同林龄马尾松与湿地松幼树凋落物养分及能量动态

陈智勇，郑兆飞 ，叶功富 ，高 伟 ，陈德志，朱祥锦 ，陆 明

（1.福建农林大学 林学院，福建 福州 350001；2.南平市林业局，福建 南平 353000；3.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；4.政和县林业局，福建 政和 353600）

同林龄马尾松与湿地松幼树凋落物养分及能量动态

陈智勇1，郑兆飞2，叶功富3，高 伟3，陈德志1，朱祥锦4，陆 明4

（1.福建农林大学 林学院，福建 福州 350001；2.南平市林业局，福建 南平 353000；3.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；4.政和县林业局，福建 政和 353600）

对福建省政和县杨源乡相似生境下5年生的马尾松、湿地松幼树凋落物生物量、热值及养分元素之间相关性进行研究。结果表明：除春季生物量为马尾松小于湿地松之外，马尾松幼林夏季、秋季、冬季凋落物生物量均高于湿地松幼林；不同养分元素的平均含量，两者的C含量差别不大，而N、P、Mg含量为马尾松大于湿地松，K含量除秋季马尾松小于湿地松外，其他三季马尾松均大于湿地松，Ca含量马尾松春季和冬季均小于湿地松，夏季和秋季均大于湿地松；两种造林树种不同季节的平均干质量热值，马尾松均高于湿地松；春季和秋季马尾松凋落物热值与C养分质量分数呈显著相关，与其他养分质量分数相关均不显著；春季湿地松凋落物热值与C质量分数呈显著的正相关。

幼树；凋落物；热值；营养元素；相关性

植物热值是植物所含能量多少的一种度量，是指完全燃烧单位质量干物质所释放的热量，反映绿色植物在光合作用中固定和转化太阳能的效率，其值的大小体现了植物能量代谢的水平[1-4]。近年来，已有学者对植物热值与营养元素成分之间的关系进行了研究[5-8]，以及植物不同器官中热值分配的研究相对较多[9-12]，而针对凋落物热值与养分之间特征关系的研究较少。凋落物分解，将大量有机物和无机物质归还土壤，维持土壤养分库，改善土壤结构，促进生态系统养分循环的平衡。因此，对凋落物能量特征的研究，有利于了解森林经营与土壤的关系及林地肥力维持机制[13]，对于生态系统的良性循环有着重大的意义。

马尾松Pinus massoniana是我国南方重要的造林树种之一，速生丰产、耐贫瘠、适应性强、耐干旱，是荒山绿化造林的先锋树种[14,15]。湿地松Pinus elliottii原产美国东南部，在亚热带和部分热带地区广泛引种，我国于30年代开始引种，其具有生长迅速、松脂质量好、木材用途广等特性，是我国南方主要的优良速生树种之一[16,17]。马尾松与湿地松作为闽北地区主要优势树种，研究其凋落物热值与养分之间的关系，对于揭示同属不同树种生理生态特性及适应性特征具有重要意义，但目前对此研究相对较少。因此，本研究以相似生境下同林龄的马尾松和湿地松为试验材料，研究其干质量热值（GCV）与养分元素之间的相关性，对不同树种凋落物的能量和养分特征进行分析探讨，以期为两树种的栽培和可持续经营提供科学依据。

1 试验地概况

福建省政和县杨源乡，位于政和县东南部，东经 119 °00 ′51 ″，北纬 27 °09 ′08 ″，总面积 242 km2。属于亚热带季风湿润气候，年均降水量1 926.2 mm，其中洞宫、坂头、翠溪一带夏秋之交常受大风冰雹袭击。气候冬冷夏凉，干、湿季节明显，年平均气温14.7 ℃，极端最高气温34.7 ℃，极端最低气温-12.2 ℃，昼夜温差大。境内层峦叠嶂，平均海拔800 m以上，岩种丰富多样，溪流蜿蜒曲折。

2 材料与方法

2.1 试验材料

分别选取林龄为5 a的马尾松纯林、湿地松纯林为研究对象。

2.2 研究方法

2.2.1 样地的选择

研究的样地选择2008年营造的杨源乡矮地洋湿地松与马尾松纯林交界地带，海拔860 m，林下植被丰富，主要有杜鹃Rhododendron simsii、檵木Loropetalum chinense、芒萁Dicranopteris dichotoma、山鸡椒Litsea cubeba等。林分基本情况见表1。

表1 调查样地基本情况Table 1 Basic situation of sample plots

2.2.2 凋落物的收集

分别在马尾松纯林、湿地松纯林样地随机设立6个1 m×1 m 网孔径1 mm的凋落物收集框。凋落物收集从2013年6月—2014年3月，每2个月于月末收集一次，将样品带回实验室自然风干（凋落物以凋落叶为主）。

2.2.3 热值及养分测定

样品风干后在60℃下烘干，进行粉碎处理后储存备用。热值采用XRY-1A氧弹热量计测定，样品热值以干质量热值（每克干物质在完全燃烧条件下所释放的总热量）来表示。在空调控温为（20±1）℃的环境下测定，每次实验前用苯甲酸标定，每个样品重复3次，误差控制在0.2 kJ/g。

C、N用德国ELEMENTAR生产的Vario EL cube元素分析仪测定；样品经过湿式灰化（HCLO4+HNO3）后，P采用分光光度法测定，Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn采用原子吸收分光光度法测定，K、Na采用火焰光度法测定。

2.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2003进行数据整理，SPSS 17.0统计软件对相关试验数据进行单因素方差分析（One-way ANOVA）。

3 结果与分析

3.1 马尾松、湿地松幼林凋落物生物量

由5年生马尾松、湿地松幼林凋落物生物量（见表1）可见，除春季生物量为马尾松（56.8 kg·hm-2）＜ 湿地松（69.4 kg·hm-2）之外，马尾松幼林夏季、秋季、冬季凋落物生物量均高于湿地松幼林，5年生幼林的年凋落物生物量为马尾松（1 526.9 kg·hm-2）＞ 湿地松（1 060.4 kg·hm-2）。

3.2 马尾松、湿地松幼林凋落物养分浓度季节动态

由马尾松、湿地松幼林凋落物养分浓度季节动态（见表2）可见，同龄的马尾松幼林与湿地松幼林相比，C含量马尾松（分别为504.989、522.041、516.952、526.216 g/kg）、湿地松（分别为507.147、516.171、521.557、526.121 g/kg）两者之间差别不大，而N含量、P含量和Mg含量马尾松均大于湿地松，Fe含量除秋季马尾松（1.473 g/kg）小于湿地松（1.619 g/kg）外，其他三季马尾松均大于湿地松，Ca含量马尾松春季和冬季均小于湿地松，夏季和秋季均大于湿地松。

表2 马尾松、湿地松幼林凋落物生物量Table 2 Litter’s biomass of Pinus massoniana and Pinus elliottii

3.3 马尾松、湿地松幼林凋落物养分含量季节动态

由5年生马尾松、湿地松幼林凋落物不同养分元素含量（见表3）可见，碳、氮、磷、铁、钙、镁含量为马尾松（分别为816 160.431、16 914.016、33.022、3 527.802、506.848、225.758 g·hm-2）＞湿地松（分别为552 796.021、4 254.300、17.131、2 017.494、350.556、135.010 g·hm-2），春季、秋季钙含量为马尾松（分别为14.200、189.210 g·hm-2）＜湿地松（分别为20.265、194.976 g·hm-2），春季镁含量马尾松（7.668 g·hm-2）＜湿地松（7.981g·hm-2）。

表3 马尾松、湿地松幼林凋落物养分浓度季节动态Table 3 Seasonal dynamics of litter nutrient oncentrations of Pinus massoniana and Pinus elliottii g/kg

3.4 马尾松、湿地松幼树凋落物热值季节动态

由马尾松、湿地松幼树凋落物热值季节动态（见表4）可见，马尾松、湿地松凋落物干质量热值均在20 kJ/g以上，最高值均出现在夏季，最低值出现在冬季；马尾松凋落物干质量热值均大于湿地松。马尾松幼树凋落物平均热值（22.60 kJ/g）＞湿地松幼树凋落物平均热值（21.19 kJ/g）。

表4 马尾松、湿地松(幼林)凋落物养分含量Table 4 Litter nutrient content of Pinus massoniana and Pinus elliottii g·hm-2

3.5 马尾松、湿地松幼树凋落物养分质量分数及热值的相关性

由表5可见，春季和秋季马尾松凋落物热值与C质量分数呈显著的正相关（P＜0.05），而夏季和秋季呈不显著的正相关（P＞0.05），秋季凋落物热值与P、Fe、Ca、Mg均呈不显著负相关（P＞0.05）；春季湿地松凋落物热值与C质量分数呈显著的正相关（P＜0.05），夏季N质量分数、冬季Ca质量分数均与凋落物热值呈显著的正相关（P＜0.05），夏季凋落物热值与P、Fe、Ca均呈不显著负相关（P＞0.05）。

表5 马尾松、湿地松幼树凋落物热值季节动态Table 5 Seasonal dynamics of litter calorific value of Pinus massoniana and Pinus elliottii KJ/g

表6 凋落物养分质量分数及热值的相关性†Table 6 Correlation analysis between litter nutrient content and calorific value of Pinus massoniana and Pinus elliottii

4 结论与讨论

本研究表明，相似生境下的同龄马尾松、湿地松幼树凋落物生物量具有明显的季节动态变化。均是冬季最大，夏季次之，春季最小，与杨会侠[18]和邹碧等[19]的研究结果相似。这种季节动态变化跟外界气候温度的影响、树种特性主要是生物学特性和生态学特性有关[20]。本研究中，在相似生境下，5年生马尾松幼林与湿地松的年凋落物生物量差异显著。马尾松年凋落物生物量为1526.9 kg/hm2，比湿地松增加30.6%。这是由于两树种对外界气候变化的不同响应，形成了在同一时期凋落量的差异。

森林以凋落物的形式将有机物和无机物质归还土壤，维持土地肥力，保证森林生态系统养分循环的平衡。因此，了解森林凋落物养分的积累量，对森林经营管理和林地肥力维持机制具有重要的意义。本研究表明，在闽北地区相似生境下，同龄马尾松在生长过程中自肥能力比湿地松较强。马尾松、湿地松凋落物主要以凋落叶为主，前者N、P、Fe积累量均高于后者，而Ca、Mg除春季小于后者，其他三个季节均大于后者，其分解后能为林下土壤归还大量养分，促进养分循环利用，与田大伦[16]等研究的结果一致。马尾松较强的自肥能力，使其成为南方荒山荒地造林先锋树种。

热值是反映植物样品有机化合物含量的一种指标[12]。有研究表明，凋落物热值与有机物质量分数有关，热值随有机质量分数的增大而增大[8]。本文研究中，马尾松、湿地松幼树四个季节的凋落物热值与C质量分数并没有都呈显著相关，这与林恬等[5]、徐永荣等[7]以及叶功富等[8]的研究结果不太一致。原因可能是马尾松和湿地松都是5年生的幼树，植株处于生长发育过程各营养元素含量相对不稳定，且收集到的凋落物较少。本研究测定的马尾松、湿地松凋落物干重热值与其他养分元素含量相关但不显著，这与陈增鸿[21]的研究结果一致。以上研究表明，在闽北地区马尾松幼林以凋落物的形式促进养分循环的能力比湿地松强，湿地松幼林养分循环速率低，比马尾松自肥能力差，因此，在湿地松人工林的经营过程中提倡多树种混交和人工科学施肥，以维持林地的肥力。

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Dynamics of litter nutrient and energy ofPinus massonianaandPinus elliottiisaplings with the same forest age

CHEN Zhi-yong1, ZHENG Zhao-fei2, YE Gong-fu3, GAO Wei3, CHEN De-zhi1, ZHU Xiang-jin4, LU Ming4
(1.Forestry College of Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350001, Fujian, China; 2.Forestry Bureau of Nanping,Nanping 353000, Fujian, China; 3.Fujian Academy of Forestry Sciences, Fuzhou 350012, Fujian, China;4.Forestry Bureau of Zhenghe County, Zhenghe 353600, Fujian, China)

Five years oldPinus massonianaandPinus elliottiihad been chosen as research objects, of which were in similar habitat in Yangyuan College, Zhenghe Country, Fujian Province, and their litter’s biomass, calori fi c value and correlation between nutrient elements had been comprehensively analyzed.The results showed that, apart from spring, the litter biomass of young plantation inP.Massonianawere all more thanP.elliottii.Besides，N, P, Mg contents ofP.massonianaplantation were all more thanP.elliottii,C contents present opposite trends.Apart from autumn, the K contents ofP.Massonianawere all more thanP.elliottiiin other three seasons.In spring and winter, the contents of Ca inP.Massonianawere less thanP.elliottii, and other two seasons showed opposite results.The litter calorific value ofP.Massonianawere all higher thanP.elliottiiin four seasons.The litter calorific value ofP.massonianain the spring and autumn had signi fi cant positive correlation with C content，but did not signi fi cant correlated with other nutrient content.The litter calori fi c value ofP.elliottiiin spring had signi fi cant positive correlation with C content.

sapling; litter; calori fi c value; nutrient; correlation

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.07.013

http: //qks.csuft.edu.cn

S791.248

A

1673-923X(2016)07-0072-04

2015-08-03

国家自然科学基金项目（41176092）；福建省林业科学研究项目闽林科〔2010〕4号；国家林业局南方山地用材林培育重点实验室项目；福建省森林培育与林产品加工利用重点实验室项目

陈智勇，硕士研究生

叶功富，教授级高工，博士；E-mail：yegongfu@126.com

陈智勇，郑兆飞，叶功富，等.同林龄马尾松与湿地松幼树凋落物养分及能量动态[J].中南林业科技大学学报，2016,36(7): 72-75, 88.

[本文编校：吴 毅]