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川北低山暴雨区三种植被类型磷循环特征的比较研究

程永珍  
【摘要】: 磷元素是林木生长和森林生态系统净初级生产力的主要限制因子之一。由于磷的生物地球化学循环的复杂性和研究方法的局限性,以往养分循环多集中在氮循环上。近20多年来,磷素循环在控制陆地生态系统生态过程中的重要性已得到更多的认识并越来越广泛的关注。由于土壤中磷的可利用率低,加上19世纪中叶以来,氮沉降量不断增加,土壤中碳磷化、氮磷比失调,土壤性质发生变化,土壤中的磷素有效性不足以平衡氮素有效性,使得磷成为许多森林生态系统林木生长和重要生态过程的限制因子,因此,研究森林生态系统的磷循环显得就越来越重要了。本文以川北低山暴雨区水土流失定位观测站内的3个不同植被恢复模式为研究对象,通过野外调查与室内实验相结合的方法,对湿地松纯林,刺槐纯林及湿地松刺槐混交林生态系统内的大气降水磷素输入与地表径流输出、磷素在植被中的积累与分布、凋落物的归还与分解、三种不同生态系统的生物循环与生物地球化学循环做了测定和分析,为该地区林地磷素的可持续发展提供理论依据。研究表明: 1三种不同植被类型生物量大小顺序为湿地松纯林>混交林>刺槐纯林,在生物量组成上,均为乔木层生物量大于灌木层及层间植物的生物量,湿地松林中各组分生物量大小顺序依次为干>根>叶>枝>皮,而混交林中湿地松各组分顺序为干>根>枝>皮>叶;刺槐纯林与混交林中刺槐各组分生物量大小顺序均为干>根>枝>皮>叶>果。 混交林中湿地松和刺槐的树叶、树皮及刺槐果的磷素含量分别大于纯林中的对应器官的磷素含量,混交林中总磷素生物量大于湿地松磷素含量而小于刺槐磷素含量。乔木层和灌木层中的磷素生物量的大小顺序与植被磷素总含量一致, 2刺槐纯林和混交林中刺槐叶的磷素含量变化动态都是秋季>夏季>冬季>春季。并且每个季节都为纯林大于混交林。不论是混交林还是纯林中刺槐树干和树皮的磷素含量在每个季节都大于湿地松树干的磷素含量,且它们变化节律一致。 混交林的土壤结构明显好于湿地松与刺槐纯林:混交林中有机质含量高于刺槐与湿地松纯林;土壤全磷与有效磷含量大小顺序基本为:刺槐林>混交林>湿地松,土壤pH值与土壤有效磷有着显著的负相关关系。土壤湿度与土壤有效磷有极显著的负相关关系,土壤有机质与土壤有效磷有极显著的正相关关系,土壤有效磷含量与土壤全磷量没有相关性。 3三种植被类型的年凋落物量顺序为湿地松林>混交林>刺槐林,刺槐林的凋落量最小,仅为3.64 t·hm~(-2),但植被磷素年归还量却是刺槐林>混交林>湿地松林。湿地松林中落叶是凋落物磷素归还的主要组分,刺槐纯林和混交林中凋落组分在磷素归还的大小顺序依次为其它>果>叶>枝。 4刺槐纯林和混交林的凋落物年失重率均大于湿地松纯林,且叶和枝的分解系数为刺槐林>混交林>湿地松林,三种植被类型中凋落物磷素的释放均符合富集-释放模式,且在试验阶段各个凋落组分除混交林中的落枝、混交林和纯林中的刺果外大都没有进入释放状态。 5三种植被林型中,大气降水磷素的输入量刺槐林最大,混交林中最小,养分输入以林内穿透水为主。三种植被类型系统磷素年存留量为刺槐>混交林>湿地松,与磷素年吸收量大小顺序一致,但混交林中磷素年归还系数与吸收系数均为最大,湿地松纯林、刺槐林和混交林中凋落物归还磷素分别为植物吸收量的24.04%、35.33%和40.30%,而降水磷素输入仅占6.94%、3.70%和3.42%。三个植被类型的磷素年输入量均小于年输出量,林地土壤磷素的年净亏损大,其中刺槐林地磷的亏损最大。可见要维持这三个植被类型的磷素平衡,林地的养分状况有赖外源补给。


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