喀斯特地區不同齡組馬尾松人工林腐殖質化學計量特征研究

李歆玉 徐林 符裕紅 丁波 楊林維 謝桃 左婷 武燕

摘 要：為揭示喀斯特地區馬尾松人工林腐殖質養分化學計量特征，以西南典型喀斯特地區不同齡組（中齡林、近熟林、成過熟林）馬尾松人工林為研究對象，測定分析馬尾松人工林腐殖質有機碳（OC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量及其化學計量特征及其影響因子。結果表明：（1）研究區馬尾松人工林腐殖質OC、TN、TP含量分別為240.52、13.35、0.38g/kg，C/N、N/P、C/P分別為19.34、845.30、45.84;（2）腐殖質TN含量在不同齡組間存在顯著差異（P<0.05），OC含量以及TP含量隨著林齡的增加呈現先增加后降低的趨勢（P>0.05），3個齡組之間C/N、C/P、N/P比均無顯著差異（P>0.05）。（3）腐殖質TN和TP之間，腐殖質OC含量和腐殖質C/N以及腐殖質C/P和C/N、C/P和N/P呈顯著正相關（P<0.01），而腐殖質OC含量和N/P、腐殖質TP和腐殖質C/P、N/P呈顯著負相關（P<0.01）。研究結果為西南喀斯特脆弱生態區馬尾松人工林的經營管理提供了科學依據。

關鍵詞：馬尾松人工林;腐殖質;化學計量學

中圖分類號 S79 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）10-0081-03

Stoichiometric Characteristics of Humus in Different Age Groups of Pinus massoniana Plantation? in Karst Area

LI Xinyu? ?XU Lin? ?FU Yuhong? ?DING Bo? ?YANG Linwei? ?XIE Tao? ?ZUO Ting? ?WU Yan

（College of Biological Sciences， Guizhou Normal University， Guiyang 550018， China）

Abstract： In order to reveal the stoichiometric characteristics of humus nutrients in Pinus massoniana Plantation in karst area， taking different age groups （middle-aged forest， near mature forest and over mature forest） in typical karst area in Southwest China as the research object， the stoichiometric characteristics and influencing factors of humus OC， TN and TP in Pinus massoniana plantation were measured and analyzed. The results showed that： （1）the contents of OC， TN and TP in humus of Masson Pine Plantation in the study area were 240.52， 13.35 and 0.38g/kg respectively， and the C/N， N/P and C/P were 19.34， 845.30 and 45.84 respectively; （2）There was significant difference in humus TN content among different age groups （P<0.05）. OC content and TP content increased first and then decreased with the increase of forest age （P>0.05）. There was no significant difference in C/N， C/P and N/P ratio among the three age groups （P>0.05）. （3） Between humus TN and TP， humus OC content was significantly positively correlated with humus C/N， humus C/P and C/N， C/P and N/P（P<0.01）， while humus OC content was significantly negatively correlated with N/P， humus TP and humus C/P and N/P（P<0.01）. The results of this study provide a scientific basis for the management of Pinus massoniana Plantation in southwest karst fragile ecological area.

Key words： Masson pine plantation; Humus; Stoichiometry

生態化學計量學是當前國際生物生態學研究領域的前沿命題，也是一種研究生物生態學方向的新的研究工具[1]。目前，歐美等國家對于C、N、P的化學計量學特征的相關研究明顯多于中國，主要集中在森林生態系統和水生生態系統等方面的研究[2]。現階段，我國大部分的研究主要集中于對植物葉片和土壤C、N、P含量和比值的相互關系，以及它們是如何限制植物的生長發育方面的化學計量特征分析，而對于腐殖質的研究相對較少。比如，魯志云[3]通過對哀牢山森林腐殖質生態化學計量特征的研究表明，富含P的腐殖質可能是哀牢山亞熱帶常綠闊葉林不存在P匱乏的主因。

馬尾松（Pinus massoniana）是我國松樹中分布最廣、數量最多的樹種，其適應能力強，耐干旱、瘠薄，是南方低山丘陵區群落演替的先鋒樹種，也是荒山綠化造林的主要樹種[4]。貴州省馬尾松人工林造林面積達69.71萬hm2，占貴州省喬木林地面積的1/3[5]。目前，有關馬尾松林的報道多集中于土壤理化性質、涵養水源和養分循環[6]，對葉片及土壤化學計量比也有更為深入的研究。但對西南喀斯特地區不同齡組馬尾松人工林腐殖質養分及化學計量比的研究相對匱乏，對腐殖質養分元素間的耦合關系的研究未見報道。

鑒于此，本研究采用空間代替時間的方法，以貴州喀斯特地區不同齡組（中齡林、近熟林、成過熟林） 馬尾松人工林為研究對象，分析其腐殖質OC、TN、TP含量及其化學計量比，并闡明馬尾松人工林腐殖質OC、TN、TP含量及化學計量特征間的耦合關系，以豐富該區域馬尾松生態系統生態化學計量學領域的基礎研究，同時為明確馬尾松人工林養分動態特征提供重要參考，有助于今后更加深入地認識喀斯特森林生態系統養分循環規律和系統穩定機制。

1 材料與方法

1.1 研究區概況 研究區位于貴州省遵義市鳳岡縣，是典型的喀斯特巖溶低山丘陵區，海拔范圍在500～1000m。氣候類型為中亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫15.2℃，無霜期239～299d，年均降雨日180d，年平均日照數1139h，土壤類型以黃壤為主。在該區共設置不同齡組的馬尾松人工林樣地11個，其中中齡林3個，近熟林5個，成過熟林3個，樣地基本概況見表1。林下灌木主要有白櫟（Quercus fabri Hance）、山茶（Camellia japonica L.）、鐵仔（Myrsine africana Linn.）、六月雪[Serissa japonica（Thunb.）Thunb.]等，草本主要有沿階草（Ophiopogon bodinieri Levl.）、芒（Miscanthus sinensis Anderss.）、芒萁[Dicranopteris dichotoma （Thunb.） Berhn.]等。

1.2 樣品采集與處理 野外調查與樣品采集于2021年2月進行，樣地大小為25.82m×25.82m，在西南、西北、東北、東南及中部5個方位收集5個1m[×]1m樣方內的表層腐殖質，裝袋回實驗室備用。

1.3 研究方法 腐殖質樣品于105℃下烘干、粉碎，過60目篩后用于OC、TN、TP含量的測定，其中腐殖質有機碳含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定;全氮含量采用半微量開氏法;全磷含量采用鉬銻抗比色法測定（鮑士旦，2000）。每個樣品測定重復3次。

1.4 數據分析 試驗數據采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18.0統計分析軟件進行整理。利用單因素方差分析（One-Way ANOVA）對不同齡組之間馬尾松人工林腐殖質OC、TN、TP、C/N、N/P、C/P進行顯著性檢驗（a=0.05）;再采用皮爾遜相關分析馬尾松人工林腐殖質OC、TN、TP、C/N、N/P、C/P之間的相關關系。

2 結果與分析

2.1 馬尾松人工林腐殖質養分及化學計量特征 由表2可知，馬尾松人工林樣地腐殖質OC、TN、TP含量分別為240.52、13.35、0.38g·kg-1，C/N、N/P、C/P分別為19.34、845.30、45.84。腐殖質TN含量的變異系數最小（25.49%），其次是OC含量（29.02%）、C/N（41.66%）。而TP含量、C/N、C/P及N/P的變異系數分別為45.95%、41.66%、71.00%和59.95%，均屬于中等以上變異。

2.2 不同齡組之間腐殖質OC、TN、TP含量及化學計量特征差異 圖1表明，不同齡組腐殖質OC含量范圍在225.17～252.99g/kg，隨林齡的增加OC碳含量呈先增大后降低的趨勢，但3個齡組之間OC含量差異不顯著（P>0.05）;不同齡組馬尾松人工林腐殖質全氮含量呈顯著差異（P<0.05），近熟林最高，成過熟林最低，全氮含量變化范圍在10.73～15.20g/kg;腐殖質全磷含量變化范圍在0.30～0.40g/kg，含量從大到小的排序依次為：近熟林>成過熟林>中齡林，統計學分析顯示，3個齡組之間枯落物全磷含量無顯著差異（P>0.05）。

腐殖質C/N比表現為隨馬尾松林齡增加呈先降低后升高的趨勢，變化范圍在18.28～21.63，均值為19.34，3個齡組之間C/N比無顯著差異（P>0.05）;腐殖質C/P質量比從大到小的排序依次為近熟林>中齡林>成過熟林，腐殖質N/P質量比在中齡林最高，且都無顯著差異（P>0.05）。

2.3 馬尾松人工林OC、TN、TP含量及化學計量比之間相關關系 表3顯示的是馬尾松人工林腐殖質OC、TN、TP、C/N、C/P及N/P間的相關關系，從皮爾遜相關性分析結果可知，腐殖質OC含量和腐殖質C/N呈顯著正相關，和N/P呈顯著負相關（P<0.01）;腐殖質TN含量和腐殖質TP含量呈顯著正相關，和腐殖質C/N、C/P呈顯著負相關（P<0.01）;腐殖質TP和腐殖質C/P、N/P呈顯著負相關（P<0.01）;腐殖質C/P和腐殖質C/N呈顯著正相關，以及C/P和N/P呈顯著正相關（P<0.01）。

3 結論

本研究結果表明：

（1）西南喀斯特地區馬尾松人工林樣地腐殖質OC、TN、TP含量分別為240.52、13.35、0.38g·kg-1，C/N、N/P、C/P 分別為19.34、845.30、45.84。

（2）馬尾松人工林不同齡組之間腐殖質TN含量存在顯著差異（P<0.05），從大到小的排序依次為近熟林>中齡林>成過熟林，而腐殖質OC和TP含量在不同齡組之間無顯著差異（P>0.05）;腐殖質C/N質量比從大到小的排序次次為成過熟林>中齡林>近熟林，C/P質量比從大到小的排序依次為近熟林>中齡林>成過熟林、N/P質量比從大到小的排序依次為中齡林>成過熟林>近熟林（P<0.05）。

（3）腐殖質TN和TP之間，腐殖質OC含量和腐殖質C/N以及腐殖質C/P和C/N、C/P和N/P呈顯著正相關（P<0.01），而腐殖質OC含量和N/P、腐殖質TP和腐殖質C/P、N/P呈顯著負相關（P<0.01）。

本研究重點僅對西南喀斯特地區不同齡組馬尾松人工林腐殖質養分及化學計量特征及影響因素進行了初步研究，對于全面評價該地區腐殖質養分狀況與化學計量特征仍存在一定的欠缺，今后還需要擴大齡組范圍，增加采樣地點、加大樣本數量，為之后該地區馬尾松人工林的健康經營提供科學的理論依據。

參考文獻

[1]J. J，Elser，R.W Sterner，E. Gorokhova.，et al. Biological stoichiometry from genes to ecosystems[J]. Ecology Letters，2000（23）：215-237.

[2]Allen A P，Gillooly J F. Towards an integration of ecological stoichiometry and the metabolic theory of ecology to better understand nutrient cycling[J]. Ecology Letters，2010，12：369-384.

[3]魯志云，宋亮，王訓，等.哀牢山森林凋落物與腐殖質及土壤的生態化學計量特征[J].山地學報，2017，35（3）：274-282.

[4]張克榮，劉應迪，朱曉文.長沙岳麓山馬尾松林的群落類型劃分及物種多樣性分析[J].林業科學，2011，47（4）：86-94.

[5]蔡磊，楊健，王六平，等.貴州省主要人工林近自然經營技術研究[J].林業實用技術，2013（9）：62-64.

[6]王燕，宮淵波，尹艷杰，等.不同林齡馬尾松人工林土壤水土保持功能[J].水土保持學報，2013，27（5）：23-27，31.

（責編：張宏民）