杉木人工林凋落物量对氮沉降增加的初期响应*樊后保1, 2刘文飞1, 2* *裘秀群3徐 雷2王 强4陈秋凤2(1南昌工程学院, 南昌 330029 ;2福建农林大学, 福州 350002;3安徽工程科技学院, 安徽芜湖 241000;4萍乡高等专科学校, 江西萍乡 337055)摘 要 通过野外模拟试验, 研究了杉木人工林凋落物对氮沉降增加的初期响应。试验设 计为 4种处理, 分别为 N0( 0 kg N# hm- 2# a- 1, 对照 )、 N 1( 60 kg N# hm- 2# a- 1)、 N2( 120 kg N# h m- 2# a- 1)、 N3( 240 kg N# h m- 2# a- 1), 3次重复。通过 2年监测发现, 对照样地 的年凋落量为 2 427151 kg# hm- 2, 而经 N 1、 N2、 N3处理后, 其年凋落物量分别为 2 238110 、 2 286166和 2 599150 kg# hm- 2。表明高氮 ( N 3)处理显著增加了杉木林凋落物量 ( P N1 N2 N0, N1、 N2、 N3处理均表现增加果凋落量的作用, 并且 N3与 N0、 N2处理差异显著(P 0105)。对于碎屑物和树皮量, 各处理之间的差异均不显著。表 3 各组分年凋落量统计分析 Tab . 3 Statistical results of the litterfall components under different nitrogen treat m ents处理N3N2N1N0叶N3010386*010231*010457* N2177184017250016940 N127519798113014151 N065160 - 112124- 210137 枝N3012018013508010827 N286160016144019355 N1951739113015216 N045173- 40187- 50100 皮N3014137019387019642 N20110011224013025 N101100100018530 N0- 0107- 0117- 0117 果N3010152*013847010230* N222130012720014626 N19150- 12180011680 N029120619019170 碎N3013542018056012066 屑N226100015735017762 物N1- 19190- 45190015241 N031153515351143下三角为均值差, 上三角为显著水平(* : P 0105; * * : P 0101), 下同。312 凋落物量的季节动态从图 1可见, 4个不同的氮处理中, 其月凋落量表现出比较明显的季节动态, 在 1年中的 2、 5 、 7月出现 3个比较明显的峰值。N0、 N2和 N3均在 2月 份凋落物量达到最大, 而 N1的凋落物量的最大值则出现在 7月。图 1 各处理凋落物量月变化动态 Fig . 1 M onthly dynam ics of the litterfall under different nitrogen treat m ents对各月凋落量的进一步分析显示, 在 1年中的 2月份, N2与 N1、 N3处理差异达到显著水平 ( P 0105); 9月份, 凋落量在 N0和 N3处理之间的差异达到显著水平 (P 0105) (表 4)。其它月份处理之 间的差异均不显著。叶的年凋落物量动态与凋落总量的变化趋势比较吻合, 证明叶的凋落物量在一定程度上主导着杉木人工林的凋落物总量。表 4 各处理间 2、 9月凋落量的 LSD多重比较 Tab . 4 LSD com parisons for them onthly litterfall in Feb - ruary and September am ong different nitrogen treat m ents月份处理N3N2N1N02N3010136*0 16769011063 N2- 1281320 10283*012521 N1119135 247167012081 N0- 10178 117154- 130 1139N30114470 10927010398*N21261070 17875014533 N114811322107016257 N01881236211740 114 讨 论通过 2年的观测显示, 高氮处理 ( N3)对凋落物量产生明显的促进作用。原因可能是, 氮沉降一定 程度上会增加土壤有效氮水平, 因而氮沉降率的增1337樊后保等: 杉木人工林凋落物量对氮沉降增加的初期响应加在一定时间内会促进植物生产力, 常见的例子就是 林业经营上 通过施加 氮肥来促进 林木生长 ( Tamm, 1991)。也有实验证明, N 沉降的临界点在10 25 kg N# hm- 2# a- 1范围内。当生态系统处在氮饱和状态, 也就是从大气干湿沉降输入生态系统的氮超出植物和微生物等的需求氮的临界点时, 氮沉降就会降低生产力 ( Aber et al. , 1998)。本实验所采用的高、 中、 低氮处理的用氮量均远超过此临界值, 这可能造成短期内含氮量高的处理增加森林生 产力, 从而导致含氮量高的处理凋落量相应增加。随着时间的推移, 当氮沉降超出植物和微生物所需求氮的临界值时, 又会表现抑制作用。另外, 自然因素对凋落物干扰也比较大, 因为凋落物量与纬度、 海拨、 气温、 降水量、 土壤等密切相关 ( Dray K ikuzawa et al. , 1977 ; 程伯容等, 1987 ; ReinersFyles& Fyles, 1993)。在 4个不同的氮处理中, 其月凋落量表现出比较明显的季节动态, 在 1年中出现 3个明显的峰值。王凤友 ( 1989)认为, 多数森林, 特别是常绿森林, 其月凋落量的季节动态模式是双峰型。在研究亚热带常绿阔叶林峰期产生的原因时, 有学者推断雨季初 期植物换叶和雨季末期台风的影响是主要因素 (翁轰等, 1993)。本实验所在地受台风影响频繁, 根据凋落物收集时所记录的天气情况, 2 、 5 、 7月雨水比较多, 在 5月和 7月更是有强台风的影响, 这也许是选成月凋落物动态呈三峰型的原因。N0、 N2、 N3均在 2月份凋落物量达到最大, 而N1的凋落物量的最大值则出现在 7月。其原因是杉木人工林的凋落物动态受树种生物学和环境的影 响比较大。高氮处理满足了杉木人工林对氮素的需求, 促进了杉木的营养生长, 自然更新速度加快, 从而引起高氮处理凋落量峰值出现较其它几个处理要早。这与俞新妥 ( 1988)研究 10 12年生林分施氮肥所得结果有相似之处。氮沉降对森林生态系统的影响是一个长期的过 程, 本试验只是对 2年的数据进行分析, 揭示了凋落物量对氮沉降的初步响应。因此, 要确切了解氮沉降对亚热带森林凋落物的影响还需进行长期的定位监测。参考文献程伯容, 丁桂芳, 许广山, 等. 1987. 长白山红松阔叶林的 生物养分循环. 土壤学报, 24( 2): 160- 169.樊后保, 黄玉梓.2006 . 陆地生态系统氮饱和对植物影响的 生理生态机制. 植物生理与分子生物学学报,32( 4): 395- 402. 李德军, 莫江明, 方运霆, 等.2005 . 模拟氮沉降对南亚热 带两种乔木幼苗生物量及其分配的影响. 植物生态学 报, 29( 4): 543- 549 . 林 波, 刘 庆, 吴 彦, 等.2004 . 森林凋落物研究进展. 生态学杂志, 23( 1): 60 - 64. 王凤友. 1989. 森林凋落量研究综述. 生态学进展,6( 2): 82- 89. 翁 轰, 李志安, 屠梦照, 等.1993 . 鼎湖山森林凋落物量 及营养元索含量研究. 植物生态学与地植物学学报, 17 ( 4): 299 - 304. 俞新妥. 1988. 中国杉木研究. 福建林学院学报, 8( 3): 203 - 220. Aber J , M cDowellW, Nadelhoffer K,et al .1998. N itrogen saturation in Northern forest ecosyste ms : Hypotheses revis- i ted. Bioscience, 48 :921- 934. Boxman A W, Blanck K, Brandrud TE, et al . 1998. Vegetation and soil biota response to experi mentally-changed nitrogen inputs in coniferous forest ecosyste ms of the N I TREX pro - ject . ForestEcology andM anagement , 101: 65- 79 . Dray JR, Gorham E.1964. L itter production in forests of the world. Advance in EcologicalResearch, 2: 101- 157. EmmettBA, Reynolds B,Silgram M, et al. 1998. The conse - quences of chronic nitrogen additions on N cycling and soil water chemistry in a Sitka spruce stand, NorthW ales . For - estEcology andM anagement, 101 :165- 175. Fyles J W, Fyles I H.1993.Interaction of Douglas-fir w ith red alder and salal foliage litter during deco mposition . Canadi - an Journal of ForestResearch, 23: 358- 361 . K ikuzawaK, AsaiT,FukuchiM.1977. Lea- f litter production in a plantation ofAlnus inokumae. Journal of Ecology, 72: 993- 999. K i mm ins JP . 1987. ForestEcology . New York: M acmillan Pub- lishing Co mpany :31- 129 . M agillAH, Aber JD, BerntsonGM, etal. 2000. Long -ter m n- i trogen additions and nitrogen saturation in two te mperate forests . Ecosystems ,3 : 238- 253 . N ihlgrd B. 1985. The ammonium hypothesis - an additionalex - planation to the forest dieback in Europe . Ambio ,14: 2- 8. ReinersWA, Lang GE.1987 . Changes in litterfall along a gra - dient in altitude . Journal of Ecology, 75: 629 - 638. Ta mm CO. 1991 . N itrogen inTerrestrialEcosystems : Questions of Productivity , VegetationalC