阿什河流域6种人工林叶片-凋落物-土壤系统的养分分配与利用格局

【目的】分别从人工林叶片、凋落物、土壤养分含量及化学计量比的差异,叶片-凋落物养分重吸收的差异,土壤有效养分及其活化的差异等方面,探究黑龙江阿什河流域6种人工林生态系统的养分吸收与利用策略,明确人工针叶林和阔叶林间以及不同树种间叶片-凋落物-土壤系统养分分配格局的差异,从养分优化利用和养分资源合理配置的角度考虑,推断适宜的互补树种,为流域森林景观的恢复和人工林的经营提供依据。【方法】以东北林业大学实验林场森林培育实验站次生林带状皆伐后营造的位置相近、立地条件基本一致的29年生红松、长白落叶松、红皮云杉、水曲柳、黄檗、胡桃楸人工林为研究对象,通过野外调查取样,室内使用碳氮分析仪测定叶片、凋落物、土壤C含量,使用凯氏定氮仪测定叶片和凋落物的N含量,硫酸-高氯酸消化-钼锑抗比色法测定叶片和凋落物的P含量,连续流动分析仪测定土壤的N含量、铵态氮(NH4+-N)及硝态氮(NO3--N)含量,硫酸-高氯酸消化-钼锑抗比色法测定土壤的P含量,HCl-H2SO4浸提法测定土壤的有效磷含量。运用生态化学计量学的研究方法,分析各林分叶片-凋落物-土壤系统的养分含量及其生态化学计量特征,确定各凋落物营养的重吸收及土壤有效养分的供应特征。【结果】(1)针叶林叶片P含量(1.55 g/kg)显著低于阔叶林叶片P含量(2.02g/kg)(P<0.05,F=16.92,df=1)。针叶林土壤C、P含量(47.75、1.17 g/kg)显著低于阔叶林土壤C、P含量(76.35、1.47 g/kg)(P<0.05,FC含量=75.15,FP含量=9.91,df=1)。6种林分中,水曲柳林叶片的N含量(19.64g/kg)(P<0.05,F=5.26,df=5)、凋落物C、N、P含量(P<0.05,FC含量=2.34,FN含量=1.60,FP含量=6.74,df=5)和土壤的C、N、P含量(P<0.05,FC含量=154.84,FN含量=14.21,FP含量=53.55,df=5)均相对较高。红皮云杉林叶片P含量(1.30 g/kg)(P<0.05,F=36.71,df=5),长白落叶松林凋落物C含量(P<0.05,F=2.34,df=5),红松林凋落物N含量(P<0.05,F=1.60,df=5)均相对较低。(2)针叶林叶片碳磷质量比(C/P)值(314.84)显著高于阔叶林叶片C/P值(251.03)(P<0.05,F=20.43,df=1),阔叶林土壤C/P值(53.20)显著高于针叶林土壤C/P值(40.71)(P<0.05,F=15.38,df=1)。6种林分中,红皮云杉林叶片C/P值(359.24)较高(P<0.05,F=35.02,df=5),水曲柳林叶片碳氮质量比(C/N)值(24.15)相对较低(P<0.05,F=11.42,df=5)。胡桃楸林土壤C/N值(19.82)显著高于长白落叶松林土壤的C/N值(5.62)(P<0.05,F=12.40,df=5)。(3)针叶林元素重吸收率为N的(25.31%)>P的(14.41%)。阔叶林P重吸收率(29.84%)显著高于针叶林P重吸收率(14.41%)(P<0.05,F=7.30,df=1)。6种林分中,水曲柳N重吸收率(P<0.05,F=13.66,df=5)、黄檗P重吸收率(P<0.05,F=60.40,df=5)相对较高。(4)阔叶林土壤有效P含量及有效P比率(11.74 mg/kg、8.22×10-3)显著小于针叶林(16.59 mg/kg、14.24×10-3)(P<0.05,F有效P含量=7.32,F有效P比率=11.84,df=1)。6种林分中,红松林和胡桃楸林土壤对N的活化能力相对较强,红松林和长白落叶松林土壤有效P的供应能力及其活化能力相对较强。【结论】针叶林叶片P元素利用率高,元素重吸收率为N>P。阔叶林土壤C、P含量较高、有效P积累能力弱、有效P含量及比例均显著低于针叶林,但其P的重吸收率显著高于针叶林。从优化养分资源角度考虑,针叶树种与阔叶树种混交,如红松与水曲柳、长白落叶松与水曲柳混交可以弥补针叶纯林养分分配与利用格局上的不足。