塞罕坝林场落叶松人工林凋落物分解过程中全氮含量的变化

王利民

摘 要：该文对比研究了塞罕坝机械林场未经营的落叶松人工纯林、落叶松白桦混交林和经抚育间伐的落叶松人工纯林内自然凋落物分解过程中全氮浓度和残留量的变化规律。结果表明：三种林分自然凋落物在第一年分解过程中，全氮浓度在不同季节差异显著（P<0.05），通常7月份表现为最低，9月份全氮浓度呈现出一定的回升，不同林型间仅9月份间伐林分内凋落物全氮浓度显著高于其他林分；不同分解时间凋落物的全氮残留量已明显（P<0.05），7月为氮元素快速释放阶段，进入9月份随着气温的下降，植物生长减缓，林内凋落物对环境内的氮元素呈现出一定的富集现象，其中混交林和间伐林分内凋落物的氮素富集能力显著高于未经营林分。

关键词：凋落物分解；全氮；落叶松人工林；林型；塞罕坝林场

中图分类号 S79 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）14-0120-03

1 引言

华北落叶松（Larix principis-rupprechtii）是华北林区营造速生丰产林主要的树种之一，由于大面积营造结构简单、树种单一的同龄华北落叶松纯林，并且受不合理造林技术以及人为干扰的影响，较多的林分开始出现生长衰退、水源涵养功能降低等现象，导致相当数量的华北落叶松人工林病虫害严重发生。

凋落物作为森林养分的基本载体[1]，是生态系统的组成部分和土壤物质转化的基础，是植物和微生物所需养分的主要来源，对增加土壤肥力、提高森林生产力、改善树木营养及保持生态平衡起着极为重要的作用[2]。凋落物分解在促进森林生态系统正常的物质循环和养分平衡，维持生态系统功能中具有重要作用[3]。在凋落物分解过程中，伴随有养分含量的变化，特别是氮素的变化，而氮素在凋落物分解过程中可能会由于不同环境而受阻从而影响氮素的循环[4]，从而影响到整个的生态系统平衡，所以全氮含量变化是评价当地生态环境及生物多样性的重要指标[5]。本研究以塞罕坝机械林场未经营的落叶松人工纯林，落叶松白桦混交林和经抚育间伐的落叶松人工纯林为研究对象，分析比较不同林分内自然凋落分解第一年中全氮浓度和残留量的变化情况，为探寻落叶松人工林凋落物分解和养分循环机制，指导该区人工林的可持续经营提供理论依据。

2 研究方法

2.1 研究区概况 塞罕坝机械林场位于河北省围场县北部，地理坐标为北纬22°42′～42°31′，东经116°53′～117°31′，海拔1 502～1 940m。属于温带大陆性季风气候，年平均气温-1.4℃，极端最高和最低温度分别为30.9℃和-42.8℃，年平均降雨量438mm，蒸发量1 225mm，积雪时间长达7个月，年平均日照时数2 368h。林场总经营面积95 000hm2，森林覆盖率75.4%，总蓄积量4 620 000m3，平均年增长率为9.71%。其中华北落叶松人工林达

53 000hm2，主要树种为落叶松（Larix gmelinii（Rupr.）Kuzen）、蒙古栎（Quercusmongolica Fisch.ex Ledeb）、云杉（Picea asperatamast.）、樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica Litv.）、白桦（Betula platyphylla Suk）等[6]。

2.2 样地设置 本文选取3种类型落叶松人工林内为研究对象，各林分概况如下：

2.2.1 未经营的落叶松人工纯林（CK）1977年春造林，落叶松苗龄2a，株行距1m×2m，造林后未采取任何经营管理措施，郁闭度0.8，乔木密度（2082±18）株/hm2，平均树高（11.0±0.47）m，平均胸径（14.8±1.56）cm，林内无其它乔木和灌木伴生，林下植被稀疏，死地被物层以落叶松的凋落物主。

2.2.2 落叶松白桦混交林（M）1977年春造林，落叶松苗龄2a，株行距1m×2m。造林后，由于有白桦的天然更新（天然萌生），后经定株伐和抚育伐后，形成针阔混交林，针阔混交比4∶1；郁闭度0.9，林内无其他乔木和灌木伴生，林下植被稀疏，死地被物层以落叶松和白桦的混合凋落物主。

2.2.3 经抚育间伐的落叶松人工纯林（TH）1977年春造林，落叶松苗龄2a，株行距1m×2m。乔木密度（1 015±96）株/hm2，平均树高（13.8±0.53）m，平均胸径（19.7±2.28）cm，林内无其他乔木和灌木伴生，林分郁闭度0.6，林下草本植物丰富，死地被物层以落叶松和各种草本植物的混合凋落物为主。

上述3种林分别选取立地条件相对一致的3个独立的林地作为重复，每块林地内设置1个50m×50m的样方用于凋落物分解试验。

2.3 凋落物的采集、布设和回收 2013年10月于落叶高峰期采集各林分内新鲜的自然凋落物叶，其中落叶松和白桦凋落物叶直接手捡，草本取当年枯立体，带回室内烘干至恒重，取部分用于初始养分测定，其余用于野外分解试验材料。取凋落物20g装入孔径为4mm（5目），大小为20cm×20cm的尼龙网袋内，将制作好的凋落物袋分3个埋放点放置对应林分内，在每个埋放点放置凋落物袋6个，埋放时凋落物袋底部充分接触地表，上面覆盖凋落物。分别于2014年年5、7、9月底进行凋落物袋回收，每次在每个埋放点收回凋落物1袋，除去凋落物袋上的泥土杂质，将3袋凋落物混匀成一个样品，带回室内称重后，用于全氮浓度的测定。

2.4 凋落物全氮浓度和残留量测定 凋落物全氮测定采用凯氏定氮法[7]，具体测定方法为：将凋落物进行消煮，称取凋落物0.5g装入100mL消煮管的底部，加浓硫酸5mL，摇匀，在消煮炉上先小火加热，待浓硫酸发白烟后再升高温度，当溶液呈均匀的棕黑色时取下。稍冷后加入10滴过氧化氢，再加热至微沸，消煮约7～10min，稍冷后重复加过氧化氢，再消煮。如此重复数次，每次添加的过氧化氢应逐次减少，消煮至溶液呈无色或清亮后，再加热10min，除去剩余的过氧化氢。取下冷却后，用水将消煮液无损地转移入100mL容量瓶中，冷却至室温后定容，进行空白试验，以校正试剂和方法的误差。最后取消煮液5mL 放入凯氏定氮仪进行测定。计算公式如下：

全氮残留量（g）=全氮浓度（g/kg）×凋落物剩余量（g）/1000

2.5 数据处理 利用分析软件SPSS18.0进行方差分析，比较不同时期、不同凋落物叶分解过程全磷浓度和残留量的差异。

3 结果与分析

3.1 凋落物分解过程中全氮浓度的变化 由表1可知，3种林分内自然凋落物埋放后至第一年5月，全氮浓度均有所下降。在全年分解过程中，未经营与抚育间伐落叶松人工纯林的自然凋落物在7月全氮浓度最低，9月有所回升；落叶松白桦混交林的自然凋落物，全氮浓度随时间变化呈逐渐上升趋势。同一时间不同类型林分内凋落物的全氮浓度有所不同，其中5月表现为未经营落叶松人工纯林>抚育间伐落叶松人工纯林>落叶松白桦混交林；7月各林分间差异不显著，9月表现为抚育间伐落叶松人工纯林>落叶松白桦混交林>未经营落叶松人工纯林。

3.2 凋落物分解过程中全氮残留量的变化 由表2可见，不同林分自然凋落物叶在第一年分解过程中全氮残留量的变化规律基本一致，均表现为埋放后至第二年7月全氮残留量持续下降，9月份残留量出现回升，表明在植物生长旺盛期，凋落物分解过程中氮元素呈现出较快速的释放速率，进入秋冬季节后植物生长减缓，凋落物的氮元素呈现出一定的富集现象。同一时期不同林分凋落物全氮残留量存在一定差异，其中5月两种落叶松纯林的全氮残留量明显高于混交林，7月各林分差异不显著，9月混交林和经抚育间伐的落叶松人工林自然掉落物全氮残留量显著高于未经营的落叶松纯林。

4 结论

塞罕坝林场三种类型落叶松人工林自然凋落物第一年分解过程中，全氮浓度和残留量均表现为7月份最低，而9月有所回升的一致规律。由分析可知，5—7月份间伐林分凋落物内全氮残留量低于未经营林分，说明该阶段间伐林分内凋落物氮元素的释放相比对照林分更加容易。其原因可能是间伐后林下光照增强，地温增高，导致有机质分解速度加快，养分释放速率加快[8]，使得凋落物的全氮残留量降低减少。9月份混交林和间伐林的凋落物全氮残留量明显高于未经营纯林，表明混合凋落物（落叶松+白桦，落叶松+草本）在秋冬季对氮元素的富集能力高于单一针叶凋落物。可见，通过对落叶松纯林进行树种改造（引入阔叶）和林分结构调控（利用间伐降低密度）改变林分内凋落物的组成，改善其在分解过程中的养分释放特征，有利于养分的循环和利用。

参考文献

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[2]于雯超，赵建宁，李刚，等.内蒙古贝加尔针茅草原种主要植物凋落物分解特征[J].草地学报，2014，（22）3：37-38.

[3]卢广超，邵怡若，薛立.氮沉降对凋落物分解的影响研究进展[J].世界林业研究，2014，（27）1：37-38.

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[5]曾锋，邱治军，许秀玉.森林凋落物分解研究进展[J].生态环境学报，2010，19（1）：239-243.

[6]于景金.塞罕坝华北落叶松人工林下植物多样性研究[D].保定：河北农业大学，2009：15-17.

[7]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000：263-266.

[8]胡建伟，朱成秋.抚育间伐对森林环境的影响[J].东北林业大学学报，1999，27（3）：65-67.

（责编：张宏民）