不同林龄马尾松各器官C、N、P质量分数及化学计量特征_刘平.pdf

第 51 卷 第 3 期东北林业大学学报Vol51 No32023 年 3 月JOUNAL OF NOTHEAST FOESTY UNIVESITYMar 20231)广西八桂学者专项(2019A026);广西科技基地和人才专项(桂科 AD19254004)。第一作者简介:刘平，男，1995 年 10 月生，广西壮族自治区林业科学研究院;现工作于江西环境工程职业学院，助教。E mail:1971059352 qqcom。通信作者:杨章旗，广西壮族自治区林业科学研究院，教授级高级工程师。Email:Yangzhangqi 163com。收稿日期:2022 年 2 月 26 日。责任编辑:王广建。不同林龄马尾松各器官 C、N、P 质量分数及化学计量特征1)刘平杨章旗颜培栋唐生森谢雨瑶(广西壮族自治区林业科学研究院，南宁，530002)摘要为探明桂南地区马尾松人工林 C、N、P 元素在马尾松各器官中的分配格局及其化学计，量特征，揭示马尾松人工林的养分平衡机理及时空动态，为合理经营管理马尾松人工林生态系统提供科学依据。以广西国有派阳山林场不同林龄马尾松人工林为研究对象，分析比较不同林龄马尾松各器官 C、N、P 质量分数及生态化学计量特征。结果表明:马尾松人工林树叶的 C、N、P 质量分数最高，树根的 C 质量分数最低;树干的 N、P 质量分数最低，且与树叶、枝、皮、根的差异显著(p005)。w(C)w(N)和 w(C)w(P)均表现为树干最高，w(N)w(P)表现为树皮最高;w(C)w(N)和 w(C)w(P)均表现为树叶最低，w(N)w(P)表现为树干最低。随林龄增加，树叶 C、N、P 质量分数均呈现先上升后下降的趋势，树根 C、N 质量分数均呈先下降后上升的趋势。N、P 平均质量分数由大到小均依次为树叶、树枝、树根、树皮、树干，马尾松 C、N、P 质量分数均值在成熟林阶段均为最高。马尾松各器官具有复杂的协调机制。整体而言，马尾松各器官养分元素质量分数具有高 C、低 N、低 P 的特点，且马尾松叶片w(N)w(P)受 N 元素限制。因此，为保证马尾松人工林发育，在抚育管理过程中需要增施 N、P 肥。关键词马尾松人工林;化学计量特征;林龄分类号S71855+3C，N and P Contents of Various Organs and Their atios in Different Forest Ages of Pinus massoniana/LiuPing，Yang Zhangqi，Yan Peidong，Tang Shengsen，Xie Yuyao(Guangxi Forestry esearch Institute，Nanning 530002，P China)/Journal of Northeast Forestry University，2023，51(3):2230The experiment was conducted to investigate the distribution patterns of C，N and P elements in various organs of Pi-nus massoniana plantations in southern of Guangxi and their ratio characteristics in order to reveal the nutrient balancemechanism and spatial and temporal dynamics of Pinus massoniana plantations P massoniana plantation forests in Guangxistate-owned Paiyang Mountain Forestry were used to analyze and compare the elemental contents and ecological stoichiom-etry of C，N and P in leaves，branches，stems，bark and roots of P massoniana at different forest ages The C，N and Pcontents were the highest in the leaves and the lowest in the roots，and the N and P contents in the stem were the lowestand significantly different from those in the leaves，branches，bark and roots(p005)Both w(C)w(N)and w(C)w(P)showed the highest in the stem，and w(N)w(P)showed the highest in the bark;and both w(C)w(N)and w(C)w(P)showed the lowest in the leaves，and w(N)w(P)showed the lowest in the stem The mean C，N and Pcontents in the leaves tended to increase and then decrease with increasing forest age，while the C and N contents in theroots tended to decrease and then increase The mean N and P contents were all in the descending order of leaves，bran-ches，roots，bark and stem，and the mean C，N and P contents of P massoniana were all maximum at the mature foreststage The correlation analysis showed that the organs of P massoniana have a complex coordination mechanism On thewhole，the nutrient element content of all organs of P massoniana is characterized by high C，low N and low P Moreover，the w(N)w(P)of P massoniana leaves is limited by N In order to ensure the development of P massoniana planta-tions，it is recommended to apply more N and P fertilizers during the nurturing management processKeywordsPinus massoniana plantation;Stoichiometric characteristics;Forest age生态化学计量学是研究生态系统功能中多种化学元素(碳(C)、氮(N)、磷(P)为主要元素)和能量平衡关系的科学，是分析多种化学元素的质量平衡对生态交互作用影响的一种重要工具1。其理论通常用于植物养分关系的研究，在判断植物养分限制特征方面具有较强的实用性24。碳、氮、磷是植物生长和生态系统功能维持所不可或缺的重要元素，碳是植物体干物质的主要组成元素，而氮和磷分别是合成蛋白质和遗传物质的主要元素56。植物受不同生理过程中养分需求、各器官养分储存及功能性分化差异性的影响，导致同一植物不同器官化学计量特征存在差异78。林龄与植物养分限制具有密切关系，对研究植物不同器官化学计量特征随林龄变化对植物不同器官养分分配和养分需求状况具有指示作用910。马尾松(Pinus massoniana)是我国南方主要用材树种之一，具有速生、丰产的特点，已成为我国南方造林的先锋树种11。近年来，诸多学者对马尾松生态系统化学计量特征开展了不少研究。雷丽群等12 通过对广西马尾松天然林不同林龄(6、16、23、35 a)研究，认为随着树木进入成熟阶段，土壤中有机碳和全氮开始回升。潘复静等13 通过对不同林龄马尾松人工林凋落叶养分变化研究，发现较高林DOI:10.13759/ki.dlxb.2023.03.021龄马尾松对氮和磷重吸收较低，而林龄较低的马尾松对氮和磷重吸收较强。关于马尾松生态系统的研究中，目前主要侧重于叶片14、土壤理化性质和凋落物对生态系统的影响1516，而有关马尾松不同器官间化学计量特征的研究较少。因此，本研究选择桂南地区不同林龄马尾松人工林为研究对象，通过分析马尾松植株不同器官的 C、N、P 质量分数及生态化学计量特征随时间变化的动态特征，旨在揭示马尾松人工林随林龄增加各器官养分平衡机理及时空动态，以期为马尾松人工林养分管理及抚育措施提供理论依据。1研究区概况研究区位于广西南部的宁明县派阳山林场，地理位置处于北纬 221 222N，东经 1076 10717E，气候为北热带季风气候，阳光充足，雨热同期，年均气温 218，最低气温 3，最高气温 407，年降水量 1 2501 700 mm，年日照时间 1 6503 h，无霜期 360 d。地貌以低山丘陵为主，地带性土壤为红壤和赤红壤，土壤质地疏松、呈微酸性。2研究方法21样地设置2021 年 4 月，在派阳山林场马尾松人工林中，选择坡度、坡向、海拔、土壤和地形等立地因子相同或相似的 6 种林分，林龄分别为 5 a(幼龄林)、15 a(中龄林)、23 a(近熟林)、30 a(成熟林)、40 a(过熟林 1)和63 a(过熟林 2)等 6 种林分作为研究对象，每种林分在上、中、下每个坡位各设置 1 个标准地，每种林分共3 个标准地，为保证标准地立地条件基本一致，样地海拔范围控制在 300550 m，坡度在 22左右，坡向以阳坡和半阳坡为主，标准地间隔大于等于 1 km，共设置 18 块标准地。试验林经炼山整地后，均于次年 3月用马尾松优良家系实生苗定植，种植后前 2 年每年进行 2 次砍草抚育，其后均采用近自然经营措施。对标准地内林木进行逐一订牌、编号，测定胸径、树高等生长指标，并调查标准地的地形地貌、土壤类型、群落结构及林下植被状况(见表 1)。表 1不同龄组马尾松人工林标准地基本概况林分类型林分密度/hm2平均树高/m平均胸径/cm郁闭度/%盖度/%幼龄林1 978653968383中龄林1 53410751256573近熟林1 36721092337071成熟林87426673086578过熟林 135029753545681过熟林 22103381568728522样品采集与测定2021 年 5 月，在标准样地内选取 5 株大小和长势较一致的马尾松作为标准木，对树叶、树皮、树枝、树干、树根进行取样。分别从标准木树冠的上、中、下 3 个层次收集四周的枝条，再从每根枝条上摘取典型的生长健康、完整的当年生针叶若干;利用生长锥在每株标准木胸径 13 m 处由南往北方向进行树干样品采集;另在每株标准木胸径 13 m 高的四周按照 10 cm10 cm 样式采集树皮;采用“挖掘法”收集马尾松植株根系，在离标准木约 05 m 的东、西、南、北四个方向用铁锹挖掘 0 20 cm 深的土层根系，将每株挖取的细根与粗根样品混合作为 1 个重复样品，每个样地共 3 个重复。从每个样地的标准木获得的树叶、树枝、树干、树根以及树皮相同器官混合均匀后取样并做好标记，将所有采集的植物鲜样放在装有冰块的海绵箱内运回实验室。在烘箱内105 杀青 30 min，然