不同发育阶段杉木人工林生态系统有机酸研究

摘要

杉木(Cunninghamialanceolata)是我国南方重要的商品用材树种,具有生长速度快、品质优良、产量高且用途广的特点,在我国南方杉木产区,其木材产量约占全国商品用材的20％,具有重要的地位。但随着多代连栽,杉木人工林的生产力逐渐下降。在我国南方杉木人工林生态系统普遍存在着全磷含量高、可被林木吸收利用有效磷低的普遍现象,致使林木表现出“遗传学缺磷”的特点,已经成为制约南方杉木人工林发展的重要因素。造成这种情况的主要原因是由于磷素极易被强烈的化学作用所固定,形成不易被吸收的难溶性磷酸盐,进而直接影响到杉木人工林的生长发育。当前,加速土壤固定态磷释放的方法,主要是通过一些传统施肥方法,人工施加各种化学肥料,而这些化学肥料并不能被真正吸收,不仅增加了生产成本,反而在林地中不合理的施用会造成二次污染,产生新的环境问题,不利于森林生态系统的可持续发展。
　　有机酸在森林生态系统中对土壤有着重要的影响作用,尤其在土壤固定态磷的活化、重金属缓解、促进植物根际矿质的有效性等方面效果明显。它是一类功能性有机化合物,主要包括低分子有机酸、高分子有机酸以及芳香族有机酸等。在森林生态系统中,这些有机酸广泛存在于植物的枝、叶、果、和林地土壤中,尤其在根系分泌物中广泛存在,因此本文对森林生态系统中自身存在的有机酸的种类和含量及其在森林生态系统中的作用展开研究,这对于今后应用森林生态系统中自身含有的有机酸来活化森林土壤中的磷就显得极其重要。
　　鉴于此,本文以福建省三明市莘口林场不同发育阶段杉木人工林为研究对象,通过凋落物、土壤有机酸的定性和定量测定分析,对凋落物和土壤中低分子和高分子有机酸的组成和含量状况进行比较研究。同时弄清杉木人工林土壤磷素状况,从而揭示出有机酸对杉木人工林生长发育及在杉木人工林生态系统中的作用,这对于提高杉木人工林产量和质量具有重要的科研价值和指导意义。主要研究结果如下:
　　(1)对凋落物及土壤有机酸的试验方法进行探索选择,采用液相色谱法和气相色谱法分别进行试验,经过反复试验对比研究,发现气相色谱法最为适合本试验的测定。
　　(2)不同发育阶段杉木人工林未凋落杉木低分子有机酸总含量差异显著,枝、叶、果低分子有机酸总含量为:幼龄林>成龄林>中龄林;叶的低分子总含量明显高于枝和果。未凋落部分高分子有机酸总含量为:叶高分子有机酸总含量大于果、枝的高分子有机酸总含量。在3个龄林中,未凋落枝、叶、果的高分子有机酸总含量成龄林最高。不同发育阶段杉木人工林未凋落杉木有机酸总含量,枝、叶、果有机酸总含量最高皆为幼龄林,最低为中龄林,且叶有机酸总含量大于枝、果的有机酸总量。
　　(3)不同发育阶段杉木人工林已凋落杉木低分子有机酸总含量,叶的低分子总含量最高,其次为果、枝;已凋落杉木低分子有机酸在种类和含量均低于未凋落杉木,有些部分在林地中经过分解作用,低于最小检测限。已凋落杉木高分子有机酸总含量为:叶>果>枝。其中,在3个龄林中,已凋落枝高分子有机酸总含量最高为幼龄林;已凋落叶高分子有机酸总含量差异不显著;已凋落果高分子有机酸总含量为:幼龄林和成龄林差异不显著,中龄林含量最低。不同发育阶段杉木人工林已凋落杉木有机酸总含量,总体趋势为叶>果>枝。其中,叶、枝、果最高含量皆为幼龄林,中龄林含量最低。
　　(4)不同发育阶段杉木人工林土壤低分子有机酸中可以检测到草酸。在3个林龄的同一土层中,草酸含量表现为:成龄林含量最高,幼龄林含量最低。在0-20cm土层中,成龄林草酸含量比幼龄林高一倍;20-40cm土层中,成龄林明显高于幼龄林;在同一龄林,不同土层中草酸含量随着土层的加深而逐渐降低。
　　(5)在不同发育阶段杉木人工林土壤高分子有机酸中,辛酸含量相对其他几种高分子有机酸含量较高;不同土层中,辛酸、葵酸、亚油酸含量为:成龄林>中龄林>幼龄林;在同一龄林,不同土层中辛酸含量随着土层的加深而逐渐降低。硬脂酸在不同发育阶段、同一土层中,含量表现为:中龄林最高,幼龄林最低。十六烯酸在不同发育阶段、同一土层表现为:成龄林最高,中龄林最低。不同发育阶段杉木人工林土壤有机酸总含量差异显著(p<0.05),成龄林有机酸总含量最高,幼龄林最低。
　　(6)不同发育阶段杉木人工林林地0-20cm、20-40cm土层中,幼龄林全P含量最高,中龄林最低;40-60cm土层中全P含量最高为成龄林,其次为幼龄林、中龄林;从平均值看,成龄林>中龄林>幼龄林;在3个林龄中P含量随着土层的加深而递减,差异均达显著水平(p<0.05)且成龄林土壤土壤全磷与土壤有机酸呈显著正相关。
　　(7)不同发育阶段杉木人工林土壤有效P在不同土层中,幼龄林含量最低;在3个林龄中P含量随着土层的加深而递减,且不同土层有效磷差异显著(p<0.05);幼龄林土壤有效P与有机酸呈显著正相关。
　　(8)不同发育阶段土壤无机磷:Al-P在不同发育阶段杉木人工林均表现为随土层深度的增加,呈明显的递减趋势且差异显著(p<0.05);在不同土层中,幼龄林Al-P含量最高;0-20cm、40-60cm中,3个龄林含量差异显著;20-40cm,中龄林与成龄林含量差异不显著。不同土层中Fe-P含量差异显著,且随着土层的加深,Fe-P逐渐减小;不同土层中,幼龄林Fe-P最高,成龄林最低。O-P在无机磷组分中含量最大,整体表现为随深度的增加,O-P逐渐降低且含量差异显著(p<0.05);不同发育阶段、同一土层杉木人工林幼龄林含量最高,成龄林最低。Ca-P含量在无机磷中最低,含量差异显著(p<0.05)且随着土层加深而逐渐降低;在0-20cm土层中Ca-P含量最高为幼龄林,最低为成龄林。从平均值看,杉木人工林不同形态土壤固定态无机磷幼龄林含量最高,而有效磷含量最低;幼龄林、中龄林土壤Al-P与凋落物有机酸呈极显著负相关;成龄林的O-P与凋落物有机酸呈极显著负相关。

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前言

1国内外研究进展

1.1有机酸活化土壤磷研究进展

1.2森林土壤有机酸研究进展

1.3森林凋落物有机酸研究进展

2试验地概况

3研究方法

3.1试验设计

3.2样品采集方法

3.3测定方法

3.4数据统计方法

4结果与分析

4.1不同发育阶段杉木人工林凋落物有机酸研究

4.2不同发育阶段杉木人工林土壤有机酸研究

4.3不同发育阶段杉木人工林土壤磷素含量与有机酸相关性研究

5讨论

5.1森林凋落物有机酸

5.2森林土壤有机酸

5.3森林土壤有机酸与磷的活化

6结论

参考文献

致谢

附录