陕西黄龙山林区油松林林窗凋落物C、N、P生态化学计量特征

欧阳旭 ，刘金良，王 婧 ，岳 雷

（1.延安市林业勘察规划设计院，陕西 延安 716000；2.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100；3.延安市桥北国有林管理局，陕西 延安 716000）

林窗通过改变林内水热条件（光照、温度、降水）和分解者群落结构[1]，进而对凋落物分解过程产生重要影响。凋落物生产及元素归还是联系地上-地下部分诸多生物地球化学循环的重要环节[2]。凋落物所含的营养元素经腐解释放后归还给土壤，能极显著地提高土壤肥力[3]。研究林窗凋落物C、N、P元素含量及平衡关系有助于了解林窗养分循环和养分限制情况。

油松（Pinus tabulaeformis）是黄土高原地区主要的乡土树种和重要造林树种。黄龙山林区是陕西省五大林区之一，在黄龙山林区存在大面积的油松天然次生林及人工林，对区域植被构建和生态安全具有极其重要的意义。随着近年来森林经营技术的提升，在油松林的自然演替，或森林经营等过程中产生了大量林窗。本研究以黄龙山林区油松林为研究对象，设置油松天然林林窗-非林窗、天然林林窗-人工林林窗2组对比，分析凋落物未分解层、半分解层和腐殖质层的C、N、P生态化学计量特征，旨在揭示油松林林窗凋落物的养分格局及循环特征，为该区油松林的科学经营提供基础依据。

1 研究区概况和研究方法

1.1 研究区概况

调查样地位于陕西省延安市黄龙山林区蔡家川林场。该区为典型的黄土丘陵地貌，海拔1 100～1 300 m，土壤以褐土和灰褐土为主。属大陆性暖温带半湿润气候，年均气温8.6℃，年均降雨量611.8 mm。该林区属暖温带针阔混交林带，植被以油松、辽东栎次生林为主，植被覆盖率84.6%。主要建群树种有油松、辽东栎等，灌木有胡枝子、胡颓子、黄蔷薇、绣线菊等[4]。

1.2 研究方法

在立地条件一致、林相整齐且含有林窗的油松天然林和人工林（成熟林）中，分别设置天然林林窗、天然林非林窗以及人工林林窗样地各5个（林窗面积50～100 m2）。在样地中心和东南西北角处各设置1 m×1 m凋落物样方，于2021年8月分层收集5个位置凋落物未分解层、半分解层和腐殖质层的样本，对同层样本混合得到1个样地的凋落物样本，用烘箱80°C烘干至恒重，粉碎后过100目筛。测定凋落物C、N、P三种元素含量，有机C用K2Cr2O7加热法，全N用凯氏定氮法，全P用钼锑抗比色法测定。

1.3 数据分析

用Excel 2010和 SPSS 20.0进行数据统计分析。用独立样本T检验进行天然林林窗-非林窗、天然林林窗-人工林林窗指标差异性比较，用ANOVA和LSD检验不同凋落物层同一指标的差异性。

2 结果和分析

2.1 油松林林窗凋落物C、N、P含量的比较

由表1可知，天然林林窗的凋落物各层C、N、P含量均高于天然林非林窗，在半分解层的N、P含量，以及腐殖质层的P含量达到显著提升；天然林林窗与人工林林窗凋落物各层C、N含量无明显差异，但人工林林窗凋落物未分解层、半分解层、腐殖质层的P含量均显著高于天然林林窗。

表1 黄龙山林区油松林林窗凋落物各分解层C、N、P含量比较（X±SD）

在不同分解层次，3类样地凋落物C含量均表现出未分解层＞半分解层＞腐殖质层，且在腐殖质层发生显著降低；凋落物N含量均表现出未分解层＜半分解层＜腐殖质层，除天然林林窗腐殖质层与半分解层间无显著差异外，其余各层次间的N含量差异均达到显著；凋落物P含量在半分解层和腐殖质层显著高于未分解层。

2.2 油松林林窗凋落物C、N、P化学计量比的比较

由表2可知，天然林林窗凋落物各层C∶N均低于天然林非林窗，但差异不显著，C∶P和N∶P在二者之间无明显的高低规律；人工林林窗凋落物C∶P在未分解层、半分解层、腐殖质层均显著低于天然林林窗，N∶P在各层均低于天然林林窗，且在半分解层和腐殖质层达到显著降低，C∶N在二者之间无明显差异。

表2 黄龙山林区油松林林窗凋落物各分解层C、N、P化学计量比比较（X±SD）

在不同分解层次，3类样地凋落物C∶N和C∶P均表现出未分解层＞半分解层＞腐殖质层，且各层之间均差异显著；凋落物N∶P则相反，表现出未分解层＜半分解层＜腐殖质层，且在天然林林窗，腐殖质层和半分解层N∶P显著高于未分解层，在天然林非林窗和人工林林窗，腐殖质层N∶P显著高于半分解层和未分解层。

3 讨论与结论

天然林林窗的凋落物各层C、N、P含量均高于非林窗，在半分解层的N、P，及腐殖质层的P含量达到显著提升，这与杨丹[5]在油松人工林林窗研究结果较为一致，表明天然林林窗比非林窗可以提供更有效的凋落物C、N、P养分供应植物生长。本研究中人工林林窗凋落物各层的P含量均显著高于天然林林窗，闫本帅[6]研究结果表明油松人工林土壤全磷含量显著高于天然林，这种差异可能是因为人工林物种丰富度高于天然林。说明土壤P的差异从凋落物输入就开始了，而在林窗光照水分等外界环境相似的情况下，凋落物P的差异可能源自不同的凋落物组分。

C∶N高的植物，其凋落物分解较慢，养分释放也较慢[7]。研究显示天然林林窗的凋落物各层C∶N均低于天然林非林窗，但差异不显著，表明天然林林窗一定程度上促进了凋落物分解。较低的C∶P和N∶P比通常说明P的有效性越高[8]，研究显示C∶P在人工林林窗凋落物未分解层、半分解层、腐殖质层均显著低于天然林林窗，N∶P在各层均低于天然林林窗，且在半分解层和腐殖质层达到显著降低，说明油松人工林林窗比天然林林窗凋落物P的有效性更高。李茜[9]在本研究区域附近的子午岭林区的研究结果表明凋落物C、N含量及N∶P主要受凋落物基质的影响，因此本研究中的人工和天然林林窗凋落物C∶P和N∶P差异很可能源于不同的凋落物基质。