晋西黄土区油松和刺槐人工林土壤养分及其化学计量比对林分密度的响应

【目的】研究对比油松和刺槐林在不同密度下土壤养分及其化学计量比的变化规律及差异性,以加强黄土区人工林的林分管理和生态恢复建设。【方法】以油松和刺槐人工林为研究对象,分别将其划分为高(2000~2700株/hm^2)、中(1100~1600株/hm^2)、低(800~1100株/hm^2)3组林分密度类型,每组挑选4个不同林分密度的林地,分别分层采取土样,测定土壤理化性质。【结果】(1)双因素方差分析显示,林分类型对全磷含量(TP)、碳磷比(C∶P)、氮磷比(N∶P)均有显著影响,林分密度仅对TP有显著影响,林分类型与林分密度的交互作用对有机碳含量(SOC)、全氮含量(TN)、TP、C∶P、N∶P均有显著影响。(2)不同林分密度的油松林和刺槐林的SOC和TN表现为:高密度油松林(油H)>中密度油松林(油M)>低密度刺槐林(刺L)>高密度刺槐林(刺H)>低密度油松林(油L)>中密度刺槐林(刺M),全P表现为:刺M>油H>刺L>刺H>油M>油L;随林分密度增加,油松林各土层SOC和TN逐渐增加,TP变化相对稳定且无显著性差异,刺槐林各土层SOC和TN先减少后略有增加,TP则是先增加后减少;同一密度在不同林分类型下,油松林土壤养分含量在高密度和中密度时均优于刺槐林,低密度时则相反。(3)不同林分密度的油松和刺槐林的C:N比值表现为:油H>刺H>刺L>油M>刺M>油L,C∶P和N∶P比值均表现为:油H>油M>刺L>刺H>油L>刺M;随林分密度的增加,油松林土壤C∶P和N∶P逐渐增大,磷的有效性逐渐减小,刺槐林土壤C∶P和N∶P先减小后增大,磷的有效性先升高后降低,油松林土壤磷的有效性在高和中密度下低于同等密度的刺槐林,低密度下则相反;土壤SOC和TN分别在很大程度上决定了C∶P和N∶P水平;不同林分密度下土壤C∶N比较稳定,土壤氮含量较缺乏,林分生长过程受氮素的限制。(4)油松和刺槐林在不同林分密度下的土壤各养分含量呈现出"表聚现象"且随土层深度增加土壤SOC、TN、TP、C∶P、N∶P逐渐减小,C∶N无明显规律;随林分密度增加,油松林土壤属性变异强度先降低后升高,刺槐林则是缓慢升高;相比于油松林,林分密度对刺槐林土壤养分及其化学计量比的垂直变异影响较小,垂直变异更趋于平稳。(5)林分密度的变化会不同程度地改变土壤物理性质对土壤养分及其化学计量比的影响力度,不同林分密度下土壤密度对土壤养分含量及化学计量比的影响最大,非毛管孔隙次之。【结论】综合来看,同一林分类型在不同密度下,油松林在中密度时土壤养分含量及其垂直变异、磷的有效性发挥、受氮素的限制等方面上均处于较优水平,而刺槐林则是在低密度时;同一密度在不同林分类型下,油松林在高密度和中密度的综合表现优于同等密度的刺槐林,低密度时则相反。