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滇中云南松林下的土壤条件及其细根生物量分布状况
目录
摘要1
前言2
1.研究地区和研究方法2
1.1研究地区2
1.1.1样点的介绍2
1.1.2样地的设置3
1.2样品的采集3
1.3样品的处理4
1.4土壤容重和土壤含水率计算4
2.结果与分析4
2.1云南松林下土壤条件4
2.1.1容重状况4
2.1.2土壤含水率5
2.2云南松细根生物量分布特征6
2.3土壤容重、土壤含水率、细根生物量之间的相关性分析8
3.讨论与结论9
致谢9
参考文献10
滇中云南松林下的土壤条件及其细根生物量分布状况
**
(云南大学生命科学学院)
摘要:
为揭示云南松(PinusYunnanensis)林下土壤条件和云南松细根生物量分布状况,分别在云南省玉溪市华宁县、云南省曲靖市罗平县、云南省昆明市嵩明县三个样点设置云南松代表样地30个,分别在每一个样地土深100cm内分五层取样,对取得的土样进行湿重、干重的测量和细根生物量的测定,并对土壤容重的变化趋势,土壤含水率的变化趋势,细根生物量的分布状况以及土壤容重、土壤含水率和细根生物量之间的相关性进行统计与研究,结果表明:
松林下土壤容重随着土壤深度的增加而递增;林下土壤含水率随土壤深度的增加而增加,含水率的值在(18.07±3.70)%-(21.80±4.65)%之间;土壤细根生物量的分布随着土壤深度的增加而降低,且主要分布在0-30cm层;云南松细根生物量和土壤容重之间整体都存在较强的负相关性,并且最高相关系数达到了-0.994,云南松根生物量和土壤含水率之间有一定的负相关性,相关系数在-0.586到-0.907之间。
关键词:
云南松林;土壤容重;土壤含水率;细根生物量
Abstract:
InordertorevealtheconditionsofthesoilofPinusYunnanensisforestsandthebiomassdistributionoftheirroot,weselectedthreerespectiveforestfieldsinthreeCountiesinYunnanprovince:
Huaning,Luopingand,Songmingandsettedthirtytypicalpointsthere.Eachdugauprightholeatthedepthof100cm,andgotoursoilsamplesfromfiveaveragepartsthere.Backtothelab,wemeasuredthewetanddryweights,alongwiththeirthinnerrootbiomasses.Afterthat,wegatheredandanalyzedourdata,soastoknowthetrendsofsoilbulkdensity,soilmoisture,rootbiomassdistributionandalsotherelationshipamongsoilbulkdensity,soilmoisturecontentandrootbiomassareinputtostatisticalanalysis.
Accordingtoourresults,thebulkdensityofthepineforestsoil,sameasthesoilmoisture,getshigherwiththeincreaseofthesoil’sdepth,thevaluesofthemoisturecontentspreadbetween(18.07±3.70)%-(21.80±4.65)%;thinnerrootdistributeslesswiththesoilgetsdeeperinthe0-30cmlayer.AndthereisastrongnegativecorrelationbetweenPinusYunnanensisrootbiomassandsoilbulkdensity,andthehighestcorrelationis-0.994.AndageneralnegativecorrelationbetweenPinusYunnanensisrootbiomassandsoilmoisturecontent,coefficientfrom-0.586to-0.907.
Keywords:
PinusYunnanensisforest;soilbulkdensity;finesoilmoisture;rootbiomass.
前言
云南松属松科松属裸子植物,在云南比较常见,为喜光性强的先锋物种,适用于荒山荒地造林;云南松是我国西南地区主要用材树种之一,也是云贵高原上常见的主要针叶树种,为我国西部偏干性亚热带的典型代表群系,分布以滇中高原为中心(姜磊等,2008);云南松林占云南省林地总面积的52%、有林地蓄积的32%,是云南省的最主要森林植被类型之一(云南森林编写委员会,1986)。
从20世纪80年代开始,就有一些对云南松根系方面的研究,结果表明,云南松林随林龄增长,根生物量在变化(党承林和吴兆录,1991;邓坤枚等,2005;蔡年辉等;2011);还有国外学者研究云南松根系对土体的加固作用(YueZhou&JacksonRB,1997)。
另外,有学者对其他植物根系分布规律进行研究(张宇清等,2002;张宇清等,2006;张宇清等,2006;马姜明等,2010);还有学者研究其他植物森林类型根系分布与土壤性质的关系(黄林等,2012)。
但缺乏对云南松林下土壤和云南松细根生物量分布相关性的研究,本文就是以云南松为对象,试图探究以下问题:
云南松林下土壤条件和云南松细根生物量在土壤层中分布状况以及云南松林下土壤条件与云南松细根生物量的关系。
希望通过此研究,能更加了解云南松林林下土壤条-态建设提供基础依据。
1.研究地区和研究方法
1.1研究地区
1.1.1样点的介绍
在云南省境内选择三个地段,分别是玉溪市华宁县,曲靖市罗平县,昆明市嵩明县,在其中选择代表样地进行测量和统计分析。
云南省玉溪市华宁县地处滇中高原湖盆区的南缘,属中山类型地貌;具体样点的经纬度坐标为(24°11′N,102°53′E),海拔1778-1797m,样地森林的建群种为云南松。
云南省曲靖市罗平县地处云南省东部,滇、桂、黔三省结合部,素有“滇东门户”之称,在该县设置的样地具体经纬度坐标为(25°01′N,104°25′E),海拔为1284-1381m,样地森林建群种为云南松。
云南省昆明市嵩明县是云南省昆明市辖近郊县,踞牛栏江、盘龙江、南盘江“三江之源”,地处滇中腹地,在该县设置的样地具体经纬度坐标为(25°16′N-25°17′N,102°57′E-102°58′E),海拔为2006-2052m,该样地的建群种为云南松,样地内乔木层为纯云南松。
1.1.2样地的设置
每个样点设置3个重复样地,样地间距至少100m,在玉溪市华宁县选出具有代表性的两个样点6个样地、曲靖市罗平县设置一个样点3个样地、昆明市嵩明县设置七个样点21个样地,并对样地内600m2(或1000m2)的云南松进行胸径、树高、存活状态进行统计。
在华宁县选择的样地中,每个样地对样地600m2面积内的云南松进行统计,各样地中乔木层为纯的云南松林,该地段的云南松平均树高为11.32m,平均胸径为47.09cm;在罗平县选择的样地中,每个样地对样地1000m2面积内的云南松进行统计,样点内各样地中乔木层99%为云南松,伴生树种有少量的杉木(Cunninghamialanceolata),罕见种有槲栎(Quercusaliena),麻栎(Quercusacutissima),毛叶柃木(Euryajaponica),该地段的云南松平均树高为12.23m,平均胸径为50.95cm;在嵩明县选择的样地中,每个样地对样地1000m2面积内的云南松进行统计,样点内各样地的乔木层为纯的云南松林,地段内云南松平均树高为9.48m,地段内云南松平均胸径为50.53cm。
1.2样品的采集
采样日期为2012年11月21日至2012年12月25日期间,分别在华宁县,罗平县,嵩明县的30个样地内选择云南松植被结构和云南松林下土壤兼具代表性的地段,作为采土点,挖一个大的土壤剖面,深至100cm,按照0-10cm,10-20cm,20-30cm,30-50cm,50-100cm分五层,每层随机用环刀取三个样品。
采样过程中将环刀托放在已知重量的环刀上,将环刀刃口向下垂直压入土中,直至环刀筒中充满土样为止。
用铁铲将环刀周围的土壤铲去,在环刀下方切断,取出环刀,使环刀两端均留有余出的土壤。
擦去环刀周围的土,并用小刀细心地沿环刀边缘分别削去两端多余的土壤,使土壤与环刀容积相同。
在取样的过程中每一个操作步骤都要确保不扰动环刀内的土壤,要做到保持土样的自然状态(孔凡伟,2010)。
1.3样品的处理
在取得样品后,对每一个样品精心挑选细根系,并尽快进行土壤湿重称重,记为M1,湿重称重后,进行烘干处理,将样品放入(105±2)℃的烘箱内6-8小时至恒重后,将样品冷却至室温再进行土壤干重称重,记为M2,最后,将挑出的细根系用精度为0.0001g的电子天平称重。
1.4土壤容重和土壤含水率计算
土壤含水率(w)是用土壤中所含水分重量占干土重的百分数表示,即:
W=(M1-M2)/M1×100
式中:
W——土壤含水量(%);M1——土壤湿重(g);M2——土壤干重(g)。
容重g/cm3=M2/V
式中:
M2——土壤干重(g);V——环刀体积(cm3)(孔凡伟,2010)。
实验数据用Excel2007进行统计分析、作图和相关性分析。
2.结果与分析
2.1云南松林下土壤条件
2.1.1容重状况
云南省华宁县、罗平县、嵩明县的三个地段样地中云南松乔木林下的土壤容重都随土壤深度增加呈递增趋势,且云南松林下土深100cm内土壤容重在(1.13±0.06)g/cm3至(1.49±0.01)g/cm3之间。
云南省华宁县的土壤容重从0-10cm层的(1.31±0.06)g/cm3增加到50-100cm的(1.49±0.01)g/cm3,其中土壤层由浅到深各层土壤容重平均值:
(1.31±0.06),(1.44±0.06),(1.46±0.02),(1.47±0.06),(1.49±0.01)(单位:
g/cm3)整体都在增加;云南省罗平县的土壤容重从(1.19±0.11)g/cm3增加到(1.33±0.08)g/cm3,整体上也呈递增趋势,其中土壤层由浅到深各层容重平均值:
(1.19±0.11),(1.32±0.04),(1.35±0.07),(1.31±0.03),(1.33±0.08)(单位:
g/cm3);云南省嵩明县的土壤容重从0-10cm层的(1.13±0.12)g/cm3增加到50-100cm层的(1.31±0.10)g/cm3,其中土壤层由浅到深各层土壤容重平均值:
(1.13±0.12),(1.23±0.14),(1.25±0.15),(1.27±0.11),(1.31±0.10)(单位:
g/cm3)都在随土壤深度递增(表1);土壤容重用来计算土壤总孔隙度和估测土壤的松紧度和土壤结构状况,容重的这种递增趋势,表明随着土壤深度增加,土壤在孔隙度,松紧度和结构等方面土壤质地有所下降。
表1各样地各层土壤的平均容重(g/cm3)
土壤深度(cm)
云南华宁样地
云南罗平样地
云南嵩明样地
0-10
1.31±0.06
1.19±0.11
1.13±0.12
10-20
1.44±0.06
1.32±0.04
1.23±0.14
20-30
1.46±0.02
1.35±0.07
1.25±0.15
30-50
1.47±0.06
1.31±0.03
1.27±0.11
50-100
1.49±0.01
1.33±0.08
1.31±0.10
2.1.2土壤含水率
云南省华宁县,云南省嵩明县,云南省罗平县三个样地土壤的含水率都在随土壤深度增加而呈递增趋势。
在0-10cm层,由于易受地区气象状况的影响,其科学价值不大;在嵩明县样地的各层土壤中,含水率的递增趋势微弱,含水率总体在(18.07±3.70)%-(21.80±4.65)%之间;而在10-20cm,20-30cm,30-50cm,50-100cm层中,平均含水率最高的是罗平县的样地土壤,且在该样地土壤中,随着土壤深度的增加,土壤含水率逐渐上升,并在50-100cm层达到了30.00%以上。
而含水率最低的是华宁县的样地的土壤,且也是随着土壤深度的增加而缓慢持续的递增;三个样点总体分析,云南松林林下土壤含水率在(11.90±1.24)%-(31.31±2.35)%之间;表层土壤0-10cm层在(12.00±2.91)%-(20.22±7.28)%之间,10-20cm层土壤含水率在(11.90±1.24)%-(22.14±1.18)%之间,20-30cm层含水率在(11.90±1.24)%-(22.14±1.18)%之间;中层土壤30-50cm层土壤含水率在(15.86±4.61)%-(28.84±1.64)%之间;深层土壤50-100cm层含水率在(17.98±1.17)%-(31.31±2.35)%之间(图1)。
2.2云南松细根生物量分布特征
生物量作为生态系统最基本的数量特征,反映了生态系统获取能量的能力,土壤不同深度的根系生物量,可以反映该植物在某一土层深度的生长能力,积累的生物量越多,说明在该层中利用土壤养分、水分和微量元素的能力越强(周梦华等,2008)。
云南松也不例外,且云南松细根生物量特有自己的分布趋势,特有自己适应的土层。
各样地各层土壤细根生物量都随土壤层深度的增加呈递减趋势,云南省华宁县的样地0-10cm的细根生物量为(0.3826±0.2336)g/dm3,50-100cm呈递减趋势降低到(0.0212±0.0267)g/dm3,云南省罗平县的样地0-10cm的细根生物量也从(0.1508±0.2835)g/dm3呈递减趋势降低到50-100cm层的(0.0533±0.1308)g/dm3,云南省嵩明县的样地细根生物量同样的从0-10cm的(0.3125±0.1329)g/dm3呈递减趋势降低到50-100层的(0.0584±0.0403)g/dm3。
且三个样地云南松细根主要分布在0-30cm层(表2)。
表2各样地各层土壤细根生物量(g/dm3)分布
土壤层(cm)
云南华宁样地
云南罗平样地
云南嵩明样地
0-10
0.3826±0.2336
0.1508±0.2835
0.3125±0.1329
10-20
0.1623±0.0700
0.1494±0.2699
0.2921±0.2815
20-30
0.0762±0.0095
0.0756±0.3286
0.1192±0.0718
30-50
0.0492±0.0516
0.0846±0.2021
0.0552±0.0317
50-100
0.0212±0.0267
0.0533±0.1308
0.0584±0.0403
云南省华宁县,云南省罗平县,云南省嵩明县三个样点总平均细根生物量的整体趋势,随着土壤深度的增加,细根生物量减低,在0-100cm土层中,细根生物量主要分布在0-30cm土层内,在10-20cm土壤层中,细根生物量含量很不稳定,在(0.01-0.49)g/dm3的大范围内波动,此土层的细根生物量有可能比0-10cm层的细根生物量多,也可能含量很少;在20-30cm土层中细根生物量急剧下滑,突然减少;在30-100cm土层中,细根生物量总体分布很少,且在该区间内细根生物量变化平缓,逐渐趋近于0(图2)。
2.3土壤容重、土壤含水率、细根生物量之间的相关性分析
云南省华宁县样地中细根生物量和土壤容重的相关性达极显著的负相关,相关系数为-0.994;除外,细根生物量与土壤含水率有一定的负相关关系,相关系数为-0.660,而土壤含水率和土壤容重也呈一定的正相关关系,相关系数为0.623(表3(a))。
表3细根生物量和土壤条件间相关性分析
(a)华宁县细根生物量和土壤条件间相关性分析
测定项目
细根生物量
土壤含水率
土壤容重
细根生物量
1
土壤含水率
-0.660
1
土壤容重
-0.994
0.623
1
(b)罗平县细根生物量和土壤条件间相关性分析
测定项目
细根生物量
土壤含水率
土壤容重
细根生物量
1
土壤含水率
-0.908
1
土壤容重
-0.622
0.732
1
(c)嵩明县细根生物量和土壤条件间相关性分析
测定项目
细根生物量
土壤含水率
土壤容重
细根生物量
1
土壤含水率
-0.586
1
土壤容重
-0.842
0.306
1
云南省罗平县样地中细根生物量与土壤含水率之间呈较强的负相关,相关系数为-0.908,细根生物量和土壤容重间存在负相关关系,相关系数为-0.623,土壤含水率和土壤容重呈一定的正相关(表3(b))。
云南省嵩明县样地中细根生物量和土壤容重间有比较强的负相关关系,相关系数为-0.842,细根生物量和土壤含水率之间呈负相关关系,相关系数为-0.586,而土壤含水率和土壤容重之间相关性不强(表3(c))。
综合以上分析,云南松细根生物量和土壤容重之间整体都存在较强的负相关关系,可见,土壤容重是影响细根生物量分布的一个重要因素;云南松细根生物量和土壤含水率之间有一定的负相关性,而土壤容重和土壤含水率间相关性不强。
3.讨论与结论
(1)研究表明,云南松林下土壤容重随土壤深度增加而增加,土壤含水率随土壤深度增加而递增,而云南松细根生物量随土壤深度的增加而递减,根据相关性分析,细根生物量与土壤容重有较强的负相关关系,细根生物量与土壤含水率存在相当的负相关关系,这种变化趋势和其间的相关性,说明样地的土壤条件改变着细根生物量的分布,细根生物量的分布改变着样地土壤环境,而土壤容重、土壤含水率、细根生物量之间具体的相互关系,有待进一步的研究。
(2)不同的植物在不同的土壤条件下适应不同深度的土壤,而云南松细根生物量主要在0-30cm土层分布,表明云南松适应土深小于30cm的土壤。
根据根的向肥性,一定程度上表明该层土壤养分条件较好。
(3)三个样地土壤含水率都是随着深度增加而增加,表层土壤含水率较低,可能跟采样的日期和近年云南旱情有关。
(4)随着土层深度的增加,土壤质地趋于紧实,养分含量下降,土壤温度降低,因此根系生物量一般呈迅速下降趋势(邓坤枚等,2005;SchenkHJetal.,2002),云南松细根生物量也是这样,随着土壤深度的增加而递减,且对云南松而言,30-50cm土层细根生物量开始急速下降。
致谢
最后,还要感谢所有关心、支持和帮助过我的同学、朋友和亲人。
参考文献
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