桂西北喀斯特地区3 种灌木群落土壤有机层特征

桂西北喀斯特地区3 种灌木群落土壤有机层特征内容摘要：

2009-08-25 DOI: 10.3724/SP.J.1145.2009.00448 应用与环境生物学报 2009，15 ( 4 ): 448~452 Chin J Appl Environ Biol=ISSN 1006-687X 桂西北喀斯特地区3种灌木群落土壤有机层特征* 朱双燕1, 2, 3 王克林1, 2** 曾馥平1, 2 曾昭霞1, 2 宋同清1, 2 (1中国科学院亚热带农业生态研究所 长沙 410125) ( 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站 环江 547200) (3中国科学院研究生院 北京 100049) 2 摘 要 研究了桂西北喀斯特地区植被自然恢复过程中分别处于不同演替阶段的3种灌木群落土壤有机层(OL)与表 层土壤(表土，TS)的基本物理与化学特征. 结果表明：(1) 有机层干物质现存量为乔灌丛(5 478.96 kg hm-2)>藤刺灌丛(4 538.99 kg hm-2)>灌丛(3 665.37 kg hm-2)；有机层与表土含水量分别为乔灌丛 >藤刺灌丛 >灌丛、乔灌丛 >灌丛 >藤刺灌 丛. (2) 总有机碳(TOC)、全氮(TN)在有机层中的含量基本为未分解层>分解层，全磷(TP)、全钾(TK)则相反；有机层的 TN、TP释放回归速率主要受到凋落物质量的限制，而环境因素的影响相对次要；P素的回归周期最长，是养分归还的 限制因素. (3) 有机层中的TN贮量依演替阶段从低到高而降低，TP与TK贮量群落间相差不大，但表土与有机层中的养 分库格局规律并不一致，在表土中层各养分元素贮量基本上均以乔灌丛最高，即随着群落的正向演替，养分在土壤中 的累积基本呈增加的趋势. 图1 表3 参25 关键词 喀斯特；灌木群落；土壤有机层；表土层 CLC S714.34 (267) Properties of Soil Organic Layer of Three Shrub Communities in Karst Area, Northwest Guangxi, China* ZHU Shuangyan1, 2, 3, WANG Kelin1, 2**, ZENG Fuping1, 2, ZENG Zhaoxia1, 2 & SONG Tongqing1, 2 (1Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China) ( Karst Station for Ecosystem in Huanjiang, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Huanjiang 547200, Guangxi, China) (3Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China) 2 Abstract This paper presents the investigation on the physical and chemical properties of organic layer (OL) and topsoil (TS) in three shrub communities in the karst area of northwest Guangxi, China. The three communities in the process of natural restoration represent three different succession stages. The results showed that the reserve of litter was in the order of treeshrub (5 478.96 kg hm-2) > vine-shrub (4 538.99 kg hm-2) > shrub (3 665.37 kg hm-2), and the water contents of OL and TS followed the orders of tree-shrub > vine-shrub > shrub, and tree-shrub > shrub> vine-shrub, respectively. There were higher total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN), but lower total phosphorus (TP) and total potassium (TK) in litter layer (LL) compared with those in fragmented litter layer (FL). The returning rates of TN and TP were affected more seriously by the quality of litter than by the habitats; P needed the longest time to return to soil there, so it was the limiting factor of nutrient returning. In OL the stocks of TN decreased from shrub to tree-shrub, and TP, TK did not vary significantly among the three communities. However, the stocks of nutrients in TS were in different patterns: Almost the TN, TP and TK stored the most in tree-shrub, indicating that nutrient accumulation in soil increased as the succession proceeded on. Fig 1, Tab 3, Ref 25 Keywords karst; shrub community; soil organic layer; topsoil CLC S714.34 (267) 植物–土壤系统(Plant–soil system)之间的相互作用是陆 地生态系统研究的热点之一 [1~3]. 植物从土壤中吸收养分元素 供给生命活动，同时又通过凋落物的形式在地表释放归还养 分. 森 林凋落 物 在 地 表累积 起不同分 解程 度的有机 残 余 物 质，形成土壤有机层(Soil organic layer) [2, 4, 5]，它与森林表层土 壤(表土，Topsoil)是植被与土壤进行养分与能量交流最集中 收稿日期: 2008-05-19 接受日期: 2008-08-21 ∗中国科学院西部 行 动计 划(No. KZCX2-XB2-08)和国家重 点基础 研究 发展计划(“973”计划)项目(No. 2006CB403208)资助 Supported by the Action Plan of Chinese Academy of Sciences for West Development (No. KZCX2-XB2-08) and the National Key Basic R & D Program of China (“973” Program, No. 2006CB403208) ∗∗通讯作者 Corresponding author (E-mail: kelin@isa.ac.cn) 的地方，对于森林生态系统的养分循环与水土保持等有着极 高的敏感度 [5~7]. 我国西南喀 斯特 地区由于其本身特 殊的地质与气候背 景以及不合理的人类活动，生态系统十分脆弱，生态环境恶 化尤其是土壤退化严重制约着岩溶生态系统的可持续发展， 而有效的生态恢复与重建 措施则需要建 立在 对生态系统运 行机制与退化机理的清楚认识 基础之上 [8~10]. 因此，对 该生 态功能区内土壤 有机层这一重要的敏 感生态界面进行科学 研究是非常必要的 [11~14]. 喀斯特地区植被恢复演替与土壤性 质演变是一个不容忽视的自然过程 [14, 15]，其相关研究对于退 化生态系统的恢复与管理具 有非常重要的对照与指导作用. 本试验研究区域曾遭到了较为严重的植被破坏，从1985年开 4期 朱双燕等：桂西北喀斯特地区3种灌木群落土壤有机层特征 始进行自然恢复，至今已形成了正向序列为石漠化稀疏草丛 →草丛→灌丛→藤刺灌丛→乔 灌丛→常绿 落叶阔叶混交林 片段的演替群落 [15]. 亚热带地区的地带性顶级植被是常绿阔 叶林 [14, 15]，因此该演替系列中的灌丛→藤刺灌丛→乔灌丛是 向顶级 森林 群落演替的关键进程，选取这3个演替阶段的代 表性群落，重点研究分析了其土壤有机层与表土的水分和养 分特征，以期为深入研究喀斯特生态系统恢复过程中植被的 自肥机理以及土壤性质的演化规律提供有价值的参考. 449 新 鲜的和稍微 变色但 未开始分 解的凋落 物，半分 解层则包 括中度到强度破碎分 解以及腐殖化无定形的凋落物 [4, 17]. 由 于西南喀斯特地区生境破碎复杂，岩石分布面积大且土层浅 薄，故将表层土壤(Topsoil，TS)设定为0~5 cm. 分别在3个典型群落内设置了面积为600 m 2 (20 m×30 m) 的固定样地，于2007年11月下旬采样，每个样地随机选取3~5 个取样点，利用15 cm高的铁质取样框固定好0.25 m×0.25 m的 收集面积，分层收集LL和FL层样品，装入保鲜袋并迅速带回 1 材料与方法 室内，测定鲜重后在65 ℃下烘干至恒重并记录干重，计算单 位面积有机层不同层次的有机物现存量和含水量；在有机层 1.1 研究区域与样地概况 研 究区域位于广西壮族自治区环江县中国科学院环江 取样的同时，利用小铁铲沿框壁挖取约5 cm厚的表层土壤， 喀 斯特 生态研究试 验站(108°18′56.9″~108°19′58.4″E，24°43′ 58.9″~24°44′48.8″N)，属中亚热带季风气候区，多年平均气温 除去石砾与植物根系，并混合均匀、风干过筛后用于室内分 析. 测试方法： 为19.9 ℃，年积温6 300 ℃，无霜期329 d，年均降雨量1 389.1 mm. 该区域 是典 型的喀 斯 特 峰 丛 洼地 地