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湘潭锰矿矿区废弃地不同年龄栾树人工林养分生物循环

罗赵慧  
【摘要】:矿产资源的开发活动,所引发的一系列环境与生态问题已严重威胁人类生存和社会经济发展。其中,土地资源的浪费、闲置及重金属污染问题已引起人们的高度重视,矿区植被恢复被认为是解决这些问题的最佳途径。而矿区植被恢复,除选择适合树种外,为实现长期、高效的恢复,了解和掌握恢复后植被养分状况、利用效率及循环特征则显得更为重要。基于此,本文以湘潭锰矿废弃地3个不同年龄(3a、5a、9a)的栾树人工林为研究对象,对土壤、林木养分含量及养分生物循环特征进行了研究,结果表明: (1)栾树生长初期,土壤中Ca含量最高,其次为Mg,含量最低的为P;经过9年的恢复,土壤中,K元素含量开始上升,为4.22g/kg,远高于其他元素含量;不同林龄的土壤中,Fe、Mn含量在微量元素中均为最高,其次为Zn和Pb;养分元素含量随深度变化,未表现出一致的规律性。 (2)枯枝落叶层在分解过程中,大量元素含量没有数量级差异,随分解时间推移,枯枝落叶层大量元素含量均表现出未分解半分解已分解。微量元素中,含量最高的为Mn,其次为Fe,再次为Zn和Pb,含量最低为Cd。Fe、Mn含量与Co、Ni、Cd均存在数量级差异;3年生和9年生栾树林中,枯枝落叶层中各微量元素总含量均表现出未分解半分解已分解,而5年生栾树林地,除Mn和Co外,其余微量元素含量随分解过程而呈增加的趋势。 (3)不同年龄栾树林大量元素总含量在127.32-158.45g/kg之间,随年龄变化没有显著差异,各元素含量排序均为:NKC_aMgP;微量元素总含量在3375.44-6432.83mg/kg之间,年龄间存在显著差异(p0.05),除Cu和Cd外,其余元素含量高低顺序均为:FeMnZnPbNiCo.从不同器官来看,养分元素含量以树叶最高,树干最低,其余器官含量随年龄变化而存在差异。 (4)栾树林分中大量元素贮存总量为85.33-1046.38kg/ha,微量元素总贮存量为0.71-65.55kg/ha,随着生长过程中生物量的增大,其贮存量均有显著增加(p0.05)。从不同元素来看,各年龄均以N元素贮存量最高,在19.83-86.77kg/ha之间,占大量元素总贮存量的34.96%-43.48%,P元素贮存量最低,为3.79-23.20kg/ha,占大量元素总贮存量的2.22%-4.44%。微量元素以Mn、Fe最高,贮存量在0.65-54.85kg/ha之间,占大量元素总贮存量的75.70%-91.55%,Co、Ni、Cd均最低。此外,林木器官中元素的贮存量随元素种类和年龄变化而变化。 (5)栾树各林分大量元素的存留量为20.69-103.82kg/(ha.a),微量元素存留量为1.16-6.97kg/(ha·a),随生长过程都呈增加的趋势。不同元素的年净积累量随年龄变化而变化。大量元素中,3年生栾树年积累速率最大为N和Ca,其次为K,积累速率最小的依次是Mg和P,5年生和9年生栾树年积累速率具有相似性,均表现为:NKCaMgP。微量元素以Mn和Fe最高,占微量元素总存留量的82.00%-93.75%,随年龄变化呈现波动下降趋势。3年生栾树林各微量元素存留量大小排序为:MnFeZnPbCuCoNiCd,5年生和9年生栾树除Zn和Pb排序有差异外,其余元素存留量大小排序均为:MnFeCuCdCoNi。从不同器官来看,除3年生栾树林外,地上部分养分元素的年积累速率要高于地下部分,各林龄地上部分养分元素年净积累量均在75%以上。 (6)大量元素吸收量在38.63-201.06kg/ha·a)之间,吸收量均以N元素最高,P元素最低,微量元素总吸收量在0.38-9.81kg/ma·a)之间,吸收量以Mn和Fe最高,Co和Ni最低。大量元素归还量在17.93-89.56kg/(ha.a)之间,微量元素总归还量在0.22-2.84kg/(ha-a)之间,不同元素归还量的大小随年龄而异。 (7)栾树对养分元素的利用系数随元素种类和年龄变化而有差异。大量元素总利用系数在0.14-0.53之间,随年龄变化而逐渐减小,循环系数在0.29-0.42之间。微量元素总利用系数为0.15-0.98,总循环系数为0.28-0.62,随着林木的生长发育,利用系数和循环系数均呈逐渐减小的趋势。林木的生长阶段不同,其对元素的周转时间也存在差异,总体而言,大量元素的周转期在4.85-33.86a之间,微量元素周转时间为2.09-28.10a,随林分年龄的增加,周转期逐渐增大。此外,栾树对养分元素的吸收系数随年龄变化而不断变化。从迁移系数和分解系数看,随着年龄的增长,大量元素分解系数逐渐小于迁移系数,而微量元素则相反。


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