養(yǎng)分循環(huán)是森林生態(tài)系統(tǒng)中重要的功能過程之一，是系統(tǒng)生產(chǎn)力及持久性的決定因素，并直接關(guān)系到生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)與穩(wěn)定［1］。系統(tǒng)地研究人工林生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分元素的含量、積累和循環(huán)規(guī)律，不僅對人工林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可持續(xù)性以及生物生產(chǎn)力的提高具有重要意義，同時(shí)也有利于揭示森林經(jīng)營對森林土壤肥力的影響，探索維持林地生產(chǎn)力的機(jī)理和生態(tài)學(xué)過程。楓香(LiquidambaformosanaHance)為金縷梅科(Hamamelidaceae)楓香亞科(HamamelidaceaeHarms)楓香屬(LiquidambarL．)的高大落葉喬木［2］，別名楓木、黑飯木、三角楓、香楓等，是我國重要的鄉(xiāng)土樹種，也是亞熱帶地區(qū)優(yōu)良速生落葉闊葉樹種。其適應(yīng)性廣、生長迅速、抗風(fēng)、抗大氣污染、對土壤要求不高、耐干旱瘠薄、耐火燒、采伐跡地能天然更新恢復(fù)成林、生態(tài)效益好，是人工林樹種結(jié)構(gòu)調(diào)整的首選樹種之一［3］，在觀賞、藥用、用材方面都有重要作用。國內(nèi)外目前對森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的研究很多，但對人工林養(yǎng)分循環(huán)研究相對較少，對楓香人工林養(yǎng)分循環(huán)特性的研究尚未見系統(tǒng)報(bào)道。筆者通過對楓香人工林養(yǎng)分積累分布與循環(huán)特征進(jìn)行研究，旨在為促進(jìn)楓香人工林管理和可持續(xù)經(jīng)營提供參考和依據(jù)。

1研究區(qū)概況

試驗(yàn)地設(shè)在湖南省林業(yè)科學(xué)研究院天際嶺林場內(nèi)，位于東經(jīng)113°01'30″，北緯28°06'40″，林場總面積267hm2。試驗(yàn)林場屬長沙市南郊低山丘陵地貌，海拔50－108m，地勢較為平緩，坡度在20°以下。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，四季分明，雨量充足，年平均氣溫17．2℃，極端最高氣溫40．6℃，極端最低氣溫－9．5℃，年無霜期約272d，年平均降水量1411．4mm，土壤主要類型為第四紀(jì)網(wǎng)紋層母質(zhì)發(fā)育的酸性紅壤，pH4．5－5．5，礫石含量中等。試驗(yàn)林場森林資源豐富，覆蓋率達(dá)76%，共有100多個物種，以楓香、杉木(Cunninghamialanceolata)、馬尾松(Pinusmassoniana)、樟樹(Cinnamomumcamphora)、濕地松(Pinuselliottii)、榿木(AlnusCremasto-gyne)等10多個樹種為主的純林和混交林，林分質(zhì)量較好。楓香人工林于1986年煉山造林，初植密度均約2000株•hm－2，營林和管理措施相同。筆者所選的樣地均位于林場北向中坡，2007年8月調(diào)查時(shí)楓香林相整齊，2樣地保留密度分別為1500、1475株•hm－2，林下植被有木荷(Schimasuperba)、苦櫧(CastanopsissclerohyllaSchottky)、山礬(SymplocoscaudataWall．EtA．DC．)、五節(jié)芒(Miscanthusflo-ridulusWarb)，林冠下層有少量樟樹(Cinnamomumcamphora)。試驗(yàn)地林分基本情況見表1。

2研究方法

2．1樣地的設(shè)置與調(diào)查

2007年10月，在對天際嶺林場內(nèi)楓香人工林進(jìn)行全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，依據(jù)典型性和代表性原則選取楓香林固定樣地2塊，樣地面積均為30m×20m，并進(jìn)行每木調(diào)查。根據(jù)胸徑、樹高和冠幅等測樹因子，在每樣地選取3株平均木，共選6株平均樣木并伐倒，按2m區(qū)分段，測定各區(qū)分段的干、皮、枝、葉各器官的鮮重，同時(shí)按樹高不同層次分別采集伐倒木的分析樣品，帶回室內(nèi)烘干測定其含水量。地下部分采用“挖掘法”分別測定根頭、大根(＞0．5cm)、粗根(0．2－0．5cm)、細(xì)根(≤0．2cm)的鮮重，同時(shí)采集分析樣品(在80℃烘干至恒重，計(jì)算出各器官干物質(zhì)重)。因楓香人工林各徑階分化不明顯，故用平均木法對全林生物量進(jìn)行估測，考慮到同齡人工林特點(diǎn)，采用年平均生物量作為凈生產(chǎn)力的估算指標(biāo)［4］。由于楓香是落葉喬木樹種，樹葉的生物量是當(dāng)年新萌發(fā)的，因此楓香人工林樹葉凈生產(chǎn)力就是當(dāng)年的生物量。在每個固定樣地的對角線上離4個角各1m處和樣地中心設(shè)1m×1m小樣方5個，記錄每個小樣方內(nèi)的植物種類、林下植被和枯落物，采用“全挖實(shí)測法”分別測定其鮮重，同種植物的相同器官取混合樣品，枯落物全部測定生物量，取混合樣品，80℃烘干至恒重后再估算干重。

2．2樣品采集與分析方法

2008年，在楓香林固定樣地內(nèi)選擇生長中等的立木4株作為樣木(不伐倒)，當(dāng)年4月(春季)，7月(夏季)，10月(秋季)，以及2009年的1月(冬季)，分別采集干、皮、枝、葉、根系(根系營養(yǎng)元素含量為根頭、大根、粗根和細(xì)根養(yǎng)分含量平均值)、林下植被和枯落物分析樣品。土壤分0－15cm、15－30cm、30－60cm三個層次，隨機(jī)采集3－4個樣點(diǎn)來測定土壤養(yǎng)分含量。分層測定土壤容重，根據(jù)容重計(jì)算單位面積土壤重量，根據(jù)養(yǎng)分含量推算土壤中養(yǎng)分含量。對所采植物及土壤樣品進(jìn)行分析，全N含量用半微量凱氏測定法，全P含量用鉬銻抗比色法測定，K、Ca、Mg(均為全量)含量用HP3510原子吸收分光光度計(jì)測定［5］。采用養(yǎng)分利用系數(shù)、循環(huán)系數(shù)和周轉(zhuǎn)時(shí)間來分析養(yǎng)分循環(huán)特征［5］，其中現(xiàn)存量為喬木層養(yǎng)分積累量，存留量為凈生產(chǎn)力與元素濃度之積，歸還量為凋落物元素濃度與凋落量之積，吸收量為存留量和歸還量之和，周轉(zhuǎn)時(shí)間為養(yǎng)分元素經(jīng)歷一個循環(huán)周期所需的時(shí)間，由養(yǎng)分的總貯存量除以歸還量，養(yǎng)分利用系數(shù)和循環(huán)系數(shù)分別為吸收量與現(xiàn)存量、歸還量與吸收量的比值。在Excel中建立數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3結(jié)果與分析

3．1楓香人工林營養(yǎng)元素含量特征

楓香人工林各組分營養(yǎng)元素含量見表2。由表2可以看出，楓香樹葉和樹根的營養(yǎng)元素含量呈現(xiàn)N＞Ca＞K＞Mg＞P的趨勢，樹枝中營養(yǎng)元素含量大小排序?yàn)镃a＞N＞K＞Mg＞P，樹干和樹皮的營養(yǎng)元素含量呈現(xiàn)Ca＞N＞Mg＞K＞P的趨勢，營養(yǎng)元素含量中P的含量均為最低。各器官之間的營養(yǎng)元素含量存在較大差異，其中樹葉的N、P、K、Mg含量均最高，樹皮的Ca含量最高，而樹干的各種營養(yǎng)元素含量均最低。楓香林下植被層的營養(yǎng)元素含量均較豐富，與喬木層各器官相比，除低于樹葉(Ca、Mg也低于樹枝)外，均明顯高于其它器官，可見林下植被層對于森林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)是非常重要的。林下植被營養(yǎng)元素含量大小排序?yàn)镹＞K＞Ca＞Mg＞P。枯落物中的營養(yǎng)元素含量呈N＞Ca＞K＞Mg＞P的趨勢，與樹葉中營養(yǎng)元素含量排序一致;與樹葉相比，枯落物中的Ca含量較高，而N、P、K和Mg含量較低;與樹枝相比，枯落物中的N、P含量較高，K、Mg含量較低。枯落物主要由落葉和枯枝構(gòu)成，可以推斷，在凋落和分解過程中，枯落物的Ca含量呈增加趨勢，而K、Mg的含量不斷減少，這與Ca的移動性差，K、Mg的移動性強(qiáng)有關(guān)。楓香人工林土壤層營養(yǎng)元素含量見表3。由表3可知，楓香林地土壤各層均以K的含量最高，N含量次之。其中N、P含量隨土層增加而下降，而K含量隨土層的加深而增加，Mg含量變化為30－60cm＞0－15cm＞15－30cm，Ca含量變化為0－15cm＞30－60cm＞15－30cm。土壤中各元素平均含量排序依次為K＞N＞Ca＞Mg＞P。