李 慧 王百田,2* 曹遠(yuǎn)博 劉青青 李德寧

(1.北京林業(yè)大學(xué)水保學(xué)院，北京 100083； 2.水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

呂梁山區(qū)3種人工林植被、凋落物生物量差異特征及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系

李 慧1王百田1,2*曹遠(yuǎn)博1劉青青1李德寧1

(1.北京林業(yè)大學(xué)水保學(xué)院，北京 100083；2.水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

通過(guò)樣地調(diào)查和土壤樣品采集分析的方法，測(cè)定了山楊、油松和遼東櫟3種人工林林下植被(灌木、草本)的活地被的生物量以及地表凋落物的生物量和土壤養(yǎng)分的總概況，并探討了它們之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：活地被生物量表現(xiàn)為油松2.354 7 t·hm-2>山楊2.078 5 t·hm-2>遼東櫟1.137 3 t·hm-2，地表凋落物生物量山楊4.797 5 t·hm-2>遼東櫟2.139 9 t·hm-2>油松0.525 0 t·hm-2；林下土壤分級(jí)指標(biāo)結(jié)果：有機(jī)質(zhì)、全磷均呈現(xiàn)4～5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，全氮為1～3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；林下土壤養(yǎng)分含量分析比較結(jié)果：有機(jī)質(zhì)含量為山楊>遼東櫟>油松，而全氮和全磷為山楊>油松>遼東櫟；同時(shí)分析了土壤全量養(yǎng)分與各林分下活地被生物量、凋落物層生物量之間的相關(guān)性，結(jié)果表明：3種人工林的3種全量養(yǎng)分與活地被生物量、凋落物生物量均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)(P<0.01)，同時(shí)3種林分的土壤全量養(yǎng)分間相關(guān)性顯著(P<0.05)，表現(xiàn)出良好的協(xié)同效應(yīng)。

林下植被；生物量；分級(jí)；土壤養(yǎng)分；相關(guān)性

生物量作為森林經(jīng)營(yíng)的重要指標(biāo)之一，是森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)劣和功能高低的最直接的表現(xiàn)，是指群落在一定時(shí)間內(nèi)積累的有機(jī)質(zhì)總量，通常以單位面積或單位時(shí)間積累的平均質(zhì)量或能量來(lái)表示。在森林群落中，土壤和植被相互影響，土壤為植物生長(zhǎng)提供水分和礦物營(yíng)養(yǎng)，決定著植物個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育及生物量的累積。反之，植物自身的恢復(fù)和退化分解的過(guò)程影響著土壤養(yǎng)分在時(shí)間和空間上的分布變化，許多學(xué)者就植被對(duì)土壤這一生態(tài)效應(yīng)作了廣泛的研究[1～4]。土壤與植被作為一個(gè)密不可分的系統(tǒng)，土壤與植物生物量關(guān)系是生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容[5]。

近年來(lái)，杜峰等[6]研究了陜北黃土丘陵區(qū)撂荒草地群落生物量及植被土壤養(yǎng)分效應(yīng)，揭示植被恢復(fù)過(guò)程中土壤—植物系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)特點(diǎn)；陳彩虹等[7]對(duì)長(zhǎng)沙市城郊4種人工林林下植被物種多樣性、生物量與土壤養(yǎng)分相關(guān)性研究，揭示了多樣性、生物量與土壤養(yǎng)分之間是相關(guān)的；王永槐[8]就退化草地不同功能群生物量與土壤養(yǎng)分進(jìn)行了相關(guān)性分析；尹娜[9]研究了黃土區(qū)人工林生物量與養(yǎng)分積累分布；同時(shí)對(duì)不同區(qū)域的林分及其林分的生產(chǎn)力也進(jìn)行了廣泛的研究[10～12]，為森林經(jīng)營(yíng)提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。

由此可看出，許多研究只是集中在南方區(qū)域的林下植被分析，或是只限于單一草地群落分析或只探討了土壤養(yǎng)分和生物量積累分布，未對(duì)其相關(guān)性作進(jìn)一步探討，但對(duì)于黃土高原區(qū)人工林下植被生物量的變化與土壤養(yǎng)分系統(tǒng)分析不多。呂梁方山縣屬于暖溫帶區(qū)域，年降雨量稀少，水土流失嚴(yán)重，因此土壤水分和養(yǎng)分成為該地區(qū)植被恢復(fù)的主要限制因子。本研究選取山楊、油松、遼東櫟3種常見(jiàn)樹(shù)種作為研究對(duì)象，分析不同林分下灌木層、草本層、枯落物的生物量和土壤養(yǎng)分的變化過(guò)程及其相互關(guān)系，探討植被恢復(fù)過(guò)程中土壤—植物系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)特點(diǎn)，同時(shí)有助于揭示土壤養(yǎng)分供應(yīng)潛力與植物限制性養(yǎng)分吸收概況，以期為黃土干旱區(qū)脆弱生境的植被恢復(fù)以及森林經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于山西省西部呂梁市方山縣，介于東經(jīng)111°02′50″～111°25′30″，北緯37°36′58″～38°18′27″，地勢(shì)北高南低，最高點(diǎn)為孝文山主峰，海拔2 831 m，最低點(diǎn)為大武鎮(zhèn)武回莊河灘，海拔986.7 m。東北部為土石山區(qū)，西南部為黃土丘陵溝壑區(qū)，中部為河谷地帶。全縣平均氣溫7.3℃，積溫為2 200～3 100℃。平均年降水量440～650 mm，無(wú)霜期由南到北逐步遞增，屬溫帶大陸性氣候。土壤以黃綿土為主，植被多為溫帶落葉闊葉林，試驗(yàn)地以人工林為主，人為擾動(dòng)較弱。林下灌木與草本植物分布：絨毛繡線菊(Spiraeadasyantha)、黃刺玫(Rosaxanthina)、忍冬(Lonicerajaponica)、丁香(Syzygiumaromaticum)、野薔薇(Rosamultiflora)等；畫(huà)眉草(Eragrostispilosa)、黃香草木樨(Melilotusofficinalis)、苔草(Carextristachya)、鵝冠草(Roegneriakamoji)等，林分具體概況如表1。

表1 林分基本概況

2 材料與方法

2.1 樣品采集處理與生物量測(cè)定

樣地總調(diào)查了18個(gè)10 m×10 m的樣方，選取當(dāng)?shù)?種典型植被山楊(PD)、油松(PT)、遼東櫟(QL)為研究對(duì)象，在每個(gè)10 m×10 m樣方的幾何中心分別選取一個(gè)2 m×2 m的樣方，采集灌木的葉枝根，分成地上部分和地下部分，測(cè)其鮮重，并調(diào)查和記錄灌木層植物的種名、個(gè)體數(shù)、覆蓋度和高度；每個(gè)10 m×10 m樣方內(nèi)再分別隨機(jī)選取一個(gè)1 m×1 m的小樣方利用全收獲法收集草本植物的根葉和枯枝落葉，分別稱(chēng)鮮重；最后將每一鮮樣帶回實(shí)驗(yàn)室烘干至恒重，換算成單位面積的干物質(zhì)量。在每個(gè)樣地內(nèi)沿對(duì)角線分別挖取三個(gè)土壤剖面，每一個(gè)采樣點(diǎn)上，按照0～10，10～20，20～30，30～50，50～100 cm，總計(jì)5個(gè)層次分別采樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)分析。

2.2 養(yǎng)分含量測(cè)定

土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)采用硫酸重鉻酸鉀法，土壤全氮(TN)測(cè)定用半微量凱氏定氮法，土壤全磷(TP)用鉬銻抗比色法[13]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

所有調(diào)查數(shù)據(jù)和室內(nèi)分析的數(shù)據(jù)均采用Excel2010和SPSS19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較不同數(shù)據(jù)組間的差異，Pearson相關(guān)分析(雙尾檢驗(yàn)，ɑ=0.05)法分析數(shù)據(jù)的相關(guān)性，表中數(shù)據(jù)為(均值±標(biāo)準(zhǔn)差)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同人工林下植被生物量及其分配

3.1.1 不同林分下灌木層與草本層的生物量分布

研究區(qū)灌木種類(lèi)豐富，灌木的樹(shù)葉、樹(shù)枝等大量枯落物，分解后可明顯提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量，

且灌木的根系有利于微生物活力根系在土體中穿插，降低土壤的容重，增加土壤的孔隙度，從而改變土壤物理性狀、機(jī)械組成、含水量以及地表植被類(lèi)型等。

3種森林植被下灌木層不同器官的生物量相對(duì)百分比分布如圖1所示：3種林分的灌木層不同器官的生物量均為樹(shù)根>樹(shù)枝干>樹(shù)葉，且樹(shù)根和樹(shù)枝干的生物量顯著大于樹(shù)葉部分；其中，山楊和油松的樹(shù)根部分生物量比例幾乎占了一半，分別為52.11%和46.70%；遼東櫟林下的灌木層各器官部分生物量分布較均勻。

圖1 不同森林植被下灌木層各器官生物量百分比Fig.1 The shrub layer biomass percentage in different forest vegetation types

層次Layer林分類(lèi)型Foresttype地上部分Aboveground地下部分Underground生物量Biomass(t·hm-2)%生物量Biomass(t·hm-2)%合計(jì)Total灌木層Shrublayer山楊(PD)0．75±0．04b48．18±2．60c0．81±0．04a51．82±2．60a1．55±0．03b油松(PT)0．89±0．02a54．61±1．09b0．74±0．03a45．39±1．09b1．63±0．04a遼東櫟(QL)0．52±0．03c64．76±1．27a0．28±0．02b35．24±1．27c0．80±0．04c草本層Herblayer山楊(PD)0．13±0．01b34．31±3．32b0．26±0．04ab65．69±3．32a0．39±0．05b油松(PT)0．46±0．05a60．95±3．96a0．29±0．03a39．05±3．96b0．75±0．05a遼東櫟(QL)0．12±0．01b37．39±3．66b0．21±0．03b62．61±3．66a0．33±0．03b合計(jì)Total山楊(PD)0．88±0．05b45．36±1．95b1．06±0．05a54．64±1．95a1．94±0．07b油松(PT)1．35±0．04a56．63±2．00a1．03±0．06a43．37±2．00b2．38±0．03a遼東櫟(QL)0．64±0．02c56．70±1．05a0．49±0．04b43．30±1．05b1．14±0．06c

注：同一植被層同列數(shù)據(jù)后的小寫(xiě)字母表示3種林分間差異顯著(P<0.05)；%表示不同部分生物量所占總量的百分比。

Note:Lower case letters of the same vegetation layer with the column data indicate significant difference among 3 forest types(P<0.05); % indicates different parts of biomass of the total percentage.

不同林分下活地被生物量存在差異，如表2所示：林下活地被生物量(林下植被地上部分和地下部分的生物量之和)油松林平均值2.38 t·hm-2最大，山楊林平均值1.94 t·hm-2次之，遼東櫟林平均值1.14 t·hm-2最小；各林分下植被層間生物量存在顯著差異，地上部分生物量表現(xiàn)為油松林分顯著大于山楊和遼東櫟，地下部分生物量也表現(xiàn)出遼東櫟林顯著小于其它兩種林分。這主要是由于油松人工林郁閉度較其它兩種林分最低，林內(nèi)水分、光照、溫度等更充足，使得林下植被有較好的生長(zhǎng)環(huán)境，生物量也累計(jì)更多。

從表2中還可得出，油松和遼東櫟人工林活地被生物量都集中在地上部分，平均百分比分別為56.63%、56.70%，而山楊表現(xiàn)不同地上部分僅占45.36%，這受山楊林木間伐頻率較大的影響。同時(shí)，不同林分下灌木層生物量均大于草本層生物量，就單獨(dú)灌木層或草本層而言，地上部分生物量：油松>山楊>遼東櫟；地下部分生物量：山楊>油松>遼東櫟，這與樣地內(nèi)林分下灌木與草本植物的類(lèi)型以及林分本身的林齡、郁閉度、間伐等因素有關(guān)。

3.1.2 地表凋落物生物量

森林凋落物層作為森林生態(tài)系統(tǒng)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)層次，在森林土壤的發(fā)育、生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程中具有重要的作用。在干旱半干旱區(qū)，凋落物的分解過(guò)程對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和改善土壤質(zhì)地上意義重大[14]。由于試驗(yàn)地內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)相對(duì)匱乏，植物一般通過(guò)衰老以維持和保護(hù)生理機(jī)能。

如表3所示，地表凋落物的分解量存在顯著差異。地表凋落物生物量干重平均值以山楊4.80 t·hm-2最大，遼東櫟2.14 t·hm-2次之，油松0.53 t·hm-2最?。黄渲?種森林植被的未分解量、半分解量、已分解量的變化規(guī)律與地表凋落物總生物量相似，山楊顯著大于其他兩種林分，大約是遼東櫟的兩倍多，油松的7～10倍。3種林分地表凋落物生物量差異明顯主要是由于山楊和遼東櫟屬于落葉闊葉林，而油松屬于針葉林，生長(zhǎng)速度較之緩慢，隨季節(jié)更新較慢。這與李高飛等[15]對(duì)中國(guó)不同氣候帶各類(lèi)型森林的生物量調(diào)查表明：落葉闊葉林>針葉林結(jié)果一致。

表3 不同人工林凋落物生物量分布

注：同一列數(shù)據(jù)后的小寫(xiě)字母表示3種林分間差異顯著(P<0.05)；%表示不同部分生物量所占總量的百分比。

Note:Lower case letters with column data indicate significant difference among 3 forest types(P<0.05);% indicates different parts of biomass of the total percentage.

從分解量百分比可看出，3種林分均呈現(xiàn)出半分解>未分解>已分解，其中半分解量占到了48.91%～50.65%，未分解量占28.57%～30.51%，已分解量占20.26%～21.10%，造成該分解量變化差異是由于采樣時(shí)間屬于夏季，林下凋落物分布不多，3種林分凋落物生物量含量整體較低。而山楊和遼東櫟作為落葉闊葉林已分解百分比較之油松針葉林更大，這與森林的凋落季節(jié)有關(guān)，油松在5～9月生長(zhǎng)季凋落較少，落葉闊葉林在8～9月凋落較多。

3.2 不同人工林的土壤養(yǎng)分分析

3.2.1 3種人工林土壤養(yǎng)分狀況

根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)山西省呂梁市方山縣土壤養(yǎng)分含量等級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定[16](表4)。

表4方山縣土壤養(yǎng)分含量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

Table4SoilnutrientcontentstandardofFangshanCounty

級(jí)別Grade有機(jī)質(zhì)Organicmatter(g·kg-1)全氮Totalnitrogen(g·kg-1)全磷Totalphosphorus(g·kg-1)1(很豐富Veryabundance)>40>2>12(豐富Abundance)30-401．5-20．8-13(中等Moderatequantity)20-301-1．50．6-0．84(缺乏Shortage)10-200．75-10．4-0．65(很缺乏Veryshortage)6-100．5-0．750．2-0．46(極缺乏Extremeshortage)<6<0．5<0．2

試驗(yàn)測(cè)得有機(jī)質(zhì)平均含量值：山楊16.36 g·kg-1>遼東櫟9.91 g·kg-1>油松6.83 g·kg-1，這與各林木單株生物量變化趨勢(shì)一致，生物量越大人工林土壤有機(jī)質(zhì)含量也積累越多，同時(shí)還可看出3種人工林土壤有機(jī)質(zhì)屬于4～5級(jí)水平，中等以下較缺乏的狀態(tài)，這主要是因?yàn)?種人工林土壤類(lèi)型為褐土和黃綿土，兩種土壤類(lèi)型均屬于偏堿性，不利于土壤微生物活動(dòng)，所以林下土壤有機(jī)質(zhì)較低；全氮平均含量值：山楊2.80 g·kg-1>油松1.69 g·kg-1>遼東櫟1.01 g·kg-1，整體屬于1～3級(jí)水平，表明3種人工林土壤全氮含量中等較豐富，能滿足林木及林下植被生長(zhǎng)需要；全磷平均含量值：山楊0.45 g·kg-1>油松0.28 g·kg-1>遼東櫟0.21 g·kg-1，位于4～5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，比較缺乏，全磷含量是表征土壤磷素供應(yīng)情況，受成土作用和土壤母質(zhì)的影響，油松林和遼東櫟差別不大，山楊最大，是因?yàn)樯綏盍窒峦寥李?lèi)型屬于褐土，油松屬于黃綿土，一般黃綿土土壤肥力較低，全磷含量低于褐土。

3.2.2 3種人工林土壤養(yǎng)分含量比較

土壤養(yǎng)分含量是表征土壤肥力的重要指標(biāo)。樣地不同林分下隨土層深度的變化，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量存在明顯差異。如圖2所示，隨土層深度增加，3種林分的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，且表層有機(jī)質(zhì)含量顯著大于其它土層。0～10 cm時(shí)，3種林分的有機(jī)質(zhì)含量均最大，表現(xiàn)為山楊>遼東櫟>油松；20～30 cm時(shí)，山楊有機(jī)質(zhì)含量最小，而遼東櫟和油松差異不大；0～10 cm山楊和遼東櫟的全氮含量最大，10～20 cm油松的全氮含量最大，50～100 cm三種林分的全氮含量均最小，3種人工林全氮含量大小為山楊>油松>遼東櫟；0～10 cm，山楊和油松的全磷均最大，遼東櫟整體全磷含量值變化不大，50～100 cm，山楊和油松的全磷含量最低。

圖2 不同森林植被0～100 cm土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量Fig.2 Soil organic matter, total nitrogen and total phosphorus content in soil depth of 0-100 cm in different forest vegetation types

森林土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于森林植被凋落物的分解和淋溶，表層土壤腐殖質(zhì)較高，因此有機(jī)質(zhì)的含量顯著地高于底層。有機(jī)質(zhì)在各土層間含量差異主要受林分郁閉度、地形、溫度、降雨等因素綜合影響，但總體上表現(xiàn)出落葉闊葉林>常綠針葉林，與朱建奎等[17]研究結(jié)果一致；土壤全氮含量總體表現(xiàn)出落葉樹(shù)種>常綠樹(shù)種、闊葉樹(shù)種>針葉樹(shù)種；按照陳立新[18]的研究表明：當(dāng)全磷的含量低于0.8～1.0 g·kg-1時(shí)，土壤常出現(xiàn)磷素供應(yīng)不足，樣地3種林分下均體現(xiàn)出磷素缺乏。

3.3不同森林植被生物量與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

設(shè)山楊土壤有機(jī)質(zhì)含量(A1)，土壤全氮(A2)，土壤全磷(A3)，山楊林下活地被生物量(X1)，山楊林下枯落物層生物量(X2)；油松土壤有機(jī)質(zhì)含量(B1)，土壤全氮(B2)，土壤全磷(B3)，油松林下活地被生物量(Y1)，油松林下枯落物層生物量(Y2)；遼東櫟土壤有機(jī)質(zhì)含量(C1)，土壤全氮(C2)，土壤全磷(C3)，遼東櫟林下活地被生物量(Z1)，遼東櫟林下枯落物層生物量(Z2)。

如表5結(jié)果顯示：不同林分的各土壤養(yǎng)分與生物量相關(guān)性不一致。其中，山楊的土壤全量養(yǎng)分間呈極顯著相關(guān)，具有良好的協(xié)同效應(yīng)，山楊林地土壤的(有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷)含量與活地被生物量、枯落物生物量極顯著相關(guān)，且有機(jī)質(zhì)與兩種生物量類(lèi)型的相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到0.905以上；油松林地土壤全量養(yǎng)分間的相關(guān)性不如山楊，且全氮與全磷不存在相關(guān)性，但其土壤有機(jī)質(zhì)與活地被生物量、枯落物生物量呈極顯著相關(guān)(P≤0.01)，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了0.97以上，表明油松林下植被的生長(zhǎng)狀況能較好的反映林地土壤有機(jī)質(zhì)水平，土壤全氮與兩種生物量類(lèi)型也到了極顯著水平，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.80以上，而土壤全磷與兩種生物量類(lèi)型呈現(xiàn)出顯著水平(P≤0.05)；遼東櫟林地土壤的3種全量養(yǎng)分顯著相關(guān)，與其它兩種生物量類(lèi)型的變化規(guī)律與油松林地相似。

表5 不同林分下生物量與土壤養(yǎng)分相關(guān)性

注：*表示顯著相關(guān)(P≤0.05)；**表示極顯著相關(guān)(P≤0.01)。

Note:*indicates a significant correlation(P≤0.05)；**expresses a very significant correlation(P≤0.01).

4 討論

林下植被是森林林木下灌木、草本和藤本植物等的統(tǒng)稱(chēng)，是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[19]。其生物量受林分郁閉度、林齡、間伐等多種因素的影響，不同森林類(lèi)型生長(zhǎng)發(fā)育階段不同，導(dǎo)致林內(nèi)環(huán)境如光照、水分、溫度等條件不同，最終林下植被的各指標(biāo)性質(zhì)也會(huì)隨之變化。徐存寶等[20]通過(guò)聚類(lèi)分析的方法，表明森林林分不同發(fā)育階段比不同森林類(lèi)型對(duì)林下植被生物量的影響更大；Jennings等[21]利用陽(yáng)生性松林替代陰生性杉木林后，其林下植被的分布和林木下的植被生物量都逐漸減少；閆文德等[22]發(fā)現(xiàn)在林下灌木層生物量中，根系的生物量在總生物量中所占的比例幾乎達(dá)到一半，而草本層地下部分生物量約是地上部分的兩倍，與本研究中林下灌木和草本層生物量分布結(jié)果一致。

土壤養(yǎng)分受氣候、溫度、濕度、地形地貌、土地利用、成土母質(zhì)等多種因素綜合影響[23]。而林下土壤養(yǎng)分狀況能影響林下植被甚至整個(gè)林地的生長(zhǎng)狀況，所以林下植被和土壤養(yǎng)分之間相互影響，林下植被和凋落物的分解增加了土壤養(yǎng)分含量同時(shí)改善了土壤質(zhì)量狀況。本研究中，3種人工林下土壤養(yǎng)分等級(jí)指標(biāo)的差異反映出林地有機(jī)質(zhì)和全磷的缺乏，盛煒彤等[24]認(rèn)為林下植被的存在，增加了土層營(yíng)養(yǎng)元素及有機(jī)質(zhì)的含量，促進(jìn)林地養(yǎng)分的有效化；姚茂和等[25]研究表明不同人工林林下植被類(lèi)型，其生物量存在明顯差異，同時(shí)還可增加主要土層中的有機(jī)質(zhì)。這與研究中的山楊和遼東櫟及油松林下有機(jī)質(zhì)含量大小差異顯著結(jié)果相符。

研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷與林下植被生物量均具有極顯著的相關(guān)性(P≤0.01)，這與孫長(zhǎng)宏[26]研究結(jié)果一致。其中，有機(jī)質(zhì)對(duì)生物量和土壤其它養(yǎng)分均相關(guān)性均顯著于全氮與全磷對(duì)生物量的相關(guān)性，可看出有機(jī)質(zhì)含量的高低與上壤質(zhì)量和土壤生產(chǎn)力的持續(xù)發(fā)展有著強(qiáng)烈的影響，同時(shí)，3種林分的土壤有機(jī)質(zhì)差異顯著間接反映了3種森林植被固碳能力的差異，主要原因在于森林每年有大量的凋落物落到地面，而枯枝落葉是森林土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源。

從分析結(jié)果還看出，造成3種林分的植被生物量與土壤養(yǎng)分間不一致的相關(guān)性，主要是由于各林分的凋落物分解量和蓄積量不同而導(dǎo)致的，從整體上看，山楊與土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性更緊密，這可能與山楊林郁閉度較大，林內(nèi)溫度和濕度更利于微生物活動(dòng)和養(yǎng)分的循環(huán)；遼東櫟和山楊類(lèi)似，但其林地坡度較陡造成水分和養(yǎng)分流失較大，因此其植被生物量與土壤關(guān)系不如山楊；油松屬于針葉林，其凋落生長(zhǎng)季節(jié)與采樣季節(jié)的差異、郁閉度較小、土壤質(zhì)地屬于黃綿土等原因造成其養(yǎng)分循環(huán)和能量流動(dòng)不如其它兩種林分。

5 結(jié)論

人工林下活地被和地表凋落物層生物量能良好的反映林木及林內(nèi)植被生長(zhǎng)狀況。試驗(yàn)結(jié)果表明：活地被生物量表現(xiàn)為油松2.354 7 t·hm-2>山楊2.078 5 t·hm-2>遼東櫟t·hm-2，地表凋落物生物量山楊4.797 5 t·hm-2>遼東櫟2.139 9 t·hm-2>油松0.525 0 t·hm-2，總體呈現(xiàn)落葉闊葉林>常綠針葉林。

林下土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)趨勢(shì)：有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為4～5級(jí)水平，中等以下較缺乏的狀態(tài)；全氮含量呈現(xiàn)出1～3級(jí)水平，屬于中等較豐富等級(jí)，能滿足林木及林下植被生長(zhǎng)需要；全磷含量處于4～5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，比較缺乏。

隨土壤深度增加，3種林分土壤全量養(yǎng)分呈明顯下降趨勢(shì)，其中，0～20 cm三種人工林的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量分布最大；有機(jī)質(zhì)含量總體表現(xiàn)出山楊>遼東櫟>油松，而全氮和全磷則呈現(xiàn)出山楊>油松>遼東櫟。

生物量與土壤養(yǎng)分相互影響，3種人工林植被的活地被生物量、地表凋落物層生物量與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)(P≤0.01)；土壤全量養(yǎng)分間相關(guān)性顯著，表現(xiàn)出良好的協(xié)同效應(yīng)。

1.Wedin DA,Tilman D.Influence of nitrogen loading and species composition on the carbon balance of grasslands[J].Science,1996,274(5293):1720-1723.

3.Vanguelova E I,Nortcliff S,Moffat A J,et al.Morphology,biomass and nutrient status of fine roots of Scots pine(Pinussylvestris) as influenced by seasonal fluctuations in soil moisture and soil solution chemistry [J].Plant and Soil,2005,270(1):233-247.

4.Kume A,Satomura T,Tsuboi N,et al.Effects of understory vegetation on the ecophysiological characteristics of an over-story pine,Pinusdensiflora[J].Forest Ecology and Management,2003,176(1-3):195-203.

5.Huston M.Soil nutrients and tree species richness in Costa Rican forests[J].Journal of Biogeography,1980,7(2):147-157.

6.杜峰,梁宗鎖,徐學(xué)選,等.陜北黃土丘陵區(qū)撂荒草地群落生物量及植被土壤養(yǎng)分效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2007,27(5):1673-1683.

Du F,Liang Z S,Xu X X,et al.The community biomass of abandoned farm land and its effects on soil nutrition in the Loess Hilly Region of Northern Shaanxi,China[J].Acta Ecologica Sinica,2007,27(5):1673-1683.

7.陳彩虹,田大倫,方晰,等.城郊4種人工林林下植被物種多樣性、生物量與土壤養(yǎng)分相關(guān)性[J].水土保持學(xué)報(bào),2010,24(6):213-217.

Chen C H,Tian D L,Fang X,et al.Correlativity between undergrowth vegetation species diversity/biomass and soil fertility of four types planted forest in suburbs[J].Journal of Soil and Water Conservation,2010,24(6):213-217.

8.王永槐.退化草地不同功能群生物量與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(13):3975-3977.

Wang Y H.The correlation analysis between biomass of different functional groups and soil nutrients in degraded grassland[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2014,42(13):3975-3977.

9.尹娜.黃土區(qū)人工林生物量及養(yǎng)分積累分布研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2008.

Yin N.Biomass and the nutrients' distribution and accumulation of plantations on loess plateau[D].Beijing:Beijing Forestry University,2008.

10.郭躍東,郭晉平.山西三道川林場(chǎng)主要森林生態(tài)系統(tǒng)生物量和生產(chǎn)力研究[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,29(3):233-237.

Guo Y D,Guo J P.Research on community biomass and productivity of different forest ecosystems in Sandaochuan forest farm of Guandi Mountain[J].Journal of Shanxi Agricultural University:Nature Science Edition,2009,29(3):233-237.

11.許中旗,李文華,劉文忠,等.我國(guó)東北地區(qū)蒙古櫟林生物量及生產(chǎn)力的研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2006,14(3):21-24.

Xu Z Q,Li W H,Liu WZ,et al.Study on the biomass and productivity of Mongolian oak forests in northeast region of China[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2006,14(3):21-24.

12.萬(wàn)強(qiáng),?？?潘顯林,等.高寒山區(qū)楊樹(shù)人工林生長(zhǎng)狀況及經(jīng)營(yíng)措施的研究[J].吉林林業(yè)科技,2005,34(5):38-41.

Wan Q,Sang K,Pan XL,et al.Growth status and cultural operation of poplar plantation in high-cold mountain area[J].Jilin Forestry Science and Technology,2005,34(5):38-41.

13.羅玉珠,曾太,東偉,等.高寒嵩草草甸植物群落生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征研究[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào),2013,35(3):92-96.

Luo Y Z,Zeng T,Dong W,et al.Research of ecological stoichiometry of plant community in alpine Kobresia meadow[J].Chinese Journal of Grassland,2013,35(3):92-96.

14.張冀,汪有科,吳欽孝.黃土高原幾種主要森林類(lèi)型的凋落及其過(guò)程比較研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2001,15(5):91-94.

Zhang J,Wang Y K,Wu Q X.Comparision of litterfall and its process between some forest types in loess platean[J].Journal of Soil and Water Conservation,2001,15(5):91-94.

15.李高飛,任海.中國(guó)不同氣候帶各類(lèi)型森林的生物量調(diào)查和凈第一性生產(chǎn)力[J].熱帶地理,2004,24(4):306-310.

Li G F,Ren H.Biomass and net primary productivity of the forests in different climatic zones of China[J].Tropical Geography,2004,24(4):306-310.

16.全國(guó)土壤普查辦公室.中國(guó)土壤[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1998.

Office of National Soil Survey of China.China soil survey technology[M].Beijing:China Agriculture Press,1998.

17.朱建奎,韓海榮,伊力塔,等.山西太岳山典型森林群落土壤有機(jī)質(zhì)及氮素研究[J].林業(yè)資源管理,2009,38(2):70-75.

Zhu J K,Han H R,Yi LT,et al.Study on soil organic matter and nitrogen of typical forest communities in Shanxi Taiyue Mountains[J].Forest Resources Management,2009,(382):70-75.

18.陳立新.人工林土壤質(zhì)量演變與調(diào)控[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

Chen L X.Evolution and regulation of soil quality in Plantation[M].Beijing:Science Press,2004.

19.楊昆,管東生.林下植被的生物量分布特征及其作用[J].生態(tài)學(xué)雜志,2006,25(10):1252-1256.

Yang K,Guo D S.Biomass distribution and its functioning of forest understory vegetation[J].Chinese Journal of Ecology,2006,25(10):1252-1256.

20.徐存寶,張偉,宋國(guó)華,等.小興安嶺闊葉紅松林下草本植物分布特點(diǎn)分析[J].林業(yè)科技,2000,25(5):4-6.

Xu C B,Zhang W,Song G H,et al.Analysis on the distribution characteristics of herbaceous plants under the deciduous tree-Korean pine stands in Xiaoxingan mountains[J].Forestry Science &Technology,2000,25(5):4-6.

21.Jennings S B,Brown N D,Sheil D.Assessing forest canopies and understorey illumination:canopy closure,canopy cover and other measure [J].Forestry,1999,72(1):59-74.

22.閆文德,田大倫,焦秀梅.會(huì)同第二代杉木人工林林下植被生物量分布及動(dòng)態(tài)[J].林業(yè)科學(xué)研究,2003,16(3):323-327.

Yan W D,Tian D L,Jiao X M.A study on biomass dynamics and distribution of undervegetation in the secondary generation of Chinese fir plantation in Hui Tong[J].Forest Research,2003,16(3):323-327.

23.武麗,戴萬(wàn)宏.土壤養(yǎng)分剖面分布規(guī)律及影響因素研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(5):2078-2080.

Wu L,Dai W H.Research progresses on the profile distribution law of soil nutrients and its influencing factors[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2009,37(5):2078-2080.

24.盛煒彤,楊承棟.關(guān)于杉木林下植被對(duì)改良土壤性質(zhì)效用的研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1997,17(4):377-385.

Sheng W T,Yang C D.Research on effect of ameliorating soil properties by undergrowth vegetation of China fir[J].Acta Ecologica Sinica,1997,17(4):377-385.

25.姚茂和,盛煒彤,熊有強(qiáng).林下植被對(duì)杉木林地力影響的研究[J].林業(yè)科學(xué)研究,1991,4(3):246-252.

Yao M H,Sheng W T,Xiong Y Q.The effects of undergrowth on productivity of Chinese fir plantation[J].Forest Research,1991,4(3):246-252.

26.孫長(zhǎng)宏.青海玉樹(shù)高寒草甸典型植被類(lèi)型土壤養(yǎng)分與生物量的變化[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2013,22(2):198-203.

Sun C H.Differentiation of soil nutrients and biomass of typical vegetation types in alpine meadow of Qinghai[J].Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica,2013,22(2):198-203.

Supported by the Chinese Academy of Sciences strategic pilot project“Study on the status,rate and potential of forest carbon sequestration in the central area of the warm temperate deciduous broad leaved mixed forest in Shanxi”(No.XDAO5050203-04-01)

introduction：LI Hui(1991—),female,the Han nationality,Graduate students,The main research direction is forestry ecological engineering.

date:2015-12-14

DifferenceFeatureofPlantedVegetationBiomassandLitterBiomassforThreePlantationsandTheirRelationshipwithSoilNutrientsinLvliangMountainousRegion

LI Hui1WANG Bai-Tian1,2*CAO Yuan-Bo1LIU Qing-Qing1LI De-Ning1

(1.School of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,Beijing 100083；2.Key Laboratory of Soil and Water Conservation and Desertification Combating,Ministry of Education,Beijing 100083)

Usingsample-plot surveyand soil sample analysis, wedetermined thegeneral situation ofwoody biomass(WB), litter biomass(LB) and soil nutrients(SN) including organic matter(OM), total nitrogen(TN), total phosphorus(TP) for three plants(Pinustabuliformis,Populusdavidiana,Quercusliaotungensis), and analyzed the relationship between biomass(WB, LB) and SN as well. The largest WB was that ofP.tabuliformis(2.354 7 t·hm-2), followed byP.davidiana(2.078 5 t·hm-2) andQ.liaotungensis(1.137 3 t·hm-2). The largest LB was that ofP.davidiana(4.797 5 t·hm-2), followed byQ.liaotungensis(2.139 9 t·hm-2) andP.tabuliformis(0.525 0 t·hm-2). The forest soil classification indicators were OM and TP with the standard level of 4-5 and 1-3, respectively. For the analysis and comparison result of forest SN, the largest content of OM was that ofP.davidiana, followed byQ.liaotungensisandP.tabuliformis, while largest contents of TN and TP wereP.davidiana, followed byP.tabuliformisandQ.liaotungensis. We also analyzed the correlation between SN and WB and LB, resulting in that the correlation of all three plants with a highly significant relation(P<0.01), and the correlation among OM, TN and TP of all three plants also was significant with a good synergistic effect(P<0.05).

forest vegetation;biomass;grade;soil nutrients;correlation

中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)專(zhuān)題“暖溫帶落葉闊葉混交林區(qū)域山西中部森林固碳現(xiàn)狀、速率和潛力研究”(XDAO5050203-04-01)

李慧(1991—)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榱謽I(yè)生態(tài)工程。

* 通信作者：E-mail:wbaitian@bjfu.edu.cn

2015-12-14

* Corresponding author：E-mail:wbaitian@bjfu.edu.cn

S714.5

A

10.7525/j.issn.1673-5102.2016.04.013