对５１年生甜槠群落Ｃａ、Ｍｇ含量及其生物循环研究表明，甜槠群落现存量中，Ｃａ、Ｍｇ总量分别为１０２９．９６和２３１．３４ｋｇ·ｈｍ－２；其中地上部分分别为８０１．４０和１５９．６８ｋｇ·ｈｍ－２，地下部分分别为２２８．５６和７１．６６ｋｇ·ｈｍ－２．该群落Ｃａ、Ｍｇ生物循环中，年吸收量分别为６３．１７和１８．６８ｋｇ·ｈｍ－２，年存留量分别为３１．７７和１１．４１ｋｇ·ｈｍ－２，年归还量分别为３１．４０和７．２７ｋｇ·ｈｍ－２；Ｃａ、Ｍｇ的富集率分别为１．６６和２．１４

何建源

李振基

杨志伟

林益明

林鹏

汪家社

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武夷山甜槠群落钙、镁的累积和循环*李振基 林益明 杨志伟 林 鹏 (厦门大学生物学系,厦门 361005)何建源 汪家社 (武夷山国家级自然保护区管理局, 武夷山 354315)摘要 对 51 年生甜槠群落 Ca、Mg 含量及其生物循环研究表明, 甜槠群落现存量中,Ca、Mg总量分别为1029. 96和231. 34kg hm- 2; 其中地上部分分别为 801. 40 和 159. 68kghm- 2 ,地下部分分别为 228. 56 和 71. 66kg hm- 2. 该群落 Ca、Mg 生物循环中, 年吸收量分别为 63. 17 和 18. 68kg hm- 2, 年存留量分别为 31. 77 和 11. 41kg hm- 2 ,年归还量分别为31. 40 和 7. 27kg hm- 2 ; Ca、Mg的富集率分别为 1. 66 和 2. 14.关键词 甜槠群落 Ca、Mg累积 生物循环Accumulation and cycling of Ca and Mg in Castanopsis eyrei community in Wuyishan Moun-tains. L i Zhenji, L in Yiming, Yang Zhiw ei, L in Peng ( Depar tment of Biology , Xiamen Uni-ver sity , X iamen 361005) .-Chin. J . A pp l . Ecol . , 1998, 9(6) : 592~ 596.Studies on a 51 years old Castanop sis ey r ei community in Wuyishan Mountains show t hat thestanding had a storage of 1029. 96kg hm- 2 Ca and 231. 34hg hm- 2 Mg , 801. 40kg hm- 2 Caand 159. 68kg hm- 2 Mg in aboveground part, and 228. 56kg hm- 2 Ca and 71. 66kg hm- 2Mg in underground part. T he annual uptake was 63. 17kg hm- 2 Ca and 18. 68kg hm- 2Mg ,annual retention was 31. 77kg hm- 2 Ca and 11. 41kg hm- 2Mg, and annual return w as 31. 40kg hm- 2 Ca and 7. 27kg hm- 2 Mg. The enrichment r at ios of Ca and Mg w ere 1. 66 and2. 14, respectively.Key words Castanop sis eyr ei community, Accumulation of Ca and Mg , Bio logical cycling .* 福建省自然科学基金 ( C92004)和武夷山国家级自然保护区管理局资助项目.1995- 05- 15收稿, 1998- 05- 15接受.1 引 言武夷山甜槠群落是我国中亚热带地带性植被 常绿阔叶林的典型群落之一,其群落学特征在整个武夷山乃至亚热带地区的常绿阔叶林中具有一定的代表性. 但到目前为止, 对该群落物质循环的研究尚未见报道.本文在生物量和第一性生产力研究的基础上, 研究了武夷山 51年生甜槠群落的 Ca、Mg 的累积和生物循环,为该生态系统功能、土壤肥力评价提供理论依据.2 自然概况和研究方法2. 1 自然概况武夷山保护区地处中亚热带, 气候温暖湿润.年平均气温为 12~ 18 , 1 月均温约为 3 , 7月均温为 23~ 24 ; 年平均降水量 2000mm 左右,年均相对湿度 80~ 85% , 年均雾日在 100 天以上.甜槠群落的实验地设在距武夷山自然保护区管理局 10km 处的先锋岭( 27 42 N, 117 41 E) ,海拔 1270m 左右. 林下土壤为山地黄壤, 土层厚度 80cm. 表层多细根, 腐殖层褐黑色, 有团粒结构.土壤理化性质见表 1. 乔木层林冠一般高13m, 最高 15m. 优势 种是 甜槠 ( Castanop siseyr ei) , 并有少量木荷 ( Schima superba )、石栎( L ithocarpus glaber )、交让木 ( Daphniphyllummacropod um ) ; 林 下 灌 木 层 有 肿 节 少 穗 竹( Oligostachyum oedegonatum )、细枝柃木 ( Euryaloquaiana)、鹿角杜鹃 ( Rhododendron latouchae ) ;应 用 生 态 学 报 1998 年 12 月 第 9 卷 第 6 期CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 1998, 9( 6) 592~ 596草本层有里白 ( Hicr iop ter is glauca )、菝葜( Smi-lax china L . ) 和狗脊( Woodwardia j aponica) 等.林冠郁闭度达 90% , 平均密度 1140 株 hm- 2 , 平均胸径 20. 88cm, 叶面积指数 3. 5.表 1 甜槠群落土壤的理化特性Table 1 Physical and chemical properties of soil s in Castanopsis eyrei community土壤深度S oil depth( cm)pH 容 重Weightof volume( g cm- 3)土 重Weightof soil( g cm- 2)Ca浓度Concent rat ion( % )库存量Storage( kg hm- 2)Mg浓度Concentrat ion( % )库存量Storage( kg hm- 2)0~ 30 4. 35 0. 80 24. 0 0. 023 552 0. 125 300030~ 60 4. 55 1. 20 36. 0 0. 019 684 0. 135 486060~ 80 4. 90 1. 40 28. 0 0. 013 364 0. 166 4648合计 T otal 88. 0 1600 125082. 2 研究与方法在甜槠群落的样地中设立 12 个 10m 10m的样方,分别记录样方中乔木种群的数量,并测量每木的高度、胸径. 然后在样方中随机选取具有代表性的 3 株标准木进行砍伐,并分层挖出根系, 求算生物量, 林下灌木层和草本层用收获法直接测定,灌木层采用 2m 2m, 草本层用 0. 5m 0. 5m,各 2 个重复.采伐标准木同时, 分别采得树干 (树材、树皮)、幼枝、多年生枝、枯枝、叶、灌木、草本植物、粗根、中根、细根、枯根的样品 100 ~ 500g, 60 烘干,经粉碎机磨成粉末, 过 60 号筛贮存待测.另取少量样品于 105 烘干, 换算生物量.甜槠群落各组分样品的 Ca、Mg 测定采用原子吸收分光光度法[ 3] , 仪器为 WFX-IB 型原子吸收分光光度计.叶面积指数用剪纸衡重法测定 .3 结果与讨论3. 1 甜槠群落的 Ca、Mg 元素浓度经测定,甜槠群落各组分的 Ca、Mg 元素浓度如表 2所示.从表 2可以看出, 树皮的含 Ca量最高,其次是枯枝,树干材最低.树皮含 Ca量最高.这与海南岛橡胶树皮含Ca量最高的结果一致[ 1] . M g 浓度最高的是幼枝, 其次是叶, 树干材最低. 由于 Mg密切参与植物的生命过程, 所以它主要集中于生命活动旺盛的叶以及幼枝中. Ca、Mg 浓度最低的部位都是树干材,与北京人工刺槐林[ 6]、广西火力楠人工林[ 5]研究结果一致. 同时, 甜槠群落各组分中 Ca 浓度均高于 Mg 浓度.表 2 甜槠群落各组分的 Ca、Mg浓度(%)Table 2 Concentration of Ca andMg in di fferent fractionsof Castanopsis eyrei community(% dw)组 分 Organs Ca Mg叶 Leaf 0. 327 0. 198幼枝 Tw ig 0. 618 0. 383多年生枝 Perennial branch 0. 578 0. 134枯枝Dead branch 0. 680 0. 109树材Wood of t runk 0. 094 0. 014树皮Bark of trunk 0. 896 0. 103灌木 Shrub 0. 325 0. 157草本植物 Herb 0. 203 0. 109粗根Macro-root ( > 2cm) 0. 490 0. 117中根M id-root ( 0. 2~ 2cm) 0. 401 0. 175细根M icro-root( < 0. 2cm ) 0. 228 0. 133枯根Dead root 0. 199 0. 0693. 2 甜槠群落 Ca、Mg 的现存库量甜槠群落各组分 Ca、Mg 元素浓度与相应各组分的现存生物量相乘就得出各组分的现存库量(表 3) .表 3 甜槠群落 Ca、Mg的现存库量Table 3 Storge of Ca andMg in Castanopsis eyrei commu-nity组分Frac-t ionCa Mg叶Leaf 42. 24 4. 10 25. 57 11. 05幼枝T w ig 11. 78 1. 14 7. 30 3. 16多年生枝 239. 42 23. 25 55. 51 23. 99Perennial branch枯枝Dead branch 29. 04 2. 82 4. 66 2. 01树材Wood of t runk 246. 82 23. 96 36. 76 15. 89树皮Bark of trunk 223. 51 21. 70 25. 69 11. 11灌木 Shrub 7. 85 0. 76 3. 79 1. 64草本植物Herb 0. 74 0. 07 0. 40 0. 17粗根Macro-root 161. 13 15. 64 38. 47 16. 63中根M id-root 33. 46 3. 25 14. 60 6. 31细根M icro-root 28. 80 2. 80 16. 80 7. 26枯根Dead-root 5. 17 0. 50 1. 79 0. 77总计T otal 1029. 96 100. 00 231. 34 100. 00库存量 Storage( kg hm- 2) , 占总量百分比 Percent-age to total( % ) .5936 期 李振基等:武夷山甜槠群落 Ca、Mg 的累积和循环从表 3可以看出, 甜槠群落的 Ca、Mg总库量分别为 1029. 96 和 231. 34 kghm- 2;其中地上部分分别为801. 40(占总库量的 77. 81% ) 和159. 68 kg hm- 2(占69. 02%) ; 地下部分分别为 228. 56 (占229. 19%)和 71. 66kg hm- 2(占30. 98%) .各组分间 Ca库量的大小顺序是:树干材>多年生枝> 树皮> 粗根> 叶> 中根> 细根> 枯枝> 幼枝> 灌木> 枯根> 草本. 各组分间 Mg 的库量的大小顺序是: 多年生枝> 粗根> 树材> 树皮> 叶> 细根> 中根>幼枝> 枯根> 灌木> 枯枝> 草本. 各组分的 Ca库量均高于 Mg 库量.这与北京人工刺槐林研究结果一致[ 6].与其它森林群落相比, 甜槠群落的 Ca库存量 1029. 96kg hm- 2,低于北京人工刺槐林4330. 2kg hm- 2[ 6]、比利时 Wavirelles地区橡树林 1648kg hm- 2[ 6]和北京人工油松林1618. 5kg hm- 2[ 7] , 而高于广东流溪河水库的常绿阔叶林 316kg hm- 2、马尾松林265. 3kg hm- 2[ 10]. 甜槠群落 Mg 库量为231. 34kg hm- 2, 低于人工油松林362. 2kg hm- 2[ 7] , 而与广东流溪河水库的常绿阔叶林 207. 4kg hm- 2[ 10]和北京人工刺槐林266. 6kg hm- 2相近. 其中甜槠群落 Ca与 Mg 的库量比为 4. 45 1,低于比利时的橡树林 ( 10. 56 1) 和北京人工刺槐林( 16. 24 1) , 而与北京人工油松林 4. 471几乎相等.3. 3 甜槠群落 Ca、Mg 的生物循环3. 3. 1 Ca、Mg 元素的年存留量 根据武夷山甜槠群落 1992 年的干物质净增长量与相应各组分的 Ca、Mg 元素浓度的乘积可得出 Ca、Mg的年存留量, (图 1) .从图 1可见,幼枝中的 Ca、Mg 年存留量均量高.3. 3. 2 Ca、Mg 元素的年归还量 从表 4可见,甜槠群落的 Ca、Mg 年归还量分别为31. 40kg hm- 2和7. 27kg hm- 2.图 1 甜槠群落Ca、Mg 的年存留量Fig. 1 Pool amount of Ca and Mg in Castanopsiseyrei community.Wt :树干 Wood of t runk, Pb: 多年生枝 Pereninalbranches, Bt: 树皮 Bark of t runk , Tw : 幼枝Tw igs, Sh: 灌木 Shrubs, He: 草本 Herbs, D: 根Root .表 4 甜槠群落 Ca、Mg的年归还量Table 4 Annual return of Ca and Mg in Castanopsis eyreicommunity组分Fraction年生产量Product ion( kg hm- 2yr- 1)元素浓度Concent-ration ofelement( % )Ca Mg元素归还量Return ofelement( kg hm- 2)Ca Mg落叶Lit ter leaf 2899. 2 0. 625 0. 158 18. 91 4. 57落花Lit ter f low er 13. 4 0. 373 0. 126 0. 04 0. 01落果Lit ter f ruit 121. 5 0. 376 0. 162 0. 47 0. 21大落枝 246. 8 1. 193 0. 066 2. 94 0. 16Lit ter big branch小落枝 511. 1 0. 757 0. 102 3. 87 0. 53Lit ter small branch枯根Dead root 2599. 0 0. 199 0. 069 5. 17 1. 79总计T otal 6391. 0 31. 40 7. 273. 3. 3 Ca、Mg 元素的年吸收量 年吸收量为年存留量与年归还量之和[ 13] , 依此推算出甜槠群落 Ca、Mg 的年吸收量分别为63. 17kg hm- 2和 18. 68kg hm- 2, 归还量分别占吸收量的 49. 7%和 38. 9% .这一比例与日本陆生天然阔叶林的情况相似(分别为 50. 9% 和40. 7% )[ 13], 而低于英国沼泽庞桦林(分别为 77. 3%和 83. 9%)[ 11]和我国海莲红树林(分别为 66%和 80%) [ 9] ,表明中生环境的 Ca、Mg 的归还率均比湿生环境的森林低.甜槠群落 Ca、Mg 元素的年循环如图 2所示.3. 3. 4 Ca、Mg 在群落中的周转期 某一元素在植被中的周转期是以该元素在现存量594 应 用 生 态 学 报 9 卷中的库存量与在年凋落物中相应元素重量的比率. 经计算, 甜槠群落 Ca、Mg 的周转期分别为 39 年和 42年, Ca 的周转比 Mg快,这个结果与巴拿马热带雨林 Ca( 22年)比 Mg( 25年)快的研究结果一致[ 12] .3. 3. 5 元素的流动系数 营养元素由土壤进入植物,是生物循环的一个重要过程,可以用生物吸收系数、利用系数来说明[ 10] .植物对营养元素的吸收累积取决于植物本身的选择吸收功能, 具有相对的独立性.从表 5可以看出, 甜槠群落 Ca的吸收系数为11. 4% , 大大超过 Mg 的吸收系数 0. 6%,这说明中亚热带武夷山常绿阔叶林甜槠群落对 Ca的吸收累积能力比 Mg 强. 这也验证了 Ca更多地集中于阔叶林中[ 4] .3. 3. 6 元素的富集率 富集率是指净初级生产量中元素的平均浓度与群落生物量中的相应元素的平均浓度的比值[ 14], 计算得出甜槠群落Ca、Mg 的富集率均> 1(表 6) ,说明武夷山 51年生甜槠群落的 Ca、Mg 仍图 2 武夷山 51年生甜槠群落 Ca、Mg 的年循环( 1993) ( kg hm - 2)Fig. 2 Annual cycle of Ca an d Mg in 51- year- oldCastanop si s eyrei community in Wuyishan Mountains( 1993) ( kg hm - 2) .A.年存留量 Annual retent ion, B.元素现存量 Stand-ing crop of element , C.年归还量Annual return, D.年吸收量 Annual uptake, E. 表土层 ( 0 ~ 30cm ) 库量Storage in topsoil, F.灌木和草本 Shrub and herb, G.枝Branch , H. 树材 Trunk, I.根 Boot, J. 落叶 Lit terleaf , K .落花果 Lit ter flow er and fruit , L. 落枝 Lit terbranch, M .枯根 Dead root .表 5 甜槠群落的 Ca、Mg的流动系数Table 5 Movement coefficients of Ca and Mg in Castanopsis eyrei community元素Element现存量Storage instanding crop( kg hm- 2 yr- 1)年吸收量Annual uptake( kg hm- 2 yr- 1)年归还量Annual return( kg hm- 2 yr- 1)表土含量Storage insurface soil( kg hm- 2)吸收系数1)Absorpt ioncoeff icient利用系数2)Utilizat ioncoeff icient循环系数3)Cyclecoef ficientCa 1029. 96 63. 17 31. 40 552 0. 114 0. 061 0. 497Mg 231. 34 18. 68 7. 27 3000 0. 006 0. 018 0. 3891 )吸收系数= 年吸收量/表土含量. Absorpt ion coef ficient= Annual uptake/ Storage in surface soil ( 0~ 30 cm) , 2)利用系数 = 年吸收量/元素库量. U t ilizat ion coeff icient= Annual uptake/ Storage in standing crop, 3)循环系数= 年归还量/年吸收量. Cycle coef ficient= Annual return/ Annual uptake.表 6 甜槠群落 Ca、Mg的富集率Table 6 Enrichment ratio of Ca and Mg in Castanopsiseyrei community元素Element净初级生产量中元素平均浓度1)( % )群落生物量中元素平均浓度2)( % )富集率EnrichmentratioCa 0. 420 0. 253 1. 660Mg 0. 122 0. 057 2. 1401) Mean concent ration of element in netprimary product ion( 1992) , 2) Mean concentration in of element biomass.不断地被吸收积累.3. 3. 7 元素的迁移 根据文献[ 2]推算元素迁移的公式得出甜槠群落的 Ca、Mg 的生物吸收、分解和归还的比率(表 7) , 从表7可见, Ca的生物吸收率和生物归还率大于 Mg,而 Ca的生物分解率低于 Mg. 这与管东生研究广东流溪河水库的常绿阔叶林5956 期 李振基等:武夷山甜槠群落 Ca、Mg 的累积和循环表 7 甜槠群落 Ca、Mg的迁移和生物循环Table 7 The translocation and biological cycling of Ca andMg in Castanopsis eyrei community元素Element鲜叶Fresh leaves( % )凋落物Lit ter fall( % )残留物Residues( % )表土Surface soil( % )生物吸收率Bio-absorptionrat io1)生物分解率Bio- decompos-it ion rat io2)生物归还率Bio-returnratio3)Ca 0. 327 0. 692 0. 726 0. 023 1422 45 3156Mg 0. 198 0. 144 0. 093 0. 125 158 213 741)生物吸收率= 鲜叶化学组成/表土化学组成 100% . Biological absorpt ion rat io= Chemical com posit ion of fresh leaves/Ch emical composition of surface soil 100% , 2)生物分解率= 鲜叶化学组成/残留物化学组成 100% . Biological decom-position rat io= C hemical composit ion of fresh leves/ Chemical composit ion of surface soil 100% , 3)生物归还率= 残留物化学组成/表土化学组成 100% . Biological return rat io= Chem ical composit ion of residues/ Chemical com position of sur-face soil 100%.的结论一致[ 10] .参考文献1 王景华. 1987.海南岛土壤和植物中的化学元素.北京:科学出版社. 77~ 118.2 中国科学院南京土壤研究所. 1974. 中国土壤. 北京:科学出版社. 499~ 622.3 中国科学院南京土壤研究所. 1978.土壤理化分析.上海:上海科学技术出版社. 177~ 336.4 东北林学院主编. 1981. 森林生态学.北京: 中国林业出版社.5 冯宗炜、张家武、陈楚莹等. 1983. 火力楠人工林生物量和营养元素的分布. 东北林学院学报, 11 ( 2) :13~ 19.6 陈灵芝、孙繁志、缪有贵等. 1988. 北京人工刺槐林化学元素浓度特征.植物生态学与地植物学学报,12( 4) : 245~ 254.7 陈灵芝、胡肄慧、孔繁志等. 1987. 人工油松林的化学元素特征.植物学报, 29( 3) : 302~ 308.8 陈忠仁、施金生. 1985. 武夷山自然保护区人工植被.武夷科学, 5: 275~ 283.9 林 鹏、林明祥. 1990.海南岛海莲红树林的钙、镁累积和循环.应用生态学报,1( 3) : 209~ 213.10 管东生. 1989. 流溪河水库林区森林生态系统养分的研究.热带亚热带森林生态系统研究( 第 5 集) .北京:科学出版社. 123~ 134.11 Duvign eaud, P. , Denaeyer-Des Smet . (彭克明、陈佐忠译) . 1974.温带落叶林矿质元素的生物循环. 植物生态学译丛( 第一集) . 北京: 科学出版社. 72~95.12 Golley, F. B. (李文华译) . 1982. 热带森林的生产量和矿质循环.植物生态学译丛( 第四集) .北京: 科学出版社. 124~ 134.13 Tsutsum i, T . (陈佐忠译) . 1982.森林生态系统中营养元素的积累和循环.植物生态学译丛 (第四集) .北京:科学出版社. 177~ 180.14 Woodw ell, G . M . , Whit taker R H and Houghton, R.A. 1975. Nut rient concentration in plants inBrookharen Oak-pine forest . Ecol . , 56 ( 2) : 318~332.596 应 用 生 态 学 报 9 卷

武夷山甜槠群落钙、镁的累积和循环

http://dspace.xmu.edu.cn/bitstream/handle/2288/15237/%e6%ad%a6%e5%a4%b7%e5%b1%b1%e7%94%9c%e6%a7%a0%e7%be%a4%e8%90%bd%e9%92%99%e3%80%81%e9%95%81%e7%9a%84%e7%b4%af%e7%a7%af%e5%92%8c%e5%be%aa%e7%8e%af.pdf?sequence=1&isAllowed=y

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