小兴安岭阔叶红松林生态系统中几种微量元素的循环

王 强 陈晓梅 王希臣

(1.齐齐哈尔市梅里斯区林业局，黑龙江 齐齐哈尔 161021；2.哈尔滨市阿城区林业局，黑龙江 阿城 150030；3.虎林市林业局，黑龙江 虎林 158400)

森林每年通过不断地把水、二氧化碳及其他无机物质合成碳水化合物、纤维素和蛋白质等来捕捉和储存太阳能，维持二氧化碳及氧的平衡而造福于人类。在绿色植物的生命过程中，有关N，O等常量元素的生物循环早已为人们所熟知。然而与森林生存相关的一些微量元素的循环和迁移的机理，研究的还较少。本文对小兴安岭阔叶红松林生态系统中几种微量元素的循环进行初步探讨，以便为森林生态系统的物质循环提出部分基础依据。

1 样品的采集与测定

在位于铁力的小兴安岭阔叶红松林中选择两个采样标准地，每个标准地的范围为30m×20m。

1.1 植物样品采集

植物样品是采集优势树种，样品按树干、枝和叶分别随机采集，即每个树种的各器官样品，是由数棵至十数棵随机样品混合而成。风干后用塑料袋盛装。在室内再将树干样品木质部和皮质部分开分别制备。采样期集中在植物生长旺季的8月中下旬。土壤样品，是在每个采样标准地设2～3个采样剖面，按土壤发生层次分别采集，每层取土约1kg(湿重)，布袋盛装。

1.2 测试方法

本研究用火焰原子吸收法测定，Fe，Mn，Cu，Zn，Sr，回收率都在85%以上。

2 结果与分析

2.1 土壤

阔叶红松林的土壤为暗棕色森林土。它是在森林植被长期作用下形成的，土壤母质为岩石的风化壳或其残积、坡积物，因此具有良好的内、外排水条件，加之每年有大量的森林凋落物以有机质及灰分形式回归土壤并参加了土壤的成土过程，因而暗棕壤获得了特殊的土壤剖面，它具有腐殖质层(A)、淀积层(B)及母质层(C)。腐殖质层又可分为枯枝落叶层(A0)和腐殖质土层(A>A0)。层厚度一般为5cm左右，A层为10～15cm；B层厚度可达40～50cm。各发生层微量元素全量分析结果也一并列入表1。土壤中元素能被植物吸收的是元素的有效态(水溶性或代换态)，从形态分析结果(表1)看，在主要生长层中，元素的有效态含量都较其下部层次(B层或C层)高，其中Zn，Cu，Sr表层(A0)高于生长层(A)，表明形态分布是反映元素迁移能力的重要标志，它与全量的分布一般不呈平行关系。

表1 暗棕壤的元素形态分布 单位：mg/kg

2.2 植物

阔叶红松林的林分结构为复层混交异龄林，针叶树以红松为主，阔叶树优势种有蒙古栎、水曲柳、紫椴、糠椴、色木槭等。下木层有青楷槭、假色槭等。我们以前6种树代表阔叶红松林植被，为配合生物量，我们使紫椴和糠椴两个树种的取样数相等并取其平均值代表极树。各树种微量元素分布状况列入表2，将5种优势树的生物量和生产量(地上部分)列入表3。从表3看出，阔叶红松林叶的总生物量为7.02t/hm2，5种优势树的叶生物量为5.66t/hm2，占总叶生物量的83%；5种树的枝生物量占总枝生物量的83%；树干占总树干生物量的99%，表明5种优势树的生物量基本代表了阔叶红松林的生物量。从表3还可以看出，5种优势树的生产量占系统生产量的82%，因此也基本代表了系统的生产量。根据生物量及生产量计算出来的生物富集量、生物吸收量分别列入表4、表5。

表2 阔叶红松林优势植物的微量元素含量 单位：mg/kg(以烘干样计算)

表3 阔叶红松林的生物量生产量

表4 阔叶红松林优势树种的生物富集量(地上部分) 单位：kg/hm2

3 讨论

3.1 不同树种的富集量与吸收量的特点

生物富集量是衡量生物聚集环境物质能力的重要参数。从表4看出，阔叶红松林5种元素的生物富集量表现出4个不同梯度。这个梯度对绝大部分树种都是适用的，说明是由生态的内在因素制约，可能包括生态系统中各树种之间的数量、结构以及对营养元素的分配等。研究表明，5种优势树种中，红松富集Mn最多，为整个生态系统的35%；椴树富集Zn多，占系统的43%；水曲柳富集Cu，Sr，分别为系统总富集量的44%、53%；蒙古栎富集Fe，占系统总量的37%，表明不同树种对不同元素的累积差别较大。

表5 阔叶红松林优势树种的生物吸收量(地上部分) 单位：g/hm2·a

元素的生物富集量与吸收量的相关系数分别为:红松r=0.98；紫椴r=0.81，水曲柳r=0.86，色木槭r=0.99，蒙古栎r=0.99。表明生物富集量与吸收量两者呈显著正相关。

3.2 不同树种归还比例的特点

归还比例的大小表明了不同树种在生态系统中对土壤元素影响的强度，也是植物元素化学特性的重要参数。归还的比例数大，表明该树种在生长过程中对土壤元素影响小。阔叶红松林5种优势树种对元素的归还比例各不相同。红松对Zn、Mn的归还比例较大，分别为67%和60%，表明红松的生长对土壤中Zn、Mn含量影响较小；水曲柳对Zn的归还比例为15%，蒙古栎对Fe的归还比例仅为5%，表明上述两树种的生长对土壤中Zn，Fe的影响较大。如果把阔叶红松林作为整体来考虑，则5种元素的归还比例表现三个级差：Mn归还比例为1/2以上，Cu，Sr的归还比例为2/5；Zn，Fe为1/3。因此认为阔叶红松林的生长对土壤元素的影响为Zn，Fe>Cu，Sr>Mn。

3.3 采伐对元素平衡的影响

天然森林生态系统在一个长的循环周期(100年至数百年)中，林木自然生长、死亡，生物富集的各种元素陆续归还土壤，被分解后又不断地被树木重新吸收富集，物质相对平衡，森林永续繁茂。

人工采伐是对森林生态系统正常运转的一种干扰。我们就以较合理的择伐为例，阔叶红松林的择伐强度一般为40%～50%，加上幼树的压折和开辟运材道路，使择伐强度可达50%以上。按着富集量的1/2计算，择伐一次，就等于从每公顷林地把8.8kg的Mn，18.9kg的Fe，3.9kg的Zn，0.53kg的Cu等从系统中取走，使这些数量的各种元素不能参加再循环。这些微量元素的损失会给森林更新造成不利影响。当然这种影响较之农作物收获(往往是把全部生物量取走，而且周期仅为一年)对系统的影响小得多，可是如果土壤中上述元素的有效态含量较少，而且又是对某种树木十分敏感的元素，则对生态平衡的影响就会加大。因此研究森林不同生态系统的元素富集量、吸收量以及土壤元素有效态的生物吸收临界值，有选择性地施行森林施肥是十分必要和有意义的。

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