黑松阔叶林内不同树种树干径流对表层土壤化学性质的影响

叶激华，吴初平，张 骏，沈爱华，朱锦茹，袁位高，江 波

（1. 浙江省舟山市林场，浙江 舟山 316000；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

黑松阔叶林内不同树种树干径流对表层土壤化学性质的影响

叶激华1，吴初平2*，张 骏2，沈爱华2，朱锦茹2，袁位高2，江 波2

（1. 浙江省舟山市林场，浙江 舟山 316000；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

分析了黑松阔叶林内黑松（Pinus thunbergii）、枫香树（Liquidambar formosana）和樟（Cinnamomum camphora）3树种的树干径流对表层土壤化学性质的影响。结果表明，相比大气降水，3树种的树干径流pH值均有所下降，化学元素浓度则有所提高，导致树干基部土壤pH值较低，但其影响主要局限在离树干90 cm范围之内；树干径流的养分输入增加了树干基部土壤的有机质和矿质养分含量；从树种看，黑松树干径流的 pH值最低，化学元素浓度最高，但离树干不同距离土壤有机质含量均低于枫香树和樟，其原因是黑松的枯枝落叶比枫香树、樟不易分解，说明土壤养分更多地受枯枝落叶分解的影响。

树干径流；化学性质；土壤；黑松

在森林生态系统中，降水经过林冠后，其化学成分和pH值会发生明显变化，并以穿透水和树干径流两种主要形式流入林地，成为林分内物质循环的重要途径[1]。和穿透水相比，树干径流在林内降水中所占的比重很小，但是径流与林冠层和树干表面均进行了化学元素交换，并且所含物质的浓度较高，对森林生态系统养分、矿质元素的输入影响很大[2~3]。而且，树干径流内的养分含量因为植被类型和树种的不同而差异很大[4~5]。以pH值为例，研究表明[6]，油松径流的pH值由林外雨的6.51降为4.97，而锐齿栎的径流pH值为6.60。因此，不同树种的树干径流对树干周边土壤的湿度、酸度、物质浓度乃至植物的生长影响也不同[6~9]。

舟山岛是舟山群岛最大的岛屿，1992年以后，由于松材线虫（Bursaphelenchus xylophilus）的入侵和快速蔓延，导致树种结构单一的黑松（Pinus thunbergii）林遭到了毁灭性的破坏[10]，林分结构发生了巨大的变化[11]。急剧的林分结构变化必然引起森林生态功能的变化。但是该类林分的水质效应，特别是关于不同树种树干径流的养分输入及对表层土壤化学性的影响的研究却很少见。因此，本文在黑松阔叶树混交林内，以舟山岛广泛分布的黑松、枫香树（Liquidambar formosana）和樟（Cinnamomum camphora）为对象，研究其树干径流的养分输入量及对表层土壤化学性质的影响，旨在为进一步研究植物与土壤的相互作用机理，解析沿海防护林内的物质循环奠定基础，从而为沿海防护林的建设提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

舟山岛是舟山群岛最大的岛屿，为全国第四大岛，面积502 km2，属中亚热带北缘季风气候区，受海洋影响，年平均气温16.5℃，年平均降水量1 351.3 mm。1992年以后，由于松材线虫的入侵和快速蔓延，导致以马尾松林和黑松林为主的舟山岛森林植被遭到了毁灭性的破坏。现有的丘陵山地植被除部分更新松林外，以林相残破、林分质量差的次生阔叶林和灌木林为主，常见的有枫香树林、栓皮栎（Quercus variabilis）林、白栎（Q. fabri）林及其萌生灌丛等，常绿阔叶林仅在本岛中部存有零星的苦槠（Castanopsis sclerophylla）林[10]。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置 调查地位于舟山市定海区城东街道第38小班公益林，为20世纪50年代营造的黑松林，丘陵山地，坡向西北，坡度26°，海拔185 m。2010年8月在该小班内建立了100 m（水平距离）×100 m的大样地，进行常规调查。如表1所示，以枫香树为主的落叶阔叶树在乔木层中占据较大优势，林内尚存较多的黑松，只有少量樟等常绿阔叶树种。

表1 2010年调查地乔木层的林分结构Table 1 Stand structure of arbor layer at sample plot in 2010

1.2.2 样品采集 2013年5月、6月，在样地附近的无林地内收集大气降水，在样地内分别选取黑松、枫香树和樟各3株标准木，通过环形接水装置引入专用聚氯乙烯接水容器收集树干径流，大雨后共收集水样5批次。同年8月，沿标准木（黑松、枫香树和樟各3株共9株）东南西北4个方向，分别在距离树干0、30、60、90、120、150 cm处，除去枯枝落叶，用土壤刀小心采集0 ~ 10 cm土层厚度的土壤。收集的水样和土壤即交浙江省林业科学研究院分析中心进行实验分析，水样分析指标为pH值、Cl-、NO3-、SO42-、Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋，土样分析指标为pH值、有机质、全磷、速磷、全钾、速钾、全氮。

1.2.3 数据处理 收集到的数据利用SPSS17.0软件进行单因素方差分析。

2 结果

2.1 不同树种树干径流及大气降水的化学性质

如表2显示，大气降水的pH值为6.6，黑松、枫香树和樟上径流水的pH值均有不同程度的下降，分别为4.7、5.8和5.7。黑松、枫香树和樟树干径流以及大气降水的化学总浓度分别为102.15、98.80、70.22和36.23 mg/L。从化学成分上看，主要化学元素浓度差异非常明显，各水样均是Cl-和SO42-含量最高，两者之和占一半以上，而黑松、枫香树和樟树干径流的主要化学元素浓度均超过了大气降水，其中大部分化学元素浓度均是黑松最高。

2.2 不同树种树干周围土壤特征分析

2.2.1 不同树种树干周围土壤pH值和有机质含量 如表3所示，黑松、枫香树和樟的树干基部土壤（0 cm）的pH值相对较低，并随着远离树干pH值逐渐增加。土壤pH值离树干60 cm或90 cm时达到最大值，在远离树干基部120 cm或150 cm也出现pH相对较低值。从树种上看，黑松周围土壤pH值要略低于枫香树和樟。另外，黑松、枫香树和樟树干基部土壤（0 cm）的有机质含量相对较高，但随着远离树干，土壤有机质并没有发生规律性的变化。从树种看，离树干不同距离土壤有机质含量均是黑松低于枫香树和樟。

表3 黑松、枫香树、樟树干周围土壤pH值及有机质含量Table 3 pH value and organic matter content in the soil near the stems of tested trees

2.2.2 不同树种树干周围土壤主要矿质养分 由表4可知，黑松、枫香树和樟树干周围土壤的全氮、全磷、速磷、全钾、速钾含量均为树干基部土壤比较高。土壤中的主要矿质养分随着远离树干有下降趋势，但是距树干60cm以外变化较小。从树种看，全氮和有机质都是樟和枫香树相对偏高。土壤有机质作为土壤氮元素的重要来源之一，其含量积累越高土壤氮元素含量也会增加。全磷、速磷含量也是樟和枫香树相对偏高。全钾含量是距树干30 cm以内樟较高，60 cm以外樟较低；而速钾含量则是樟最大，枫香树最低。

3 讨论

本研究中，黑松、枫香树和樟树干径流的pH值相比大气降水有所下降，化学元素浓度普遍提高，说明大气降水通过黑松、枫香树和樟的林冠层后，降水主要发生了对枝叶、枝条表面尘埃等物质的淋洗作用，以及对枝叶中元素的淋溶作用。由于针叶树的冠层比表面积较大，承接和吸附的干沉降也较多，导致黑松树干径流中的pH值最低，化学总浓度最高。其他研究[7~9,12]也表明松、杉等针叶树种的酸化能力较强。由此导致树干基部土壤pH值较低，特别是黑松周围土壤pH值最低，但随着远离树干pH值逐渐增加。姚余君等[13]指出，pH值较低的树干径流长期流入土壤，会导致在树干基部出现pH最低值，该结果与本研究相似。土壤pH值离树干60 cm或90 cm时达到最大值，说明树干径流的影响范围可达90 cm。其他研究结果[14]也表明，树干径流的影响主要局限在离树干1 m的范围之内。另外，在远离树干基部120 cm或150 cm处也出现pH相对较低值，这主要是受邻近树木以及周边环境影响的缘故。

表4 黑松、枫香树、樟树干周围土壤矿质养分含量Table 4 Content of mineral elements in the soil near the stems of tested trees

树干径流的化学元素浓度普遍较高，其养分输入增加了树干基部土壤的有机质含量，提高了树干基部土壤的全氮、全磷、速磷、全钾、速钾等矿质养分含量，从而影响树木对营养的吸收乃至树木的生长。研究表明树干径流含有大量氨基酸、糖分等有机物质，以及树干皮、根桩皮的脱落物等会增加树干基部土壤有机质含量，导致油松、锐齿栎树干基部土壤有机质含量均明显高于土体有机质含量[6]。本研究同样是因为受树干径流的影响导致各树种的树干基部土壤的有机质含量和全氮、全磷、速磷、全钾、速钾等矿质养分含量相对较高。但是，树干径流的影响主要局限在离树干 1 m的范围之内，远离树干的土壤有机质并没有发生规律性的变化。研究表明[15]，土壤有机质含量和矿质养分含量除了受树干径流的影响外，与凋落物分解速率大小有关。因此，受枯枝落叶分解的影响，该研究中随着远离树干，土壤有机质和矿质养分含量并没有发生规律性的变化，而且离树干不同距离土壤有机质含量均是黑松低于枫香树和樟，其原因是黑松的枯枝落叶比枫香树、樟不易分解，其他研究[16]也表明土壤养分含量与凋落物养分归还量的关系更为密切。

4 结论

松材线虫入侵黑松林后的生态系统恢复是个长期而又漫长的过程，在整个演替阶段中黑松阔叶混交林处于非常不稳定的阶段，本文研究分析了该林分内常见树种黑松、枫香树和樟的树干径流的养分输入量及对表层土壤化学性的影响。李伟立等[17]研究分析了马尾松林演替过程中群落结构变化的动态格局及演替进程中土壤的响应，并指出随着演替时间的延长，土壤全N和有机质含量呈上升趋势，土壤肥力随恢复进程而逐渐上升。关于松材线虫病入侵后的黑松阔叶林，以往研究分析了群落结构特征[11]和主要伴生树种的生态特征[18]，并指出随着松材线虫病的深入，黑松阔叶林内枫香树、樟等阔叶树种会逐步代替黑松。随着演替的进行，该类林分除种类组成和结构发生变化以外，林内环境也在改变。土壤作为植被演替中的主要环境因子，随演替进行总是不断地发生变化[19]。黑松渐渐消失后，大气降水主要经过阔叶树种的淋洗和淋溶作用后以穿透水和树干径流流入林地，土壤的pH值和土养分含量会逐步提高。以往研究[17,20]也表明，随着植被正向演替，土壤全氮和有机质含量增加明显。可以预见，随着演替的深入，黑松阔叶林内林分的土壤养分也会逐步提高，而土壤养分的提高同样会促进植被的正向演替。

参考文献：

[1] 杨茂瑞. 亚热带杉木、马尾松人工林的林内降雨、林冠截留和树于茎流[J]. 林业科学研究，1992，5（2）：158-162.

[2] 刘世海，余新晓，于志民，等. 密云水库集水区人工油松水源保护林降水化学性质研究[J]. 应用生态学报，2001，12（5）：697-700.

[3] 田大伦，项文化，杨晚华. 第2代杉木林幼林生态系统水化学特征[J]. 生态学报，2002，22（6）：859-865.

[4] 李海涛，韩兴国，陈灵芝. 华北暖温带山地落叶阔叶混交林的茎流研究[J]. 生态学报，1997，17（4）：371-376.

[5] 彭培好，王金锡，胡振宇，等. 人工桤柏混交林中降雨对养分物质的淋溶影响[J]. 生态学杂志，1996，15（5）：12-15.

[6] 刘建军. 锐齿栎、油松茎流养分输入和树干基部土壤特性初步研究[J]. 西北林学院学报，1999，14（1）：59-63.

[7] 佐佐朋幸. 盛岡市周辺の代表的森林における林内雨，林外雨，樹幹流の酸性度ならびにその溶存成分[J]. 森林立地，1990，32（2）：43-58.

[8] 松浦陽次郎．関東地方におけるスギ林表層土壌のpH低下[J]. 森林立地，1990，32（2）：65-69.

[9] 松浦陽次郎．樹幹流と土壌の酸性化の実態[J]. 森林立地，1992，34（1）：20-25

[10] 王国明，赵颖，陈斌，等. 浙江舟山岛松材线虫入侵后松林群落的自然演替和特征[J]. 林业科学，2011，47（3）：124-132.

[11] 吴初平，叶激华，张骏，等. 松材线虫入侵后黑松林分结构特征的变化[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2013，37（5）：81-86.

[12] 樊后保. 杉木林截留对降水化学的影响[J]. 林业科学，2000，36（4）：2-8.

[13] 姚余君，张彦东，任向荣. 云杉和落叶松树干径流对土壤pH值的影响[J]. 东北林业大学学报，2006，34（6）：22-25.

[14] 加藤秀正，白井昌洋. スギおよびヒノキ樹幹近傍土壌の酸性化[J]. 土肥誌，1995（66）：20-25.

[15] 邹碧，李志安，丁永祯，等. 南亚热带4种人工林凋落物动态特征[J]. 生态学报，2006，26（3）：702-709.

[16] 阎恩荣，王希华，周武. 天童常绿阔叶林不同退化群落的凋落物特征及与土壤养分动态的关系[J]. 植物生态学报，2008，32（1）：1-12.

[17] 李伟立，余倩，郭雪艳，等. 皖南次生马尾松林自然演替进程中的群落动态[J]. 生态学杂志，2014，33（8）：1997-2004.

[18] 吴初平，叶激华，张骏，等. 黑松不同密度对主要伴生树种生态位的影响[J]. 浙江林业科技，2013，33（4）：1-5．

[19] 李庆康，马克平. 植物群落演替过程中植物生理生态学特性及其主要环境因子的变化[J]. 植物生态学报，2002（26）：9-19.

[20] 张庆费，由文辉，宋永昌. 浙江天童植物群落演替对土壤化学性质的影响[J]. 应用生态学报，1999，10（1）：19-22.

Effect of Stemflows from Different Trees in Mixed Forest on Chemical Property of the Soil

YE Ji-hua1，WU Chu-ping2，ZHANG Jun2，SHEN Ai-hua2，ZHU Jin-ru2，YUAN Wei-gao2，JIANG Bo2
（1. Zhoushan Forest Farm of Zhejiang, Zhoushan 316000, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

Determinations were conducted on chemical properties of stem-flow from Pinus thunbergii, Liquidambar formosana and Cinnamomum camphora, pH value and organic matter content in soil at mixed forest in Zhoushan, Zhejiang province. The results indicate that pH of stemflows decreased, concentration of chemical element increased, compared with that of the precipitation, leading to lower pH in the soil around stem but limited within one meter away from the stem. The nutrient input by stemflow increased organic matter and mineral content in the soil around. Among tested tree species, P. thunbergii had the lowest pH and the highest element concentration of stemflow, lowest organic matter content in the soil around. The reason was that the litter of P. thunbergii is more difficult to be decomposed than that of the other two tree species.

stemflow; chemical property; soil; Pinus thunbergii

S714.2

：A

1001-3776（2015）06-0023-05

2015-04-11；

2015-09-17

浙江省森林生态科技创新团队（2011R50027）

叶激华（1971-），男，浙江舟山人，高级工程师，从事森林资源管理工作；*通讯作者。