华北落叶松人工林碳氮磷生态化学计量特征及土壤肥力变化研究

【摘要】：生态化学计量学作为研究生物体内各种营养元素平衡关系的工具,近年来被广泛发展。它可以根据生物体内元素含量的变化以及元素比值判断生物体的营养及生长状态,从而更好地揭示生态系统内养分元素相互关系。本研究以秦岭地区5种林龄(8年、13年、23年、33年、43年)华北落叶松(Larix principis-rupprechti Mayr.)人工林为研究对象,分析植物针叶、茎干、细根以及土壤C、N、P含量及其生态化学计量比的季节变化以及不同生长时期N、P养分在不同植物器官的分配规律和林下土壤肥力的变化趋势,找出华北落叶松生长的限制性因子,明确各时期土壤养分的变化趋势,为不同时期华北落叶松的经营管理提供理论依据。主要研究结果如下:1.细根由于距离同化器官较远以及寿命较短等原因其有机碳、全氮含量季节性变化规律不明显。N、P含量在不同器官大小顺序为针叶细根茎干。各器官C、N、P含量与年龄有一定的关系,针叶、细根C、N、P含量以中、幼龄居高,成熟林含量较低,茎干则刚好相反。针叶、茎干和细根N:P比值均远远小于临界值14,华北落叶松的生长主要受氮元素的限制。随着林龄的增加,N:P比值增大,氮元素的限制作用逐渐减弱,生长速率减慢。2.随林龄的增加,土壤C、N、P含量均有增加的趋势。5种林龄林地土壤C:N比与我国土壤的C:N比相差不多,表明不同生态系统土壤C:N比具有稳定性。而C:P比与N:P比远低于我国土壤C:P、N:P比的平均值,得出此地区土壤氮素匮乏,植物的生长会受氮元素限制。3.各林龄华北落叶松针叶、茎干、细根生物量的大小分布规律均为茎干细根针叶。幼、中龄林各器官氮、磷累积量大小顺序均为针叶细根茎干,而成熟林各器官氮、磷累积量大小顺序为细根针叶茎干。生长初期与生长旺盛期,幼、中龄华北落叶松氮、磷元素主要分布于针叶,其次为细根,茎干中最少;成熟林中氮、磷元素主要分布于细根中,其次为针叶,茎干中两种元素分配量同样最少。生长季节末期,华北落叶松针叶中氮、磷的分布量减少,营养撤退回茎干与根部储存起来。4.硝态氮隶属度数值最小,对土壤肥力的作用分值最小,是该研究区土壤肥力增高的最主要的限制因子,速效钾隶属度数值较大,钾元素不是制约华北落叶松生长的因子。本研究区土壤肥力整体不高,23a最低。因此,根据需要在华北落叶松人工林地适当补充氮营养元素显得尤为重要。