三種相思樹人工林凋落物養(yǎng)分歸還功能及碳平衡研究.pdf

1、相思樹種是世界廣泛引種的重要速生樹種，在我國(guó)南方短周期工業(yè)原料林建設(shè)、林地可持續(xù)經(jīng)營(yíng)和豐富林木種質(zhì)資源等方面具有重要的作用和地位。人工林凋落物養(yǎng)分歸還是林分有機(jī)物產(chǎn)生的首要過程，養(yǎng)分的利用、循環(huán)和流動(dòng)是有機(jī)物和土壤系統(tǒng)內(nèi)部及其相互之間的樞紐，養(yǎng)分元素循環(huán)在維持人工林生態(tài)系統(tǒng)格局及形成最大生產(chǎn)力及生物量產(chǎn)出的過程中具有極其重要作用。鑒于有關(guān)相思人工林凋落物養(yǎng)分歸還功能和碳平衡的研究缺乏系統(tǒng)性，相關(guān)報(bào)道亦較少。本研究選擇位于福建省漳州市平和

2、天馬國(guó)有林場(chǎng)的6.5a生卷莢相思(Acaciaconcinnatai)、黑木相思(Acacia melanoxylon)和馬占相思(Acacia mangiun)為研究對(duì)象，從2006年8月起，進(jìn)行為期一年的生態(tài)定位研究，開展凋落物收集、凋落物分解和土壤表面CO2釋放量等數(shù)據(jù)采集等野外作業(yè)，并結(jié)合土壤和植株養(yǎng)分等室內(nèi)分析，掌握相思人工林生物量分配格局，探討相思人工林凋落物養(yǎng)分(N、P、K和C)的歸還規(guī)律，評(píng)估相思人工林碳匯能力，為指導(dǎo)相

3、思人工林科學(xué)經(jīng)營(yíng)管理和閩南山地的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)，為我國(guó)應(yīng)對(duì)未來的國(guó)際氣候變化談判提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。主要得出以下結(jié)論： (1)卷莢相思單株生物量最高，分別是黑木相思和馬占相思單株生物量的1.34和1.59倍。3種相思單株各器官所占比例大小順序均為樹干>樹根>樹皮>樹枝>樹葉。卷莢相思林分生物量最大，明顯高于黑木相思和馬占相思。在林分生物量組成中，喬木層所占的比例均最大，在87.06％～91.11％之間，凋落物的貢獻(xiàn)僅次于喬木層

4、，在6.48％～6.97％之間。 (2)卷莢相思、黑木相思和馬占相思年凋落物量分別為6171.49、7338.28和6102.16kg.hm-2，凋落葉在凋落物中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，分別占總凋落物量的65.32％、83.71％和68.10％。3種相思人工林總凋落物量的月變化均呈雙峰模式。 (3)卷莢相思和馬占相思凋落物的N、P的年歸還量相近，但均顯著低于黑木相思(p<0.05)，與總凋落物量的大小順序相似。而3種相思人工林K的年

5、歸還量大小排序表現(xiàn)為馬占相思(22.28kg.hm-2·a-1)>卷莢相思(19.96kg·hm-2·-1)>黑木相思(17.76kg·hm-2·a-1)。3種相思人工林凋落物的養(yǎng)分年歸還量大小順序均表現(xiàn)為：N>K>P。黑木相思凋落物碳的年歸還量最大，分別是卷莢相思和馬占相思的1.27和1.23倍。卷莢相思凋落物碳?xì)w還季節(jié)變化的大小順序表現(xiàn)為秋季>夏季>冬季>春季，黑木相思凋落物碳?xì)w還的季節(jié)變化表現(xiàn)為春、夏和秋三個(gè)季節(jié)凋落物碳的歸還量較

6、大，馬占相思凋落物碳?xì)w還的季節(jié)變化表現(xiàn)為夏季和秋季有較大的歸還量，在春季和冬季有較小的歸還量。 (4)分解1a后凋落葉的干重殘留率從小至大依次為馬占相思、黑木相思、卷莢相思和木荷(Schima superba)(當(dāng)?shù)氐牡貛灾脖荒竞?作為對(duì)照))。與凋落葉相比，凋落枝在分解過程表現(xiàn)更為平穩(wěn)，不過其分解動(dòng)態(tài)與凋落葉相似。凋落枝分解1a后，它們干重殘留率從小至大依次為馬占相思、黑木相思、卷莢相思和木荷。 (5)3種相思人工林

7、和木荷凋落葉在分解過程中C、K濃度均表現(xiàn)為遞減的趨勢(shì)，P濃度則表現(xiàn)為遞增趨勢(shì)，而N濃度表現(xiàn)為無規(guī)則的波動(dòng)，波動(dòng)幅度不大；凋落枝在分解過程中除C表現(xiàn)為明顯的下降趨勢(shì)，N、P、K濃度的變化均遠(yuǎn)較凋落葉復(fù)雜，可能是由于器官的差異引起的。 (6)3種相思人工林和木荷凋落葉和凋落枝在分解過程中的C、N均表現(xiàn)為明顯的凈釋放。在所有林分中，馬占相思凋落葉的K的釋放量最大，而其凋落枝K釋放量小，表現(xiàn)為凈吸存。卷莢相思和木荷凋落葉、枝在分解過程中

8、P的釋放與分解時(shí)間相關(guān)性較弱，沒有達(dá)到顯著水平(p<0.05)，甚至表現(xiàn)為凈吸存。除了馬占相思凋落枝外，各養(yǎng)分的釋放速率的大小順序?yàn)椋篕K>KC>kN。 (7)黑木相思凋落物C的釋放量高于卷莢相思和馬占相思。黑木相思凋落物N的釋放量最高，而卷莢相思最低。3種相思人工林K釋放量的大小順序?yàn)椋厚R占相思、卷莢相思和黑木相思。卷莢相思凋落物P則表現(xiàn)為凈吸存，每年吸收0.45 kg·hm-2，黑木相思和馬占相思均表現(xiàn)為凈釋放，每年分別釋放

9、2.27kg·hm-2和1.65 kg·hm-2。 (8)對(duì)凋落物的初始養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)土壤容重與凋落葉的初始養(yǎng)分存在負(fù)相關(guān)，土壤有機(jī)碳與凋落葉的初始養(yǎng)分正相關(guān)。凋落葉初始N含量與土壤全N、土壤水解性N以及土壤速效K存在正相關(guān)；凋落葉初始P與土壤全P存在緊密的正相關(guān)；初始鉀含量與土壤全鉀存在正相關(guān)，均達(dá)到顯著水平(p<0.05)。表明在一定程度上，土壤的養(yǎng)分水平?jīng)Q定了凋落葉的初始養(yǎng)分水平。凋落枝初始N、P含量與土

10、壤表層全N和全P含量存在正相關(guān)，均達(dá)到顯著水平(p<0.05)；然而凋落枝初始K含量與土壤全K和速效鉀含量表現(xiàn)為弱的負(fù)相關(guān)，可能由于植物生理功能的差異決定了凋落枝有較低的K初始含量。 (9)選用凋落物質(zhì)量指標(biāo)和生境質(zhì)量指標(biāo)等14個(gè)與凋落物分解速率關(guān)系較為密切的變量，進(jìn)行PCA分類排列。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)第一主成分貢獻(xiàn)率最大的是初始N含量，其次為土壤有機(jī)碳、土壤水解性N、土壤全N含量、初始C／N、初始P含量和土壤有效K；對(duì)第二主成分貢獻(xiàn)

11、率最大的是初始K含量，其次為土壤全K含量、土壤全P含量、土壤C／N、土壤速效P和初始C含量。 (10)3種相思人工林各器官的含碳量均在45％～50％之間.卷莢相思和黑木相思各器官碳貯量的大小順序均為：樹干>樹根>樹皮>樹枝>樹葉，馬占相思則為樹干>樹根>樹皮>樹葉>樹枝。卷莢相思、黑木相思和馬占相思林下植被層平均的含碳量分別為42.29％、42.78％和41.26％，明顯低于其喬木層相應(yīng)組分的碳含量。卷莢相思、黑木相思和馬占相思

12、枯枝落葉層碳貯量分別為2.27t·hm-2、1.61t·hm-2和1.63t·hm-2。卷莢相思、黑木相思和馬占相思生態(tài)系統(tǒng)碳貯量分別為93.63t·hm-2、109.50t·hm-2和77.37t·hm-2。 (11)在3種相思人工林和木荷林中，其土壤呼吸、無根土壤呼吸和根呼吸的季節(jié)動(dòng)態(tài)與土壤溫度的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化基本一致，呈明顯的單峰曲線；而枯枝落葉層呼吸季節(jié)變化較為復(fù)雜，不過總體上仍表現(xiàn)為夏季較高而冬季較低。 (12)

13、在3種相思人工林和木荷林中，土壤呼吸α值的大小順序?yàn)楹谀鞠嗨?、卷莢相思、木荷和馬占相思。土壤呼吸的Q10值的大小順序?yàn)轳R占相思、卷莢相思、木荷和黑木相思：3種相思人工林和木荷林在冬季基本上表現(xiàn)為最小的殘差值，在春季表現(xiàn)出較大的負(fù)殘差值，而在秋季表現(xiàn)出較大的正殘差值。在黑木相思林和木荷林其根呼吸的溫度敏感系數(shù)Q10值高于其它組分呼吸；而在卷莢相思和馬占相思林其根呼吸的溫度敏感系數(shù)Q10值則明顯低于其它組分呼吸。 (13)對(duì)凋落物的

14、月輸入量與土壤呼吸速率進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)它分別能解釋卷莢相思、黑木相思和馬占相思土壤呼吸速率變化的47.91％、36.57％和29.69％；而對(duì)降雨量與土壤呼吸速率進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)降雨量對(duì)土壤呼吸速率的貢獻(xiàn)相當(dāng)有限(均小于20％)。 (14)木荷林土壤呼吸的年釋放量最小，分別是卷莢相思、黑木相思和馬占相思林的68.66％、88.63％和73.44％。卷莢相思、黑木相思和馬占相思無根土壤呼吸的年釋放量分別為5.21、5.05和

15、5.24tC·ha-1·a-1，它們之間差異不顯著(p>0.05)，但均顯著高于木荷林。木荷林根呼吸的年釋放量最大，分別是卷莢相思、黑木相思和馬占相思的1.47、1.5l和1.23倍。卷莢相思林有最大的凋落物呼吸年釋放量，明顯高于其它林分。 (15)卷莢相思、黑木相思和馬占相思人工林C年凈吸存量分別為14.01，10.31和11.57t·hm-2·a-1!，其中喬木層C年積累量分別為4.98、4.06和3.03t·hm-2·a-