龙里林场马尾松人工林凋落物养分归还动态

刘 娟，周运超*

（1. 贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025；2. 贵州省森林资源与环境研究中心，贵州 贵阳 550025）

龙里林场马尾松人工林凋落物养分归还动态

刘 娟1,2，周运超1,2*

（1. 贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025；2. 贵州省森林资源与环境研究中心，贵州 贵阳 550025）

以贵州省龙里林场3个不同密度的12 年生马尾松人工林为研究对象，通过调查测定凋落物归还量、养分归还量等指标，分析凋落物中N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 9种养分的归还、转移、释放变化动态。结果表明：凋落物中9种养分年归还量与密度呈正相关，各林分平均养分年归还量从大到小为N、Ca、Mn、Mg、K、P、Fe、Zn、Cu；各林分养分月归还量变化趋势与月凋落物量变化趋势相似，除Zn为双峰型外其余为单峰型，峰值均出现在11月；马尾松人工林年凋落物量与密度呈正相关，S2167年凋落物量5 208.74 kg/（hm2·a），S1767年凋落物量4 284 kg/（hm2·a），S1200年凋落物量3 113.80 kg/（hm2·a）；各林分月凋落物量变化趋势相似，均为单峰型，峰值出现在11月。

马尾松；人工林；凋落物；养分归还

森林凋落物是森林生态系统的重要组成部分，是森林生态系统物质循环的重要环节，它不仅对森林资源的保护和永续利用起着重大作用，而且还对涵养水源和水土保持具有重要意义。马尾松（Pinus massoniana）适应性强，耐干旱、瘠薄，是我国南方地区荒山绿化的主要树种之一，同时也是用材造林的首选树种[1~2]。目前，对于马尾松林凋落物归还的研究报道很多，张家武等[3]对马尾松林不同的林分密度对凋落物的影响做过研究，项文化等[4]研究了不同龄组马尾松人工林年凋落物量、林地现存凋落物量和养分归还量，姚瑞玲等[5]对不同密度马尾松人工林凋落物及大量元素归还量的年变化特征进行了研究，但对马尾松林凋落物及其养分，特别是微量元素的归还量的动态变化研究较少。本文以贵州省龙里林场12年生马尾松人工林为研究对象，分析了不同密度马尾松林凋落物及其养分归还量变化动态，以期了解马尾松养分归还特征和循环规律，指导林业生产和生态恢复。

1 材料和方法

1.1 实验地概况

实验样地位于贵州省龙里林场播基桥工区—碗井林区，属马尾松分布的中带西区，中亚热带温和湿润气候，年均气温14.8℃，极端最高气温33.2℃、最低气温-8.5℃，年均降水量1 089.3 m m，相对湿度78%，北坡，海拔1 125 ~ 1 140 m，土壤由砂岩发育而成，0 ~ 20 cm 为砂质粘壤土，20 ~ 40 cm 为粘壤土。

本文拟龙里林场播箕桥分场一碗井林区的12 年生马尾松人工纯林内，采用随机区组方法，共设置3块20 m ×30 m的 样地，每个样地分为4个小区，每个小区面积为150 m2。2008年11月分别在各样地内以“S”型采集0 ~ 20 cm 表层土壤5个点，去除杂质，将同一样地、同一时间取得的土壤混合均匀，用四分法留取约1 kg，带回室内，立即风干。之后将过孔径为2 m m和0.25 mm尼龙筛的土样分别贮于密封袋内，编号后进行养分测定，养分状况见表1。

表1 样地土壤养分状况Table 1 Soil nutrient in different sample plots

对各个样地中的马尾松调查编号，并进行每木检尺，记录胸径、树高等指标，S 1 2 0 0 、S 1 7 6 7 、S 2 1 6 7 的 3个样地林分状况见表2。

1.2 凋落物的采集和处理

凋落物采用收集器法采集，在每块样地中随机设置5个1 m× 1 m尼龙网凋落物收集器，每月收集其中的凋落叶一次。样品采集后，置于65℃烘箱中烘干48 h， 然后取样进行粉碎，过0.5 mm尼龙网筛后，装入密封袋中，标记后保存至干燥器中以备化学分析[6~7]。样品自2008年11月起至2009年11月每月固定日期采集。

表2 样地林分特征Table 2 Stand characteristics of sample plots

1.3 凋落物养分测定

取一份试样采用浓H2SO4-HClO4法消煮后测定其N、P、K、Ca、Mg含量，N含量采用靛酚蓝比色法测定；P含量采用钼锑抗比色法测定；K含量采用火焰光度法测定；Ca、Mg含量采用EDTA络合滴定法测定[8]。另取一份试样采用浓HNO3-HClO4法消煮后，用原子吸收法测定Fe、Mn、Zn、Cu含量[9]。

1.4 数据处理

样品自2008年11月起至2009年11月每月固定日期采集处理后进行养分测定，实验数据使用Excel软件和SPSS统计分析软件进行处理。其中，2009年3月凋落物收集器遭到自然及人为因素破坏，缺失当月凋落物量数据，采用均值插补法进行处理，并从各样地的表层捡取新鲜凋落物进行养分测定。根据本地区的气候特征，将实验中季节定义为冬季12月至翌年2月，春季3-5月，夏季6-8月，秋季9-11月。

2 结果与分析

2.1 月凋落物量及其变化动态

通过测定每个月的凋落物量，可以得到每个林分不同月份凋落物量的动态变化状况，具体见图 1。凋落物动态常用以解释输入土壤系统的基本养分量，因此研究凋落物的量及变化规律对管理林地养分平衡和长期立地可持续发展有重要意义[10]。马尾松为常绿树种，全年都有凋落物，各月的凋落物数量不同。从图1可知，不同密度林分单月凋落物量均表现为随密度增大而增大，这与不同密度林分年凋落物量的表现相同。3个林分月凋落物量均表现出相似的变化特点，月变化均为单峰型，全年最高值均出现在 11月，分别为895.60、1 144.32、1 396.64 kg/hm2，占全年凋落物量的28.8%、26.7%、26.8%，最低值出现在6月，仅占全年凋落物量的2.3%、3.9%、3.7%，整体上从12月到次年6月凋落量呈起伏的下降趋势，之后除10月有降低外至11月则处于上升趋势。从图1还可以看出，凋落物量的季节变化动态，秋季最大，其次是冬季和春季，夏季凋落物量最低。

2.2 凋落物养分归还量及其变化动态

通过计算每月的凋落物量与其养分含量的乘积，可以计算出每月各种养分的归还量，进而分析其归还量的动态变化。

图2 不同林分凋落物N归还量月变化Figure 2 Monthly variation of N return in sample plots

2.2.1 N归还量的变化动态 由图2可见，3个密度林分N归还量的月变化动态大致相似，不同密度间主要是量的差异，月归还量的大小与密度成正比。N归还量的月动态变化与凋落物量的月动态变化相似，3个林分均为单峰型，峰值出现在11月，分别为15.55、21.64、29.47 kg/hm2，占全年N归还量的24.89%、21.71%、26.34%，它们之间此时量的差异也最大，最低值出现在6月。N归还量在12月到次年6月呈下降的趋势，之后至11月则为上升的趋势。凋落物N归还量的季节变化为秋季最高，其次是冬季和夏季，春季最低。

2.2.2 P归还量的变化动态 由图3可见，3个密度林分凋落物P归还量月变化动态基本一致，不同密度间主要是量的差异，月归还量与密度成正比，即密度越大，P归还量也增大。P归还量的月动态变化与凋落物量的月动态变化也相近，3个林分基本为单峰型，峰值出现在11月，分别为0.26、0.37、0.52 kg/hm2，占全年P归还量的20.03%、19.82%、20.65%，最低值出现在6月。P归还量在12月到翌年2月的冬季呈下降趋势，之后的春季先上升后又下降，夏季则又开始上升，10月有明显的降低，11月迅速达到峰值。凋落物P归还量的季节变化为秋季最高，其次为春季和冬季，夏季最低。

图3 不同林分凋落物P归还量月变化Figure 3 Monthly variation of P return in sample plots

2.2.3 K归还量的变化动态 由图4可见，3个密度林分凋落物K归还量月变化动态基本一致，不同密度间主要是量的差异，月归还量随密度增大而增大。K归还量的月动态变化与凋落物量的月动态变化也相近，3个林分明显为单峰型，峰值出现在11月，分别为1.72、1.62、2.28 kg/hm2，占全年K归还量的40.61%、30.19%、35.55%，

最低值出现在6月。K归还量变化相对平稳，在12月到翌年6月除S1200在2月有一次明显上升外，基本为缓慢降低的趋势，之后则缓慢上升，10月有所降低，11月迅速上升，峰值明显。凋落物K归还量的季节变化动态为秋季最高，其次为冬季、春季和夏季，且冬春夏三季归还量大致相当，差异不大。

2.2.4 Ca归还量的变化动态 由图5可见，3个密度林分凋落物Ca归还量月变化动态基本一致，不同密度间主要是量的差异，月归还量与密度呈正相关。Ca归还量的月动态变化与凋落物量的月动态变化也大致相近，3个林分均为单峰型，峰值出现在11月，分别为4.39、4.62、5.83 kg/hm2，占全年Ca归还量的26.33%、23.16%、21.02%，最低值出现在6月或7月。Ca归还量在12月到第二年6月呈下降的趋势，其中S1200有两次上升过程，S1767和S2167有一次上升过程，之后到9月缓慢上升，10月略有降低后11月迅速达到峰值。凋落物Ca归还量的季节变化动态为秋季最高，其次为冬季、春季，夏季最低。

图4 不同林分凋落物K归还量月变化Figure 4 Monthly variation of K return in sample plots

2.2.5 Mg归还量的变化动态 由图6可见，3个密度林分凋落物Mg归还量月变化动态大致相似，不同密度间主要是量的差异，多数月份Mg归还量与密度呈正比。Mg归还量的月动态变化与凋落物量月动态变化也大致相近，3个密度林分为单峰型，峰值出现在11月，分别为1.27、1.32、1.90 kg/hm2，占全年Mg归还量的27.35%、22.57%、25.94%，最低值出现在6月。Mg归还量在冬季呈现出先降低后上升的趋势，之后到6月逐渐降低，随后开始上升，10月有所降低后11月迅速升高。凋落物Mg归还量的季节变化动态为秋季最高，其次为冬季、春季和夏季。

图5 不同林分凋落物Ca归还量月变化Figure 5 Monthly variation of Ca return in sample plots

2.2.6 Fe归还量的变化动态 由图 7可见，3个密度林分凋落物Fe归还量月变化动态大致相似，不同密度间主要是量的差异，多数月份Fe归还量与密度呈正比，随密度增大而增大。Fe归还量的月动态变化与凋落物量月动态变化也大致相同，3个密度林分均为单峰型，峰值出现在11月，分别为176.73、215.98、263.86 g/hm2，占全年Fe归还量的31.11%、26.73%、29.09%，最低值出现在6月。Fe归还量在冬季有所上升，之后到6月逐渐降低，随后则有明显上升，10月小幅降低后11月迅速上升。凋落物Fe归还量的季节变化动态为秋季最高，其次为春季、冬季，夏季最低。

2.2.7 Mn归还量的变化动态 由图8可见，3个密度林分凋落物Mn归还量月变化动态大致相似，不同密度间主要是量的差异，多数月份Mn归还量随密度增大而增大。3个密度林分均为单峰型，峰值出现在11月，分别为2 056.56、2 763.25、3 683.88 g/hm2，占全年Mn归还量的31.11%、26.73%、29.09%，最低值出现在5月或6月。Mn归还量在 5月前变化平稳，无明显高低起伏，5月有所降低呈现明显上升的趋势，10月则又有所降低，11月迅速升高。凋落物Mn归还量的季节变化动态为秋季最高，之后为春季和冬季，夏季最低。

2.2.8 Zn归还量的变化动态 由图9可见，3个密度林分凋落物Zn归还量月变化动态大致相似，不同密度间主要是量的差异，多数月份Zn归还量随密度增大呈现增大的趋势。3个密度林分均为单峰型，峰值出现在11月，分别为59.79、74.21、97.05 g/hm2，占全年Zn归还量的24.77%、22.98%、24.10%，最低值出现在6月。Zn归还量从12月到翌年5月大致呈现降低的趋势，之后开始逐渐升高，10月略有降低后11月迅速上升。凋落物Zn归还量季节变化为秋季最高，其次为冬季、春季，夏季最低。

2.2.9 Cu归还量的变化动态 由图 10可见，3个密度林分凋落物归还量月变化动态有所不同，但多数月份Cu归还量与密度变化的趋势相同，随密度增大而增大。3个密度林分均为双峰型，其中S2167的双峰特征最为明显，主峰出现在11月，分别为2.72、3.51、7.49 g/hm2，占全年Cu归还量的20.02%、18.89%、26.04%，副峰出现在2月或3月，最低值出现在5月或6月。Cu归还量从12月开始上升达到副峰，春季后迅速降低，夏季到秋季逐渐升高，10月有所降低后11月达到主峰。凋落物Cu归还量的季节变化为秋季最高，其次为冬季和春季，夏季最低。

图9 不同林分凋落物Zn归还量月变化Figure 9 Monthly variation of Zn return in sample plots

图10 不同林分凋落物Cu归还量月变化Figure 10 Monthly variation of Cu return in sample plots

2.3 凋落物年产量及其养分年归还量

将全年各月凋落物量及养分归还量分别取和，可得凋落物年产量及养分年归还量（表3）。由表3可知，马尾松人工林3个密度林分年凋落物量凋落物分别为3 113.80、4 284.12、5 208.74 kg/（hm2·a），从大到小依次为S2167 > S1767 > S1200，即年凋落物量随林分密度增大呈递增的趋势，表明林分间自然整枝和竞争的强烈程度随林分密度增大而增大，这与姚瑞玲等[5]研究得出凋落量与林分密度成正相关的结论一致。

凋落物中的养分归还是土壤肥力的重要来源。表中各养分的年归还量均表现出随密度增大而递增的趋势，这与年凋落物量的规律一致，表明养分归还量的大小与年凋落物量的大小有密切关系。马尾松人工林凋落物 5种大量元素年归还量从大到小为N、Ca、Mg、K、P，3个密度林分大致相同，S1200中Ca归还量略高于N含量，其中N、Ca年归还量相当，而Mg归还量也高于P和K，可能是由于植物体内N、P、K转移能力强，Ca、Mg转移能力弱所致；4种微量元素年归还量从大到小为Mn、Fe、Zn、Cu，这几种元素在植物体内转移能力弱，

归还量大小与其养分含量有关。

表3 不同密度林分凋落物及其养分年归还量Table 3 Annual return of nutrient from litterfall in sample plots

3 结论

凋落物中9种养分年归还量与密度呈正相关，各林分平均养分年归还量从大到小为N、Ca、Mn、Mg、K、P、Fe、Zn、Cu，分别为22.22、21.46、8.034、5.94、5.34、1.90 kg/（hm2·a）和761.07、318.30、20.30 g/（hm2·a）。各林分多数月份凋落物量随密度增大而增大，各林分养分月归还量变化趋势与凋落物量变化趋势相似，除Zn为双峰型外其余为单峰型，峰值均出现在11月。N归还量的季节变化为秋季 > 冬季 > 夏季 > 春季，P、Mn、Fe归还量的季节变化为秋季 > 春季 > 冬季 > 夏季，K、Ca、Mg、Zn、Cu归还量的季节变化为秋季 > 冬季 >春季 > 夏季。

3个马尾松人工林年凋落物量与密度呈正相关，S2167年凋落物量5 208.74 kg/（hm2·a），S1767年凋落物量4 284 kg/（hm2·a），S1200年凋落物量3 113.80 kg/（hm2·a）。各林分月凋落物量也随密度增大而增大，3个密度林分月凋落物量变化趋势相似，均为单峰型，全年最高值出现在11月，最低值出现在6月。凋落物量季节变化为秋季 > 冬季 > 春季 > 夏季。

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Dynamic of Nutrient Return from Litterfall in Pinus massoniana Plantation in Longli Forest Station

LIU Juan1,2，ZHOU Yun-chao1,2*
（1. Forestry College of Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2. Guizhou Forest Resources and Environment Center, Guiyang 550025, China）

Experiments on nutrient return were carried out in12-year Pinus massoniana plantation with three densities in Longli Forest Farm, Guizhou province. Dynamic variation of return, transfer and release of N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn and Cu was analyzed by measuring return amount of litterfall and nutrient. The results indicated that annual return of nine nutrients had positive relation with density of plantation. Mean annual return amount of nutrient in different sample plots was ordered by N (22.22kg/ha), Ca (21.46kg/ha), Mn (8.034kg/ha), K (5.94kg/ha), P (5.34kg/ha), Fe 1.90(kg/ha), Zn (761.07g/ha), Cu (318.30g/ha). Monthly return amount of nutrient had similar change, topped in November, except Zn with “double peak”. Annual litterfall amount had positive relation with density of plantation. Monthly litterfall amount had similar variation, topped in November. Key words: Pinus massoniana; plantation; litterfall; nutrient return

S718

A

1001-3776（2015）04-0007-06

2014-12-14；

：2015-03-11

贵州省重大专项课题（黔科合重大专项字2012-6011号）；贵州省农业攻关课题（黔科合NY字20093066）

刘娟（1987-），女，贵州毕节人，助理工程师，硕士生，从事水土保持与荒漠化防治研究；*通讯作者。