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嘉陵江上游低山暴雨区不同植被类型的氮循环研究

吴雪仙  
【摘要】: 氮是植物生长所必需的主要营养元素,它是植物的蛋白质、核酸、叶绿素等物质的组成成分。氮循环的研究,对森林生态系统具有重要意义。本研究对嘉陵江上游低山暴雨区湿地松林、刺槐林、湿地松与刺槐混交林三种不同植被类型进行系统研究,探讨了不同植被类型凋落物的年凋落量及其养分归还量、凋落物的分解速率、凋落物现存量及养分含量、降水中氮的输入和输出、土壤养分的季节动态变化,旨在为提高林地生产力及可持续发展提供理论依据。研究结果表明: (1)湿地松林、刺槐林、湿地松与刺槐混交林的年凋落物量分别为4942.60kg/hm~2、3609.60kg/hm~2、4689.20kg/hm~2,其大小顺序为湿地松林>混交林>刺槐林。三种植被类型凋落物各组分量,湿地松林和混交林以叶的凋落量最大,其次是杂物;刺槐林以杂物最大,落叶占其次。湿地松凋落物总量、叶和杂物在全年出现三个凋落高峰,刺槐林和混交林凋落物总量和杂物全年也是出现三个高峰,叶两个高峰期;枝和果的凋落主要集中在夏季。 (2)湿地松林、刺槐林、湿地松与刺槐混交林凋落物N的年归还量分别为:31.06kg/hm~2,38.96kg/hm~2,40.05kg/hm~2,大小顺序为:混交林>刺槐林>湿地松林。凋落物各组分N的归还量大小,湿地松林为叶>杂物>枝>果;刺槐林和混交林为杂物>叶>果>枝。 (3)湿地松林、刺槐林、湿地松与刺槐混交林凋落物现存量的年平均值分别为:5902.98kg/hm~2、5186.75kg/hm~2、6361.87kg/hm~2,其大小顺序为混交林>湿地松林>刺槐林。三种植被类型未分解层N的年平均含量的大小顺序为刺槐林>混交林>湿地松林,半分解层N的年平均含量大小顺序为混交林>刺槐林>湿地松林。 (4)湿地松林、刺槐林、湿地松与刺槐混交林N元素的年淋溶归还量分别为:13.09kg/hm~2,13.10kg/hm~2,14.14kg/hm~2,淋溶归还量的大小与林分的郁闭度和冠层厚度大小有关;三种植被类型林冠雨的归还量分别为:12.649kg/hm~2、12.550kg/hm~2、13.291kg/hm~2,树干径流的归还量分别为:1.18kg/hm~2,1.35kg/hm~2,1.84kg/hm~2,表明在降水归还途径中,主要是林冠雨的归还。湿地松林、刺槐林、湿地松与刺槐混交林地表径流的氮输出量分别为:0.55kg/hm~2、0.55kg/hm~2、1.27kg/hm~2,混交林的氮输出量比较大可能与林下凋落物的现存量较少有关。 (5)三种植被类型各组分N含量的变化范围在0.758~14.989g/kg,各组分的N含量大小顺序,湿地松林为叶>根>皮>枝>干;刺槐林为叶>果>根>皮>枝>干;混交林的湿地松为叶>根>枝>皮>干;混交林的刺槐:果>叶>皮>根>枝>干;湿地松纯林与混交林的湿地松相比,混交林的枝、叶、根均大于纯林,干和皮的N含量是纯林大于混交林;混交林中刺槐枝、干、皮、果的N含量均比刺槐纯林高,而叶、根的N含量是纯林高于混交林。湿地松林、刺槐林、湿地松与刺槐混交林N的总积累量分别为136.432kg/hm~2、210.403kg/hm~2、169.661kg/hm~2,以刺槐纯林N积累量最大,其次是混交林。 (6)三种植被类型凋落物的分解在第一季度分解比较缓慢,第二、三季度失重率明显,第四季度时分解减慢。凋落物在分解过程中三种植被类型各组分N浓度的变化趋势表现为:枝:淋溶—富集—释放;叶的变化趋势有所不同,湿地松林表现为净富集,混交林中的湿地松和刺槐及纯林中的刺槐表现为淋溶—富集—释放;果的浓度变化也表现为淋溶—富集—释放。 (7)三种植被类型土壤中氮素的含量除土壤铵态氮外,其余的均是刺槐林>混交林>湿地松林,铵态氮含量的大小顺序为:刺槐林>湿地松林>混交林。各氮素在一年中的变化趋势不相同,有机质和全氮的变化趋势相同,先升高后降低,然后再升高,最后又降低;铵态氮的变化趋势表现为降——升——降;硝态氮的变化趋势为:从2005.12—2006.6月基本保稳定,尔后开始下降,9月降到最低值;水解氮的变化趋势表现为先升后降。 (8)生态系统养分循环的特点可以通过吸收系数、利用系数及循环系数来表征,湿地松林、刺槐林、湿地松与刺槐混交林N元素的年吸收量分别为37.561kg/hm~2、48.976kg/hm~2、48.127kg/hm~2,刺槐纯林的年吸收量最大,湿地纯林的吸收量最小;三种植被类型年存留量的大小顺序为:刺槐林>混交林>湿地松林;归还量的大小顺序为:混交林>刺槐林>湿地松林。三种植被类型N元素的吸收系数、利用系数、循环系数的大小顺序均是混交林>湿地松林>刺槐林,说明混交林对N元素的贮存能力和循环速率最大。 (9)三种植被类型的N输入量均大于输出量,系统处于良好的养分积累状态,土壤中养分的输入量也大于输出量,说明植被不需要外源补给,也能保持持续稳定的发展。三种植被系统N的净积累量的大小顺序为:湿地松林、刺槐林>混交林,土壤中N净积累量的大小顺序为:湿地松林>混交林>刺槐林。


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