不同森林类型凋落物C、NSC、N、P、K含量研究

摘 要：采用定点观测的研究方法，对中亚热带湘中丘陵区杉木人工林、自然更新的马尾松×石栎针阔叶混交林、南酸枣落叶阔叶林、青冈×石栎常绿阔叶林4种森林类型凋落物C、NSC、N、P、K五种主要营养成分的含量进行研究，结果表明：不同森林类型凋落物N含量有显著差异（p

关键词：森林类型；凋落物；养分含量；NSC

森林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，约占全球非冰盖和冰层陆地表面的40%[1]。与其他植被类型相比，森林具有其他生态系统无法比拟的生物量积累量，其植被碳库和土壤碳库分别占陆地生态系统的86%的73%，固碳量占陆地生态系统的2/3，其平均碳贮存密度也比农田和草地等生态系统植物的碳密度高得多[2-4]。C以无机和有机两种形式在大气、海洋和陆地生物圈之间循环[5]。因此，了解森林生态系统的养分循环重要，对于人类保护森林生态，利用森林资源创造价值意义非凡。

1 研究区概况

研究地位于湖南省长沙县东部路口镇境内大山冲省级森林公园内（28°23′～28°24′N，113°17′～13°19′E），地处幕阜山余脉西缘的湘中丘陵区，海拔55～260m，为典型的低山丘陵地貌。气候属于中亚热带东南季风气候，年平均气温16.6～17.6℃，最高气温40℃，最低气温-11℃，年降水量1412～1559mm，相对湿度较大。土壤主要是由板岩和页岩发育而成的红壤。在湖南植被区划上，该地属于湘中湘东山丘盆地栲林、毛竹林、马尾松林、油茶林及农田植被区―幕阜、连云山山地丘陵植被小区[6]。原生植被为亚热带常绿阔叶林，，其原生植被已由于人为干扰被破坏，经过近几十年的封山育林，现保存着一定的人工林群落及不同森林类型的次生植被。

2 研究方法

2.1 样品采集

在湖南省长沙县大山冲森林公园内选择单一树种的杉木（CL）人工林、南酸枣（CA）落叶阔叶林、自然更新的马尾松×石栎（PM）针阔叶混交林、青冈（CG）×石栎常绿阔叶林4个森林类型，设置4个0.5～1hm2的固定样地。

于2012年12月，在4个森林的固定样地内沿上、中、下坡随即选取6个1.0×1.0m2的小样方。直接收集小样方内未分解层、半分解层和全分解层全部凋落物。

2.2 森林凋落物样品指标测定

将样品在烘箱中烘直至恒重。然后进行粉碎，过0.25mm筛，将每份样品装入小铝盒中，依次做好标签。贮存于底部盛有硅胶的干燥瓶中。全碳测定采用硫酸-重铬酸钾法[7-8]。消解仪使用的是SH220石墨消解仪；NSC（非结构性碳水化合物）主要包括可溶性糖和淀粉，测定方法采用的是改进后的苯酚-浓硫酸法；N、P采用过氧化氢-硫酸消煮法[9-10]制得待测液，直接上凯式定氮仪测N；P的测定则采用钼锑抗吸光光度法；K的测定采用了氢氧化钠碱熔-火焰光度法[11-12]制备待测液。然后将待测液上FP6410火焰光度计直接测定。

2.3 数据统计

对四种森林类型不同坡位的凋落物C、NSC、N、P、K含量及NSC中可溶性糖和淀粉的含量采用Excel软件进行单因素方差（one-way ANOVA）分析，比较不同森林类型凋落物之间各养分含量的差异，以及生长于不同坡位的同一森林类型凋落物各养分含量的差异，并绘制图表。

3 结果与分析

3.1 不同森林类型凋落物C、NSC、N、P、K含量

3.1.1 不同森林类型凋落物C、NSC含量分析

四个森林类型凋落物的全碳含量波动在195g/kg～252g/kg之间，含量高低顺序为PM>CL>CA>CG，含量依次为252g/kg、246g/kg、233g/kg、195g/kg。

从NSC含量来看，可溶性糖以及淀粉含量规律一致，皆为CL>CG>PM>CA。可溶性糖含量波动范围为8.5 g/kg～29.6 g/ kg，淀粉含量波动范围为3.7 g/kg～ 39.9 g/kg。南酸枣林中可溶性糖以及淀粉含量均为最低；杉木林的可溶性糖以及淀粉含量均为最高。杉木林的可溶性糖含量为29.6 g/kg，其次为青冈林13.1 g/kg，再次为马尾松林11.7 g/kg，最后南酸枣林8.5 g/kg为最低。淀粉含量从杉木林、青冈林、马尾松林、南酸枣林依次为39.9 g/kg、39.6 g/kg、31.3 g/kg、3.7 g/kg（表1）。

3.1.2 不同森林类型凋落物N、P、K含量分析

N的含量顺序为PM>CG>CA>CL，波动范围为3.7 g/kg～8.3 g/kg。含量依次为马尾松林8.3 g/kg、青冈林4.6 g/kg、南酸枣林4.2 g/kg、杉木林3.7 g/kg。

P的含量从整体上看差异不大，含量波动范围为6.07 g/kg～6.98 g/kg。最高的为南酸枣林6.98 g/kg，其次为杉木林6.80 g/kg，再次为马尾松林6.48 g/kg，最后为青冈林6.07 g/kg。最大含量与最小含量之间差异仅为0.91 g/kg。

K的含量相对较高，四种森林类型K含量波动范围为68.9 g/kg～79.6 g/kg。最高含量为杉木林79.6 g/kg，其次为南酸枣林72.2 g/kg，再次为青冈林71.1 g/kg，马尾松林的K含量最低，为68.9 g/kg。

综合观察N、P、K的含量可以看出，K的含量明显高于N和P的含量。除马尾松林中N含量（较其他森林类型凋落物中的N含量高出1倍左右，并且高于该森林类型P的含量）大于P含量外，总体上P的含量明显大于N的含量，为K>P>N的顺序关系。同一森林类型凋落物中K的含量均为P含量的10倍以上。

经过对马尾松林和青冈林两种森林类型凋落物之间各养分含量差异的单因素方差分析，结果表明：C、可溶性糖含量差异均不显著（p>0.05）；淀粉含量差异极显著（p

3.2 非结构性碳水化合物（NSC）的组成格局

NSC占全碳的比例并不高，但是不同树种凋落物之间NSC所占全碳比例差异很大。其中杉木样品NSC占全碳比例最高，达到28.25%，最低的是南酸枣，为6.26%。另外两个树种凋落物NSC占全碳比例则相对集中在20%附近，分别为青冈22.62%、马尾松17.06%。这说明全碳中的大部分碳都是以结构性碳存在的。这可能是因为凋落物经过了一段时间的微生物分解活动，较容易分解掉得NSC相对减少较快。导致所占全碳比例下降（表2）。

在NSC中，可溶性糖和淀粉的分布格局也是在不同树种凋落物之间有很大差异的。南酸枣的可溶性糖的绝对浓度在四个树种的凋落物中是最低的。但是南酸枣NSC中可溶性糖所占比例是最高的，达到了69.65%。说明该凋落物中大部分NSC由可溶性糖组成，淀粉只占了少部分。其次杉木凋落物中可溶性糖占NSC比例为42.58%，淀粉则相对占了较大部分。马尾松以及青冈的可溶性糖占全碳的比例较低，分别为27.20%和24.85%。这说明，不同树种之间，其凋落物的NSC组成成分比例差异较大。

4 结论与讨论

研究表明，四种森林类型凋落物的主要残留成分（C、NSC、N、P、K）的绝对含量差异较大，但是马尾松林和青冈林含量相关性规律不明显，其中淀粉含量差异极显著（p

不同森林类型凋落物NSC组成格局差异极显著，南酸枣林中可溶性糖占NSC比例最高，达到了69.65%，而最低的青冈林只有24.85%。南酸枣林NSC含量最低，其中淀粉含量也为最低，并且可溶性糖与淀粉之比最高，大于1。这种现象在其它三种森林类型中是没有的，这说明南酸枣林由于本身的特性不同于其他林种，而使得其分解速度最快。特别是NSC的分解效率很快。

研究结果可以在一定程度上反应不同类型森林凋落物在不同的坡位下分解效率的差异。并且可以通过对相应土壤中C、NSC、N、P、K等成分含量的研究，发掘两者之间的相关性规律，研究凋落物的分解状况以及其养分代谢的来龙去脉，为森林生态系统的进一步研究提供基础数据。

参考文献

[1] Warring R H， Running S W. Forest Ecosystem， Analysis at Multiple Scales， 2nd edition [J].San Diego： Academic Press， 1998， 286-320.

[2] 王效科，冯宗炜，欧阳志云，等.中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究[J].应用生态学报.2001，12（1）：13-16.