塞罕壩林場落葉松人工林凋落物分解過程中全氮含量的變化

王利民

摘 要：該文對比研究了塞罕壩機械林場未經營的落葉松人工純林、落葉松白樺混交林和經撫育間伐的落葉松人工純林內自然凋落物分解過程中全氮濃度和殘留量的變化規律。結果表明：三種林分自然凋落物在第一年分解過程中，全氮濃度在不同季節差異顯著（P<0.05），通常7月份表現為最低，9月份全氮濃度呈現出一定的回升，不同林型間僅9月份間伐林分內凋落物全氮濃度顯著高于其他林分；不同分解時間凋落物的全氮殘留量已明顯（P<0.05），7月為氮元素快速釋放階段，進入9月份隨著氣溫的下降，植物生長減緩，林內凋落物對環境內的氮元素呈現出一定的富集現象，其中混交林和間伐林分內凋落物的氮素富集能力顯著高于未經營林分。

關鍵詞：凋落物分解；全氮；落葉松人工林；林型；塞罕壩林場

中圖分類號 S79 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）14-0120-03

1 引言

華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）是華北林區營造速生豐產林主要的樹種之一，由于大面積營造結構簡單、樹種單一的同齡華北落葉松純林，并且受不合理造林技術以及人為干擾的影響，較多的林分開始出現生長衰退、水源涵養功能降低等現象，導致相當數量的華北落葉松人工林病蟲害嚴重發生。

凋落物作為森林養分的基本載體[1]，是生態系統的組成部分和土壤物質轉化的基礎，是植物和微生物所需養分的主要來源，對增加土壤肥力、提高森林生產力、改善樹木營養及保持生態平衡起著極為重要的作用[2]。凋落物分解在促進森林生態系統正常的物質循環和養分平衡，維持生態系統功能中具有重要作用[3]。在凋落物分解過程中，伴隨有養分含量的變化，特別是氮素的變化，而氮素在凋落物分解過程中可能會由于不同環境而受阻從而影響氮素的循環[4]，從而影響到整個的生態系統平衡，所以全氮含量變化是評價當地生態環境及生物多樣性的重要指標[5]。本研究以塞罕壩機械林場未經營的落葉松人工純林，落葉松白樺混交林和經撫育間伐的落葉松人工純林為研究對象，分析比較不同林分內自然凋落分解第一年中全氮濃度和殘留量的變化情況，為探尋落葉松人工林凋落物分解和養分循環機制，指導該區人工林的可持續經營提供理論依據。

2 研究方法

2.1 研究區概況 塞罕壩機械林場位于河北省圍場縣北部，地理坐標為北緯22°42′～42°31′，東經116°53′～117°31′，海拔1 502～1 940m。屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫-1.4℃，極端最高和最低溫度分別為30.9℃和-42.8℃，年平均降雨量438mm，蒸發量1 225mm，積雪時間長達7個月，年平均日照時數2 368h。林場總經營面積95 000hm2，森林覆蓋率75.4%，總蓄積量4 620 000m3，平均年增長率為9.71%。其中華北落葉松人工林達

53 000hm2，主要樹種為落葉松（Larix gmelinii（Rupr.）Kuzen）、蒙古櫟（Quercusmongolica Fisch.ex Ledeb）、云杉（Picea asperatamast.）、樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica Litv.）、白樺（Betula platyphylla Suk）等[6]。

2.2 樣地設置 本文選取3種類型落葉松人工林內為研究對象，各林分概況如下：

2.2.1 未經營的落葉松人工純林（CK）1977年春造林，落葉松苗齡2a，株行距1m×2m，造林后未采取任何經營管理措施，郁閉度0.8，喬木密度（2082±18）株/hm2，平均樹高（11.0±0.47）m，平均胸徑（14.8±1.56）cm，林內無其它喬木和灌木伴生，林下植被稀疏，死地被物層以落葉松的凋落物主。

2.2.2 落葉松白樺混交林（M）1977年春造林，落葉松苗齡2a，株行距1m×2m。造林后，由于有白樺的天然更新（天然萌生），后經定株伐和撫育伐后，形成針闊混交林，針闊混交比4∶1；郁閉度0.9，林內無其他喬木和灌木伴生，林下植被稀疏，死地被物層以落葉松和白樺的混合凋落物主。

2.2.3 經撫育間伐的落葉松人工純林（TH）1977年春造林，落葉松苗齡2a，株行距1m×2m。喬木密度（1 015±96）株/hm2，平均樹高（13.8±0.53）m，平均胸徑（19.7±2.28）cm，林內無其他喬木和灌木伴生，林分郁閉度0.6，林下草本植物豐富，死地被物層以落葉松和各種草本植物的混合凋落物為主。

上述3種林分別選取立地條件相對一致的3個獨立的林地作為重復，每塊林地內設置1個50m×50m的樣方用于凋落物分解試驗。

2.3 凋落物的采集、布設和回收 2013年10月于落葉高峰期采集各林分內新鮮的自然凋落物葉，其中落葉松和白樺凋落物葉直接手撿，草本取當年枯立體，帶回室內烘干至恒重，取部分用于初始養分測定，其余用于野外分解試驗材料。取凋落物20g裝入孔徑為4mm（5目），大小為20cm×20cm的尼龍網袋內，將制作好的凋落物袋分3個埋放點放置對應林分內，在每個埋放點放置凋落物袋6個，埋放時凋落物袋底部充分接觸地表，上面覆蓋凋落物。分別于2014年年5、7、9月底進行凋落物袋回收，每次在每個埋放點收回凋落物1袋，除去凋落物袋上的泥土雜質，將3袋凋落物混勻成一個樣品，帶回室內稱重后，用于全氮濃度的測定。

2.4 凋落物全氮濃度和殘留量測定 凋落物全氮測定采用凱氏定氮法[7]，具體測定方法為：將凋落物進行消煮，稱取凋落物0.5g裝入100mL消煮管的底部，加濃硫酸5mL，搖勻，在消煮爐上先小火加熱，待濃硫酸發白煙后再升高溫度，當溶液呈均勻的棕黑色時取下。稍冷后加入10滴過氧化氫，再加熱至微沸，消煮約7～10min，稍冷后重復加過氧化氫，再消煮。如此重復數次，每次添加的過氧化氫應逐次減少，消煮至溶液呈無色或清亮后，再加熱10min，除去剩余的過氧化氫。取下冷卻后，用水將消煮液無損地轉移入100mL容量瓶中，冷卻至室溫后定容，進行空白試驗，以校正試劑和方法的誤差。最后取消煮液5mL 放入凱氏定氮儀進行測定。計算公式如下：

全氮殘留量（g）=全氮濃度（g/kg）×凋落物剩余量（g）/1000

2.5 數據處理 利用分析軟件SPSS18.0進行方差分析，比較不同時期、不同凋落物葉分解過程全磷濃度和殘留量的差異。

3 結果與分析

3.1 凋落物分解過程中全氮濃度的變化 由表1可知，3種林分內自然凋落物埋放后至第一年5月，全氮濃度均有所下降。在全年分解過程中，未經營與撫育間伐落葉松人工純林的自然凋落物在7月全氮濃度最低，9月有所回升；落葉松白樺混交林的自然凋落物，全氮濃度隨時間變化呈逐漸上升趨勢。同一時間不同類型林分內凋落物的全氮濃度有所不同，其中5月表現為未經營落葉松人工純林>撫育間伐落葉松人工純林>落葉松白樺混交林；7月各林分間差異不顯著，9月表現為撫育間伐落葉松人工純林>落葉松白樺混交林>未經營落葉松人工純林。

3.2 凋落物分解過程中全氮殘留量的變化 由表2可見，不同林分自然凋落物葉在第一年分解過程中全氮殘留量的變化規律基本一致，均表現為埋放后至第二年7月全氮殘留量持續下降，9月份殘留量出現回升，表明在植物生長旺盛期，凋落物分解過程中氮元素呈現出較快速的釋放速率，進入秋冬季節后植物生長減緩，凋落物的氮元素呈現出一定的富集現象。同一時期不同林分凋落物全氮殘留量存在一定差異，其中5月兩種落葉松純林的全氮殘留量明顯高于混交林，7月各林分差異不顯著，9月混交林和經撫育間伐的落葉松人工林自然掉落物全氮殘留量顯著高于未經營的落葉松純林。

4 結論

塞罕壩林場三種類型落葉松人工林自然凋落物第一年分解過程中，全氮濃度和殘留量均表現為7月份最低，而9月有所回升的一致規律。由分析可知，5—7月份間伐林分凋落物內全氮殘留量低于未經營林分，說明該階段間伐林分內凋落物氮元素的釋放相比對照林分更加容易。其原因可能是間伐后林下光照增強，地溫增高，導致有機質分解速度加快，養分釋放速率加快[8]，使得凋落物的全氮殘留量降低減少。9月份混交林和間伐林的凋落物全氮殘留量明顯高于未經營純林，表明混合凋落物（落葉松+白樺，落葉松+草本）在秋冬季對氮元素的富集能力高于單一針葉凋落物。可見，通過對落葉松純林進行樹種改造（引入闊葉）和林分結構調控（利用間伐降低密度）改變林分內凋落物的組成，改善其在分解過程中的養分釋放特征，有利于養分的循環和利用。

參考文獻

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[3]盧廣超，邵怡若，薛立.氮沉降對凋落物分解的影響研究進展[J].世界林業研究，2014，（27）1：37-38.

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[5]曾鋒，邱治軍，許秀玉.森林凋落物分解研究進展[J].生態環境學報，2010，19（1）：239-243.

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[8]胡建偉，朱成秋.撫育間伐對森林環境的影響[J].東北林業大學學報，1999，27（3）：65-67.

（責編：張宏民）