喀斯特地区不同龄组马尾松人工林腐殖质化学计量特征研究

李歆玉 徐林 符裕红 丁波 杨林维 谢桃 左婷 武燕

摘 要：為揭示喀斯特地区马尾松人工林腐殖质养分化学计量特征，以西南典型喀斯特地区不同龄组（中龄林、近熟林、成过熟林）马尾松人工林为研究对象，测定分析马尾松人工林腐殖质有机碳（OC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量及其化学计量特征及其影响因子。结果表明：（1）研究区马尾松人工林腐殖质OC、TN、TP含量分别为240.52、13.35、0.38g/kg，C/N、N/P、C/P分别为19.34、845.30、45.84;（2）腐殖质TN含量在不同龄组间存在显著差异（P<0.05），OC含量以及TP含量随着林龄的增加呈现先增加后降低的趋势（P>0.05），3个龄组之间C/N、C/P、N/P比均无显著差异（P>0.05）。（3）腐殖质TN和TP之间，腐殖质OC含量和腐殖质C/N以及腐殖质C/P和C/N、C/P和N/P呈显著正相关（P<0.01），而腐殖质OC含量和N/P、腐殖质TP和腐殖质C/P、N/P呈显著负相关（P<0.01）。研究结果为西南喀斯特脆弱生态区马尾松人工林的经营管理提供了科学依据。

关键词：马尾松人工林;腐殖质;化学计量学

中图分类号 S79 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）10-0081-03

Stoichiometric Characteristics of Humus in Different Age Groups of Pinus massoniana Plantation  in Karst Area

LI Xinyu   XU Lin   FU Yuhong   DING Bo   YANG Linwei   XIE Tao   ZUO Ting   WU Yan

（College of Biological Sciences， Guizhou Normal University， Guiyang 550018， China）

Abstract： In order to reveal the stoichiometric characteristics of humus nutrients in Pinus massoniana Plantation in karst area， taking different age groups （middle-aged forest， near mature forest and over mature forest） in typical karst area in Southwest China as the research object， the stoichiometric characteristics and influencing factors of humus OC， TN and TP in Pinus massoniana plantation were measured and analyzed. The results showed that： （1）the contents of OC， TN and TP in humus of Masson Pine Plantation in the study area were 240.52， 13.35 and 0.38g/kg respectively， and the C/N， N/P and C/P were 19.34， 845.30 and 45.84 respectively; （2）There was significant difference in humus TN content among different age groups （P<0.05）. OC content and TP content increased first and then decreased with the increase of forest age （P>0.05）. There was no significant difference in C/N， C/P and N/P ratio among the three age groups （P>0.05）. （3） Between humus TN and TP， humus OC content was significantly positively correlated with humus C/N， humus C/P and C/N， C/P and N/P（P<0.01）， while humus OC content was significantly negatively correlated with N/P， humus TP and humus C/P and N/P（P<0.01）. The results of this study provide a scientific basis for the management of Pinus massoniana Plantation in southwest karst fragile ecological area.

Key words： Masson pine plantation; Humus; Stoichiometry

生态化学计量学是当前国际生物生态学研究领域的前沿命题，也是一种研究生物生态学方向的新的研究工具[1]。目前，欧美等国家对于C、N、P的化学计量学特征的相关研究明显多于中国，主要集中在森林生态系统和水生生态系统等方面的研究[2]。现阶段，我国大部分的研究主要集中于对植物叶片和土壤C、N、P含量和比值的相互关系，以及它们是如何限制植物的生长发育方面的化学计量特征分析，而对于腐殖质的研究相对较少。比如，鲁志云[3]通过对哀牢山森林腐殖质生态化学计量特征的研究表明，富含P的腐殖质可能是哀牢山亚热带常绿阔叶林不存在P匮乏的主因。

马尾松（Pinus massoniana）是我國松树中分布最广、数量最多的树种，其适应能力强，耐干旱、瘠薄，是南方低山丘陵区群落演替的先锋树种，也是荒山绿化造林的主要树种[4]。贵州省马尾松人工林造林面积达69.71万hm2，占贵州省乔木林地面积的1/3[5]。目前，有关马尾松林的报道多集中于土壤理化性质、涵养水源和养分循环[6]，对叶片及土壤化学计量比也有更为深入的研究。但对西南喀斯特地区不同龄组马尾松人工林腐殖质养分及化学计量比的研究相对匮乏，对腐殖质养分元素间的耦合关系的研究未见报道。

鉴于此，本研究采用空间代替时间的方法，以贵州喀斯特地区不同龄组（中龄林、近熟林、成过熟林） 马尾松人工林为研究对象，分析其腐殖质OC、TN、TP含量及其化学计量比，并阐明马尾松人工林腐殖质OC、TN、TP含量及化学计量特征间的耦合关系，以丰富该区域马尾松生态系统生态化学计量学领域的基础研究，同时为明确马尾松人工林养分动态特征提供重要参考，有助于今后更加深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 研究区位于贵州省遵义市凤冈县，是典型的喀斯特岩溶低山丘陵区，海拔范围在500～1000m。气候类型为中亚热带湿润季风气候，年均气温15.2℃，无霜期239～299d，年均降雨日180d，年平均日照数1139h，土壤类型以黄壤为主。在该区共设置不同龄组的马尾松人工林样地11个，其中中龄林3个，近熟林5个，成过熟林3个，样地基本概况见表1。林下灌木主要有白栎（Quercus fabri Hance）、山茶（Camellia japonica L.）、铁仔（Myrsine africana Linn.）、六月雪[Serissa japonica（Thunb.）Thunb.]等，草本主要有沿阶草（Ophiopogon bodinieri Levl.）、芒（Miscanthus sinensis Anderss.）、芒萁[Dicranopteris dichotoma （Thunb.） Berhn.]等。

1.2 样品采集与处理 野外调查与样品采集于2021年2月进行，样地大小为25.82m×25.82m，在西南、西北、东北、东南及中部5个方位收集5个1m[×]1m样方内的表层腐殖质，装袋回实验室备用。

1.3 研究方法 腐殖质样品于105℃下烘干、粉碎，过60目筛后用于OC、TN、TP含量的测定，其中腐殖质有机碳含量采用重铬酸钾-外加热法测定;全氮含量采用半微量开氏法;全磷含量采用钼锑抗比色法测定（鲍士旦，2000）。每个样品测定重复3次。

1.4 数据分析 试验数据采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18.0统计分析软件进行整理。利用单因素方差分析（One-Way ANOVA）对不同龄组之间马尾松人工林腐殖质OC、TN、TP、C/N、N/P、C/P进行显著性检验（a=0.05）;再采用皮尔逊相关分析马尾松人工林腐殖质OC、TN、TP、C/N、N/P、C/P之间的相关关系。

2 结果与分析

2.1 马尾松人工林腐殖质养分及化学计量特征 由表2可知，马尾松人工林样地腐殖质OC、TN、TP含量分别为240.52、13.35、0.38g·kg-1，C/N、N/P、C/P分别为19.34、845.30、45.84。腐殖质TN含量的变异系数最小（25.49%），其次是OC含量（29.02%）、C/N（41.66%）。而TP含量、C/N、C/P及N/P的变异系数分别为45.95%、41.66%、71.00%和59.95%，均属于中等以上变异。

2.2 不同龄组之间腐殖质OC、TN、TP含量及化学计量特征差异 图1表明，不同龄组腐殖质OC含量范围在225.17～252.99g/kg，随林龄的增加OC碳含量呈先增大后降低的趋势，但3个龄组之间OC含量差异不显著（P>0.05）;不同龄组马尾松人工林腐殖质全氮含量呈显著差异（P<0.05），近熟林最高，成过熟林最低，全氮含量变化范围在10.73～15.20g/kg;腐殖质全磷含量变化范围在0.30～0.40g/kg，含量从大到小的排序依次为：近熟林>成过熟林>中龄林，统计学分析显示，3个龄组之间枯落物全磷含量无显著差异（P>0.05）。

腐殖质C/N比表现为随马尾松林龄增加呈先降低后升高的趋势，变化范围在18.28～21.63，均值为19.34，3个龄组之间C/N比无显著差异（P>0.05）;腐殖质C/P质量比从大到小的排序依次为近熟林>中龄林>成过熟林，腐殖质N/P质量比在中龄林最高，且都无显著差异（P>0.05）。

2.3 马尾松人工林OC、TN、TP含量及化学计量比之间相关关系 表3显示的是马尾松人工林腐殖质OC、TN、TP、C/N、C/P及N/P间的相关关系，从皮尔逊相关性分析结果可知，腐殖质OC含量和腐殖质C/N呈显著正相关，和N/P呈显著负相关（P<0.01）;腐殖质TN含量和腐殖质TP含量呈显著正相关，和腐殖质C/N、C/P呈显著负相关（P<0.01）;腐殖质TP和腐殖质C/P、N/P呈显著负相关（P<0.01）;腐殖质C/P和腐殖质C/N呈显著正相关，以及C/P和N/P呈显著正相关（P<0.01）。

3 结论

本研究结果表明：

（1）西南喀斯特地区马尾松人工林样地腐殖质OC、TN、TP含量分别为240.52、13.35、0.38g·kg-1，C/N、N/P、C/P 分别为19.34、845.30、45.84。

（2）马尾松人工林不同龄组之间腐殖质TN含量存在显著差异（P<0.05），从大到小的排序依次为近熟林>中龄林>成过熟林，而腐殖质OC和TP含量在不同龄组之间无显著差异（P>0.05）;腐殖质C/N质量比从大到小的排序次次为成过熟林>中龄林>近熟林，C/P质量比从大到小的排序依次为近熟林>中龄林>成过熟林、N/P质量比从大到小的排序依次为中龄林>成过熟林>近熟林（P<0.05）。

（3）腐殖质TN和TP之间，腐殖质OC含量和腐殖质C/N以及腐殖质C/P和C/N、C/P和N/P呈显著正相关（P<0.01），而腐殖质OC含量和N/P、腐殖质TP和腐殖质C/P、N/P呈显著负相关（P<0.01）。

本研究重点仅对西南喀斯特地区不同龄组马尾松人工林腐殖质养分及化学计量特征及影响因素进行了初步研究，对于全面评价该地区腐殖质养分状况与化学计量特征仍存在一定的欠缺，今后还需要扩大龄组范围，增加采样地点、加大样本数量，为之后该地区马尾松人工林的健康经营提供科学的理论依据。

参考文献

[1]J. J，Elser，R.W Sterner，E. Gorokhova.，et al. Biological stoichiometry from genes to ecosystems[J]. Ecology Letters，2000（23）：215-237.

[2]Allen A P，Gillooly J F. Towards an integration of ecological stoichiometry and the metabolic theory of ecology to better understand nutrient cycling[J]. Ecology Letters，2010，12：369-384.

[3]鲁志云，宋亮，王训，等.哀牢山森林凋落物与腐殖质及土壤的生态化学计量特征[J].山地学报，2017，35（3）：274-282.

[4]张克荣，刘应迪，朱晓文.长沙岳麓山马尾松林的群落类型划分及物种多样性分析[J].林业科学，2011，47（4）：86-94.

[5]蔡磊，杨健，王六平，等.贵州省主要人工林近自然经营技术研究[J].林业实用技术，2013（9）：62-64.

[6]王燕，宫渊波，尹艳杰，等.不同林龄马尾松人工林土壤水土保持功能[J].水土保持学报，2013，27（5）：23-27，31.

（责编：张宏民）