| 标题 | 落叶松人工林生态系统养分循环 |
| 范文 | 摘要：本文根据植物和土壤养分元素的分布、积累及其循环特性对落叶松人工林生态系统进行了研究，结果表明：落叶松人工林生态系统的营养元素含量随植物器官、年龄和分布层的变化而变化。落叶松生态系统中营养元素的累积总量为27098kg/hm2，其中土壤累积量和植物积累量分别为268946kg/hm2和2040.602kg/hm2;年吸收铵态氮元素含量为197.394kg/hm2，其中铵态氮的保留和铵态氮的返回分别为76.183kg/hm2和121.211kg/hm2。与其它森林群落相比，落叶松人工林生态系统各营养元素的循环速率相对较高。本研究基于N、P、K、Ca、Mg等营养元素的测定，对中国北方东部落叶松人工林生态系统养分循环进行分析。 关键词：落叶松;植物营养元素;生物循环 中图分类号：S718.5 文献标识码：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20191215025 前言 落叶松人工林在我国的森林面积中占有很大的比重，然而在经营落叶松人工林的过程中我国却面临着很多问题，这必将影响到落叶松人工林综合效益的开发和利用[1]。生态系统中营养元素的生物附着是指生态系统中植物群落与土壤之间的生物附着，它是生物地球化学CVC的1个分支，具有高的SPCCD和INTCNSITV特性。营养型的生物与森林生产力相关，植物对THC营养元素的吸收和利用直接或间接地受到各种环境因素的影响，并对其生长发育和物质生产过程进行了调控。因此，通过研究生态系统中元素的积累、分布和转化过程，并揭示其过程、机制及其相互关系，可知，落叶松是很有潜力的森林更新和荒山造林树种[2]。 1实验区概况 实验基地场地海拔350m，位于山体南部，坡度70°，试验林为人工栽植的大兴安岭落叶松人工林，土壤是一种深褐色的土壤。通过生物自肥过程，实现系统的自我调节，从而维持长期稳定的土壤肥力和生物生产力[3]。在生产力测定过程中采集的分析样地植物样地：选择样地具有代表性的样地，用土钻分层采集，深度分别为0.20cm、20～30cm、30～40cm、40～50cm。在实验室重新自然干燥。通过测量降雨量、林分内降雨量和树干流量，在标准土地（20m×50m）内进行水样采集。方法：对植物和土壤样品进行粉碎、筛选、水样浓缩后，对其营养元素（N、P、K、Ca、Mg）进行分析。 2植物体内元素积累 落叶松人工林土壤N、P、K、Ca、Mg的累积量为268946kg/hm2，几乎占总累积量的98%以上。土壤中积累的营养元素具有很大的潜力为植物提供营养，而土壤中营养元素的丰富度是在植物生长中发挥作用的基础。土壤中养分的储存不受植物吸收和木材输出的影响，因此，森林土壤在森林生态系统物质循环中起着重要作用。土壤养分的空间分布规律：N、P主要分布在土壤上部，当其总储量较大时，随土壤深度的增加而减小。K、Ca、Mg在不同土壤深度条件下的贮藏是由土壤中的元素和土壤性质造成的。 3土壤中元素的积累 落叶松人工林生态系统生物量累积量为1134.43kg/hm2，含量顺序为N>Ca>K>Mg>P，落叶松人工林蒸腾过程中元素积累的顺序为N>Ca>K>Mg>P，树蒸腾过程中元素积累的顺序为N>Ca>K>P>Pg，蒸腾过程中元素积累的顺序为Ca>K>Mg。根际土壤中的积累低于表层;树干中的积累高于叶片。树干中的养分密度使树干具有巨大的生物量;相反，由于生物量少，叶片积累量低。K含量以枝条最高，达34.47%。生态系统中营养元素的生物循环营养元素的年贮量取决于植物群落的年净生物量的增加及其生产器官中的元素含量和问题。落叶松人工林生态系统年蓄积量为76.183kg/hm2。其中N、Ca含量最高，分别占31.07%和30%。K为22.97%，Mg和P含量很低。落叶松人工林生态系统养分年贮量以乔木层最高，达86%，元素顺序为Ca>N>Mg>P;灌木层为17.36%，元素顺序为K>N>Ca>Mg>P;草本层为2.78%，草本层元素顺序与灌木层相同。不同层次器官间的存储是不同的，以乔木层为例，养分贮存顺序为树干>枝条>根系>树皮。生态系统养分年归还量无明显变化，包括凋落物和树冠淋失养分。凋落物中的养分在不分解凋落物的情况下被返回;淋溶后的养分可以直接输送到土壤中。凋落物的养分返回包括所有植物（树木和草本植物）养分返回土壤。落叶松人工林生态系统凋落物总归还量为14.877kg/hm2，林草对土壤的归还率分别为61.39%和33.98%;树木根系养分含量极低，仅占4.63%;凋落物归还中元素的顺序为N>Ca>K>Mg>P。可以看出，返回量是储存量的18倍。降雨淋溶过程中的养分回流是降雨通过树冠时会发生一系列的物理化学变化，包括降雨和树干流的养分密度变化。根据降雨分布的质量和数量，计算降雨淋溶过程中的养分。冠层淋溶的元素顺序为K>Ca>Mg>P，元素N直接被叶片吸收。K很容易在植物中移动，这反映了它的溶解性。淋溶后林内降水中K含量明显高于林外。为5.852kg/hm2·a，占总量的85.24%。降雨通过淋溶作用加速了K的生物循环。Ca的浸出率较高，但其浓度（浸出量占总养分的比例）很低，仅为5%，低于Mg（10%）和P（15%）。Ca的浸出率高于红松（0.34kg/hm2）、油松（0.39kg/hm2），低于马尾松（1.54kg/hm2）。对N的吸收高于油松人工林（0.19kg/hm2），低于杉木人工林和马尾松人工林（22.33kg/hm2）。 4结果与分析 植物各器官营养元素含量差异显著。针叶树叶片营养含量高，枝条营养含量低，树干和根系营养含量最低。其中细根中最高，其次是根颈，厚根最低。不同器官营养成分的差异取决于其功能和结构。叶片是同化器官，是新陈代谢最活跃的部位，营养含量最高;枝条是运输或贮存营养的通道，细根是吸收营养的主要器官，因此，其块茎含量较高;根粗、根颈和茎主要由木质素组成，主要功能是支撑，营养成分含量较低。营养成分随树龄和分布而变化。高层中元素N、P、K、Mg含量均高于低层，Ca含量则相反;树枝中的N、P、K含量随树龄的增加而减少，Mg含量变化不大，Ca含量随树龄的增加而增加，并导致积累。营养成分顺序为：叶>根>枝>干>皮。对草本植物而言，N、P、Mg元素含量为：茎>茎>根;K、Ca元素含量为：茎>叶>根。灌丛或草本器官的营养含量高于树木器官。土壤中的多种营养元素的分布和含量的变化直接受自然因素（水、热条件、母质和形成过程）、生物活动（动植物生活过程）和人类活动的影响。落叶松人工林土壤养分元素含量随土层的变化而变化。土壤深度越大，P含量越低，但变化缓慢，它们在c'层（20～30cm）中几乎稳定;元素K则相反，随着土壤深度的增加而增加。这是深棕壤母岩中含有大量K元素的母质，也是淋溶作用的结果。K通过浸出带下10个累积量。土壤养分元素的含量和分布是元素迁移和生物循环的结果。对植物生长至关重要。生态系统中营养生物循环规律给出了5种主要元素的微生物循环及其指标。年吸收量为197094kg/hm2·a，元素顺序为Ca>N>K>Mg>P，年归还量121.211kg/hm2，占吸收量的61.41%。其中k元素含量最高，占總返回量的30.33%，其余元素含量依次为Ca>N>Mg>P。与其它森林类型相比，K.Ca年循环低于栎树。塞尔瓦和红树林，但高于山毛榉。云杉，苏格兰松和杉木。氮与桦树、云杉和杉木中的氮几乎没有区别。镁的循环与柞木和杉木接近，高于山毛榉、云杉和油松，但低于杉木和红松。可以看到，每年的吸收、储存和回收都是相对的，只有P元素的年贮量和年归还量略有差异，其它元素的年归还量均远高于欧洲橡木。究其原因，主要是干、根养分含量低，叶、小枝、覆盖植物养分含量高。植物营养元素含量的变化与其品种、器官、年龄分布层有关。一般而言，地下层和地表布层有机养分含量高于地上。树叶和树枝中的含量高于树枝和树枝中的含量。土壤养分的变化与土壤层深度有关。 参考文献 [1] 李亚洲.落叶松人工林天然化改造模式初探[J].农业与技术，2015（11）：83，85. [2]王彬， 魏天兴， 刘钊. 黄土丘陵区华北落叶松人工林生态系统生物量与养分循环特征[J].水土保持研究，2017，24（6）：45-51. [3]刘世荣，李春阳. 落叶松人工林养分循环过程与潜在地力衰退趋势的研究[J].东北林业大学学报，1993（2）：19-24. 作者简介： 马秀刚（1975-），男，本科，高级工程师。研究方向：林学。 |
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