沙地云杉林土壤养分季节动态特征研究

刘云超 马莉 陈凤臻 郝卓敏 朱建宇 刘苏蓝

摘 要：以沙地云杉林幼龄林、中龄林、近熟林三种林型土壤为研究对象，采用对比分析的方法，研究了3种林型不同土层0-10cm、10-20cm、20-30cm、30-40cm、40-50cm硝态氮、树脂磷总磷及全钾含量季节性动态特征.为沙地云杉土壤养分季节动态变化提供一定的理论依据.

关键词：沙地云杉;铵态氮;树脂磷总磷;全钾;季节动态

中图分类号：Q948  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2020）02-0001-04

土壤是植物生长最重要的基质，土壤也是森林生态系统中最基本的资源.是森林生长的基础.土壤不仅能为森林中的植物生长提供所必需的营养元素、水分、空气和微生物，而且也是地球上各种生态系统中物质和能量交换的重要场所.氮素、磷素和钾素三种元素是植物在生长过程中最为重要的营养元素[1-2].

氮、磷、钾等作为可被植物直接吸收利用的几种营养元素，其含量的变化直接影响土壤氮、磷、钾三种元素的迁移转化过程和植物生产力.由于土壤结构以及植物根系分布状况不一，不同树种、不同林型不同层次森林土壤氮、全磷、全钾含量存在显著差异，目前已有的研究表明，土壤中三种元素含量依植被生长发育节律随物候期不断发生变化，即季节性动态变化明显.国内外学者也对此开展了研究，但是孤立地进行比较多，即研究单一林型、单一土层或者单一生长季[4-8].对同类型间的可比性研究较少.本文将不同林型和不同土壤层次以及季节动态变化有机地结合在一起，将温带针叶林沙地云杉林不同层次土壤季节性动态变化进行综合比较分析，把握沙地云杉林生态系统铵态氮、林型树脂磷总磷、全钾三中元素迁移转化规律，为改良沙地云杉林林分结构、改善生态效益提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于浑善达克沙地东部边缘，赤峰市克什克腾旗白音敖包自然保护区内（43°30′～43°36′N，117°03′～117°16′E），面积约为1947hm2.该地区为温带草原气候，年均气温-1.4℃，1月均温为–23.4℃，7月均温为17.4℃，全年无霜期平均为78天，年降水量360～440mm，年平均蒸发量为1035.6mm，海拔1300～1500m（26.27李春红，徐文铎）.地貌主要为流动、半固定或固定沙地，土壤为灰色森林土，砂层厚度10～100cm.在植物区系上，属于蒙古植物分布区范畴，但由于接近兴安植物区和华北植物区.在植物种类组成上，一方面表现有兴安植物区系成分，如兴安落叶松（Larix daburica）、兴安桧（Sabina davurica）、搂斗菜叶绣线菊（Spiraea aquilogifolia）、窄叶绣线菊（Spiraea dahurica），另一方面，也有华北植物区系的代表种如油松（pinustabulaef.rmis）等（徐文铎：内蒙古沙地白扦林的主要类型与特点）.

1.2 土壤样品的采集

2016年11月在浑善达克沙地边缘，白音敖包沙地云杉国家级自然保护区内，选取天然生长的幼龄林（0～5a），中龄林（5～30a）、近熟林（30～40a）各3块样地，每块样地面积为10m×10m.并于2016年11月，2017年5月、8月、11月分别用内径为5cm土钻按S形曲线进行布点，采集0-10cm，10-20cm，20-30cm，30-40cm，40-50cm土壤样品装入塑料袋带回实验室进行分析.

1.3 土壤样品的分析

所采土壤样品经自然风干后，拣去动植物残体，杂质，根系和石块，研细并过筛装袋，封袋后储藏备用.pH测定采用电位法（水：土=1：1）;还原碱解氮采用碱解-扩散法;林型树脂磷总磷采用0.03mol/L氟化铵-0.025mol/L盐酸浸提法;全钾采用1mol/L乙酸铵浸提-火焰光度法测定.

2 结果与分析

2.1 不同林型土壤pH值变化趋势

通过图1a，1b，，1c，1d可以看出，2016年11月，2017年5月和2017年11月、沙地云杉幼龄林、中龄林、近熟林5各层次的pH值总体呈现增加的趋势.2017年8月沙地云杉中龄林、近熟林5各层次的pH值总体呈现增加的趋势.幼龄林呈现先增加后降低的趋势.2017年5月，2017年8月和2017年11月的各层次中，总体上都是幼龄林>近熟林>中龄林.

随着时间的增加，五个层次的幼龄林pH值呈现先下降再增加趋势，中龄林和近熟林呈现下降趋势.

2.2 不同林型土壤硝态氮变化趋势

通过图2a，2b，，2c，2d可以看出，2016年11月，沙地云杉幼龄林、中龄林、近熟林5个层次的硝态氮总体呈现降低的趋势.2017年5月、2017年8月、2017年11月沙地云杉中龄林5个层次的硝态氮总体呈现增加的趋势.中龄林和近熟林总体呈现先增加后降低的趋势.2017年11月硝态氮幼龄林和近熟林总体呈现下降趋势，中龄林呈现先增加后降低的趋势.2016年11月，沙地云杉幼齡林、中龄林、近熟林5个层次的硝态氮总体幼龄林>中龄林>近熟林.2017年5月0-10cm，10-20cm硝态氮含量呈现近熟林>中龄林>幼龄林，而20-30cm，30-40cm，40-50cm呈现幼龄林>中龄林>近熟林.2017年8月各层次总体呈现近熟林>幼龄林>中龄林，2017年11月各层次总体呈现近熟林>中龄林>幼龄林.这与许翠清等人研究温带森林土壤铵态氮季节动态特征的结果相近.

通过表2可以看出，随着时间的增加，0-10cm，幼龄林硝态氮含量呈下降趋势，中龄林为先上升后下降再上升趋势，近熟林为先下降后上升趋势.10-20cm，20-30cm两个层次幼龄林和近熟林硝态氮含量呈先下降后上升趋势，中龄林为先上升在下降趋势.30-40cm，幼龄林硝态氮含量呈上升趋势，中龄林硝态氮含量呈先下降后上升趋势，近熟林趋势是先上升后下降.40-50cm，三种林型的硝态氮含量呈先下降后上升趋势.出现这种现象的原因可能是因为随着时间由冷变热，降水等增多，土壤中的各种生物增加，从而增加了硝态氮的迁移转化，并随着水分逐渐向土壤深度渗透有关.且三种林型里，土壤表层0-20cm硝态氮含量多于下面三个层次[8].

2.3 不同林型树脂磷总磷变化趋势

通过图3a，3b，，3c，3d可以看出，2016年11月，沙地云杉树脂磷总磷总体上幼龄林>中龄林>近熟林.5个层次的树脂磷总磷总体呈现降低的趋势.幼龄林呈现先升高后降低的趋势、中龄林呈现先降低再升高、而近熟林呈现先降低后升高的趋势.2017年5月不同林型树脂磷总磷总体为幼龄林>中龄林>近熟林，5个层次上，幼龄林呈现先升高后降低的趋势;中龄林和近熟林呈现先降低后升高的趋势.2017年8月不同林型树脂磷总磷总体为近熟林>中龄林>幼龄林，3种林型5个层次的硝态氮总体呈现增加的趋势.2017年11月不同林型树脂磷总磷总体为中龄林>幼龄林>近熟林，幼龄林和近熟林呈现先下降后上升趋势，中龄林呈现先降低后增加的趋势.

通过表4可以看出，随着时间的增加，0-10cm，幼龄林树脂磷总磷含量呈下降趋势，中龄林、近熟林为先下降再上升趋势，10-20cm，幼龄林树脂磷总磷含量呈先下降再上升趋势.中龄林为先上升在下降趋势，近熟林则为下降趋势.20-30cm，幼龄林、树脂磷总磷含量呈上升趋势，中龄林为“w”变化趋势，近熟林为下降趋势.30-40cm，三种林型树脂磷总磷含量“w”变化趋势.40-50cm，三种林型树脂磷总磷含量呈现一直上升趋势.原因可能和温度、降水有关.土壤中的各种生物增加，从而增加了的树脂磷总磷迁移转化，并随着水分逐渐向土壤深度渗透有关.

2.4 不同林型全钾含量变化趋势

通过图4a，4b，，4c，4d可以看出，2016年11月，沙地云杉幼龄林全钾总体上呈现先降低后升高的趋势.中龄林和近熟林呈现降低趋势.2017年5月不同林型全钾总体为中龄林>幼龄林>近熟林，5个层次上，三种林型都呈现随着深度增加而降低的趋势;2017年8月幼龄林全钾呈现先上升后下降的趋势，中龄林和近熟林林呈现下降趋势.不同林型全钾总体为中龄林>幼龄林>近熟林，2017年11月近熟林全钾呈现先上升后下降趋势，中龄林和近熟林呈现降低趋势.不同林型全钾总体为中龄林>幼龄林>近熟林.

通过表4可以看出，随着时间的增加，0-10cm，幼龄林全钾含量呈下降趋势，中龄林为先上升后下降再上升趋势，近熟林为先下降后上升趋势.10-20cm，幼龄林、中龄林和近熟林全钾含量呈上升趋势.20-30cm，幼龄林、中龄林全钾含量呈先上升后下降趋势，近熟林为先下降后上升趋势.30-40cm，40-50cm幼龄林、中龄林和近熟林全钾含量呈先上升后下降趋势，这与杨丽丽等人研究结果相似[9].出现这种现象的原因可能是因为随着时间由冷变热，降水等增多，土壤中的各种生物增加，从而增加了钾的迁移转化，并随着水分逐渐向土壤深度渗透有关.

3 结论

（1）随着时间增加，沙地云杉幼龄林、中龄林、近熟林5个层次的pH值，总体上都是幼龄林>近熟林>中龄林.随着深度增加，五个层次的幼龄林pH值呈现先下降增加趋势，中龄林和近熟林呈现下降趋势.

（2）随着时间的增加，2017年5月0-10cm，10-20cm呈現近熟林>中龄林>幼龄林，而20-30cm，30-40cm，40-50cm呈现幼龄林>中龄林>近熟林.2017年8月各层次总体呈现近熟林>幼龄林>中龄林，2017年11月各层次总体呈现近熟林>中龄林>幼龄林.随着深度增加，幼龄林硝态氮含量呈先下降后上升趋势，中龄林和近熟林为先上升后下降再上升趋势.

（3）随着时间增加，2017年5月不同林型树脂磷总磷总体为幼龄林>中龄林>近熟林，2017年8月不同林型树脂磷总磷总体为近熟林>中龄林>幼龄林，2017年11月不同林型树脂磷总磷总体为中龄林>幼龄林>近熟林.随着深度增加，幼龄林和近熟林呈现先下降后上升趋势，中龄林呈现先降低后增加的趋势.

（4）随着时间增加，2017年5月不同林型全钾总体为中龄林>幼龄林>近熟林，2017年8月幼龄林全钾呈现先上升后下降的趋势，中龄林和近熟林林呈现下降趋势.2017年11月近熟林全钾呈现先上升后下降趋势，中龄林和近熟林呈现降低趋势.随着深度增加，三种林型的土壤全钾呈现下降趋势.

参考文献：

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〔9〕杨丽丽，邢元军，文仕知，等.闽楠人工幼林生态系统营养元素积累与分布特征[J].中南林业科技大学学报，2018，38（9）：100-106.