不同放置方式下马尾松人工林凋落物分解动态

周鑫伟　李志辉

(中南林业科技大学林学院　湖南长沙　410004)



不同放置方式下马尾松人工林凋落物分解动态

周鑫伟李志辉*

(中南林业科技大学林学院湖南长沙410004)

以贵州省龙里林场12年马尾松人工林为研究对象，对比研究了不同放置方式下3种密度马尾松凋落物分解动态。结果表明，马尾松人工林表层和底层凋落物损失率在不同密度间变化趋势均相近，大致呈指数衰减方式降低。表层凋落物指数衰减模型S1200为R(t)=e-0.058t，S1767为R(t)=e-0.057t，S2167为R(t)=e-0.064t，表层凋落物在高密度林分分解较快；底层凋落物指数衰减模型S1200为R(t)=e-0.056t，S1767为R(t)=e-0.062t，S2167为R(t)=e-0.076t，林分密度越高底层凋落物分解越快。凋落物周转期在3.3～4.5年范围，底层凋落物周转期较之表层短约半年。放置方式的差异凋落物分解动态、损失率、周转期等均存在差异，总体而言，放置在底层的凋落物分解速率快于放置于表层。

马尾松；人工林；凋落物分解；放置方式

森林凋落物是生态系统物质循环中的重要过程，对森林生产力至关重要(DIDHAM R K,1998)。凋落物的主要生态意义在于分解作用后将死的有机体营养元素归还给土壤，完成生态系统内营养元素的物质循环(邵玉琴等，2004)。林地内的凋落物在土壤动物和微生物的活动以及各种生态因子的影响下，分解并转化，使其中一部分养分重新归还土壤，并再次被林木吸收利用，在林木与土壤之间进行着不断的循环，使林地土壤中的有机质和营养元素不断积累和丰富，因而它的分解过程和速率对森林土壤肥力有重要影响(Bonnevie-Svendsen et al.，1956；赵其国等，1990)。目前马尾松人工林凋落物分解的研究已经有了一定的成果(莫江明等(1996); 杨细明(2002))，但存在放置方式的差别，如直接放置在枯落物表层(程煜,等. 2011)，也有放置在枯落物下(底层)表土上(何丹，等. 2015)，本研究试图明晰如下科学问题：1、不同密度马尾松人工林凋落物过程的差别；2、2种放置方式下马尾松凋落分解方程是否一致；3、2种放置方式下凋落物分解1年后养分损失有何差别。

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，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℃，年均降雨量1089.3mm，相对湿度78%。林地海拔高1125～1140m，土壤是由砂岩发育而成的黄壤，0～20cm为砂质粘壤土，20～40cm为粘壤土。3组试验样地均设于12年马尾松人工纯林内，林分状况见表1，表中S1200、S1767、S2167分别表示密度为1200株/hm2、1767株/hm2、2167株/hm2的马尾松样地。

表1　样地林分特征

1.2凋落物的采集和处理

在样地外侧收集当年未分解凋落物，在室温下风干备用，同时取样测定水分系数及养分元素含量。

将风干样品混匀后称取30g装入尼龙网分解袋中(孔径0.5mm，规格30cm20cm)，随机置于样地中，每样地按凋落物层上和下两个方式各放置36袋，3样地共计216袋。每月进行回收，每个样地取回3袋，清理干净后将残渣装入信封中，于65 ℃下烘干至恒重，测定凋落物残存量，持续时间1年。

1.3凋落物养分测定

在分解试验结束时对残留物进行养分分析，将样品粉碎过0.5mm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(张万儒等，1986；国家林业局，1999)。试样采用浓H2SO4-HClO4法消煮后测定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(国家林业局，1999)。

1.4数据处理

实验数据使用Excel软件和Spss统计分析软件进行处理。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凋落物分解过程中残留率的变化动态

通过计算每月的凋落物干重与初始干重的比值，可以得到分解过程中残留率的变化动态。由图1和图2可见，3个密度马尾松林表层和底层凋落物分解整体趋势表现一致，但底层凋落物残留率变幅较大，3个密度间量的差异在有些月份也比较大，一些月份残留率出现了增大的情况，可能是其接近土壤表层，土壤中有些养分进入分解袋中所致，同时上层凋落物中释放出的养分也可能流入其中，对其残留率产生影响。整个分解呈现出快慢交替的过程，首月分解较快，表层凋落物平均残留率85.6%，底层凋落物平均残留率86.8%；随后的整个冬季由于温度较低导致分解缓慢，表层和底层凋落物平均残留率分别保持在82.2%和81.9%左右，无明显的变化；之后3月到9月由于从春季到夏季温度逐渐回升，凋落物进入加快分解阶段，高温高湿的良好分解条件使凋落物平均残留率分别迅速降至50.2%、49.0%，表明经过10个月的分解，凋落物干重重量损失基本过半；9月到11月秋季到来温度开始降低，表层凋落物在S1200和S2167中分解趋势明显减缓，底层凋落物在S2167中分解减缓。从分解曲线可以看出，不同放置方式的密度效应明显，尤其放置于底层的枯落物在低密度下残留率持续了8个月均低于其他密度，而放置于表层则总体差异不大(图1～2)。

图1　表层凋落物分解过程中残留率的变化　　　　　　　　　　　　图2　底层凋落物分解过程中残留率的变化

2.2凋落物分解方程和参数

凋落物分解过程是一个随时间变化的动态过程，Olson(1963)提出了用指数衰减模型描述凋落物的分解， 依据这一模型，可以拟合出马尾松人工林凋落物分解残留率随时间变化的指数回归方程，同时由k值可以估算出凋落物分解的半衰期和周转期。

分解系数k值反映了凋落物分解快慢，k值越大凋落物分解越快，3个密度马尾松林表层凋落物分解系数分别为0.058、0.057、0.064(表2)， S1200与S1767差异很小，S2167明显大于二者，说明密度大到一定程度可加快凋落物分解。3个密度林分表层凋落物半衰期分别为1.0a、1.0a、0.9a，表明经过一年时间凋落物干重损失均过半，周转期分别为4.3年、4.4年、3.9年。底层凋落物分解系数随密度增大变化趋势明显，与密度成正相关，3个林分分别为0.056、0.062、0.076。3个密度林分表层半衰期分别为1.0年、0.9年、0.8年，表明底层凋落物第一年干重损失也过半，周转期分别为4.5年、4.0年、3.3年。底层凋落物不同密度间分解参数的差异进一步表明，当林分密度的提高达到一定程度时，将会加快马尾松凋落物的分解速率。

表2　凋落物分解过程中残留率的指数回归方程

表层和底层凋落物不同密度间的半衰期差异不大，但周转期则明显有差异，说明前期密度对各个样地凋落物分解速度快慢影响不大，因为此时凋落物均处于快速分解阶段，而后期的缓慢分解阶段，密度高的林分可能更有利于这一阶段凋落物的分解。相同密度的表层和底层分解系数也存在差异，S1200表层略高于底层，而S1767和2167 的底层明显高于表层，说明底层凋落物分解速度要高于表层。李雪峰等(2006)对红松阔叶林内凋落物表层与底层红松枝叶的分解动态的研究也得到了相似的规律并分析了其中的原因所在，凋落物层形成微环境差异显著影响凋落物的分解，因为凋落物层的存在阻挡了阳光辐射和土壤水分蒸发,所以使凋落物底层保持一种相对恒定的温度和湿度条件, 这种效应在春季和秋季对分解的影响尤为明显,在这两个季节,森林林冠稀疏，阳光直射林地表面,空气干燥,表层凋落物变干,又由于气温日较差大,使凋落物层表面白天气温过高而夜间气温过低,这些条件均抑制微生物活动。而与表层分解物质相比凋落物底层的分解物质则处于一种适于微生物活动的环境条件下,同时由于环境条件稳定使底层枝叶的有效分解时间长于表层的枝叶。此外,凋落物底层微生物数量大于表层也是促进底层枝叶分解速率的主要原因，而高密度的林分对于维持这种良好的分解环境的作用更为明显，这在后期的凋落物缓慢分解时期显得更为重要，这也同时解释了凋落物分解速度随密度增大而增大的原因。

2.3分解1年后凋落物干重及养分损失

经过1年的分解，各密度林分表层凋落物干重均损失过半，各种元素也有不同程度的释放，其具体残留率如表3所示。5种养分的平均损失率从小到大为N、P、Ca、K、Mg，分别为5.77%、32.36%、53.91%、56.82%、63.10%，其中前2种养分的损失率低于凋落物干重损失率，表明其可能在分解前期发生富集，当其后期富集到一定程度才逐渐释放出来。不同密度林分损失率大小顺序略有不同，但差异不大。

经过1年的分解，各密度林分底层凋落物干重也损失过半，各种元素也有不同程度的释放，其具体损失率见表3。5种养分的平均损失率从小到大为N、P、Ca、Mg、K，分别为24.14%、29.84%、44.67%、58.31%、58.51%，这与表层的大小顺序略有差异，其中前3种元素损失率低于干重损失率，其也有可能发生了富集。不同密度林分损失率顺序略有不同，但差异也不大。

表3　分解1年后凋落物干重及养分损失率　单位：%

通过对比可以看到，分解1年后，底层中N、K的平均损失率高于表层，表明这些养分在底层释放的较快，而P、Ca、Mg的平均损失率高于表层，表明这些养分在表层释放的较快。产生这种差异的主要原因是，N元素为凋落物的结构组成元素，常发生富集导致释放缓慢，其释放主要有赖于微生物的分解作用；Ca、Mg为易淋溶元素，受大气降水的影响比较大，表层比底层凋落物更容易遭受淋溶作用的影响，因此表层的Ca、Mg释放较快；而P也为凋落物结构组成元素，虽然其在表层比底层分解的快，但差异不大；K也为易淋溶元素，其在底层比表皮层分解的快，其差异也不大。

通过比较同一元素在不同林分1年后损失率变化规律，可以看出表层凋落物中N、Ca损失率有随密度增大而增大的趋势，表明林分密度越大，这些养分释放速度越快，其它养分规律不明显；底层凋落物中N、P、Ca、Mg损失率均随密度增大而增大，林分密度越大，这些养分释放速度越快，而K的规律不明显。

3　结论

马尾松人工林表层和底层凋落物残留率在不同密度间变化趋势均相近，首月迅速降低，冬季减缓，春季到夏季加快降低，秋季又开始减缓，大致呈指数衰减方式降低。

利用Olson指数衰减模型对凋落物分解残留率变化过程进行拟合，表层凋落物指数衰减模型S1200为R(t)=e-0.058t，S1767为R(t)=e-0.057t，S2167为R(t)=e-0.064t，分解系数分别为0.058、0.057、0.064，表层凋落物在高密度林分分解较快。底层凋落物落物指数衰减模型S1200为R(t)=e-0.056t，S1767为R(t)=e-0.062t，S2167为R(t)=e-0.076t，分解系数分别为0.056、0.062、0.072，表明林分密度越高底层凋落物分解越快。在中高密度林下底层的年周转期较之表层短约半年，而低密度则差异不大，凋落物周转期在3.3年至4.5年的范围。

分解1年后底层中N、K的平均损失率高于表层，这些养分在底层释放的较快，而P、Ca、Mg的平均损失率低于表层，这些养分在表层释放的较快。表层凋落物中N、Ca损失率有随密度增大而增大的趋势，其它养分规律不明显；底层凋落物中N、P、Ca、Mg损失率均随密度增大而增大，而K的规律不明显。

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Comparison of litter decomposition Dynamic ofPinusMassonianaplantation in different Litter placed position

ZHOU Xin-weiLI ZHi-hui

(College of forestry, Central South University of Forestry and Technology,Changsha, Hunan 410004 )

Taking the 12-year-old Pinus Massoniana plantations at Longli Forest Farm in Guizhou Province as a study , litter decomposing dynamics of three density in different litter placed position were examined. The results were as follows : loss ratio of surface and undersurface litter had a similar trend “exponential decay type” among plantations of different density .Surface litter “exponential decay model” of S1200 was R(t)=e-0.058t, S1767 R(t)=e-0.057t, and S2167 R(t)=e-0.064t，surface litter decomposed rapid in high density stand.Undersurface litter “exponential decay model” of S1200 was R(t)=e-0.056t, S1767 was R(t)=e-0.062t, S2167 was R(t)=e-0.076t. Litter decomposed more quickly in high density plantation. Litter turnover period was in the range of 3.3～4.5 year, and litter turnover period was shorter about half year placed on the undersurface than on the surface. Litter decomposition dynamic, loss ratio, and litter turnover period were changed with litter placed position. Overall, litter decomposition speed when placed undersurface was higher than surface.

PinusMassonana; plantation; litter decompositon; litter placed position

2016-04-03

周鑫伟(1990～)，男，贵州贵阳人，硕士研究生，从事森林培育研究。

** 李志辉，通讯联系人，教授，博导，从事森林培育研究，Email: lzh1957@126.com

S718.55+4.2

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