不同林窗马尾松凋落叶与土壤养分变化研究

魏大平 张丹桔，2，3 李 勋 张 艳 李川北 张 健，2，3*

(1.四川农业大学林学院生态林业研究所，成都 611130； 2.生态林业工程重点实验室，成都 611130； 3.长江上游生态安全协同创新中心，成都 611130)

不同林窗马尾松凋落叶与土壤养分变化研究

魏大平1张丹桔1，2，3李 勋1张 艳1李川北1张 健1，2，3*

(1.四川农业大学林学院生态林业研究所，成都 611130；2.生态林业工程重点实验室，成都 611130；3.长江上游生态安全协同创新中心，成都 611130)

以现有42年生的马尾松(Pinusmassoniana)人工纯林，经过采伐形成4种不同大小有效面积的林窗(100、400、900和1 600 m2)为研究对象，以未经采伐的42年生马尾松人工纯林为对照样地，采用凋落叶分解袋法，研究不同大小有效面积林窗对马尾松凋落叶、土壤C、N、P及化学计量比和养分损失率的影响。研究结果表明：(1)不同大小有效面积林窗下的马尾松凋落叶、土壤C、N、P含量及养分损失率除土壤P含量和马尾松凋落叶P养分损失率外，均存在显著差异。随着林窗有效面积G1～G4的增大，马尾松凋落叶C、N、P含量均呈降低趋势，三者均在G3林窗体现出较小值。马尾松凋落叶C、N、P养分损失率、土壤C、N、P养分含量多呈抛物线趋势，且均在G2或G3林窗体现出最大值。(2)不同大小有效面积林窗下的马尾松凋落叶、土壤C/N/P均存在显著差异。随着林窗有效面积G1～G4的增大，马尾松人工林土壤C/N/P基本呈抛物线变化趋势，土壤C/N在G3林窗出现最大值，土壤C/P、N/P均在G2林窗体现出最大值；土壤C/N、C/P、N/P变异系数分别为13.31%、16.51%、17.21%。马尾松凋落叶C/N、C/P均在G3体现出最小值。(3)马尾松凋落叶C、N含量与土壤C、C/N/P及环境因子的相关性较强，P含量与它们的相关性较弱；C/N与土壤P、C/N/P及环境因子的相关性较强，C/P、N/P与土壤C/P及环境因子的相关性较强；C、N养分损失率与土壤C、C/N、C/P及环境因子的相关性较强，P养分损失率与土壤C、N、P含量及其化学计量比和环境因子的相关性较弱。土壤C、N、P含量及其化学计量比与环境因子的相关性较强。

马尾松人工林；林窗；养分损失率；马尾松凋落叶；土壤；养分含量

马尾松是我国长江上游低山丘陵区退耕还林的主要树种，其具有耐干旱瘠薄,适应能力强等特点。由于长期采取单一树种纯林经营模式，林地出现地力衰退、森林生产力下降、物种多样性锐减、生态功能下降等现象[1]。目前，亟需对长江上游现有的低效马尾松人工林林分结构进行调控，使其恢复生态系统功能，发挥生态效益。近年来，国内外关于马尾松低效人工林改造在营造混交林等方面已有较多报道[2～5]。采伐形成的林窗在人工林林分结构优化和调整上具有重要价值。国内外研究发现[6～9]，林窗的形成不仅会影响分解者群落结构和多样性，而且会导致林窗内的光环境、微环境、温湿度和土壤理化性质等发生变化。但不同大小有效面积林窗内凋落叶养分释放是否有差异。如果存在差异大的有效面积林窗内凋落叶养分释放率高，并且土壤养分含量更高。因此，本文以四川宜宾来复镇4种不同有效面积林窗的42年生马尾松人工纯林和对照样地(CK)为研究对象，研究不同大小有效面积林窗内马尾松凋落叶、土壤C、N、P养分含量变化特征，探究不同大小有效面积林窗对马尾松人工纯林马尾松凋落叶养分分解归还、土壤养分的影响，揭示不同大小有效面积林窗与马尾松凋落叶养分分解归还、土壤养分之间的关系，以期为当地马尾松人工林的经营和管理提供理论科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

四川省宜宾市高县来复镇林区，位于四川盆地南缘，高县北部(28°35′321″N～28°36′464″N，104°33′120″E～104°33′373″E)，地处川云公路中段，宜高路、来沙路在此交汇，属中亚热带湿润季风气候，年均温18.1℃，日均温大于10℃有278 d，年均降水量1 070.4 mm，气候温和,雨量充沛，雨热同季。植被绝大部分为原始植被受破坏后的次生植被与人工植被，研究样地林分为42年生马尾松人工纯林，林分密度约1 100株·hm-2，平均株高约为16.0 m，平均胸径约为17.4 cm，郁闭度约为0.6～0.8，林下灌草覆盖度约30%，海拔高度在400～550 m。主要灌木有野桐(MallotustenuifoliusThunb.)、黄牛奶(SymplocoslaurinaWall.)、梨叶悬钩子(RubuspirifoliusSmith.)、黄荆(VitexnegundoLinn.)等；主要草本有商陆(PhytolaccaacinosaRoxb.)、芒萁芒萁(Dicranopterisdichotoma(Thunb.)Bernh)、芒(MiscanthussinensisAnderss.)、淡竹叶(LophatherumgracileBrongn.)、蕨(PteridiumaquilinumLinn.)、皱叶狗尾草(Setariaplicata(Lam.)T.)等。

1.2 实验设计与样品采集

2011年10月选择林地质量基本一致的42年生马尾松人工纯林，经人工砍伐形成4种不同梯度系列有效林窗面积约为10 m×10 m(100 m2)、20 m×20 m(400 m2)、30 m×30 m(900 m2)、40 m×40 m(1 600 m2)的近正方形林窗各3个，分别编号为G1、G2、G3、G4；以未砍伐的3个面积大于400 m2近正方形马尾松人工纯林作为林下对照样地，编号为CK，各林窗间距大于10 m。林窗内乔木等残体(地上小头直径>2.5 cm的死木质物)进行掘根处理，保留原凋落物层。2013年8月在实验样地中进行样地本底调查，包括植物多样性、土壤理化性质、林分结构等。2013年9月，在对应样地中分别收集近段时间自然凋落的、上层的、未分解的马尾松凋落叶，自然风干待用。采用尼龙网袋法(litter bag method)[10]：称取上述自然风干的马尾松凋落叶10 g装入网眼孔径0.5 mm，规格20 cm×20 cm尼龙网分解袋中。于2013年12月将上述装有10 g马尾松凋落叶的分解袋分别随机放置于4种不同的林窗中心和对照样地林下(距林缘>10 m)的地表，使之与腐殖质层充分接触。同时分别在4种不同林窗中心和对照样地林下的0～10 cm土层中埋设1个纽扣温度记录器(iButton DS1921G,Maxim Com.USA)，每2 h自动记录一次温度。分别于2014年4、8和11月，2015年2月在4种不同林窗中心和对照样地林下，各采集3袋之前放置的马尾松凋落叶分解袋，清除表面泥土和其他腐殖物后装入无菌封口袋中；在被采集之后对应的马尾松凋落叶分解袋下用土钻采集0～10 cm表层土壤，分别对采集到的马尾松凋落叶分解袋和土壤样品进行标记、编号，低温保存好带回实验室。马尾松凋落叶分解袋和土壤样品总数均为3个样品重复×3个林窗重复×(4种林窗+1个林下对照)×4次采样=180个。其中，林窗边缘界定为林冠空隙边缘与周围边界木基部所围成的部分。

1.3 样品室内测定

将采集回的土样自然风干后，去除石头、树根等杂物，用四分法分取适量自然风干土样研磨并过100目筛，装塑料封口袋中、编号，用于测定采样当次土壤中全C、全N、全P含量。将采集回来的分解袋中的马尾松凋落叶全部装入纸质信封中，于65℃烘箱中烘干至恒重，冷却后立即称重，用于计算采样当次马尾松凋落叶质量残留量；之后用磨样机粉碎并过100目筛子，装入纸质信封中、编号，用于测定采样当次的马尾松凋落叶中全C、全N、全P含量。称取2013年9月收集的自然风干马尾松凋落叶10 g于纸质信封中，于65℃烘箱中烘干至恒重，冷却后立即称重，用于计算马尾松凋落叶初始风干系数K2，从而计算马尾松凋落叶初始质量；之后用磨样机粉碎并过100目筛子，装入纸质信封中、编号，用于测定马尾松凋落叶中初始全C、全N、全P含量。所有马尾松凋落叶样品在测定养分含量前,都要再次烘干至恒重，冷却后立即进行称样。本实验中的马尾松凋落叶、土壤的C、N、P含量测定均统一参照《中华人民共和国林业行业标准LY/T-1999》。有机碳采用重铬酸钾—外加热法，全N采用半微量凯氏定氮法，全P采用钼锑抗比色法。

(1)凋落叶养分损失率Rt[11]：

Rt=(M0·C0-Mt·Ct)/(M0·C0)×100%

(1)

(2)变异系数C.V：

C.V=(SD/MN)×100%

(2)

式中，Rt为采样当次马尾松凋落叶养分损失率(%)；M0为马尾松凋落叶初始质量(g)；C0为马尾松凋落叶养分初始含量浓度(g·kg-1)；Mt为采样当次马尾松凋落叶质量残留量(g)；Ct为采样当次马尾松凋落叶养分含量浓度(g·kg-1)；SD为标准偏差；MN为平均值。

1.4 数据统计与分析

本次研究中对不同大小有效面积林窗的马尾松凋落叶分解袋、土壤进行了4次采样，采用这4次采样样品测定的马尾松凋落叶、土壤C、N、P含量及其化学计量比和马尾松凋落叶C、N、P养分损失率计算采样一年来马尾松凋落叶、土壤的平均养分含量。采用Excel2010将数据进行整理和预处理，对数据进行方差的齐次性检验并以Levene法进行方差的正态分布。利用SPSS19.0单因素方差分析(one-way ANOVA)及多重比较(LSD)对不同有效面积林窗的马尾松凋落叶、土壤C、N、P及其化学计量比和马尾松凋落叶C、N、P养分损失率进行差异显著性分析，显著性水平设为α=0.05。利用Oringe 8.5软件作图，表1中数据为平均值±标准差。

表1 样地基本概况(平均值±标准差)

注：CK代表林下对照；G1、G2、G3、G4分别代表100、400、900和1 600 m2林窗；下同。

Note:CK represent contrastive plot; G1,G2,G3,G4 represent different sizedPinusmassonianaforest gaps about 100, 400, 900 and 1 600 m2respectively. The same as bellow.

2 结果与分析

2.1 不同大小有效面积林窗土壤温度和含水率

不同大小有效面积林窗马尾松人工林土壤日均温变化基本一致(图1)，均为8月最高，2月最低。年均温随林窗有效面积的增大而升高，具体表现为CK(17.39℃)

表2不同大小林窗马尾松人工林土壤含水率动态(平均值±标准差)

Table2DynamicsofsoilwatercontentindifferentsizedP.massonianaforestgaps(mean±SD)

林窗Forestgaps2013-12-17～2014-4-172014-4-17～2014-8-172014-8-17～2014-11-172014-11-17～2015-1-17平均值AverageCK12.96±1.32c14.25±1.45b16.56±1.45c17.15±1.45c15.23±1.43cG115.93±1.85b15.60±1.85ab18.05±1.43b20.84±1.93b17.65±1.18bG218.23±1.37a15.21±2.35ab21.28±3.45a24.11±1.92ab19.71±1.67aG317.24±2.34ab17.27±2.51a22.14±1.38a25.63±3.43a20.57±2.39aG414.96±1.25bc16.23±1.97ab19.89±1.84ab18.75±2.76bc17.46±2.12b

注：不同小写字母表示不同林窗马尾松人工林土壤含水率之间的显著差异(P<0.05)。

Note:Different lowercase letter indicate significant difference of soil water content in different sizedP.massonianaforest gaps(P<0.05).

图1 不同大小林窗马尾松人工林土壤日平均温度动态Fig.1 Dynamics of the soil average daily temperature in different sized P.massoniana forest gaps

2.2不同大小有效面积林窗马尾松凋落叶C、N、P含量及其养分损失率

不同大小有效面积林窗之间(含对照样地)的马尾松凋落叶C、N、P养分含量均具有显著差异(P<0.05)(图2)。随林窗有效面积G1～G4的增大，马尾松凋落叶有机碳含量呈现在G1～G3林窗逐渐降低，而在G4林窗又显著升高趋势；不同有效面积林窗马尾松凋落叶全N、全P变化趋势基本一致，均表现为随林窗有效面积G1～G4的增大而降低趋势；马尾松凋落叶有机碳、全N、全P含量最大值均出现在对照样地(CK)。

图2 不同大小林窗马尾松凋落叶养分含量及其损失率 不同小写字母表示不同林窗马尾松人工林马尾松凋落叶养分及养分损失率之间的显著差异(P<0.05)。Fig.2 The C,N,P and nutrient loss of P.massoniana litter in different sized P.massoniana forest gaps Different lowercase letter indicate significant difference of P.massoniana litter,s C,N,P and them nutrient loss in different sized P.massoniana forest gaps(P<0.05).

图3 不同大小林窗马尾松凋落叶C/N/P值 不同小写字母表示不同林窗马尾松人工林马尾松凋落叶C/N/P化学计量比之间的显著差异(P<0.05)。Fig.3 The C/N/P stoichiometric ratio of P.massoniana litter in different sized P.massoniana forest gaps Different lowercase letter indicate significant difference of P.massoniana litter’s C/ N/ P stoichiometric ratio in different sized P.massoniana forest gaps(P<0.05).

不同大小有效面积林窗之间(含对照样地)的马尾松凋落叶C、N养分损失率均具有显著差异(P<0.05)，而P养分损失率没有显著差异(P>0.05)(图2)。随林窗有效面积G1～G4的增大，马尾松凋落叶C、N、P养分损失率变化趋势基本一致，均呈现抛物线趋势，C、P养分损失率在G3林窗体现出最大值，N养分损失率在G2林窗体现出最大值。

2.3不同大小有效面积林窗马尾松凋落叶C/N/P化学计量特征

不同大小有效面积林窗之间(含对照样地)的马尾松凋落叶C/N/P均具有显著差异(P<0.05)(图3)。马尾松凋落叶C/N、C/P随林窗有效面积G1～G4的增大，呈现先在G1～G3林窗逐渐降低，而后在G4林窗又突然升高趋势；马尾松凋落叶N/P随林窗有效面积G1～G4的增大，呈现先在G1～G2林窗骤然降低，而后在G2～G4林窗逐渐升高趋势；马尾松凋落叶C/N在对照样地(CK)体现出最大值，N/P、C/P均在G1林窗体现出最大值。

2.4不同大小有效面积林窗马尾松人工林土壤C、N、P含量

不同大小有效面积林窗之间(含对照样地)的马尾松人工林土壤有机碳、全N均有显著差异(P<0.05)，全P没有显著差异(P>0.05)(图4)。随林窗有效面积G1～G4的增大，马尾松人工林土壤有机碳、全N、全P含量均呈现抛物线趋势；土壤有机碳在G3林窗体现出最大值，土壤全N、全P均在G2林窗体现出最大值。

2.5不同大小有效面积林窗马尾松人工林土壤C/N/P化学计量特征

不同大小有效面积林窗之间(含对照样地)的马尾松人工林土壤C/N/P均具有显著差异(P<0.05)(图5)。随林窗有效面积G1～G4的增大，马尾松人工林土壤C/N呈现先降低再升高又降低的变化趋势，在对照样地(CK)体现出最大值；土壤C/P、N/P均呈现抛物线趋势，均在G2林窗体现出最大值。不同大小有效面积林窗之间(含对照样地)的马尾松人工林土壤C/N在11.62～13.25，平均值为12.05，变异系数为13.31%；N/P在3.42～5.56，平均值为4.43，变异系数为17.21%；C/P在34.15～55.17，平均值为44.50，变异系数为16.51%。

图4 不同大小林窗马尾松人工林土壤养分含量 不同小写字母表示不同林窗马尾松人工林土壤养分之间的显著差异(P<0.05)。Fig.4 The C,N,P of soil in different sized P.massoniana forest gaps Different lowercase letter indicate significant difference of soil C, N, P in different sized Pinus massoniana forest gaps(P<0.05).

图5 不同大小林窗马尾松人工林土壤C/N/P值 不同小写字母表示不同林窗马尾松人工林土壤C/N/P化学计量比之间的显著差异(P<0.05)。Fig.5 The C/N/P stoichiometric ratio of soil in different sized P.massoniana forest gaps Different lowercase letter indicate significant difference of soil C/N/P stoichiometric ratio in different sized Pinus massoniana forest gaps(P<0.05).

2.6不同大小有效面积林窗马尾松凋落叶、土壤养分及其化学计量比与环境因子的相关性分析

相关性结果表明(表3)，不同大小有效面积林窗马尾松凋落叶全C与土壤全C呈显著负相关，与土壤C/N、C/P分别呈显著、极显著正相关，与土壤含水量呈极显著负相关，与土壤温度呈极显著正相关；马尾松凋落叶全N与土壤全C、N/P均呈显著负相关，与土壤含水率呈显著正相关；马尾松凋落叶全P与土壤C、N、P及其化学计量比相关性较弱，与土壤温度呈显著负相关；马尾松凋落叶C/N与土壤全P呈显著负相关，与土壤C/N、C/P、N/P皆呈显著正相关，与土壤含水率呈极显著负相关，与土壤温度呈极显著正相关；马尾松凋落叶N/P与土壤C、N、P养分及其化学计量比相关性较弱，与土壤含水率呈显著正相关；马尾松凋落叶C/P与土壤C、N、P相关性较弱，与土壤C/P呈显著正相关，与土壤温度呈极显著正相关。土壤含水量与土壤C、N、P均呈显著正相关，与土壤N/P、C/P分别呈极显著、显著负相关；土壤温度与土壤全C呈极显著正相关，与土壤全N呈显著负相关，与土壤C/N呈极显著正相关，与土壤C/P呈显著正相关。

表3 不同大小林窗马尾松凋落叶、土壤养分，养分损失率及环境因子的相关性分析

注：Cr、Nr、Pr分别表示马尾松凋落叶C、N、P损失率；Wr、T表示土壤含水率和土壤温度。

Note:Cr,Nr,Pr represent C, N, P nutrient loss ofP.massonianalitter respectively; Wr,T represent water content and temperature of soil respectively.

2.7不同大小有效面积林窗马尾松凋落叶C、N、P养分损失率与土壤养分及其化学计量比和环境因子的相关性分析

相关性结果表明(表3)，不同大小有效面积林窗马尾松凋落叶C养分损失率与土壤全C呈显著正相关关系，与土壤C/N、C/P分别显著、极显著负相关，与土壤含水率呈显著正相关，与土壤温度呈极显著负相关；马尾松凋落叶N养分损失率与土壤全C呈极显著正相关，与土壤C/N呈显著负相关，与土壤温度呈极显著负相关；马尾松凋落叶P养分损失率与土壤C、N、P及其化学计量比和环境因子的相关性较弱。

3 讨论

3.1不同大小有效面积林窗马尾松人工林土壤、马尾松凋落叶C、N、P含量及养分损失率

土壤有机碳主要受进入土壤的动植物、微生物残体和根系分泌物等有机质的影响，土壤全氮来源于大气降水带来的氮的化合物、动植物残体以及生物固氮(包括共生和非共生)[12]，而土壤全磷来源于成土母质的风化、干湿沉降、动植物残体、微生物活动等[13]。而对于森林生态系统而言，土壤C、N、P含量主要来源于凋落物的分解，受凋落物量、凋落物种类和分解程度共同影响。小面积林窗由于地表凋落物量充足，为表层土壤有机质的矿化提供了充足的“分解底物”[14]，但可能由于其郁闭度较高，林内水热环境欠佳，使得凋落物分解缓慢，使得土壤中C、N、P累积量相对较低；随着林窗面积的增大，林窗内昼夜温差大、干湿交替频繁、水热环境适宜，凋落物分解速率不断加快，养分不断释放、归还到土壤中，使得土壤中的C、N、P达到最大累积；而随着林窗进一步增大时，由于林窗中的凋落物量减少、地表受雨水冲刷作用强，土壤养分淋失严重，使得土壤中C、N、P养分含量又有所降低。另一方面，植物多样性调查结果发现：林窗形成后，草灌层先锋植物(如商陆、野桐等阔叶植物)迅速生长发育，与大面积G4林窗相比，G2、G3林窗芒其、蕨类等阔叶植物更为丰富[2,15]，阔叶树种凋落物能较马尾松凋落叶更快地将养分分解、归还到土壤中[16]；其次，林窗内丰富的阔叶植被根系促进了表层土壤养分的矿化[17]，这也使得土壤C、N、P养分在中等面积G2、G3林窗体现出最大累积量。土壤C、N、P均在G2林窗有较大值，土壤N、P含量随林窗有效面积增大的变化趋势相似，均与土壤C含量的变化趋势有所差异，说明土壤C、N、P三者之间彼此相互影响，又相互独立，土壤N、P二者的关系较土壤C更为紧密，因为凋落物蛋白质中的RNA是植物的氮库也是植物的主要磷库[18～19]，凋落物分解将养分N释放到土壤中的同时，也将养分P释放、归还到了土壤中。

凋落物是森林生态系统中连接植物与土壤养分循环的重要纽带，是营养元素的基本载体，为植物生长发育提供了充足的养分，有利于改善土壤的理化性质，增加土壤孔隙度和土壤肥力，提高森林的生产力[20]。相关文献还表明凋落物具有增加土壤C、N、P含量[21]，提高土壤中微生物的生长速率，加速含P物质的矿化[22～23]。凋落物分解是森林生态系统养分循环的基本过程之一，具有重要生态作用[24～25]。它决定着林地生产力的高低，森林每年通过凋落物分解归还到土壤的总氮量占植物生长所需总氮量的70%～80%，总磷量占植物生长所需总磷量的65%～80%[26]。本研究结果表明，随着林窗有效面积的增大，马尾松凋落叶C、N、P含量基本均呈降低趋势，说明不同大小有效面积林窗影响着马尾松凋落叶的分解。

植物种类较多、盖度较高的G2、G3林窗，为秋冬季微生物提供更为丰富的凋落物碳、氮、磷来源[4]，从而延长微生物对凋落叶的作用时间；Zhang等[27]和Arunachalam等[28]的研究结果也表明：直径大于30 m的大林窗内土壤微生物生物量显著减少，土壤细菌数量在面积为306.9～981.8 m2的林窗内较高，Muscolo等[29]也指出：不同林窗间微生物量380 m2>855 m2>1 520 m2。这些原因使得马尾松凋落叶C、N、P养分损失率均在G2、G3林窗体现出最大值，这也说明G2、G3林窗林内水热环境适宜，使得马尾松凋落叶较其他林窗能快速将养分分解、释放、归还到土壤中。这与上文讨论得出的结果：土壤C、N、P含量在G2、G3林窗达到最大累积相吻合。

3.2不同大小有效面积林窗马尾松人工林土壤、马尾松凋落叶C/N/P化学计量特征

土壤C/N、C/P、N/P是土壤有机碳与全氮、全磷的比值，在一定程度上能反映土壤有机碳的分解与积累，土壤N、P的富瘠和有效性在一定范围内可以作为土壤肥力的指标，从而影响植物的养分吸收，进而影响其生长发育[30]。被植物吸收的氮、磷分别是有效氮和有效磷，因此，土壤N/P在土壤养分限制诊断方面有一定的局限性，但在一定程度上可以间接预测对植物养分的供给水平和限制水平。本研究中N/P较低，表明该研究林地在一定程度上受到氮的制约[12]。总体来看，马尾松人工林土壤C/N、C/P和N/P的变异系数分别为13.31%、16.51%和17.21%，表明土壤C/N相对稳定，这符合化学计量学的基本原则：有机物质的形成需要一定数量的氮和其他营养成分，及与其相应的相对固定比率的碳[31]。

凋落物养分元素化学计量比在一定程度上制约着凋落物养分分解以及其归还速度[32]。马尾松凋落叶在进入土壤转为土壤有机质的过程中还经历了复杂的微生物分解过程，在这个过程中大量有机态的C、N、P被矿化分解，使得马尾松人工林土壤C、N、P含量及其C/N、C/P、N/P都显著低于马尾松凋落叶[33]。凋落物C/N在一定程度上能反映微生物对基质的利用效率[34]，凋落物C/N>20的基质，蛋白质和活性碳组分比例往往相对较低，不容易被微生物利用[35]。本研究中，各林窗马尾松凋落叶C/N均大于20，说明本研究区马尾松凋落叶不容易被微生物分解利用，养分循环比较慢。相关研究结果表明，凋落物分解速率与其C/N、C/P值呈显著负相关，凋落物C/N、C/P值越低，其分解速率越快[36]。本研究区马尾松凋落叶C/N、C/P值均在G3林窗体现出最小值，说明G3林窗的马尾松凋落叶分解速率较其他林窗快，能快速将其养分分解、归还给土壤，以利于地上植物的生长、发育。

3.3不同大小有效面积林窗马尾松凋落叶养分损失率与土壤养分及其化学计量比和环境因子的相关性

随着林窗面积G1～G4的增大，G2、G3林窗林内水热环境适宜、干湿交替频繁，马尾松凋落叶分解速率不断加快，养分不断释放、归还到土壤中，使得马尾松凋落叶养分含量不断减少，而马尾松人工林土壤养分含量不断累积，使得不同大小有效面积林窗马尾松人工林土壤C、N与马尾松凋落叶C、P呈显著负相关(表3)。土壤全磷主要来源于成土母质的风化，受其他方式(干湿沉降，动植物残体，微生物活动等)的影响相对较小[13]，使得马尾松人工林土壤P含量与马尾松凋落叶P含量相关性不显著(表3)。环境因子是影响凋落物分解和土壤养分含量的重要因素，且三者之间常具有密切的相互作用[17,37]。较高的土壤含水量和温度营造了林内湿热的环境，使得林下土壤动物、微生物迅速生长，它们的生长以凋落物为食[38]，这使得马尾松凋落叶中的养分不断被分解、归还到土壤中，导致马尾松凋落叶养分含量不断减少，而马尾松人工林土壤养分含量不断累积，这解释了本研究中马尾松凋落叶、土壤C、N、P及其化学计量比中多数指标与土壤含水量呈显著正相关，而与土壤温度呈显著负相关。

本研究中马尾松凋落叶C、N养分损失率与土壤C含量呈显著正相关关系，这与以往的研究结论：凋落物的降解与土壤养分含量之间存在显著的一致性[39]相符合。这说明马尾松凋落叶的分解影响着马尾松人工林土壤肥力、生产力的高低[20]。G2、G3林窗马尾松凋落叶C、N养分损失率高于其他林窗，马尾松凋落叶中养分的释放可能促使了土壤中原有有机质的降解，改善土壤生物生长环境，使土壤微生物生物量增加，对凋落物的分解与利用加快，促进土壤养分的改善和提高[40]。马尾松凋落叶养分N损失率与土壤C含量呈显著正相关关系，说明马尾松凋落叶分解释放的有机氮大部分都附着于土壤有机质中，相关文献也表明土壤中的全氮95%以上以有机氮的形式存在于土壤表层[41]。土壤全磷主要来源于成土母质的风化，受其他方式(干湿沉降，动植物残体，微生物活动等)的影响相对较小[13]，使得马尾松人工林土壤P含量与马尾松凋落叶P养分损失率及环境因子相关性不显著。

4 结论

本研究中林窗有效面积的改变引起了马尾松人工林林窗内温度、湿度、光照等环境因子的变化，马尾松凋落叶、土壤C、N、P含量、化学计量比及养分损失率随林窗有效面积的增大基本皆呈抛物线变化趋势，且皆在G2或G3林窗时体现出最大值或最小值，说明G2或G3林窗林内微环境最为适宜，为马尾松凋落叶的快速分解提供了适宜的环境，加快了凋落物将其养分分解、释放、归还到土壤中的速率，促进了养分循环；进一步说明过大或者过小有效面积的林窗都不利于马尾松人工林物质养分的循环、进而不利于马尾松人工林的生长发育。本研究中不同大小有效面积林窗马尾松人工林土壤N/P在3.66～5.59，说明该研究区的马尾松人工林生长发育受N限制严重。因此，在本地区马尾松人工林管理方面，除了要注意控制调节林窗外，还建议适当引入固氮植物以缓解养分N的限制，适当引入阔叶树种以加快凋落物的分解、促进物质养分的循环。

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Supported by the National Natural Science Foundation of China(31370628)

introduction：WEI Da-Ping(1988—),female,Master,the research direction for remould the Yangtze river inefficientPinusmassonianaplantation.

date:2016-09-08

DynamicsofLeafLitterandMineralSoilNutrientsinDifferentSizedPinusmassonianaForestGaps

WEI Da-Ping1ZHANG Dan-Ju1，2，3LI Xun1ZHANG Yan1LI Chuan-Bei1ZHANG Jian1，2，3*

(1.Institute of Ecology & Forestry,College of Forestry,Chengdu 611130；2.Key Laboratory of Forestry Ecological Engineering in Sichuan,Chengdu 611130；3.Collaborative Innovation center of Ecological security in the Upper Reaches of Yangtze River,Chengdu 611130)

In order to study the organic carbon nitrogen phosphorus nutrients content, loss of these nutrients, C/N/P stoichiometric ratio ofPinusmassonianalitter and soil in different sizedP.massonianaforest gaps. In the present study, with existing 42 years ofP.massonianaplantation, by cutting, formed four different sizedP.massonianaforest gaps about 100, 400, 900, 1 600 m2and without cutting as usual. Bying leaf litter decomposition method. The results showed that: (1)With different sized forest gaps, the organic carbon nitrogen phosphorus nutrients content, loss of these nutrients and C/N/P stoichiometric ratio ofP.massonianalitter and soil had significant differences, in addition to the phosphorus nutrients content of soil and phosphorus nutrient loss. With the increasing of gap size G1～G4, the content organic carbon nitrogen phosphorus nutrients content ofP.massonianalitter all showed a decreasing trend and had smaller values in G3. Most index of the content organic carbon nitrogen phosphorus nutrients content of soil, the content organic carbon nitrogen phosphorus nutrient loss showed a parabolic trend and had the maximum value in G2 or G3; (2) With different sized forest gaps, the C/N/P stoichiometric ratio ofP.massonianalitter and soil had significant differences. With the increasing of gap size G1～G4, the C/N/P stoichiometric ratio of soil showed a parabolic trend, C/N had the maximum value in G3, both C/P and N/P had the maximum value in G2. The Soil C/N, C/P and N/P coefficient of variation were 13.31%, 16.51% and 17.21% respectively. Both C/N and C/P ofP.massonianalitter had the minimum value in G3; (3) There were a strong correlation relationship between the organic carbon nitrogen nutrients content ofP.massonianalitter and the organic carbon nutrients content, C/N/P stoichiometric ratio of soil, environmental factors, while a weaker correlation relationship between phosphorus nutrients content ofP.massonianalitter and them. There were a strong correlation relationship between C/N ofP.massonianalitter and the phosphorus nutrients content, C/N/P stoichiometric ratio of soil, environmental factors. There were a strong correlation relationship between C/P, N/P ofP.massonianalitter and the C/P of soil, environmental factors. There were a strong correlation relationship between organic carbon nitrogen nutrient loss and the organic carbon C/N, C/P of soil, environmental factors. There were a weaker correlation relationship between phosphorus nutrient loss and the organic carbon nitrogen phosphorus nutrients content, C:N:P stoichiometric ratio of soil, environmental factors. There were a strong correlation relationship between the organic carbon nitrogen phosphorus nutrients content, C/N/P stoichiometric ratio of soil and environmental factors.

Pinusmassonianaplantation;forest gap;nutrient loss;P.massonianalitter;soil;nutrient content

国家自然科学基金(31370628)

魏大平(1988—)，女，硕士，主要从事长江中上游马尾松低效林改造方面的研究。

* 通信作者：E-mail:sicazhangjian@163.com

2016-09-08

* Corresponding author：E-mail:sicazhangjian@163.com

S71.55

A

10.7525/j.issn.1673-5102.2017.01.017