王 強 陳曉梅 王希臣

(1.齊齊哈爾市梅里斯區(qū)林業(yè)局，黑龍江 齊齊哈爾 161021；2.哈爾濱市阿城區(qū)林業(yè)局，黑龍江 阿城 150030；3.虎林市林業(yè)局，黑龍江 虎林 158400)

森林每年通過不斷地把水、二氧化碳及其他無機物質(zhì)合成碳水化合物、纖維素和蛋白質(zhì)等來捕捉和儲存太陽能，維持二氧化碳及氧的平衡而造福于人類。在綠色植物的生命過程中，有關N，O等常量元素的生物循環(huán)早已為人們所熟知。然而與森林生存相關的一些微量元素的循環(huán)和遷移的機理，研究的還較少。本文對小興安嶺闊葉紅松林生態(tài)系統(tǒng)中幾種微量元素的循環(huán)進行初步探討，以便為森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)提出部分基礎依據(jù)。

1 樣品的采集與測定

在位于鐵力的小興安嶺闊葉紅松林中選擇兩個采樣標準地，每個標準地的范圍為30m×20m。

1.1 植物樣品采集

植物樣品是采集優(yōu)勢樹種，樣品按樹干、枝和葉分別隨機采集，即每個樹種的各器官樣品，是由數(shù)棵至十數(shù)棵隨機樣品混合而成。風干后用塑料袋盛裝。在室內(nèi)再將樹干樣品木質(zhì)部和皮質(zhì)部分開分別制備。采樣期集中在植物生長旺季的8月中下旬。土壤樣品，是在每個采樣標準地設2～3個采樣剖面，按土壤發(fā)生層次分別采集，每層取土約1kg(濕重)，布袋盛裝。

1.2 測試方法

本研究用火焰原子吸收法測定，F(xiàn)e，Mn，Cu，Zn，Sr，回收率都在85%以上。

2 結果與分析

2.1 土壤

闊葉紅松林的土壤為暗棕色森林土。它是在森林植被長期作用下形成的，土壤母質(zhì)為巖石的風化殼或其殘積、坡積物，因此具有良好的內(nèi)、外排水條件，加之每年有大量的森林凋落物以有機質(zhì)及灰分形式回歸土壤并參加了土壤的成土過程，因而暗棕壤獲得了特殊的土壤剖面，它具有腐殖質(zhì)層(A)、淀積層(B)及母質(zhì)層(C)。腐殖質(zhì)層又可分為枯枝落葉層(A0)和腐殖質(zhì)土層(A>A0)。層厚度一般為5cm左右，A層為10～15cm；B層厚度可達40～50cm。各發(fā)生層微量元素全量分析結果也一并列入表1。土壤中元素能被植物吸收的是元素的有效態(tài)(水溶性或代換態(tài))，從形態(tài)分析結果(表1)看，在主要生長層中，元素的有效態(tài)含量都較其下部層次(B層或C層)高，其中Zn，Cu，Sr表層(A0)高于生長層(A)，表明形態(tài)分布是反映元素遷移能力的重要標志，它與全量的分布一般不呈平行關系。

表1 暗棕壤的元素形態(tài)分布 單位：mg/kg

2.2 植物

闊葉紅松林的林分結構為復層混交異齡林，針葉樹以紅松為主，闊葉樹優(yōu)勢種有蒙古櫟、水曲柳、紫椴、糠椴、色木槭等。下木層有青楷槭、假色槭等。我們以前6種樹代表闊葉紅松林植被，為配合生物量，我們使紫椴和糠椴兩個樹種的取樣數(shù)相等并取其平均值代表極樹。各樹種微量元素分布狀況列入表2，將5種優(yōu)勢樹的生物量和生產(chǎn)量(地上部分)列入表3。從表3看出，闊葉紅松林葉的總生物量為7.02t/hm2，5種優(yōu)勢樹的葉生物量為5.66t/hm2，占總葉生物量的83%；5種樹的枝生物量占總枝生物量的83%；樹干占總樹干生物量的99%，表明5種優(yōu)勢樹的生物量基本代表了闊葉紅松林的生物量。從表3還可以看出，5種優(yōu)勢樹的生產(chǎn)量占系統(tǒng)生產(chǎn)量的82%，因此也基本代表了系統(tǒng)的生產(chǎn)量。根據(jù)生物量及生產(chǎn)量計算出來的生物富集量、生物吸收量分別列入表4、表5。

表2 闊葉紅松林優(yōu)勢植物的微量元素含量 單位：mg/kg(以烘干樣計算)

表3 闊葉紅松林的生物量生產(chǎn)量

表4 闊葉紅松林優(yōu)勢樹種的生物富集量(地上部分) 單位：kg/hm2

3 討論

3.1 不同樹種的富集量與吸收量的特點

生物富集量是衡量生物聚集環(huán)境物質(zhì)能力的重要參數(shù)。從表4看出，闊葉紅松林5種元素的生物富集量表現(xiàn)出4個不同梯度。這個梯度對絕大部分樹種都是適用的，說明是由生態(tài)的內(nèi)在因素制約，可能包括生態(tài)系統(tǒng)中各樹種之間的數(shù)量、結構以及對營養(yǎng)元素的分配等。研究表明，5種優(yōu)勢樹種中，紅松富集Mn最多，為整個生態(tài)系統(tǒng)的35%；椴樹富集Zn多，占系統(tǒng)的43%；水曲柳富集Cu，Sr，分別為系統(tǒng)總富集量的44%、53%；蒙古櫟富集Fe，占系統(tǒng)總量的37%，表明不同樹種對不同元素的累積差別較大。

表5 闊葉紅松林優(yōu)勢樹種的生物吸收量(地上部分) 單位：g/hm2·a

元素的生物富集量與吸收量的相關系數(shù)分別為:紅松r=0.98；紫椴r=0.81，水曲柳r=0.86，色木槭r=0.99，蒙古櫟r=0.99。表明生物富集量與吸收量兩者呈顯著正相關。

3.2 不同樹種歸還比例的特點

歸還比例的大小表明了不同樹種在生態(tài)系統(tǒng)中對土壤元素影響的強度，也是植物元素化學特性的重要參數(shù)。歸還的比例數(shù)大，表明該樹種在生長過程中對土壤元素影響小。闊葉紅松林5種優(yōu)勢樹種對元素的歸還比例各不相同。紅松對Zn、Mn的歸還比例較大，分別為67%和60%，表明紅松的生長對土壤中Zn、Mn含量影響較小；水曲柳對Zn的歸還比例為15%，蒙古櫟對Fe的歸還比例僅為5%，表明上述兩樹種的生長對土壤中Zn，F(xiàn)e的影響較大。如果把闊葉紅松林作為整體來考慮，則5種元素的歸還比例表現(xiàn)三個級差：Mn歸還比例為1/2以上，Cu，Sr的歸還比例為2/5；Zn，F(xiàn)e為1/3。因此認為闊葉紅松林的生長對土壤元素的影響為Zn，F(xiàn)e>Cu，Sr>Mn。

3.3 采伐對元素平衡的影響

天然森林生態(tài)系統(tǒng)在一個長的循環(huán)周期(100年至數(shù)百年)中，林木自然生長、死亡，生物富集的各種元素陸續(xù)歸還土壤，被分解后又不斷地被樹木重新吸收富集，物質(zhì)相對平衡，森林永續(xù)繁茂。

人工采伐是對森林生態(tài)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的一種干擾。我們就以較合理的擇伐為例，闊葉紅松林的擇伐強度一般為40%～50%，加上幼樹的壓折和開辟運材道路，使擇伐強度可達50%以上。按著富集量的1/2計算，擇伐一次，就等于從每公頃林地把8.8kg的Mn，18.9kg的Fe，3.9kg的Zn，0.53kg的Cu等從系統(tǒng)中取走，使這些數(shù)量的各種元素不能參加再循環(huán)。這些微量元素的損失會給森林更新造成不利影響。當然這種影響較之農(nóng)作物收獲(往往是把全部生物量取走，而且周期僅為一年)對系統(tǒng)的影響小得多，可是如果土壤中上述元素的有效態(tài)含量較少，而且又是對某種樹木十分敏感的元素，則對生態(tài)平衡的影響就會加大。因此研究森林不同生態(tài)系統(tǒng)的元素富集量、吸收量以及土壤元素有效態(tài)的生物吸收臨界值，有選擇性地施行森林施肥是十分必要和有意義的。

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