常绿阔叶林演替系列群落下土壤性质的比较

常绿阔叶林演替系列群落下土壤性质的比较 ()第 29 卷 第 3 期 Vol . 29 No . 3 自然科学版河南大学学报 () 1999 年 9 月Journal of Henan University Natural ScienceSep . 1999 Ξ 常绿阔叶林演替系列群落下土壤性质的比较 丁圣彦 河南大学环境与规划学院 ,河南开封 475001 摘 要 :研究了浙江天童国家森林公园常绿阔叶林演替系列群落下土壤的物理及化学性质的变 化 . 结果明 ,从群落演替前期阶段至相对稳定的顶极群落 ,土壤质地及其结构明显得到改善 ,土 壤酸碱度逐渐降低 ,枯落物分解速度加快 ,有机质矿化程度提高 . 土壤有效养分含量虽有所增加 , 但不明显 . 在此基础上分析了土壤性质与常绿阔叶林演替的关系. 关键词 :土壤理化性质 ;常绿阔叶林 ;演替系列 () 论文编号 :1003 - 4978 199903 - 0092 - 05 分类号 : S158 文献标识码 :A Comparison of Soil Characteristics Under Different Successive Communities of Evergreen Broa d- Leaved Forest DING Shengyan College of Environment & Planning , Henan University , Kaifeng 475001 , Henan , China Abstract :In this paper ,we have measured the physical and chemical characteristics of soil under the different successive communities of evergreen broad- leaved forest in Tiantong National Forest Park. The results show that , from Pinus massoniana forest to the relative steadly climax ,the texture and structure of soil improve obviously , the p H value reduces gradually ,the decomposing rate of litter quickens ,the mineralization of organic matter en2 hances ,the available nutrient increases but not obvious. Key words :characteristics of soil ;evergreen broad- leaved forest ; successive communities 0 引言 植被和土壤是生态系统的重要组成部分 ,能量流动和物质循环在二者之间较活跃地进行 着 . 土壤是植物群落发生和发展的物质基础 ,而植物群落又反过来影响着土壤性质和肥力状 1 ,2 ,3 ,4 况 . 系统地研究某一植被类型演替系列群落下土壤性质的变化仅见少数报导,但还没有 看到中亚热带常绿阔叶林演替系列群落下土壤性质变化的文章. 基于此 ,本文以浙江天童国家 森林公园常绿阔叶林不同演替阶段群落下的土壤为对象 ,研究了土壤的物理性质和化学性质 , Ξ 收稿日期 :1999 - 02 - 17 () 作者简介 :丁圣彦 1963 —,男 ,副教授 ,博士 ,主要研究方向 :植被生态学 ,农业生态学 . 1 . 1 气候和植被概况 天童国家森林公园位于浙江省鄞县东南部 , 距宁波市 28 Km , 地处北纬 29?48′, 东经 121? 47′,面积 349ha . 这里属湿润亚热带季风气候 ,其特点是 : 冬夏季风显著 ,年温适中 ,四季分明 , 5 热量充足 ,雨水充沛 ,水热同季有利于植物生长和植被的发育.5 该园的地带性植被是典型的常绿阔叶林 ,现存在的都是次生植被. 历史上由于受到天童 (寺的保护而发育良好 ,后来几经破坏而成为现在以常绿阔叶林为主 ,兼有次生灌丛 、人工林 如 ) 杉木林 、马尾松林和竹林及由次生灌丛向常绿阔叶林演替的各个阶段. 通过在公园内的路线踏查 ,发现从伏虎亭左侧至华东师范大学生态实验站这一线构成了 完整的常绿阔叶林演替系列 ,各个演替阶段分别为次生灌丛 、马尾松林 、马尾松 + 木荷林 、木荷 + 马尾松林 、木荷 + 栲树林及栲树林等. 1 . 2 土壤剖面概况 土壤剖面及土壤取样是在马尾松林至栲树林中进行的 ,群落下的土壤类型属山地黄壤 ,但 常绿阔叶林不同演替阶段群落下土壤剖面形态差异颇大. () ) ( ) ( 马尾松林下 ,枯落物层 A层的厚度 4cm 主要为马尾松的针叶; 腐殖质层 A层为00 0 () () 2cm ;淋溶层 A 层为 2cm ,稍松 ,多小石砾 ,并多草本植物细根 ;淀积层 B 层的厚度大于 8cm , 但多石砾和石块 ,粘重 ,紧实 ,风化程度较差 ,多木本植物粗根. 马尾松 + 木荷林下 ,A层厚 3cm ,多为马尾松针叶和木荷落叶 ;A层厚 2cm ,疏松 ,多细小 000 根 ;A 层比上一阶段厚 4cm ,具团粒结构 ,质地稍松 ,细根多 ;B 层厚 8cm ,仍较粘重 ,稍紧 ,多石 砾 、石块 ,分布较多的中根和粗根. 木荷 + 马尾松林下 ,A层厚 2 . 5cm ,多为木荷等常绿阔叶树种的落叶 ,马尾松针叶所占比 00 例较小 ,且其中多木荷果实和马尾松球果 ,不过木荷种子几乎全部腐烂 ;A层厚 4cm ,疏松 ,多 0 细根 ;A 层厚 6cm ,具团粒结构 ,疏松 ,多细 、中根 ;B 层的厚度大于 13cm ,稍粘重. 木荷 + 栲树林下 ,A层厚 2 . 5cm ,均为常绿阔叶树种的落叶 ;A层厚 7cm ,质地松软 ,多草 000 质根和优势种幼苗的根系 ;A 层厚 7cm ,具团粒结构 ,质地疏松 ,多细小根系成网状 ;B 层的厚度 大于 14cm ,稍紧 ,多中粗根 ,有石砾和少量石块. 栲树林下 ,A层厚 3cm ,均为常绿阔叶树种的落叶 ;A层厚 10cm ,质地疏松 ,多细小根系 ; 000 A 层 7cm ,具团粒结构 ,质地疏松 ,分布有较多的中 、细根 ;B 层厚度大于 14cm ,稍粘重 ,质地稍 紧 ,分布有较多的中 、粗根. 研究方法2 土壤样品于 1993 年 10 月取自常绿阔叶林不同演替阶段群落下 , 土壤剖面除枯落物层 () A外 ,可分为 A、A 、B 三层 ,于 1993 年 12 月,1994 年 1 月进行测定 . 所测定的项目及所采 000 用的方法是 :p H 值用电位测定法 ;土壤吸湿水含量用烘干法 ; 土壤有效氮用扩散吸收法 ; 土壤 () 有效磷用盐酸氟化氨法 0 . 03N NHF- 0 . 025N HCl 法; 土壤有效钾用火焰光度法 ; 土壤有机质 4 6 用重铬酸钾容量法 ;土壤颗粒组成用比重计法. () 94 河南大学学报 自然科学版1999 年 3 研究结果 3 . 1 土壤物理性质 本文所研究的土壤物理性质包括土壤的颗粒组成及土壤的吸湿水含量. 3 . 1 . 1 土壤颗粒组成 不同粒径的土壤颗粒有着不同的特性 ,石砾没有持水能力和毛管作用 ,砂粒干燥时呈单粒 松散状态 ,在水中不膨胀 ,持水能力很差 ,没有收缩性和可塑性 ,毛管性能很差 ; 粉粒在水中不 易膨胀 ,或膨胀甚小 ,无可塑性 ,透水性较差 ,毛管性能较活跃 ;粘粒湿时具有粘结性和可塑性 ,干时收缩 ,在水中强烈膨胀 ,透水性极差但持水能力大 ,湿时毛管能活跃 ,干时毛管易断裂 ,使 毛管水上升速度减缓. 在土壤结构形成的贡献方面 ,粗粉粒和细粉粒较粘粒为大. 粉粒是形成 土壤团粒结构的骨架 ,对土壤水 、肥 、气 、热的调节起着重要的作用. 实验结果列于表 1 . 从表 1 中可以看出 ,在不同演替阶段群落下土壤剖面中粉粒均占有较大的比重 ,并且随着演替阶段的 向前进行所占比重有逐渐增大的趋势 ,特别是土壤 B 层由于细小颗粒向下淋溶 ,增加的趋势 更为明显 ,这就为形成良好的土壤结构奠定了物质基础 ,同时在一定程度上也加速了群落的演 替和优化过程 . 表 1 不同演替阶段群落下的土壤物质性质 吸湿水 颗粒组成 ×100 含量 3演 替 阶 段 土层 0 . 05,0 . 01mm 0 . 01,0 . 005mm 0 . 005,0 . 001mm < 0 . 001mm 1,0 . 25mm ×100 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 粗粉粒细粉粒粗粘粒粘粒砂粒 A 27 . 15 13 . 13 8 . 69 17. 44 33. 69 8 . 6 0 A 24 . 73 17 . 51 15. 45 20. 55 21. 76 3 . 0 马尾松林 B 25 . 70 14 . 39 15. 42 26. 67 17. 82 2 . 8 A 29 . 03 10 . 75 17. 20 16. 09 26. 93 7 . 5 0 A 21 . 06 12 . 64 18. 95 22. 06 25. 29 5 . 3 马尾松 + 木荷林 B 25 . 82 15 . 50 17. 56 25. 75 15. 37 3 . 3 A 21 . 08 10 . 54 13. 70 13. 65 41. 03 5 . 4 0 A 26 . 17 10 . 47 13. 61 13. 55 36. 20 4 . 7 木荷 + 马尾松林 B 27 . 79 13 . 37 12. 35 20. 53 25. 96 2 . 9 A 30 . 41 7. 60 6 . 52 10. 92 44. 55 8 . 6 0 木荷 + 栲树林 A 25 . 20 15 . 75 14. 70 17. 79 26. 56 5 . 0 B 34 . 35 15 . 61 13. 54 19. 75 16. 75 4 . 1 A 30 . 80 6. 31 9 . 56 9 . 57 43. 76 6 . 2 0 栲树林 A 30 . 60 10 . 55 11. 08 13. 13 34. 64 5 . 5 B 36 . 75 13 . 65 14. 70 15. 74 19. 16 5 . 0 () () ( ) 3 A0,3cm;A 3,11cm;B > 11cm. 0 3 . 1 . 2 土壤吸湿水含量 土壤中水分含量的丰富与否 ,与群落地表枯落物的多少及土壤质地有关 ,土壤质地取决于 土壤颗粒组成 ,在影响土壤质地的颗粒组成中以粉粒所占的比重最为重要 ,因为粉粒与砂粒相 ( ) ( ) 表 2 不同演替阶段群落下土壤吸湿水含量 Y与土壤有机质含量 X的相关性 ( )演 替 阶 段 相关方程 Y = f X 相关系数 R 马尾松林 Y = 1. 567 + 0. 422X 0. 9813 马尾松 + 木荷林 Y = 2. 926 + 0. 220X 0. 9562 木荷 + 马尾松林 Y = 2. 908 + 0. 151X 0. 8650 木荷 + 栲树林 Y = 3. 344 + 0. 200X 0. 9982 栲树林 Y = 4. 945 + 0. 053X 0. 9779 3 . 2 土壤化学性质 土壤化学性质供分析的项目有 p H 值 、有效氮 、有效磷 、有效钾 、土壤有机质含量等 ,研究 结果列于表 3 . 表 3 不同演替阶段群落下土壤化学性质 ( )( )有效磷 PO 有效钾 KO 有效氮 25 2有机质 3 演 替 阶 段 土层 p H 值 - 1- 1- 1μ /g?g ×100 μμ/g?g /g?g A层 3. 418 33. 66 270 4. 50 16. 27 0 A 层 马尾松林 1. 601 23. 24 135 4. 53 5. 05 0. 793 45. 96 99 4. 79 1. 65 B 层 A层 3. 879 38. 47 225 4. 07 21. 42 0 马尾松 + 木荷林 A 层 2. 278 32. 06 121 4. 44 7. 73 B 层 1. 500 12. 82 93 4. 73 4. 12 A层 2. 682 39. 27 140 4. 01 17. 72 0 A 层 木荷 + 马尾松林 1. 961 22. 44 88 4. 26 7. 11 B 层 1. 110 20. 84 39 4. 32 3. 50 A层 3. 201 28. 85 178 4. 03 26. 37 0 木荷 + 栲树林 A 层 2. 221 47. 29 74 4. 33 7. 52 B 层 1. 687 19. 24 61 4. 74 4. 43 A层 3. 648 30. 46 194 4. 03 24. 51 0 A 层 栲树林 2. 783 15. 23 96 4. 20 7. 93 B 层 1. 110 11. 22 40 4. 48 3. 09 () () ( )3 :A0,3cm;A 3,11cm;B > 11cm 0 3 . 2 . 1 土壤 p H 值 从表 3 中可以看出 ,同一演替阶段群落下 p H 值均是随着土壤剖面自上而下逐渐升高. 这 是因为土壤上层枯落物较多 ,给土壤真菌的活动提供了较丰富的资源 ,而且在酸性条件下 ,随 () 96 河南大学学报 自然科学版1999 年 着土壤温度的升高而使得土壤真菌的活动进一步加强 ; 另一方面 ,由于群落下湿度大 ,盐基不 断向下淋溶 ,使剖面上部土壤胶体上盐基含量逐渐减少而下部逐渐增加. 不同演替阶段群落下土壤各层次的 p H 值由马尾松林到栲树林逐渐降低 ,这是由于每年 (的凋落物量较其后的演替阶段群落小 ,加之演替前期和演替后期凋落物的性质也不同 演替前 ) 期马尾松针叶较多而演替后期则以常绿阔叶树的落叶为主. 而且土壤温度 、湿度由演替前期 至演替后期也逐渐降低 ,导致土壤真菌活动逐渐旺盛 ,从而使 p H 值降低. 从群落演替的角度看 ,马尾松林自混入木荷等常绿阔叶树种到常绿阔叶树种占优势 ,以致 最后相对稳定的栲树林 ,p H 值呈逐渐降低的趋势 ,p H 值降低的结果 ,加速了土壤中枯落物的 分解 ,增加了土壤中有机质的含量 ,从而引起土壤整体肥力的增加 ,使群落中组成种类生长加 快 ,其最终结果导致群落的加速演替. 3 . 2 . 2 土壤有机质 、有效氮 、有效磷 、有效钾的含量 从表 3 中可以看出 ,各演替阶段群落下土壤剖面中除 A层有机质含量有增加的趋势外 , 0 A 、B 两层变化不甚明显. 虽然群落从演替前期到演替后期群落下的枯落物逐渐增多 ,但就土壤 中有效 N 、P 、K 的含量来看 ,同一群落下土壤剖面中由上而下呈明显的递减趋势 ,具有明显的 “漏斗”效应 ,这是由于有机质和有效养分在土壤表层富集的结果. 不同演替阶段群落下土壤中 的有效磷和有效钾含量较高 ,而有效氮含量却较低. 原因可能是 :枯落物分解较差 ;土壤有机物 腐殖化程度较低 ;中亚热带东部地区降雨量大 ,群落地表水的冲刷流失作用较强及土壤中植物 的根系发达 ,对有效养分的吸收较多等. 不同演替阶段群落下土壤有效养分含量的差异不显 著 ,说明土壤有效养分含量的多少并不是影响植物群落演替的主导因子. 综合不同演替阶段群落下土壤的颗粒组成和 p H 值 、有机质 、有效态氮 、磷 、钾的含量可以 看出 ,从演替前期的马尾松林阶段到演替末期相对稳定的栲树林 ,各项指标基本上都是向较好 的方向发展 ,即向良性土壤系统的方向发展. 良好的土壤环境无论是对优势种的较大植株或是 幼苗 、幼树 ,以及对群落其它成员的生长发育都提供了较合适的生长条件 ,这就从整体上加速 了群落的演替 . ( 但从实验结果中也可以发现一些有趣现象 ,即几乎各项指标在针阔叶混交林中 即马尾松 ) + 木荷林和木荷 + 马尾松林 ,尤其是在木荷 + 马尾松林中都呈现一种大起大落的现象. 对这 种现象作何解释或说明了什么问题都有待进一步研究. 参考文献 : () 1 何金海 . 鼎湖山自然保护区之土壤. 热带亚热带森林生态系统研究 ,1982 , 1:25,38. 张秉刚 ,康慕谊 . 鼎湖山自然保护区不同林型下土壤的物理性质 , 热带亚热带森林生态系统研究 ,1985 , 2 () 3:1,10. 张秉刚 ,康慕谊 . 亚热带季风常绿阔叶林不同林型下土壤水分状况的研究 . 热带亚热带森林生态系统研究 , 3 () 1990 , 6:75,82. ( ) ( ) 付瓦利 . 缙云山自然保护区不同植被下黄壤的研究. 西南师范大学学报 自然科学版,1991 ,16 1: 126, 4 135. 宋永昌 ,王祥荣 . 浙江天童国家森林公园的植被和区系 . 上海 :上海科学技术文献出版社 ,1995. 中国科学院南京土壤研究所 . 土壤理化分析. 上海 :上海科学技术出版社 ,1978. 5 6