第47卷 第2期2021年6月
内 蒙 古 林 业 科 技
JournalofInnerMongoliaForestryScience&Technology
Vol.47No.2Jun.2021
收稿日期:2021-03-01 修回日期:2021-03-18
资助项目:内蒙古自治区自然科学基金项目(2018MS03037);“十三五”国家重点研发计划项目子课题(2017YFD060040303) 作者简介:白高娃(1986—),女(蒙古族),内蒙古通辽人,工程师,从事森林土壤研究。E-mail:348441852@qq.com 通讯作者:王志波(1984—),男(蒙古族),内蒙古赤峰人,副研究员,从事森林培育研究。E-mail:280443958@qq.com
华北落叶松人工林凋落物短期管理对土壤养分变化的影响
白高娃1,2,3,王志波1,2,3,李银祥1,2,3,曹恭祥1,2,3
,
杨跃文1
,2,3,薛璐莎4,季蒙1,2,3,邢钰坤1,2,3
(1.内蒙古自治区林业科学研究院,内蒙古呼和浩特010010;2.内蒙古鄂尔多斯森林生态系统国家定位观测研究站,内蒙古鄂尔多斯016100;3.内蒙古自治区沙地(沙漠)生态系统与生态工程重点实验室,内蒙古呼和浩特010010;4.呼和浩特市森林保护站,内蒙古呼和浩特0
10030)摘 要:为了解华北落叶松凋落物管理对林地土壤养分变化特征的影响,本文以苏木山林场华北落叶松人工林为研究对象,在林中设置了凋落物不同处理(堆积和平铺),分析不同处理下0~10cm土层土壤养分含量变化规律。结果表明:凋落物不同处理下土壤呈酸性,与对照相比凋落物管理下土壤pH值显著下降(P<0.05)。凋落物平铺处理与对照相比,土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量明显提高了19.57%、18.86%、78.37%、38.38%,土壤有机质和全氮含量在堆积和对照2个处理上未呈现显著差异。凋落物不同管理对土壤全磷(堆积>对照>平铺)、全钾(对照>堆积>平铺)、速效氮含量(平铺>对照>堆积)的影响不显著。华北落叶松人工林凋落物进行短期管理后平铺处理效果最好,能够增加土壤有机质、全氮、速效磷和速
效钾含量,对改善华北落叶松人工林土壤性状和维持林地养分平衡有着重要作用。关键词:华北落叶松;凋落物;土壤养分
中图分类号:S791.229 文献标识码:A 文章编号:1007-4066(2021)02-30-03
EffectsofShort-termLitterManagementonSoilNutrientChanges
inL
arixprincipis-rupprechtiiPlantationBAIGao-wa1,2,3,WANGZhi-bo1,2,3,LIYin-xiang1,2,3,CAOGong-xiang1,2,3
,
YANGYue-wen1,2,3,XUELu-sha4,JIMeng1,2,3,XINGYu-kun
1,2,3
(1.InnerMongoliaAcademyofForestry,Hohhot010010,China;2.OrdosForestEcosystemResearchStation,InnerMongolia,Ordos
016100,China;3.InnerMongoliaKeyLaboratoryofSandyLand(Desert)EcosystemandEco-engineering,Hohhot010010,China;
4.HohhotForestProtectionStation,InnerMongolia,Hohhot010030,China)
Abstract:InordertounderstandtheeffectsofLarixprincipis-rupprechtiilittermanagementonthecharacteristicsof
soilnutrients,takingLarixprincipis-rupprechtiiplantationinSumuMountainsForestFarmasresearchobject,
settingupdifferenttreatmentoflitter(accumulationandtiling),thechangesofsoilnutrientcontentin0-10cm
soillayerwithdifferenttreatmentswereanalyzed.Theresultsshowedthatthesoilwasacidicwithdifferenttreatmentsoflitter,andthesoilpHvaluedecreasedsignificantlycomparedwiththecontrol(P<0.05).Comparedwiththecontrol,thecontentsofsoilorganicmatter,totalnitrogen,availablephosphorusandavailablepotassiumwereincreasedby19.57%,18.86%,78.37%and38.38%withtilingtreatment,therewasnosignificantdifferenceonsoilorganicmatterandtotalnitrogencontentbetweentheaccumulationtreatmentandthecontrol.Differentlittermanagementhadnosignificanteffectontotalphosphorus(accumulation>CK>tiling),totalpot
assium(CK>accumulation>tiling)andavailablenitrogen(tiling>accumulation>CK).Ingeneral,thetilingtreatmentoflittersin
Larixprincipis-rupprechtiiplantationaftershort-termmanagementhadthebesteffect,whichcouldincreasethe
contentsofsoilorganicmatter
,totalnitrogen,availablephosphorusandavailablepotassium,andplayanimportantroleinimprovingsoilpropertiesandmaintainingthebalanceofsoilnutrients.
Keywords:Larixprincipis-rupprechtii;litter;soilnutrient
第2期白高娃等:华北落叶松人工林凋落物短期管理对土壤养分变化的影响
华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)是华北地区主要森林树种,在防风固沙及维持当地森林生态系统稳定性方面发挥着重要作用[1-2]。森林凋落物是林木生长发育过程中的产物[3],凋落物通过微生物的分解作用释放出营养元素补充土壤中缺失的养分,森林凋落物分解是森林生态系统养分归还土壤的重要环节[4]。国内外对森林凋落物的相关研究较多,王利民[5]在华北落叶松凋落物研究中发现了全氮含量和残留量变化规律。贺红月等[6]研究凋落叶不同比例混合可促进凋落物分解,并且凋落物中的氮和磷呈增加趋势。目前已有的研究主要集中在凋落物添加和去除对凋落物分解速率[7]、土壤养分[8-10]、土壤呼吸[11]、土壤微生物群落[12]的影响等方面。林下凋落物量不变情况下,凋落物管理对土壤影响研究较少。
鉴于此,本文对苏木山华北落叶松林下凋落物进行不同管理,分析土壤养分含量的变化规律,进而揭示凋落物不同管理方式对土壤养分循环的作用,以期为苏木山地区华北落叶松人工林维持土壤肥力和科学管理提供理论参考。
1 研究区概况
研究区位于内蒙古乌兰察布市兴和县苏木山林场,地处阴山山脉东段南部,地理坐标为40°33′42″N,113°47′25″E,海拔2100m,平均坡度15°,属于半干旱大陆性季风气候,年均
气温4.2℃,年均降水量为397mm,年均蒸发量为2060mm,无霜期110d,地带性土壤为灰褐土。林场总面积2.2万hm2,主要乔木树种为华北落叶松、油松(Pinustabuliformis)、白桦(Betulaplatyphylla)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)等,主要草本植物为委陵菜(Potentillachinensis)、羊草(Leymuschinensis)、唐松草(Thalictrumaquilegiifoliumvar.sibiricum)、苔草(Carexspp.)、胡枝子(Lespedezabicolor)、地榆(Sanguisorbaofficinalis)等。研究区林龄47a,平均密度567株·hm-2,平均树高19.37m,平均胸径24.19cm。林下凋落物平均厚4.50cm。
生菜鸡蛋面2 研究方法
2018年7月开始设置样方,并对凋落物进行管理,管理方式分为堆积和平铺,并以保持原状作为对照。堆积:将全分解层、半分解层和未分解层凋落物均匀混合后按2m×2m(样方内每两个堆积物中心点距离为2m)的距离堆积成直径50cm、高40cm的圆团状。平铺:将全分解层、半分解层和未分解层翻动、搅拌,混匀后平铺。研究期间对凋落物进行3次管理,分别为2018年7月、9月和2019年5月。每次平铺处理方法相同,即混匀后平铺。堆积处理第2次和第3次管理是将散落的和新掉的凋落物归拢到原堆积位置继续堆积。每种处理设置3个重复,共布设10m×1
0m样方9块。
2.1 土壤样品的采集及化验
2019年7月进行土样采集。每个样方随机选取5个采样点。其中,堆积处理是在堆积凋落物下采集土样,取样时去除凋落物,用铁锹采集表层(0~10cm)土壤。将每个样方5个采集点的土壤均匀混合后作为这个样方的土壤样品,共9份土样(平铺处理3份、堆积处理3份、对照3份),统一编号后装入布袋带回实验室备用。将采回的土样在自然条件下室内通风阴干,去除根系和石块后,风干土过0.15mm和2mm孔径的筛子,进行pH值、有机质、全氮、全钾、全磷、速效磷、速效钾、速效氮含量的测定。pH值采用电位法测定(土水比为1∶2.5);重铬酸钾外加热法测定土壤有机质含量;全氮采用半微量凯氏法,速效氮采用碱解扩散法;全磷采用碳酸钠熔融法,速效磷采用NaHCO
3
法;全钾采用氢氧化钠碱熔-火焰光度计法,速效钾采用醋酸铵浸提火焰光度法。
2.2 数据处理
本文采用Excel2007进行数据整理与表格制作,SAS9.0进行数据方差分析。
3 结果与分析
3.1 凋落物不同处理对土壤pH值、有机质含量的影响
由表1可知,凋落物不同处理对土壤pH值产生显著影响(P<0.05)。与对照相比有凋落物处理的土壤pH值呈下降的趋势,凋落物平铺处理下土壤pH值显著低于堆积处理和对照。平铺处理下土壤pH值下降了7.2%,堆积处理下土壤pH值下降了3.0%,凋落物不同处理下土壤呈酸性。
表1 凋落物处理对土壤pH值、有机质含量的影响Tab.1EffectsoflittertreatmentonsoilpHvalue
andorganicmatter
土壤化学性质堆积处理平铺处理对照pH值6.46±0.12b6.18±0.05c6.66±0.04a有机质?(g·kg-1)99.17±2.99b125.81±6.49a105.22±1.40b 注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05),下同。
自然条件下,凋落物是林木生长发育过程中的产物,是土壤碳库碳输入的重要来源,对保持土壤肥力具有重要作用。表1结果显示,凋落物不同处理对表层土壤有机质含量存在一定的影响。凋落物短期
管理后,平铺处理下土壤有机质含量为125.81g·kg-1,相比对照提高了19.57%,显著高于堆积处理(P<0.05)。堆积处理下土壤有机质含量为99.17g·
1
3
内 蒙 古 林 业 科 技第47卷
kg-1,与对照相比差异不显著。飞机场什么意思
3.2 凋落物不同处理对土壤全量养分含量的影响
由表2可知,凋落物堆积和平铺处理下土壤全
氮含量比对照分别提高了0.90%、18.86%。方差分
析结果显示,凋落物平铺处理下土壤全氮含量显著
高于堆积处理和对照(P<0.05)。堆积处理下土壤
全氮高于对照,但两者之间无显著差异;对照土壤全
磷含量为1.06g·kg-1,堆积和平铺处理下土壤全磷
含量分别为1.22g·kg-1、1.04g·kg-1。凋落物处
理下土壤全磷含量与对照间无显著差异;对照土壤村暖花开
全钾含量为18.45g·kg-1,平铺和堆积处理下土壤
全钾含量分别为18.16g·kg-1和17.86g·kg-1,3
个处理土壤全钾含量无显著差异,其变化为对照>
堆积>平铺。可见,凋落物不同处理对土壤全磷和
全钾含量无显著影响,但凋落物平铺处理能够显著
增加土壤全氮含量。
表2 凋落物处理对土壤全量养分含量的影响
露营Tab.2Effectsoflittertreatmentonsoiltotal
availablenutrientcontent
土壤化学性质堆积处理平铺处理对照
全氮?(g·kg-1)3.37±0.23a3.97±0.21b3.34±0.22a
全磷?(g·kg-1)1.22±0.13a1.04±0.35a1.06±0.25a
全钾?(g·kg-1)18.16±0.45a17.86±0.71a18.45±0.18a
3.3 凋落物不同处理对土壤速效养分含量的影响
由表3可知,凋落物不同处理对土壤速效氮的
影响为平铺>堆积>对照,与对照(72.29mg·kg-1)
相比,平铺处理和堆积处理下土壤速效氮的含量分
别增加了11.86%和1.58%,土壤速效氮含量在3
个处理上无显著差异;土壤速效磷含量在3个处理
上差异显著,平铺处理下土壤速效磷含量最高
(17.98mg·kg-1),其次是堆积处理(12.34mg·
kg-1),与对照(10.08mg·kg-1)相比分别增加了
78.37%和22.42%;土壤速效钾含量同样在凋落物
平铺处理下差异显著(P<0.05),且与对照相比增加
了38.38%。堆积处理下土壤速效钾含量(176.19
mg·kg-1)最小。总体上,通过凋落物平铺处理,显
著增加了土壤速效磷和速效钾含量,而凋落物处理
对土壤速效氮含量无显著影响。
表3 凋落物处理对土壤速效养分含量的影响
Tab.3Effectsoflittertreatmentonsoilavailablenutrientcontent
土壤化学性质堆积处理平铺处理对照
速效氮
(mg·kg-1)
73.43±7.14a80.86±5.02a72.29±6.20a
速效磷
(mg·kg-1)
12.34±0.50b17.98±1.67a10.08±0.61c
速效钾(mg·kg-1)176.19±0.00c359.08±6.27a259.48±3.14b
4 讨论
本研究中凋落物不同处理下土壤呈酸性,与对
照相比凋落物处理下土壤pH值降低。可能与针叶
林的凋落物本身含有单宁和树脂有关,凋落物的管
理过程中这些物质在微生物的分解作用下,产生酸
性较强的物质,使土壤酸化。
本研究中凋落物平铺处理下土壤pH值从原有
的6.66下降到6.18,变化显著,这与有关研究规律
不一致。相关研究表明[1],华北落叶松凋落物分解
对土壤有一定的酸化,使土壤pH值下降,但短期内
变化无明显的规律。因此在今后的研究中还需连续
监测,进一步探究变化趋势。
森林凋落物是森林土壤有机质的主要来源,而
土壤中的氮、磷养分很大一部分是以有机态的形式
贮藏和积累在土壤中,与土壤中有机质的含量有密
切的相关性[13-14]。凋落物的不同处理可能对凋落
物的分解数量和质量产生变化,从而影响土壤氮、磷
含量。凋落物均匀混合平铺处理使凋落物与土壤表
面紧密接触,通过混合平铺有利于提高分解的透气
性,同时凋落物混合管理可增加有机质的矿化作用,
土壤中输入的新的有机残体有激发土壤有机质的降
解作用[15]。另外,凋落物分解主要由土壤生物来实
现,凋落物堆积处理相比平铺处理减少了凋落物与
土壤生物间的相互作用面积,进而使凋落物分解量
减少。还有,在一定雨水条件下平铺处理相比堆积
处理和对照对雨水有一定的拦蓄作用,凋落物平铺
管理过程中形成一定的空隙来缓解水分的径流,增
加养分元素的淋洗和淋溶作用,进而影响土壤养分
的积累。本研究中土壤全钾含量在凋落物3种处理
下无显著差异,其变化为对照>堆积>平铺,原因为
土壤全钾含量主要和该地区土壤母质、风化及成土
条件等有关[15]。凋落物平铺处理相比对照和堆积
处理土壤速效钾含量显著增加,处理间有显著差异
(P<0.05),其变化为平铺>对照>堆积。这可能与凋
落物中钾元素以钾离子的形式存在[6],随着凋落物
的分解在淋洗和淋溶作用下转移到土壤溶液中去,
产生不同的变化有关。
5 结论
(1)华北落叶松凋落物管理(平铺和堆积)对林
地土壤养分含量有不同的影响,其中凋落物平铺处
理对改善土壤养分的效果好于堆积处理。凋落物平
铺处理下土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量呈
(下转第61页)
23
第2期吴建新等:包头市退耕还林工程生态服务功能初步研究
表4 封山育林生态服务功能价值
Tab.4Thevalueofecologicalservicefunction
ofclosinghillsforafforestation
生态效益数值
涵养水源保水?(×108m3·a-1)0.14
保育土壤固土?(×104t·a-1)21.17固氮?(×104t·a-1)0.02固磷?(×104t·a-1)0.01固钾?(×104t·a-1)0.35固有机质?(×104t·a-1)0.12
固碳释氧固碳?(×104t·a-1)0.80释氧?(×104t·a-1)1.71
林木积累营养物质氮?(×104t·a-1)0.02磷?(×104t·a-1)<0.01钾?(×104t·a-1)0.02
净化大气环境产生负离子?(×1022个·a-1)0.36
吸收污染物?(×104t·a-1)0.09
滞纳TSP?(×104t·a-1)7.53
滞纳PM
10
?(×104t·a-1)0.94
滞纳PM
2.5
?(×104t·a-1)0.38
涵养水源1.21×108m3·a-1;保育土壤方面,固土
188.40×104t·a-1,固氮0.16×104t·a-1,固磷0.08×
104t·a-1,固钾2.91×104t·a-1,固有机质1.06×104
t·a-1,森林固沙量145.10×104t·a-1;固碳释氧方
面,固碳7.81×104t·a-1,释氧16.90×104t·a-1,林
我的世界羊驼木积累氮0.16×104t·a-1、积累磷0.01×104t·a-1、
积累钾0.15×104t·a-1;净化大气环境方面,产生负
离子3.80×1022个·a-1,吸收污染物0.79×104t·
a-1,滞纳TSP67.87×104t·a-1,滞纳PM
10
8.49×104
t·a-1,滞纳PM
2.5
3.40×104t·a-1。
参考文献:
[1] 国家林业局.退耕还林工程生态效益监测与评估规范:LY/T
2573—2016[S].北京:中国标准出版社,2016:1-27.
[2] 国家林业局.森林生态系统长期定位观测方法:LY/T1952—
顾影自怜什么意思
2011[S].北京:中国标准出版社,2011:1-129.
[3] 王兵.森林生态连清技术体系构建与应用[J].北京林业大学
学报,2015,37(1):1-8.
[4] 国家林业局.森林生态系统服务功能评估规范:LY/T1721—
2008[S].北京:中国标准出版社,2008:1-12.
檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲(上接第32页)
显著增加的趋势,而凋落物堆积和平铺处理对土壤全磷、全钾、速效氮的影响不显著。
(2)凋落物通过平铺管理归还养分特征,对改善华北落叶松林地土壤性状和维持林地地力养分平衡有着重要作用。
参考文献:
[1] 王欣.燕山山地华北落叶松人工林叶凋落物分解特性研究[D].保定:河北农业大学,2012.
满足的英文[2] 温亚飞,杨新兵,钟良子.冀北山地不同树种组成桦木林枯落物及土壤水文效应[J].河北林果研究,2016,31(4):337-344.[3] 郭剑芬,杨玉盛,陈光水,等.森林凋落物分解研究进展[J].林业科学,2006,42(4):93-100.
[4] 郭艳娜,霍沁建,袁玲.森林土壤肥力概述[J].中国农学通报,2004,20(3):143-148.
[5] 王利民.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[J].安徽农学通报,2016,22(14):120-121.[6] 贺红月,牟洪香,马长明,等.华北落叶松与胡枝子叶凋落物混合分解及其对土壤养分的影响[J].河北农业大学学报,
2018,41(5):55-61.
[7] 毋洁,余琴,梁德飞,等.光辐射对青藏高原高寒草甸凋落物分解的影响[J].生态学杂志,2015,34(11):2990-2994.[8] 张丽萍,张兴昌,刘增文,等.人工
林凋落叶分解对土壤性质的影响[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2008,36(9):87-92.
[9]WangGG,KLINKAK.Whitesprucefoliarnutrientconcentrationsinrelationtotreegrowthandsoilnutrientamounts[J].ForestEcologyandManagement,1997,98(1):89-99.
[10] 李海燕.凋落物对过熟马尾松纯林及混交林土壤养分与微生物的影响[D].南宁:广西大学,2019.
[11] 高强,马明睿,韩华,等.去除和添加凋落物对木荷林土壤呼吸的短期影响[J].生态学杂志,2015,34(5):1189-1197.[12] WANGQK,ZHONGMC,HETX.Home-fieldadvantageoflitterdecompositionandnitrogenreleaseinforestecosystems[J].
BiologyandFertilityofSoils,2013,49(4):427-434.
[13] 文启孝.土壤有机质的组成、形成和分解[J].土壤,1984,16(4):1-10.
坚持的说说
[14] 孙向阳.土壤学[M].北京:中国林业出版社,2004.
[15] 吕贻忠,李保国.土壤学[M].北京:中国农业出版社,2018.
1
6