PDF《三峡库区汝溪河流域马尾松》

第3 4卷第1 1期西南大学学报(自然科学版)

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1 2年1 1月Vol.

34No.11JournalofS o u t h w e s tU n i v e r s i t y( N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n ) N o v .

2 0

1 2 文章编号:1

6 7

3 9

8 6

8 (

2 0

1 2 )

1 1

0 0

8 8

0 7 三峡库区汝溪河流域马尾松 林地土壤氮素特性研究 ① 朱小龙1,

2 , 张丽楠2 , 耿养会2 , 冯大兰2 , 谢德体1

1 . 西南大学 资源环境学院,重庆

4 0

0 7

1 6;

2 . 重庆市林业科学研究院,三峡库区森林生态保护与恢复重庆市市级重点实验室,重庆

4 0

0 0

3 6 摘要:以三峡库区汝溪河流域的马尾松纯林和马尾松+青冈混交林为研究对象,比较两种林分0~2 0,

2 0~4 0和40~6 0c m土层土壤氮库及相关酶活性特征,包括土壤全氮、铵态氮、硝态氮、微生物氮、蛋白酶、过氧化氢酶、脲 酶和蔗糖酶.结果表明:马尾松+青冈混交林和马尾松纯林各土层全氮含量无显著差异;

马尾松+青冈混交林林地 各土层铵态氮含 量分别为47.21,

4 7 .

6 9 和43.83mg/kg,显 著高于马尾松纯林,分别增加了13.7%,

2 4 . 8% 和31.5%;

与马 尾松纯林相比,马尾松+青冈混交林林地20~4 0,

4 0~6 0c m 土层的硝态氮含量提高了2.2% 和3.2%, 0~2 0,

2 0~4 0c m 土层的微生物氮含量提高了7

7 . 4%和6

0 . 4%.马尾松+青冈混交林林地各土层蛋白酶、 过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性均显著高于马尾松纯林.因此,与马尾松纯林相比,马尾松+青冈混交林显著提高 林地内土壤酶的活性,改善土壤氮循环与供应状况. 关键词:林分;

马尾松纯林;

马尾松+青冈混交林;

酶活性;

氮库 中图分类号:S

7 1

4 .

8 文献标志码:A 马尾松( P i n u sm a s s o n i a n a L a m b .) 是我国南方山地主要的工业原料林树种,同时也是水土流失区首选 的先锋造林绿化树种.由于马尾松生长快、繁殖容易、对土壤的适应性广且耐瘠薄,在三峡库区沿岸山地 造林中占很大的比例,且多为纯林.但是,马尾松纯林生态系统养分循环较差[ 1-2 ] ,容易导致土壤肥力下 降[ 3] ,林分生长衰退[ 4] ,生境恶化,病虫害频繁[

5 ] .混交林是改善人工林生态环境的有效途径[

6 ] ,特别是马 尾松、杉木( C u n n i n g h a m i a l a n c e o l a t a L a m b . H o o k ) 与乡土阔叶树种营造针阔叶混交林,是解决这一问题 的可行途径[ 7-9 ] ,既能提高马尾松林分的抗逆性和稳定性,又能发挥林分整体功能和效益[

1 0 ] .我国已开展 了对马尾松混交林的生态学研究[

1 1-1 3] ,樊后保等[

1 4] 研究了马尾松纯林改造成针阔混交林后土壤化学性质 的变化,表明混交林均改良了土壤肥力.徐小牛等[

1 5 ] 对马尾松和枫香同龄混交林进行了研究,认为马尾松 与枫香混交林能提高林分蓄积量、土壤有机质、全N量以及速效 N, P和K含量,同时也改善了林内小气 候条件.刘文飞等[

1 6] 研究表明将现有的纯林改造成混交林可以提高林木对氮素的利用率和周转速率.何佩 云等[

1 7] 研究表明马尾松连栽会导致土壤养分和酶活性降低.葛晓改等[

1 8 ] 研究了三峡库区不同林龄马尾松 ① 收稿日期:2

0 1

1 0

6 0

5 基金项目:三峡库区流域生态修复关键技术与示范研究(

2 0

1 0

0 4

0 3

9 ) ;

三峡库区常绿阔叶林重要建群种―栲树、小叶栲近自然经营关键 技术及在库区生态屏障建设的示范研究( C S T C,

2 0

1 0 A B

1 1

1 0) ;

提升林地生产力复合经营技术研究( C S T C,

2 0

0 9 A B

1 1

1 5) ;

三峡库区森林生态保护与恢复重庆市市级重点实验室( C S T C,

2 0

0 7 C A

1 0

0 1 ) . 作者简介:朱小龙(

1 9

7 7 ) ,男,福建漳州人,博士,主要从事森林土壤生态学、树木营养学研究. 通信作者:冯大兰,博士. 土壤养分与酶活性的关系. 但有关马尾松纯林和马尾松+青冈混交林土壤氮素、酶活性特性的研究尚未见 报道.因此,分析马尾松纯林和马尾松+青冈混交林中土壤氮库及其相关酶活性具有十分重要的意义. 忠县行政隶属于重庆市,位于三峡库区腹地,森林覆盖率达4 0%.境内的汝溪河流域是长江的重要支 流,其沿岸的森林生态环境、森林氮素变化、森林微生物数量和酶活性变化均关联着三峡水库,对涵养库 区水源、保持水土、延长水库寿命有重要的作用.因此,本文对三峡库区汝溪河流域的马尾松人工纯林、马 尾松+青冈混交林两种类型林地土壤氮素及相关酶活性进行分析研究,以期了解不同森林类型林地土壤氮 素转化特性,为库区森林生态系统养分循环的稳定、生物多样性的保护、以及库还带生态环境的有效控制 与整治提供理论参考.

1 材料与方法

1 .

1 试验地概况 试验地位于忠县石宝寨的汝溪河回水区龙滩大桥附近(

1 0

7 .

8 9-1

0 8 .

2 4 ° E,

3 0 .

3 7-3

0 .

7 6 ° N) ,海拔

2 0 0~2

5 0m,坡度为2 0~2

5 ° ,属于亚热带湿润季风气候,年均气温1

8 ℃左右,年均降水量11

0 0mm 左右,土壤为紫色土.林分概况见表1. 表1 林分概况 林分类型 林龄 / a 林分密度 / ( 株・h m-2 ) 优势树种平 均胸径/ c m 优势树种平 均树高/ m 群落物种组成 乔木层 灌木层 草本层 马尾松+ 青冈混交林

2 1

25 0

5 8~1

3 马尾松1 2~1

3 青冈4~5 青冈、 马尾松 小黄 构、盐肤木、 马桑、黄荆等 丝茅、 芒、 栗褐苔草、淡竹叶、厚果崖 豆腾等 马尾松纯林

2 1

23 7

0 1

0 9 马尾松 盐肤木、马桑、黄 荆等 丝茅、栗褐苔草、厚 果崖豆藤 注:小黄构( W i k s t r o e m i am i .c r a n t h aH e m s l .) 、盐肤木( R h u s c h i n e n s i s M i l l .) 、马桑( C o r i a r i an e p a l e n s i s W a l l .) 、黄荆 ( V i t e xn e g u n d oL i n n .) 、丝茅( I mp e r a t a k o e .n i g i i( R e t z .) B e a u v ) 、芒( M i s c a n t h u s s i n e n s i sA b d e r s s ) 、栗褐苔草( C a r e x b r u n - n e a T h u n b .) 、淡竹叶( L o p h a t h e r u mg r a c i l eB r o n g n .) 、厚果崖豆腾( M i l l e t t i ap a c h y c a r p a B e n t h .) .

1 .

2 调查方法 试验地造林前为荒岗草坡,有零星的青冈小苗.于1

9 9 1年冬全面整地,

1 9

9 2年春大穴定植,营造马尾 松混交林8 0h m2 ,混交树种为原荒坡上的青冈,平均地径为2 . 0c m.马尾松造林苗木为一年生播种苗,造 林密度为每6

6 7m2

1 6 7株,造林时保留原有的青冈小苗.

2 0

1 2年1月对马尾松阔叶树混交林及对照马尾松 纯林进行系统调查.各林分设置3个2 0m*2 0m 标准地,在每个标准地内,采用 S 型5点取样法( 即先确 定对角线的中点作为中心抽样点,再在对角线上选择四个与中心样点距离相等的点作为样点) ,分别在0~

2 0,

2 0~4 0和4 0~6 0c m 土层取样,每一层的土样混合均匀后取1k g土,鲜土带回实验室后分成2份,

1 份过2mm 筛测定土壤微生物量氮、铵态氮和硝态氮含量;

另1份土样自然风干,测定土壤全氮含量和脲 酶、蛋白酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性. 土壤全氮( T N) 用凯氏消煮半微量蒸馏法[

1 9 ] ;

硝态氮( NO

3 - N) 用紫外分光光度法[

2 0 ] ;

铵态氮( NH+ 4- N) 用靛酚兰比色法[

1 9] ;

土壤微生物量氮( S MB N) 采用氯仿熏蒸浸提法[

2 1 ] ;

土壤酶活性参照关松荫[

2 2] 的方 法测定,脲酶采用靛酚蓝比色法;

蛋白酶采用茚三酮比色法;

过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法;

蔗糖酶采 用铜试剂比色法.

1 .

3 数据处理 采用S P S S

1 8 .

0 软件对数据进行单因素方差分析、 L S D 检验( p≤0 .

0 5 ) .

2 结果与分析

2 .

1 不同林分马尾松林地土壤铵态氮和硝态氮的变化 由图1可知, 0~6 0c m 各土层中,马尾松+青冈混交林土壤铵态氮含量显著高于马尾松纯林,与马尾

2 西南大学学报( 自然科学版) h t t p : / / x b b j b . s w u . c n 第3 4卷 松纯林相比,马尾松+青冈混交林各土层铵态氮含量分别增加1

3 . 7%,

2 4 . 8%和3

1 . 5%.硝态氮含量在 0~2 0c m土层表现出两种林分无显著差异,而在2 0~6 0c m 各土层中,马尾松+青冈混交林较马尾松纯林 分别高出2 . 2%,

3 . 2%. 图1 不同林分马尾松林地土壤铵态氮和硝态氮变化

2 .

2 不同林分马尾松林地土壤微生物氮和全氮的变化 图2显示,在0~4 0c m 各土层中,不同林分马尾松林地土壤微生物量氮含量差异显著,马尾松+青 冈混交林土壤微生物量氮含量分别是马尾松纯林相应土层的1 . 8倍和1 . 6倍,而4 0~6 0c m 土层两种林 分并无显著差异.在0~6 0c m 各土层中,马尾松+青冈混交林土壤全氮含量略高于马尾松纯林,但均 无显著差异. 图2 不同林分马尾松林地土壤微生物氮和全氮变化

2 .

3 马尾松不同林分土壤酶活性的变化 由图3可知,在0~6 0c m 各土层中,两种林分的蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性差异显著. 结果表明,马尾松+青冈混交林3个土层的蛋白酶和过氧化氢酶活性分别为马尾松纯林的1 . 1,

1 . 4, 2和1.4,

1 . 7和2 . 2倍;

与马尾松纯林相比,马尾松+青冈混交林0~6 0c m 各土层脲酶和蔗糖酶活性分别高出

1 2 . 4%,

5 6 . 1%,

3 5 . 7%和4

1 . 1%,

3 5 . 5%,

2 3 . 5%.

2 .

4 不同林分马尾松林地土壤 N 与相关酶活性的相关性 土壤铵态氮、硝态氮、微生物氮、全氮含量与土壤中蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性呈不同 程度的相关[

2 3-2 5] .由表2可知,两种林分林地土壤全氮与蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶均呈极显 著相关.马尾松+青冈混交林林地土壤铵态氮与过氧化氢酶和脲酶呈极显著相关,与蛋白酶和蔗糖酶呈 显著相关;

而马尾松纯林林地土壤中铵态氮仅与蛋白酶呈极显著相关,与过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶均 呈不显著相关.这说明了针叶纯林凋落物生物量少,且分解缓慢,导致土壤铵态氮的转化较慢.马尾松 +青冈混交林林地土壤中硝态氮与蛋白酶、脲酶、蔗糖酶 均呈极显著相关,与过氧化氢酶呈不显著相关;

马尾松纯林林地土壤中硝态氮与蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶均呈极显著相关.马尾松+青 冈混交林林地土壤中微生物氮与蛋白酶、过氧化氢酶呈极显著相关,与蔗糖酶呈显著相关,与脲酶呈不 显著相关;

马尾松纯林林地土壤中微生物氮与蛋白酶呈极显著相关,与脲酶、过氧化氢酶呈显著相关,

3 第1 1期 朱小龙,等:三峡库区汝溪河流域马尾松林地土壤氮素特性研究 与蔗糖酶呈不显著相关. 图3 不同林分马尾松林地土壤酶活性变化 表2 不同林型土壤 N 素与相关酶活性的相关性 项目马尾松+青冈混交林 蛋白酶 过氧化氢酶 脲酶 蔗糖酶 马尾松纯林 蛋白酶 过氧化氢酶 脲酶 蔗糖酶 全氮

0 .

5 9 6**

0 .

5 6 8**

0 .

8 4 2**

0 .

9 1 5**

0 .

5 3 2**

0 .

8 3 0**

0 .

9 2 3**

0 .

8 2 4** 铵态氮

0 .

4 2 5*

0 .

6 4 2**

0 .

6 0 0**

0 .

5 0 1*

0 .

7 5 0**

0 .

3 1

9 0 .

3 9

2 0 .

0 2

8 硝态氮

0 .

8 0 6**

0 .

2 6

8 0 .

5 3 5**

0 .

5 9 6**

0 .

6 4 2**

0 .

8 5 8**

0 .

8 5 0**

0 .

7 1 4** 微生物氮

0 .

5 1 9**

0 .

8 3 6**

0 .

3 6

7 0 .

4 9 6*

0 .

6 2 3**

0 .

4 8 9*

0 .

4 9 7*

0 .

0 7

5 3 结论与讨论 森林土壤氮的输入主要包括凋落物的归还、施肥、大气沉降和自生固氮.凋落物的归还是生态系统土 壤氮输入的主要来源,决定着土壤有机氮库的大小.彭少麟等[

2 6 ] 认为森林类型和植物组成对土壤有机氮库 影响较大,混交林凋落物所输入到土壤中的氮多于纯林.与本研究结果相相似,马尾松+青冈混交林林地 土壤全氮含量高于马尾松纯林,但二者无显著差异. 土壤无机氮主要由铵态氮和硝态氮组成,其含量主要受控于矿化作用和植物吸收作用.本研究结果表 明: 3个土层中马........