對子午嶺天然油松林群落土壤腐殖質(zhì)性質(zhì)的研究_圖文

1、 第 20卷 第 5期 隴東學(xué)院學(xué)報(bào) Vol . 20 No . 5 2009年 9月 Journal of Longdong University Sep. 2009對子午嶺天然油松林群落土壤腐殖質(zhì)性質(zhì)的研究王 鑫 3(隴東學(xué)院 生命科學(xué)系 , 甘肅 慶陽 745000摘 要 :以黃土丘陵溝壑區(qū)的子午嶺天然油松林土壤為對象 , 研究了不同土層的腐殖質(zhì)組成、 形態(tài)及胡敏 酸的光學(xué)特征 。 結(jié)果表明 :油松林植被可以顯著提高表層 (0-20cm 土壤有機(jī)碳和腐殖質(zhì)含量 。 各層土壤 HA /FA 1, HA /FA 和各結(jié)合形態(tài)由表層至下層呈下降趨勢 。從腐殖質(zhì)的組成 、 結(jié)合形態(tài)以及由不同結(jié)合

2、 形態(tài)胡敏酸的光密度曲線 、 胡敏酸的色調(diào)系數(shù) ( l ogK 和相對色度 (RF 變化綜合分析表明 :油松林植被 使土壤的腐殖化程度減弱 , 對形成良好的土壤結(jié)構(gòu)的能力下降 , 表層土壤的氧化穩(wěn)定性及土壤腐殖質(zhì)的品 質(zhì)降低。因此 , 在人工植被建設(shè)與改造過程中 , 。關(guān)鍵詞 :天然油松林 ; 腐殖質(zhì) ; 胡敏酸 ; 色調(diào)系數(shù) ; 相對色度中圖分類號(hào) :S153. 6+22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) : 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 土壤腐殖質(zhì)是一類高分子有機(jī)物 , 是動(dòng)植物 殘?bào)w通過微生物分解、 合成的產(chǎn)物 , 也是衡量土壤 肥力高低的一個(gè)重要指標(biāo)。 1近年來國內(nèi)許

7、多學(xué) 者對子午嶺林區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)、 植物群落的組成及 土壤有機(jī)質(zhì)的研究較多 , 但對子午嶺植物群落與 土壤腐殖質(zhì)性質(zhì)相結(jié)合的研究報(bào)道較少 (2002, 王 百群 , 2003, 周印東 , 2005, 周正朝 , 2006, 劉勇 , 對子 午嶺天然油松林群落內(nèi)土壤腐殖質(zhì)性質(zhì)變化的 研究未見報(bào)道。 油松 (Pinus tabulaef or mis 為該區(qū) 森林群落自然演替過程中的先鋒群落與亞頂極 群落 , 在黃土高原地區(qū)的植被建設(shè)中 , 油松樹種的 搭配具有重要的作用 , 但樹種的選擇與合理搭配3收稿日期 :2009203206基金項(xiàng)目 :隴東學(xué)院科學(xué)研究資助項(xiàng)目 (XYZK0508作者簡介

8、:王 鑫 (1956 , 男 , 甘肅鎮(zhèn)原人 , 碩士 , 副教授 , 主要從事土壤與植物營養(yǎng)教學(xué)和研究 . 是一個(gè)重要方面 , 單一樹種構(gòu)成的人工植被雖然 在短期內(nèi)可以使植被蓋度得以有效恢復(fù) , 但是群 落的穩(wěn)定性相對較差 , 主要表現(xiàn)在群落生產(chǎn)力逐 漸降低、 景觀特征呈現(xiàn)衰敗跡象 , 而對土壤肥力影 響最主要的腐殖質(zhì)組成與性質(zhì) , 更是不可忽視的 問題。 本研究通過對天然油松林群落內(nèi)不同土 層腐殖質(zhì)性質(zhì)差異的研究 , 揭示各層土壤腐殖質(zhì) 組成和性質(zhì)變化的規(guī)律 , 從而為本區(qū)天然油松林 的保護(hù)與再生提供科學(xué)依據(jù)。 因此 , 認(rèn)識(shí)不同植 被與其生存的土壤生態(tài)功能之間的相互關(guān)系 , 合 理運(yùn)用生

9、態(tài)學(xué)原理指導(dǎo)人工植被建設(shè)將有助于 這一問題的解決 , 研究黃土高原地區(qū)天然森林群 落的自然演替規(guī)律及其結(jié)構(gòu)特征 , 無疑對于黃土 高原人工植被建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。1 研究區(qū)概況與研究方法1. 1 研究區(qū)概況位于黃土高原中部子午嶺林區(qū)南端的正寧 縣中灣林場 , 地理坐標(biāo)為 108o 27 E, 35o 17N,堆積和侵蝕交替形成的溝壑地貌 -1756m, 年均溫 9. 3 ,-9. 3m m, 土 的影響 , , 陰坡和陽 坡差異很大。 2子午嶺林區(qū)雖為油松自然分布地 帶 , 但因長期人為干擾 , 油松呈天然群落者僅見于 正寧縣中灣林區(qū) , 海拔 1450-1750m 的八只窯有 300公頃

10、的天然油松林 , 西坡林區(qū)岳王山也有小 片的天然油松林。 3該區(qū)處于森林草原、 半干旱草 原過渡地帶 , 森林大部分系屢經(jīng)破壞后而形成的 天然次生林。 在中國植物區(qū)系上隸屬于泛北極 植物區(qū)、 中國 -日本森林植物亞區(qū)的華北地區(qū)黃 土高原植物亞地區(qū)。 4天然油松常形成單優(yōu)群落 , 主林層主要由油松占據(jù) , 但混有一定數(shù)量的演替 先鋒樹種 , 如山楊 (P opulus davidiana 、 白樺 (Bet 2ul p laty phylla 、 杜梨 (Pyrus P betulaef olia 等。 同 時(shí)隨林齡階段的變化亦出現(xiàn)由幼苗組成的更新 層和幼樹組成的更替層 , 并出現(xiàn)了大量的遼東櫟

11、 (Qercu slia otungensis 、 青榨槭 (Acerdavidii Fran 2 ch A davidii 、 漆樹 (T oxic odendr on verniciflnu m 等闊葉樹種 , 表現(xiàn)出良好的恢復(fù)和向原始類型靠 近的 發(fā) 展 趨 勢。 林 下 灌 木 層 有 虎 榛 子 (O s 2 try op sis davidiana 、 胡 枝 子 (L . bic ol or 、 黃 刺 玫 (Ros e . xanthina 、 櫻草薔薇 (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 、 土莊繡線菊 (S p iraea pubes cens 、 毛 櫻桃 (Prunus t o ment os a 、 茶條槭 (A . ginnala 、 陜 西莢 (V iburnu m s chensianu m 、 北京丁香 (Syringa . pekinensis 、 忍冬 (Lonicerass p . 、 衛(wèi)矛 (Eu ony mus . alatus 等 , 但是現(xiàn)場調(diào)查表明數(shù)量均很少 ; 草本層 主要有披針苔草 (Carexlance 、 唐松草 (T hal 2 ictru mss p . 糙蘇 (a 、 茜草 (

13、Rubiac E . oru m 、 卷葉 . oliu m 、 大火草 (Ane mo 2 t 、 異葉敗醬 (Patriniheter ophyua 等。 4 , 且分布的生物量也極少。1. 2 樣品采集與處理2007年 7月 , 在子午嶺天然油松林區(qū)內(nèi)選擇 6個(gè)具有代表性的樣點(diǎn)將土壤表層的枯枝落葉層 除去 , 采用 S 形采樣方法 , 用土鉆在每個(gè)采樣點(diǎn)采 取 0-10c m, 10-20c m, 20-40c m, 40-60c m, 60 -80c m 五個(gè)層次共 30個(gè)土樣 , 分別混合后裝入 塑料袋 , 帶回室內(nèi)將采集的樣品除去植物根系、 石 塊等 , 然后在室內(nèi)常溫下晾干、 研

14、磨、 全部過 2m m 篩 , 袋裝密閉備用。 測定所需的樣品采用 “ 四分 法 ” 取樣。 5先全部通過 1m m 孔徑篩 , 再從過 1 m m 孔徑篩的土樣中均勻取出 1/4,通過 0. 25m m 孔徑篩。1. 3 分析方法表 1 土壤腐殖質(zhì)的組成層次 ( 總有機(jī)碳T OC (g/kg腐殖質(zhì)各組分碳 (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水溶性有機(jī)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 表中數(shù)據(jù)為 6個(gè)樣品的平均值 , P Q (% :HA /(H A +F A 顯著性檢驗(yàn)采用

16、 S . S . R 法 , P 0. 0583隴東學(xué)院學(xué)報(bào) 第 20卷 土壤有機(jī)碳測定用重鉻酸鉀容量法 , 5腐殖 質(zhì)結(jié) 合形 態(tài)采用熊毅 -傅積平改進(jìn)法測定 , 6,7腐 殖質(zhì) 組分測定用科諾諾娃法。 8胡敏酸的光學(xué)性 質(zhì)用 Sugahara 9. 10法測定 , l ogK 為色調(diào)系數(shù) , 在 不 調(diào) 節(jié)含 碳量的情況下 , 測定胡敏酸溶液在波長 400n m 和 600n m 處 的吸 光值對 數(shù)的 差值。 RF 為 相 對 色度 , 指 胡敏酸 溶液 在波長 600n m 處的吸光 值除 以 30m l 該溶液所消耗的 0. 02mol/LKMn O 4的毫 升數(shù) 再乘以 1000。

17、 11用 Excel 2003對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行 統(tǒng)計(jì) 分析 , 采用 S S R 法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)差異的 顯著 性。2 結(jié)果與討論2. 1 對土 壤腐 殖質(zhì)組 分的 影響表 1表 明 , 子午嶺天然油松林群落內(nèi)土壤有 機(jī) 碳 隨土 層深度的增加表現(xiàn)出降低的特征 , 采用 S . S . R 法檢 驗(yàn) , 尤以 0-10c m 與 10-20c m 和 10-20c m 與 20-40c m 之間的降低較為明顯 , 以下各 層之 間的 差異不 顯著 ; 0-10c m 、 10-20c m 與 20c m 以下 各層 之間差 異達(dá) 顯著降低趨勢水平 ,下有 機(jī)質(zhì) 含量雖呈降低趨勢 ,于天 殘葉 的積累

18、, 天然油松林群落對 0-20c m 土壤有 機(jī)質(zhì) 的積累 仍具 有相 當(dāng)重要 的作 用。土壤腐殖質(zhì)的組成和性質(zhì)反映了土壤形成 條件 及形成過程。 在子午嶺天然油松林群落內(nèi) , 土壤 形成過程主要是淋溶黏化過程和碳酸鹽淋 溶 淀 積過程 , 典 型的 灰褐土 剖面具有腐殖質(zhì)層。 13結(jié) 果 表明 , 天然油松林植被下土壤胡敏酸含量明 顯 低 于富里 酸含量 , 與黃綿土人工草地及黒壚土 農(nóng)田 表現(xiàn)出明顯的不同 , 17,18隨著土層深度的加 深 , 有機(jī) 碳和腐 殖質(zhì) 組分 H A 、 F A 和 H M 含量也 呈 現(xiàn) 出 降低的規(guī)律性變化。 腐殖質(zhì)各組分有機(jī)碳 含量 在 0-10c m 與

19、 10-20c m 土層差異均達(dá)顯著 水平 , 富 里酸 20c m 以下各層差異不顯著 ; 胡敏酸 20c m 以下各層之間均達(dá)顯著差異 , 除 H A 外 (10 -20c m 與 20-40c m 差異不顯著 , 但 20-40c m 以 下各 層均達(dá)顯著性差異 10-20c m 與 20-40c m 均達(dá)顯著差異 ,異 各層腐 , 腐 , 其相關(guān) 0. 97933(n =5, r0. 01=0. 874, y =0. 132+0. 269x 。表 2 土壤腐殖質(zhì)的結(jié)合形態(tài)層次 (c m HE 穩(wěn)結(jié)態(tài) HE 緊結(jié)態(tài) HE (g/kg松 /穩(wěn)比HE /HE 松 /緊比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 表中數(shù)據(jù)為 6個(gè)樣品的平均值 , 括號(hào)中的值為標(biāo)準(zhǔn)差。 顯著性檢驗(yàn)采用 S . S . R 法 , P 穩(wěn)結(jié)態(tài) , 而 40-80c m 土層 中穩(wěn)結(jié) 態(tài) 松結(jié)態(tài) , 各結(jié)合形態(tài)由表層至下 層均 呈降低趨勢。 顯著性檢驗(yàn)表明 , 松結(jié)態(tài)與穩(wěn) 結(jié)態(tài) 有機(jī)碳含量 0-10c m 至 20-40c m 土層之間 的差 異均達(dá)到顯著水平 , 以下各層差異不顯著。 緊結(jié) 態(tài)變化 趨勢與總有機(jī)碳相同。 松 /緊比值越 93 第 5期 王 鑫 :對子午嶺天然油松林群落土壤腐殖質(zhì)性質(zhì)的研究 低 , 則土 壤的 腐殖化 度越 低 , 對形成 良好 土壤結(jié)構(gòu) 的能 力減 弱 , 反

22、之亦 然。 15松 /緊 比與松 /穩(wěn)比都是 表層 中層 下層 , 具有較強(qiáng)的規(guī)律性。 但由 松 /穩(wěn) 比值分析 , 油松林植被下土壤的松結(jié)態(tài)腐 殖 質(zhì) 所占 比例很小 , 充分說明在此過程中土壤的 腐 殖 化程 度減少 , 對形成良好的土壤結(jié)構(gòu)的能力 下降 , 土 壤肥 力明顯 退化。圖 1 不同 土層松 結(jié)態(tài) 胡敏酸 光密 度曲線圖 2 不同 土層穩(wěn) 結(jié)態(tài) 胡敏酸 光密 度曲線2. 3 胡敏 酸的 光學(xué)性 質(zhì)2. 3. 1 光密 度曲 線胡敏酸的光學(xué)性質(zhì)是判斷土壤腐殖質(zhì)特性 的重 要依 據(jù)。 在不調(diào)含碳量的情況下 , 胡敏酸的 光密 度曲 線見圖 1和 圖 2。結(jié)果 表明 , 松結(jié)態(tài)胡敏酸

23、的光密度曲線各層之間 變化 分異及其明顯 , 其中以 40c m 深度以下變化 緩慢 , 而 0-40c m 土層變化明顯 , 曲線的陡度加 大 , 說明 , 油 松林植 被對 土壤胡 敏酸 的影響 主要在 表層 (0-40c m ; 穩(wěn)結(jié)態(tài)胡敏酸的光密度曲線的 吸 光 值比松 結(jié)態(tài) 小 2-4倍 , 對 穩(wěn)結(jié)態(tài)胡敏酸的光 學(xué)性 質(zhì)影響不敏感。 由此說明 , 降低胡敏酸分子 復(fù)雜 程度的 主要 因素 來自于 松結(jié) 態(tài)腐殖 質(zhì)。2. 3. 2 l ogK 和 RF 值的變 化研究表明 :H A 的 l ogK 、 RF 與它們組成中 的羧 基、 羰基、 甲氧 基和 醇羥基 的含 量以及 平均分

24、子量 之間呈 顯著 的正 (或 負(fù) 相 關(guān)。 一 般來 說 , H A 的 l ogK 越高 (或 RF 越低 , 則 它們的羧基、 羰基 和酚 羥基的 含量越低 , 而甲氧基和醇羥基的含量 越高 , H A 的氧 化程度越低 ,17,19,20由此說明胡敏酸在分 子結(jié)構(gòu)上變得簡單 , 組成上變得年輕 ; 反之 , 胡敏 酸分子 的復(fù) 雜程 原子團(tuán)多 , 縮 , , 光密 , , 1982; 劉長懷等 , 劉樹慶等 , 1989 。 表 3可以結(jié)態(tài)胡敏酸與穩(wěn)結(jié)態(tài)胡敏酸在光學(xué)性質(zhì) 上有 很大的區(qū)別 , 即各層松結(jié)態(tài)胡敏酸的 E 4/E 6和 l ogK 均較 穩(wěn)結(jié)態(tài) 胡敏酸高 , 而 RF 均較

25、低 , 屬 于不 成熟的 腐殖 質(zhì) ; 相對而 言 , 穩(wěn)結(jié) 態(tài)胡敏 酸則較 為成 熟 , 其結(jié)果與胡敏酸的光密度曲線一致。 油 松 林 植被影響下 , 致使土壤松結(jié)態(tài)胡敏酸的 E 4/E 6和 logK 提高 , 而 RF 下降 , 又充分說明胡敏酸 在分 子結(jié)構(gòu) 上變 得簡 單 , 在 組成 上變 得年輕 , 這與 油松 林為針 葉林 , 其 分解產(chǎn) 物為 強(qiáng)酸 性物質(zhì)有關(guān)。 穩(wěn)結(jié) 態(tài)胡敏酸的 l ogK 和 E 4/E 6比值低 , 且變幅 相對 小 , 這可能與穩(wěn)結(jié)合態(tài)胡敏酸與粘粒結(jié)合較緊密 而受其保護(hù)有關(guān)。 松結(jié)合態(tài)胡敏酸和穩(wěn)結(jié) 態(tài)胡 敏酸的 RF 值由表層至下層明顯的升高 , 進(jìn)

26、一步 說明油松林能使表層土壤的氧化穩(wěn)定性降 低 , 使土壤肥力水平及土壤腐殖質(zhì)的品質(zhì)降低。 因此 , 在 人工植 被建 設(shè)與改 造過 程中 , 油松 林林分 所占 比例不 能過 大。表 3 天然油松林不同結(jié)合形態(tài)胡敏酸的光學(xué)性質(zhì)土層 (c m 松結(jié)合態(tài) (穩(wěn)結(jié)合態(tài) (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隴東學(xué)院學(xué)報(bào) 第 20卷 3 結(jié)論和討論油 松林 植被 可以顯 著提高表層 (0-20c m 土 壤有 機(jī)碳 和胡敏 酸含 量 , 20c m 以下各層呈降低趨 勢 , 說明油松林植被對表層土壤 (0-20c m 具有 較強(qiáng) 的 “ 匯 ”碳 功能。 可提取腐殖質(zhì)的 H A /F A 和 不 同 結(jié)合

28、形態(tài)胡 敏酸 的 RF 和 l ogK 由表層至下 層均 呈規(guī)律性分布 ; 0-40c m 范圍內(nèi)松結(jié)合態(tài) 穩(wěn) 結(jié) 合態(tài) , 而 40-80c m 范圍內(nèi) 穩(wěn)結(jié) 合態(tài) 松結(jié)合 態(tài) , 其松 /穩(wěn)、 松 /緊比值均呈下降趨勢。 從腐殖 質(zhì)的 組成和結(jié)合形態(tài)以及由不同結(jié)合形態(tài)胡敏 酸的 光密度曲線、 RF 和 l ogK 變化綜合分析表 明 , 油松 林植 被使土 壤的 腐殖化 程度 減弱 , 對形成 良 好 的土 壤結(jié)構(gòu)的能力下降 , 而且使表層土壤的 氧化 穩(wěn)定 性及土壤腐殖質(zhì)的品質(zhì)降低。 因此 , 在 人 工 植被 建設(shè)與改造過程中 , 油松林林分所占比 例 不 能過 大 , 而應(yīng)該合理與子

29、午嶺的頂級(jí)群落和 亞頂 級(jí)群 落樹種 (如山楊、 遼東櫟 搭配。 如果要 進(jìn)一內(nèi)在樣 才 能夠 得出更步對腐殖 質(zhì)性參考文獻(xiàn) :1閆娥 , 孫文鳳 . 土壤腐殖質(zhì)的分析化學(xué)研究現(xiàn)狀 J. 青海 大學(xué)學(xué)報(bào) , 2000, 18(5 :17-22.2張平倉 , 鄭粉莉 . 子午嶺地區(qū)自然區(qū)域特征和土壤侵蝕的 關(guān)系 J.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所集刊 , 1993, (17 :11-16.3劉立品 . 子午嶺木本植物志 M. 蘭州 :蘭州大學(xué)出版社 , 1998. 29-30.4張希彪 , 郭小強(qiáng) , 周天林 , 上官周平 . 子午嶺種子植物區(qū)系 分析 J.西北植物學(xué)報(bào) , 2004, 24(2 :267-274.5鮑士旦 . 土壤農(nóng)化分析 (第三版 M. 北京 :中國農(nóng)業(yè)出 版社 , 1999. 21-33. 6熊毅 , 等 . 土壤膠體第二冊 M. 北京 :科學(xué)出版社 , 1985. 55-73.7傅積平 . 土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的分組測定 J . 土壤通報(bào) , 1983, 14(2 :36-37.8嚴(yán)昶升 . 土壤肥力研究方法 M. 北京 :農(nóng)業(yè)出版社 , 1988. 263-280.9Km