闽楠人工林枯落物养分季节动态变化

谢柯香，文仕知，何功秀，邵明晓，郭文平，颜家雄

（1.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004, 2.黄丰桥林场，湖南 攸县 412307）

闽楠人工林枯落物养分季节动态变化

谢柯香1，文仕知1，何功秀1，邵明晓1，郭文平2，颜家雄2

（1.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004, 2.黄丰桥林场，湖南 攸县 412307）

以闽楠人工林凋落物和死地被物为研究对象，对N、Ca、K、P、Mg、Mn、Fe、Zn、Pb、Cu、Cd、Ni等养分元素进行测定。研究结果表明：凋落物大量元素总含量季节变化顺序为夏季＞冬季＞春季＞秋季，且各元素大小顺序为N＞Ca＞K＞P＞Mg。死地被物中未分解层枯落物大量元素含量高于半分解层枯落物，而未分解层枯落物中微量元素总含量低于半分解层枯落物；未分解枯落物和半分解枯落物中大量元素含量顺序为冬季＞秋季＞夏季＞春季，未分解层枯落物中微量元素季节变化趋势为秋季＞冬季＞春季＞夏季，半分解枯落物微量元素含量大小顺序为冬季＞春季＞秋季＞夏季。

闽楠；枯落物；养分季节动态变化

森林凋落物是指生态系统中生物组分归还到林地表面，是分解者物质和能量的来源，并维持生态系统功能的有机质总称，是森林生态系统中生产者的绿色植物光合作用产物的一部分，也是森林归还养分的一个主要途径[1]。国外早在20世纪20年代就对枯落物进行了深入研究，Chapin 、Berg B[2-4]等对生态系统养分循环、凋落物分解进行了研究。国内对枯落物研究相对较晚，大约始于80年代，潘维俦[5]等对植物养分含量、积累速率和生物循环进行了研究。田大伦[6]、文仕知[7-9]等对凋落物养分动态等方面进行研究。

闽楠是我国珍贵用材树种，属国家二级重点保护树种。近年来闽楠已被森林经营者所重视，且经营面积正不断扩大。目前已有大量关于楠木的研究[10-11]，但对于闽楠枯落物这方面的研究报道比较缺乏。

1 研究区概况

试验地设置于湖南省祁阳县的金洞国有林场，地理位置为东经 112°04′30″，北纬 26°18′30″。总面积635 km2，林场地貌以砂岩、页岩、碳质板岩为主，土层深厚肥沃，有机质含量较高，该地属中亚热带东南季风湿润气候区，年平均气温16.3～17.7℃，年均日照时间为159.9 h，年均降水量为1 600～1 900 mm。

林场内森林茂盛，物种多样，有高等植物210科，1 557种，种子植物中有木本植物98科，654种，覆盖率达89.4%。本试验地是2001年营造的闽楠人工林，郁闭度为0.74，两块样地平均树龄为10 a，平均胸径为9.3 cm，平均树高为9.8 m，林下灌木较少，主要为蕨类等草本。

2 研究方法

在地势较为平缓，能代表整个林分基本状况的地方选取一块区域做标准样地，面积为30 m×20 m。调查标准地的立地条件，每次采样前对标准地内的树木测1次胸径和树高。

从2011年9月到2012年9月每季度，将枯落物按凋落物和死地被物（未分解和半分解）进行分类收集。在试验样地均匀分布20个1 m×1 m尼龙网，收集闽楠凋落物；在林下地表设置1 m×1 m的样方，对死地被物按厚度进行采集，表层枯落物为未分解，中底层为半分解。各取得样品0.5 kg带回试验室，用蒸馏水清洗后，经105℃快速杀青20 min，80℃烘干直到恒量。样品粉碎后过60目筛装入密封袋中，标记后保存，留待测定养分含量。

称植物粉碎样2 g于坩埚，放入马沸炉中高温灰化，加强酸配置待测液，全N用凯氏蒸馏法测定，全P 用钒钼黄比色法测定，全K、Ca、Mg和微量元素用原子吸收分光光度计法测定，测定3次后取平均值。

3 结果与分析

通过试验测定，对凋落物、地被物层养分含量进行比较，凋落物反映的是叶片凋落之后元素含量的变化，地被物层枯落物受环境影响导致元素含量有一定的变化[12]。

森林枯落物数量决定于树木本身的生物学特性、林龄和外界条件等[13]。根据2011年9月至2012年6月的观察显示，闽楠人工林枯落物基本集中在秋季和初冬，春季和夏季枯落物数量较少。

3.1 凋落物养分季节变化

3.1.1 凋落物大量元素季节变化

从表1可看出，闽楠人工林中凋落物大量元素总含量季节变化顺序为夏季＞冬季＞春季＞秋季，且各元素大小顺序为N＞Ca＞K＞P＞Mg，这个变化趋势与N元素季节变化相一致，主要是因为N元素含量比重大，且与枫香人工林凋落物季节变化规律相一致[8]。凋落物中大量元素总含量春季至夏季上升，夏季达到最大峰值，夏季至秋季含量降低，秋季达到全年最低值，秋季至冬季含量明显增大，这主要是因为冬季闽楠枯落物大多为非自然元素凋落，叶片中可转移养分元素未发生转移就被风刮落。

凋落物中K元素一年中呈逐渐降低趋势，到冬季含量达到最小值。Ca元素含量大致呈递增趋势，冬季含量最高。Mg元素是叶绿素的主要组成元素，Mg元素含量一年中前三季度基本不变，变化规律与大量元素总含量相似，均为冬季非自然原因落叶引起的。P元素季节变化曲线呈波浪型，夏季与冬季含量略高于春季与秋季。

表1 凋落物大量元素季节变化Table 1 Trend of macro-elements of litter in seasons g/kg

表2 凋落物微量元素季节变化Table 2 Trend of micro-elements of litter in seasons mg/kg

3.1.2 凋落物微量元素季节变化

由表2可知，夏季凋落物中微量元素总含量最大，季节变化规律明显。凋落物中各微量元素含量顺序为Mn＞Fe＞Zn＞Cu＞Pb＞Ni＞Cd，Mn元素含量最高，且季节变化规律与大量元素总含量规律相似，均从年初开始增加，到夏季达到最大值，秋季含量最小，秋季至冬季含量有小幅度增加。Fe、Cu元素季节变化规律相同，均从生长初期开始含量逐渐减少，到秋季出现最小峰值，到冬季含量回升。凋落物中Pb、Ni、Cd元素含量较小。

3.2 死地被物层元素季节动态变化

森林每年凋落的枯枝落叶逐渐在地表堆积形成一层松软的死地被物层,根据枯枝落叶的分解程度及其结构[14]，将其分为未分解层和半分解层。

3.2.1 死地被物层大量元素季节动态变化

从图1可以看出，除N、K元素之外，未分解层与半分解层枯落物养分变化季节变化规律大致相似。未分解层N元素含量最高，N元素含量从春季开始下降，到夏季含量最低，夏季至冬季含量一直保持增加趋势，冬季出现一年中最大值；半分解层枯落物N元素含量季节变化正好与未分解层N元素变化相反，这可能与淋溶作用有关。未分解层K元素含量一年之中含量保持不断上升趋势，到冬季含量达到最大值；半分解层K元素含量季节变化与未分解层不同，从春季开始下降，到秋季含量最低，K元素含量秋季明显小于其他3个季节，说明K元素在凋落之前已发生了转移，秋季至冬季含量剧增。未分解层枯落物与半分解层枯落物中P、Ca、Mg元素含量季节变化规律相似，均为同增同减的变化趋势。

在一年中，闽楠人工林半分解枯落物与未分解枯落物中养分元素含量不同，未分解枯落物中的养分总含量比半分解枯落物中的养分总含量多，这是因为半分解枯落物中部分养分元素被分解，经过淋溶作用已经溶入土壤中，且枯落物中不同元素分解速率不同[15]。

图1 未分解层与半分解层枯落物大量元素季节变化Fig.1 Trend of macro-elements of un-decomposed litter and half-decomposed litter in seasons

3.2.2 死地被物微量元素季节动态变化

3.2.2.1 未分解层微量元素季节动态变化

从表3可看出，未分解枯落物中微量元素含量顺序为Mn＞Fe＞Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Ni，季节变化趋势为秋季＞冬季＞春季＞夏季。未分解层中Mn元素含量最高，均值为811.852 mg/kg，枯落物中Mn元素含量全年都较其他元素高，Mn元素在春季至夏季含量减少，夏季到秋季含量骤升，最高值出现在秋季，秋季过后含量有所下降。Cd元素季节变化正好与Mn元素变化趋势相反。Fe元素含量从年初开始下降，到秋季含量降至全年最低值321.359 mg/kg，冬季含量有所回升。Cu元素含量季节变化曲线大致呈双峰型，春季和秋季含量较高，夏季和冬季含量较低。Zn元素含量变化曲线是U型，夏季含量最低，其他季节含量相当，这与叶中Zn元素季节变化一样。未分解枯落物中Pb元素从3月开始下降，到9月达到最小值，到冬季含量有小幅度增加。

表3 未分解层微量元素季节变化Table 3 The trend of the micro-elements of the un-decomposed litter in seasons mg/kg

3.2.2.2 半分解层微量元素季节变化

半分解枯落物中微量元素含量顺序为Mn＞Fe＞Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Ni，不同季节半分解枯落物微量元素含量大小顺序为冬季＞春季＞秋季＞夏季（见表4）。半分解层中Mn、Zn元素季节变化与未分解层一样。半分解层中Fe元素含量较高，从春季开始一直处于下降趋势，到秋季降到最低值，冬季含量上升至最高值924.175 mg/kg。Cu元素含量一年变化曲线与Fe相反，秋季出现最大值。半分解枯落物中Cd元素含量从春季开始呈直线平缓上升趋势。Pb元素含量在春夏两季降幅大于夏秋两季增幅，夏季含量最小，为33.888 mg/kg。Ni元素含量最小，且一年中变化幅度不大。

表4 半分解层微量元素季节变化Table 4 Trend of the micro-elements of un-decomposed litter in seasons mg/kg

结合表3和表4可以看出，半分解层枯落物中微量元素含量大于未分解层枯落物，这是由于大量元素比微量元素分解速度快，半分解枯落物中大量元素已有一部分被分解，致使相同质量枯落物中微量元素含量比例上升。

4 结 论

（1）该试验地凋落物大量元素总含量季节变化顺序为夏季＞冬季＞春季＞秋季，且各元素大小顺序为N＞Ca＞K＞P＞Mg；各微量元素含量顺序为Mn＞Fe＞Zn＞Cu＞Pb＞Ni＞Cd。

（2）该闽楠人工林未分解层枯落物和半分解层枯落物N、P含量季节变化规律不同，N元素甚至相反，其他元素变化规律相同，表现为同增同减的趋势。总的来说，未分解枯落物中的养分总含量比半分解枯落物中的养分总含量多，由于不同元素被分解速度不同，未分解枯落物与半分解枯落物中不同元素降幅不同。

（3）未分解枯落物中微量元素含量大小顺序为Mn＞Fe＞Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Ni，不同季节含量不同，为秋季＞冬季＞春季＞夏季。半分解枯落物中微量元素含量大小顺序为Mn＞Fe＞Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Ni，不同季节半分解枯落物微量元素含量大小顺序为冬季＞春季＞秋季＞夏季。Mn元素含量最高，Ni元素含量最低。总的来说，半分解层枯落物中微量元素含量大于未分解层枯落物。

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[2] Chapin F S, MatsonPA, Mooney H A. Principlesof terrestrial ecosystem ecology[M]. NewYork: Springer-Verlag, 2002.

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Seasonal changes of nutrient of litter of Phoebe bournei plantation

XIE Ke-xiang1, WEN Shi-zhi1, HE Gong-xiu1, SHAO Ming-xiao1, GUO Wen-ping2, YAN Jia-xiong2
(1. School of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Forestry station of Huang Feng-qiao, Youxian 4123007, Hunan, China)

This thesis mainly studies the seasonal changes of the nutrient of litter of Phoebe bournei plantation, and takes litter and forest floor as the object of study, nutrient elements of N、Ca、K、P、Mg、Mn、Fe、Zn、Pb、Cu、Cd、Ni were measured. The result shows that the order of macro-elements of litter is summer＞winter ＞ spring＞autumn, and each element sequence of N＞Ca＞K＞P＞Mg.The macro-elements of the un-decomposed litter is more than the half-decomposed litter, while the micro-elements of the undecomposed litter is less than the half-decomposed litter. The order of macro-elements of un-decomposed litter and half-decomposed litter both is winter＞summer＞spring＞autumn. The order of un-decomposed litter is autumn＞winter＞spring＞summer, while the order of half-decomposed litter is winter＞ spring＞autumn＞summer.

Phoebe bournei; litter; seasonal changes of nutrient

S715.2；S792.22

A

1673-923X(2013)06-0113-04

2012-10-16

国家林业行业公益性项目“闽楠优良种源选择培育关键技术研究”（201004066）

谢柯香（1985-），女，湖南株洲人，硕士研究生，研究方向：水土保持与荒漠化防治

文仕知，湖南衡阳人，教授，博士生导师，主要从事林业生态工程和生态学等方面的教学科研工作；E-mail：wenshizhi@163.com

[本文编校：欧阳钦]