对子午岭天然油松林群落土壤腐殖质性质的研究_图文

1、 第 20卷 第 5期 陇东学院学报 Vol . 20 No . 5 2009年 9月 Journal of Longdong University Sep. 2009对子午岭天然油松林群落土壤腐殖质性质的研究王 鑫 3(陇东学院 生命科学系 , 甘肃 庆阳 745000摘 要 :以黄土丘陵沟壑区的子午岭天然油松林土壤为对象 , 研究了不同土层的腐殖质组成、 形态及胡敏 酸的光学特征 。 结果表明 :油松林植被可以显著提高表层 (0-20cm 土壤有机碳和腐殖质含量 。 各层土壤 HA /FA 1, HA /FA 和各结合形态由表层至下层呈下降趋势 。从腐殖质的组成 、 结合形态以及由不同结合

2、 形态胡敏酸的光密度曲线 、 胡敏酸的色调系数 ( l ogK 和相对色度 (RF 变化综合分析表明 :油松林植被 使土壤的腐殖化程度减弱 , 对形成良好的土壤结构的能力下降 , 表层土壤的氧化稳定性及土壤腐殖质的品 质降低。因此 , 在人工植被建设与改造过程中 , 。关键词 :天然油松林 ; 腐殖质 ; 胡敏酸 ; 色调系数 ; 相对色度中图分类号 :S153. 6+22 文献标识码 :A 文章编号 : 05Study cs ofForest i n Zi wuli n g M ount a i nWANG Xin(en t of L ife S cience, L ogdong U n i

3、versity, Q ingyang 745000, Gansu, Ch ina A bstract:This paper is based on the natural Chinese p ine f orest s oil on the Zi w uling mountain of Loess Plateau, we have comp rehensively studied the different s oil organic matter content in different dep ths, mor phol ogy and itself op tical characteri

4、stics of hu mus acid . The results show that:natural Chinese p ine f orest s oil have a str onger ability t o increase the s oil organic matter content at surface layer . Soil at layer HA /F A 1, HA /F A have a trend that it will reduce with the dep ths increased . The co mpositi on and mor phol ogy

5、 of organic matter and Humus acid fr om the t one coefficient ( l og K and changes of rela 2 tive col or RF analysis shows that:natural p ine f orest could reduce the hu mus degree and ability t o f or m the better s oil structure . Besides, it als o reduced the organic matter and the stability of o

6、xygenati on of surface s oil . So, in the p r ocess of p lanting, the Chinese p ine forest should arrange in gr oup s with t op -community and sub t op -co mmunities .Key w ords:natural Chinese p ine; humus; hu mus acid; l og K; RF 土壤腐殖质是一类高分子有机物 , 是动植物 残体通过微生物分解、 合成的产物 , 也是衡量土壤 肥力高低的一个重要指标。 1近年来国内许

7、多学 者对子午岭林区内生态系统、 植物群落的组成及 土壤有机质的研究较多 , 但对子午岭植物群落与 土壤腐殖质性质相结合的研究报道较少 (2002, 王 百群 , 2003, 周印东 , 2005, 周正朝 , 2006, 刘勇 , 对子 午岭天然油松林群落内土壤腐殖质性质变化的 研究未见报道。 油松 (Pinus tabulaef or mis 为该区 森林群落自然演替过程中的先锋群落与亚顶极 群落 , 在黄土高原地区的植被建设中 , 油松树种的 搭配具有重要的作用 , 但树种的选择与合理搭配3收稿日期 :2009203206基金项目 :陇东学院科学研究资助项目 (XYZK0508作者简介

8、:王 鑫 (1956 , 男 , 甘肃镇原人 , 硕士 , 副教授 , 主要从事土壤与植物营养教学和研究 . 是一个重要方面 , 单一树种构成的人工植被虽然 在短期内可以使植被盖度得以有效恢复 , 但是群 落的稳定性相对较差 , 主要表现在群落生产力逐 渐降低、 景观特征呈现衰败迹象 , 而对土壤肥力影 响最主要的腐殖质组成与性质 , 更是不可忽视的 问题。 本研究通过对天然油松林群落内不同土 层腐殖质性质差异的研究 , 揭示各层土壤腐殖质 组成和性质变化的规律 , 从而为本区天然油松林 的保护与再生提供科学依据。 因此 , 认识不同植 被与其生存的土壤生态功能之间的相互关系 , 合 理运用生

9、态学原理指导人工植被建设将有助于 这一问题的解决 , 研究黄土高原地区天然森林群 落的自然演替规律及其结构特征 , 无疑对于黄土 高原人工植被建设具有重要的指导意义。1 研究区概况与研究方法1. 1 研究区概况位于黄土高原中部子午岭林区南端的正宁 县中湾林场 , 地理坐标为 108o 27 E, 35o 17N,堆积和侵蚀交替形成的沟壑地貌 -1756m, 年均温 9. 3 ,-9. 3m m, 土 的影响 , , 阴坡和阳 坡差异很大。 2子午岭林区虽为油松自然分布地 带 , 但因长期人为干扰 , 油松呈天然群落者仅见于 正宁县中湾林区 , 海拔 1450-1750m 的八只窑有 300公顷

10、的天然油松林 , 西坡林区岳王山也有小 片的天然油松林。 3该区处于森林草原、 半干旱草 原过渡地带 , 森林大部分系屡经破坏后而形成的 天然次生林。 在中国植物区系上隶属于泛北极 植物区、 中国 -日本森林植物亚区的华北地区黄 土高原植物亚地区。 4天然油松常形成单优群落 , 主林层主要由油松占据 , 但混有一定数量的演替 先锋树种 , 如山杨 (P opulus davidiana 、 白桦 (Bet 2ul p laty phylla 、 杜梨 (Pyrus P betulaef olia 等。 同 时随林龄阶段的变化亦出现由幼苗组成的更新 层和幼树组成的更替层 , 并出现了大量的辽东栎

11、 (Qercu slia otungensis 、 青榨槭 (Acerdavidii Fran 2 ch A davidii 、 漆树 (T oxic odendr on verniciflnu m 等阔叶树种 , 表现出良好的恢复和向原始类型靠 近的 发 展 趋 势。 林 下 灌 木 层 有 虎 榛 子 (O s 2 try op sis davidiana 、 胡 枝 子 (L . bic ol or 、 黄 刺 玫 (Ros e . xanthina 、 樱草蔷薇 (Ros a p ri m ula 、 灰栒 子 (C ot oneaster acutif olius 、 水栒子 (C

12、ot oneas ter 2 multifl orus 、 土庄绣线菊 (S p iraea pubes cens 、 毛 樱桃 (Prunus t o ment os a 、 茶条槭 (A . ginnala 、 陕 西荚 (V iburnu m s chensianu m 、 北京丁香 (Syringa . pekinensis 、 忍冬 (Lonicerass p . 、 卫矛 (Eu ony mus . alatus 等 , 但是现场调查表明数量均很少 ; 草本层 主要有披针苔草 (Carexlance 、 唐松草 (T hal 2 ictru mss p . 糙苏 (a 、 茜草 (

13、Rubiac E . oru m 、 卷叶 . oliu m 、 大火草 (Ane mo 2 t 、 异叶败酱 (Patriniheter ophyua 等。 4 , 且分布的生物量也极少。1. 2 样品采集与处理2007年 7月 , 在子午岭天然油松林区内选择 6个具有代表性的样点将土壤表层的枯枝落叶层 除去 , 采用 S 形采样方法 , 用土钻在每个采样点采 取 0-10c m, 10-20c m, 20-40c m, 40-60c m, 60 -80c m 五个层次共 30个土样 , 分别混合后装入 塑料袋 , 带回室内将采集的样品除去植物根系、 石 块等 , 然后在室内常温下晾干、 研

14、磨、 全部过 2m m 筛 , 袋装密闭备用。 测定所需的样品采用 “ 四分 法 ” 取样。 5先全部通过 1m m 孔径筛 , 再从过 1 m m 孔径筛的土样中均匀取出 1/4,通过 0. 25m m 孔径筛。1. 3 分析方法表 1 土壤腐殖质的组成层次 ( 总有机碳T OC (g/kg腐殖质各组分碳 (g/kg 占 T OC (%胡敏酸 (H A 富里酸 (F A 胡敏素 (H M F A H A H MP Q水溶性有机碳 (g/kg占 T OC%0-1035. 26a 1. 76a 9. 80a 23. 06a 5. 027. 865. 215. 20. 70a 2. 0 10-20

15、26. 42a 0. 88b 5. 19b 19. 97a 3. 319. 675. 714. 50. 37b 1. 4 20-4010. 98b 0. 86b 2. 48c 7. 35b 7. 822. 666. 925. 70. 29c 2. 6 40-608. 91b 0. 56c 1. 95c 6. 70b 8. 429. 359. 222. 30. 20d 3. 1 60-806. 65b 0. 21d 1. 88c 3. 94b 2. 421. 175. 210. 00. 12e 1. 3 表中数据为 6个样品的平均值 , P Q (% :HA /(H A +F A 显著性检验采用

16、 S . S . R 法 , P 0. 0583陇东学院学报 第 20卷 土壤有机碳测定用重铬酸钾容量法 , 5腐殖 质结 合形 态采用熊毅 -傅积平改进法测定 , 6,7腐 殖质 组分测定用科诺诺娃法。 8胡敏酸的光学性 质用 Sugahara 9. 10法测定 , l ogK 为色调系数 , 在 不 调 节含 碳量的情况下 , 测定胡敏酸溶液在波长 400n m 和 600n m 处 的吸 光值对 数的 差值。 RF 为 相 对 色度 , 指 胡敏酸 溶液 在波长 600n m 处的吸光 值除 以 30m l 该溶液所消耗的 0. 02mol/LKMn O 4的毫 升数 再乘以 1000。

17、 11用 Excel 2003对实验数据进行 统计 分析 , 采用 S S R 法检验数据差异的 显著 性。2 结果与讨论2. 1 对土 壤腐 殖质组 分的 影响表 1表 明 , 子午岭天然油松林群落内土壤有 机 碳 随土 层深度的增加表现出降低的特征 , 采用 S . S . R 法检 验 , 尤以 0-10c m 与 10-20c m 和 10-20c m 与 20-40c m 之间的降低较为明显 , 以下各 层之 间的 差异不 显著 ; 0-10c m 、 10-20c m 与 20c m 以下 各层 之间差 异达 显著降低趋势水平 ,下有 机质 含量虽呈降低趋势 ,于天 残叶 的积累

18、, 天然油松林群落对 0-20c m 土壤有 机质 的积累 仍具 有相 当重要 的作 用。土壤腐殖质的组成和性质反映了土壤形成 条件 及形成过程。 在子午岭天然油松林群落内 , 土壤 形成过程主要是淋溶黏化过程和碳酸盐淋 溶 淀 积过程 , 典 型的 灰褐土 剖面具有腐殖质层。 13结 果 表明 , 天然油松林植被下土壤胡敏酸含量明 显 低 于富里 酸含量 , 与黄绵土人工草地及黒垆土 农田 表现出明显的不同 , 17,18随着土层深度的加 深 , 有机 碳和腐 殖质 组分 H A 、 F A 和 H M 含量也 呈 现 出 降低的规律性变化。 腐殖质各组分有机碳 含量 在 0-10c m 与

19、 10-20c m 土层差异均达显著 水平 , 富 里酸 20c m 以下各层差异不显著 ; 胡敏酸 20c m 以下各层之间均达显著差异 , 除 H A 外 (10 -20c m 与 20-40c m 差异不显著 , 但 20-40c m 以 下各 层均达显著性差异 10-20c m 与 20-40c m 均达显著差异 ,异 各层腐 , 腐 , 其相关 0. 97933(n =5, r0. 01=0. 874, y =0. 132+0. 269x 。表 2 土壤腐殖质的结合形态层次 (c m HE 稳结态 HE 紧结态 HE (g/kg松 /稳比HE /HE 松 /紧比HE /HE HE +

20、HE0-1010. 85(0. 43 a 7. 8(0. 20 a 16. 65(1. 74 a 1. 390. 6518. 66 10-206. 12(0. 31 b 5. 5(0. 27 b 14. 74(1. 86 a 1. 100. 4211. 08 20-402. 95(0. 19 c 2. 8(0. 16 c 5. 17(0. 77 b 1. 030. 415. 10 40-601. 72(0. 17 d 1. 9(0. 03 d 5. 23(0. 74 b 0. 880. 333. 68 60-801. 19(0. 06 d 1. 7(0. 06 d 3. 72(0. 19 b

21、0. 680. 322. 93 表中数据为 6个样品的平均值 , 括号中的值为标准差。 显著性检验采用 S . S . R 法 , P 稳结态 , 而 40-80c m 土层 中稳结 态 松结态 , 各结合形态由表层至下 层均 呈降低趋势。 显著性检验表明 , 松结态与稳 结态 有机碳含量 0-10c m 至 20-40c m 土层之间 的差 异均达到显著水平 , 以下各层差异不显著。 紧结 态变化 趋势与总有机碳相同。 松 /紧比值越 93 第 5期 王 鑫 :对子午岭天然油松林群落土壤腐殖质性质的研究 低 , 则土 壤的 腐殖化 度越 低 , 对形成 良好 土壤结构 的能 力减 弱 , 反

22、之亦 然。 15松 /紧 比与松 /稳比都是 表层 中层 下层 , 具有较强的规律性。 但由 松 /稳 比值分析 , 油松林植被下土壤的松结态腐 殖 质 所占 比例很小 , 充分说明在此过程中土壤的 腐 殖 化程 度减少 , 对形成良好的土壤结构的能力 下降 , 土 壤肥 力明显 退化。图 1 不同 土层松 结态 胡敏酸 光密 度曲线图 2 不同 土层稳 结态 胡敏酸 光密 度曲线2. 3 胡敏 酸的 光学性 质2. 3. 1 光密 度曲 线胡敏酸的光学性质是判断土壤腐殖质特性 的重 要依 据。 在不调含碳量的情况下 , 胡敏酸的 光密 度曲 线见图 1和 图 2。结果 表明 , 松结态胡敏酸

23、的光密度曲线各层之间 变化 分异及其明显 , 其中以 40c m 深度以下变化 缓慢 , 而 0-40c m 土层变化明显 , 曲线的陡度加 大 , 说明 , 油 松林植 被对 土壤胡 敏酸 的影响 主要在 表层 (0-40c m ; 稳结态胡敏酸的光密度曲线的 吸 光 值比松 结态 小 2-4倍 , 对 稳结态胡敏酸的光 学性 质影响不敏感。 由此说明 , 降低胡敏酸分子 复杂 程度的 主要 因素 来自于 松结 态腐殖 质。2. 3. 2 l ogK 和 RF 值的变 化研究表明 :H A 的 l ogK 、 RF 与它们组成中 的羧 基、 羰基、 甲氧 基和 醇羟基 的含 量以及 平均分

24、子量 之间呈 显著 的正 (或 负 相 关。 一 般来 说 , H A 的 l ogK 越高 (或 RF 越低 , 则 它们的羧基、 羰基 和酚 羟基的 含量越低 , 而甲氧基和醇羟基的含量 越高 , H A 的氧 化程度越低 ,17,19,20由此说明胡敏酸在分 子结构上变得简单 , 组成上变得年轻 ; 反之 , 胡敏 酸分子 的复 杂程 原子团多 , 缩 , , 光密 , , 1982; 刘长怀等 , 刘树庆等 , 1989 。 表 3可以结态胡敏酸与稳结态胡敏酸在光学性质 上有 很大的区别 , 即各层松结态胡敏酸的 E 4/E 6和 l ogK 均较 稳结态 胡敏酸高 , 而 RF 均较

25、低 , 属 于不 成熟的 腐殖 质 ; 相对而 言 , 稳结 态胡敏 酸则较 为成 熟 , 其结果与胡敏酸的光密度曲线一致。 油 松 林 植被影响下 , 致使土壤松结态胡敏酸的 E 4/E 6和 logK 提高 , 而 RF 下降 , 又充分说明胡敏酸 在分 子结构 上变 得简 单 , 在 组成 上变 得年轻 , 这与 油松 林为针 叶林 , 其 分解产 物为 强酸 性物质有关。 稳结 态胡敏酸的 l ogK 和 E 4/E 6比值低 , 且变幅 相对 小 , 这可能与稳结合态胡敏酸与粘粒结合较紧密 而受其保护有关。 松结合态胡敏酸和稳结 态胡 敏酸的 RF 值由表层至下层明显的升高 , 进

26、一步 说明油松林能使表层土壤的氧化稳定性降 低 , 使土壤肥力水平及土壤腐殖质的品质降低。 因此 , 在 人工植 被建 设与改 造过 程中 , 油松 林林分 所占 比例不 能过 大。表 3 天然油松林不同结合形态胡敏酸的光学性质土层 (c m 松结合态 (稳结合态 (平均值E 4/E6 l ogKRF E 4/E6 l ogKRF E 4/E6 l ogKRF 0-106. 851. 92432. 14. 431. 48746. 95. 641. 70639. 510-207. 071. 95629. 53. 901. 36248. 25. 491. 65938. 920-406. 471.

27、86731. 33. 691. 30446. 95. 081. 58639. 140-605. 331. 67419. 63. 031. 10761. 24. 181. 39140. 460-804. 901. 58941. 63. 041. 11195. 63. 971. 35068. 604陇东学院学报 第 20卷 3 结论和讨论油 松林 植被 可以显 著提高表层 (0-20c m 土 壤有 机碳 和胡敏 酸含 量 , 20c m 以下各层呈降低趋 势 , 说明油松林植被对表层土壤 (0-20c m 具有 较强 的 “ 汇 ”碳 功能。 可提取腐殖质的 H A /F A 和 不 同 结合

28、形态胡 敏酸 的 RF 和 l ogK 由表层至下 层均 呈规律性分布 ; 0-40c m 范围内松结合态 稳 结 合态 , 而 40-80c m 范围内 稳结 合态 松结合 态 , 其松 /稳、 松 /紧比值均呈下降趋势。 从腐殖 质的 组成和结合形态以及由不同结合形态胡敏 酸的 光密度曲线、 RF 和 l ogK 变化综合分析表 明 , 油松 林植 被使土 壤的 腐殖化 程度 减弱 , 对形成 良 好 的土 壤结构的能力下降 , 而且使表层土壤的 氧化 稳定 性及土壤腐殖质的品质降低。 因此 , 在 人 工 植被 建设与改造过程中 , 油松林林分所占比 例 不 能过 大 , 而应该合理与子

29、午岭的顶级群落和 亚顶 级群 落树种 (如山杨、 辽东栎 搭配。 如果要 进一内在样 才 能够 得出更步对腐殖 质性参考文献 :1闫娥 , 孙文凤 . 土壤腐殖质的分析化学研究现状 J. 青海 大学学报 , 2000, 18(5 :17-22.2张平仓 , 郑粉莉 . 子午岭地区自然区域特征和土壤侵蚀的 关系 J.中国科学院水利部水土保持研究所集刊 , 1993, (17 :11-16.3刘立品 . 子午岭木本植物志 M. 兰州 :兰州大学出版社 , 1998. 29-30.4张希彪 , 郭小强 , 周天林 , 上官周平 . 子午岭种子植物区系 分析 J.西北植物学报 , 2004, 24(2 :267-274.5鲍士旦 . 土壤农化分析 (第三版 M. 北京 :中国农业出 版社 , 1999. 21-33. 6熊毅 , 等 . 土壤胶体第二册 M. 北京 :科学出版社 , 1985. 55-73.7傅积平 . 土壤结合态腐殖质的分组测定 J . 土壤通报 , 1983, 14(2 :36-37.8严昶升 . 土壤肥力研究方法 M. 北京 :农业出版社 , 1988. 263-280.9Km