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落叶松人工林凋落物分解及其N


第 35 卷第 2 期
2006 年 3 月

吉  林  林  业  科  技
J ILIN FORESTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY

Vol135   No13 Mach12006

文章编号 :1005 - 7129 (2006) 02 - 0015 - 04    中图分类号 :S15119 + 4    文献标识码 :A

落叶松人工林凋落物分解及其 N 、 P、 K 养分归还
张秀娟 ,谷家存 ,李真顺
1 2 3

(11 长江大学园艺园林学院 ,湖北 荆州   434025 ;21 东北林业大学林学院 ,黑龙江 哈尔滨   150040 ;3. 长

江大学生命科学院 ,湖北 荆州   434025) 摘要 : 采用埋袋法研究了落叶松 (17 a 生) 两种不同来源凋落物 ( 地下部分死亡的细根和地上部分凋落叶
-2 片) 的分解 。结果表明 ,细根的年分解量为 20714 kg? hm ,占凋落物年分解总量的 3213 % 。细根 N 、 P、 K

养分归还量分别是凋落物总归还量的 3214 % 、 913 % 、 1915 % 。细根在林地 C 和养分循环中占重要地位 。 关键词 : 兴安落叶松 ; 凋落物分解 ; 细根 ; 养分归还

Study on litter decomposing and nutrient returning (NΠ PΠ K) in Larix gmelini plantation
ZHANG Xiu - juan , G U Jia - cun ,LI Zhen - shun
1 2 3

(11College of Horticulture and Gardening , Yangtze University ,Jinzhou ,434025 ,China ; 2 1 Forest College , Northeast ) Forestry University , Harbin 150040 , China ;3. College of Life Science , Yangtze University ,Jinzhou 434025 ,China Abstract : We measured decomposition of fine roots ( ≤ 2 mm) and leaves litter in Larix Gmelini stand (17 yr - old) using buried litterbags method1 The results showed that annual decomposition mass of fine roots was 20714 kg? hm
-2

,

and accounted for 3213 % of total litter decomposition1 Respective amount of N , P , and K returned to soil from fine roots was 3214 % 、 913 % 、 1915 % of the total return1 It concluded that fine roots has the capability of making a sub 2 stantial contribution to soil organic matter and which play an important role in nutrient cycling of forest ecosystem 1 Key words : Larix gmelini ;litter decomposition ;fine roots ;nutrient return

   C 和养分循环始终是森林生态系统研究的 核心问题 。凋落物的分解是森林土壤有机质 的主要来源 ,又是土壤营养元素的主要补给者 , 在维持土壤肥力 、 促进森林生态系统正常的物
收稿日期 :2006 - 01 - 09 作者简介 : 张秀娟 ( 1979 - ) , 女 , 河北保定人 , 助教 , 硕 士 ,主要从事根系生理生态方面的教学与研究 1
1

质生物循环和养分平衡等方面起着重要的作 用
[2~4 ]

。凋落物包括地上部分的枯枝落叶和地
[5~7 ]

下部分死亡的细根

。由于人们对地上部分

凋落物的认识较早 , 已经对其进行了大量研 究
[8 ]

。相对而言 ,人们对地下细根的认识较晚 。

近 20 a 来 ,国外林学 、 生态学界提出 , 细根死亡 和分 解 是 林 地 C 和 养 分 的 另 一 重 要 补 给 途 径
[9~10 ]

。将地上部分和地下部分凋落物结合起

— 15



来进行研究才是深入认识林地养分循环的必由 之路
[4 ]

11212 凋落叶片分解试验

,但是当前将它们结合起来进行的研究
[2 ]

采用圆形凋落物收集器进行凋落物的收 集 ,收集器由纱网缝制 , 面积为 015 m , 网的孔
2

尚不多见



落叶松 ( L arix gmelini ) 是我国东北地区最 重要的工业用材树种 ,50 a 来 ,人工林已发展到
210 × 10 hm 左右 ,占东北人工林比例的 55 % 。
6 2

径为 1 mm 。在每块标准地内随机设置 6 个收 集器 ,自落叶松开始凋落叶片起每隔 15 d 收集 一次 ,共收集 3 次 。将收集到的凋落物称重 ,同 时测定凋落叶片的含水量 , 通过测定含水率将 凋落叶片鲜重转换成干重 。凋落叶片的分解速 率和养分释放依据张彦东等 得凋落叶片的养分归还量 。
113 化学成分分析
[12 ]

研究该树种凋落物分解可以认识土壤中 C 和 养分的转化规律 , 可以为指导落叶松人工林培 育提供重要的理论依据 。
1 研究方法 11 1 研究地点

已发表数据 ,求

全 N 测定采用凯氏法 ,全 P 采用钼锑抗比 色法 , K 采用火焰光度计法
114 养分归还量的计算
[13 ]

研究地点位于东北林业大学帽儿山实验林 场 ( 45° 21′ ~45° 25′ N , 127° 30′ ~ 127° 34′ E) 。该 地区属温带大陆性季风气候 , 年平均温度 218 ℃,1 月份平均温度 - 1916 ℃,7 月份平均温度
2019 ℃。年 降 雨 量 723 mm , ≥10 ℃的 积 温 2 526 ℃,生长季 120~140 d 。试验标准地设置



根据下列公式计算细根和凋落叶片分解的 养分归还量
[14 ]

: 养分归还量 = ( 死细根生物量

× 最初养分元素含量) —( 分解残留量 × 残留细 根养分元素含量)
2 结果与分析 211 细根和凋落叶片初始养分质量分数和分解 1 a 后养分质量分数

在海拔 480~500 m17 a 生的落叶松人工纯林内
(株行距 115 m × 210 m) , 当前落叶松胸径为 9 cm 、 树高为 9 m 、 冠幅为 715 m 。林下土壤为暗
2

棕色森林土 , 立地条件相对一致 。设置 2 块标 准地 ,面积 20 m × 30 m , 分别在每块标准地选 上、 中、 下 3 个 (2 m × 2 m) 样方进行埋根试验 。
112 凋落物分解试验 11211 细根分解试验

分析凋落物的化学成分是认识其养分归还 的前提 。化学成分分析结果 ( 表 1 ) 表明 , 总体 上看 ,细根初始 N 质量分数是凋落叶片 N 质量 分数的 1147 倍 ,细根和凋落叶片初始 P 质量分 数相当 , 凋落叶片 K 初始质量分数为细根的
1188 倍 。经过 1 a 的分解后 , 细根 N 质量分数

本试验采用埋袋法 ( Buried litterbags) 研究 细根分解
[4 ,11 ]

。2002 年 5 月 , 在林地内挖取根

系洗净 ,晾至自然含水量 ,测定细根水分含量的 目的是将细根鲜重换算为干重 。将细根 ( < 2
mm) 剪成 5 cm 长的根段 , 称取 610 g 装入长宽

变化不大 , P 质量分数增加了 0139 mg ? g 的质量分数降低了 4127 mg ? g ? g
- 1 - 1

- 1

, K

; 凋落叶片的
- 1

N、 P 质量分数降幅分别为 1171 mg? g , K 质量分数为 7 10 mg? g
- 1

、 0147 mg

均为 10 cm 的尼龙网袋 ( 80 目) 内

[4 ]

。分解袋平

,降幅最大 。

埋入样方 10 cm 深的土层中 , 表层覆盖林地凋 落物 。每个样方埋细根 3 袋 。于 1 a 后取样 , 取样时拆开网袋 ,拣出新长入的根 ,采用土壤筛
(40 目) 冲洗根系 , 剩余的根系于 65 ℃烘箱中

212 细根和凋落叶片的年凋落量和养分归还量

在对凋落物的研究过程中 ,凋落量 、 分解速 率和养分释放是最为重要的方面
[5 ]

。从凋落量

来看 ,叶片的凋落量为细根的 2146 倍 , 细根分 解率为凋落叶片的 1118 倍 ( 表 2) , 凋落叶片的 分解量为细根的 2140 倍 。凋落叶片释放 N 、 P — 16 —

烘 12 h 后测定干重 ,粉碎后用于化学成分的分 析。

分别 为 细 根 的 2108 、 9169 倍 , 占 总 归 还 量 的
3213 % 、 3214 % 。细根 K 养分的归还量为凋落
表1 凋落物种类 细根

叶片的 4112 倍 ,占归还 K 总量的 1915 % 。

凋落物初始和分解 1 a 后的养分 (N 、 P、 K) 质量分数 分解时间 初始 分解 1 a 后
-1 N ( mg? g ) -1 P ( mg? g ) -1 K ( mg? g )

11159 11103 7187 6116

1154 1193 1155 1108

4162 0135 8170 1170

凋落叶片

初始 分解 1 a 后

表2 凋落物种类

细根和落叶的分解量和 N 、 P、 K 养分归还量
-2 -1 凋落 、 分解与养分归还量 ( kg? hm ? a )

凋落量 细根 凋落叶片 细根所占的比例 ( %)
68618 1 69110 2819

分解率 ( %)
3012 2517

分解量
20714 43416 3213

归还 N 量
2167 5157 32140

归还 P 量
0113 1126 9130

归还 K 量
3105 12158 19150

   注 : 凋落量为土钻法连续取样获得死亡细根凋落量 [5 ] 。

3 讨论

张小全等

[20 ]

总结国内外已发表数据 , 细根

的生产向林地输入的生物量占总输入 ( 细根生产 和地上枯落物输入) 的 612 %~8817 % ,本研究中 落叶 松 细 根 ( ≤2 mm) 输 入 量 是 总 输 入 量 的
[12 ,13 ]

凋落物按其来源可以分为地上部分枯枝落 叶和地下部分死亡的细根
,凋落物分解过程

是森 林 生 态 系 统 中 C 和 养 分 循 环 的 重 要 环 2819 % 。在此范围之内 ,落叶松细根年分解量为 [16 ,17 ] - 2 [2 ] 节 。细根 ( < 2 mm) 是树木从土壤中吸收矿 68618 kg? hm , 低于温达志 等对鼎湖山南亚 质营养和水分的主要器官 。由于细根的寿命 ( 尤 热带季风常绿阔叶林 、 针阔混交林细根年分解量 其是根尖的寿命 ) 较短 , 且细根中含有大量营养 物质 ,其死亡和分解过程释放大量营养元素
[18 ] - 2 - 2 (分别为 1 310 kg? 1 170 kg? hm ) , 也低于 hm 、

,

陈金林等

[2 ]

对空青山次生栎林的研究结果 ( 2

- 2 [14 ] 细根周转 (fine roots turnover) 归还土壤 C 是地上 283127 kg? hm ) , 但远远高于廖利平等 对火

部分凋落物的 4 ~ 5 倍 , 对土壤 C 库贡献高达 力楠 ( Michelia macclurei ) 的 研 究 结 果 ( 369 kg ?
30 %~40 % ,在一些生态系统中归还土壤的 N 高
- 2 hm ) 。从细根归还的 N 量来看 , 细根周转每年

于地上部分 18 %~45 %

[9 ]

, 因此 , 其对生态系统

能为土壤提供 N 255~290 kg? hm

- 2[19 ]

,本研究落

- 2 生物地球化学循环的影响作用已远超过枯枝落 叶松细根分解年释放 N 量为 2167 kg? hm ,可能

叶的影响 。如果忽略细根的生产 、 周转和分解 ,
[19 ]

是由于没有考虑到根系的分泌物 、 以及直径在 2 结果进行对比 ,发现细根的研究具有很大的不确

土壤有机物质和营养元素的周转将被低估 20 % mm 以上的细根所致 。通过与其他学者的研究 ~80 % 。 — — 17

定性 ,如树种 、 气候 、 研究方法等的差异导致结果 twigs : Effects of wood type ( beech and ash) , diameter , site of 可比性差 。因此 , 笔者认为 , 只有采用比较一致 能深入探讨树种 、 气候等生物因素和非生物因素 对细根分解动态的影响 ,这有待于进一步解决 。
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( 责任编辑   孙镜明)

— 18




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