有不同，但差異也不大。

表3　分解1年后凋落物干重及養(yǎng)分損失率　單位：%

通過對比可以看到，分解1年后，底層中N、K的平均損失率高于表層，表明這些養(yǎng)分在底層釋放的較快，而P、Ca、Mg的平均損失率高于表層，表明這些養(yǎng)分在表層釋放的較快。產生這種差異的主要原因是，N元素為凋落物的結構組成元素，常發(fā)生富集導致釋放緩慢，其釋放主要有賴于微生物的分解作用；Ca、Mg為易淋溶元素，受大氣降水的影響比較大，表層比底層凋落物更容易遭受淋溶作用的影響，因此表層的Ca、Mg釋放較快；而P也為凋落物結構組成元素，雖然其在表層比底層分解的快，但差異不大；K也為易淋溶元素，其在底層比表皮層分解的快，其差異也不大。

通過比較同一元素在不同林分1年后損失率變化規(guī)律，可以看出表層凋落物中N、Ca損失率有隨密度增大而增大的趨勢，表明林分密度越大，這些養(yǎng)分釋放速度越快，其它養(yǎng)分規(guī)律不明顯；底層凋落物中N、P、Ca、Mg損失率均隨密度增大而增大，林分密度越大，這些養(yǎng)分釋放速度越快，而K的規(guī)律不明顯。

3　結論

馬尾松人工林表層和底層凋落物殘留率在不同密度間變化趨勢均相近，首月迅速降低，冬季減緩，春季到夏季加快降低，秋季又開始減緩，大致呈指數衰減方式降低。

利用Olson指數衰減模型對凋落物分解殘留率變化過程進行擬合，表層凋落物指數衰減模型S1200為R(t)=e-0.058t，S1767為R(t)=e-0.057t，S2167為R(t)=e-0.064t，分解系數分別為0.058、0.057、0.064，表層凋落物在高密度林分分解較快。底層凋落物落物指數衰減模型S1200為R(t)=e-0.056t，S1767為R(t)=e-0.062t，S2167為R(t)=e-0.076t，分解系數分別為0.056、0.062、0.072，表明林分密度越高底層凋落物分解越快。在中高密度林下底層的年周轉期較之表層短約半年，而低密度則差異不大，凋落物周轉期在3.3年至4.5年的范圍。

分解1年后底層中N、K的平均損失率高于表層，這些養(yǎng)分在底層釋放的較快，而P、Ca、Mg的平均損失率低于表層，這些養(yǎng)分在表層釋放的較快。表層凋落物中N、Ca損失率有隨密度增大而增大的趨勢，其它養(yǎng)分規(guī)律不明顯；底層凋落物中N、P、Ca、Mg損失率均隨密度增大而增大，而K的規(guī)律不明顯。

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Comparison of litter decomposition Dynamic ofPinusMassonianaplantation in different Litter placed position

ZHOU Xin-weiLI ZHi-hui

(College of forestry, Central South University of Forestry and Technology,Changsha, Hunan 410004 )

Taking the 12-year-old Pinus Massoniana plantations at Longli Forest Farm in Guizhou Province as a study , litter decomposing dynamics of three density in different litter placed position were examined. The results were as follows : loss ratio of surface and undersurface litter had a similar trend “exponential decay type” among plantations of different density .Surface litter “exponential decay model” of S1200 was R(t)=e-0.058t, S1767 R(t)=e-0.057t, and S2167 R(t)=e-0.064t，surface litter decomposed rapid in high density stand.Undersurface litter “exponential decay model” of S1200 was R(t)=e-0.056t, S1767 was R(t)=e-0.062t, S2167 was R(t)=e-0.076t. Litter decomposed more quickly in high density plantation. Litter turnover period was in the range of 3.3～4.5 year, and litter turnover period was shorter about half year placed on the undersurface than on the surface. Litter decomposition dynamic, loss ratio, and litter turnover period were changed with litter placed position. Overall, litter decomposition speed when placed undersurface was higher than surface.

PinusMassonana; plantation; litter decompositon; litter placed position

2016-04-03

周鑫偉(1990～)，男，貴州貴陽人，碩士研究生，從事森林培育研究。

** 李志輝，通訊聯系人，教授，博導，從事森林培育研究，Email: lzh1957@126.com

S718.55+4.2

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