閔啟利，張喜，張佐玉，田煉紅，楊漢遠(yuǎn)，石揚(yáng)文，楊永彰

(1.貴州省錦屏縣林業(yè)局，貴州錦屏556700；2.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院，貴州貴陽550005；3.貴州省黔東南州林業(yè)科學(xué)研究所，貴州凱里556000；4.貴州省黎平縣林業(yè)局，貴州黎平557300；5.貴州省榕江縣林業(yè)局，貴州榕江557200)

齡級和密度變化對黔東南杉木人工純林結(jié)構(gòu)及有機(jī)碳密度的影響

閔啟利1，張喜2*，張佐玉2，田煉紅2，楊漢遠(yuǎn)3，石揚(yáng)文4，楊永彰5

(1.貴州省錦屏縣林業(yè)局，貴州錦屏556700；2.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院，貴州貴陽550005；3.貴州省黔東南州林業(yè)科學(xué)研究所，貴州凱里556000；4.貴州省黎平縣林業(yè)局，貴州黎平557300；5.貴州省榕江縣林業(yè)局，貴州榕江557200)

摘要：采用空間替代時(shí)間、野外樣地調(diào)查和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，研究了黔東南杉木人工純林結(jié)構(gòu)及有機(jī)碳密度隨齡級和密度變化的規(guī)律。結(jié)果表明，隨杉木林齡增大和密度降低：①林分平均胸徑和高度值升高、密度值降低，齡級及密度級內(nèi)的相應(yīng)指標(biāo)值差異顯著。②除Pielou指數(shù)值外，草本層植物多樣性指數(shù)增加。灌木層植物多樣性指數(shù)值隨林齡增大而增加、隨密度降低而減小。不同齡級及密度級灌木層植物Pielou指數(shù)值差異顯著。草本層植物Gleason指數(shù)值在齡級間差異不顯著、密度級間差異顯著，Pielou指數(shù)值在齡級間差異顯著、密度級間差異不顯著。③土壤密度值增大、土壤有機(jī)碳含量等其它理化指標(biāo)降低。土壤密度值在齡級間差異顯著、密度級間差異不顯著，土壤有機(jī)碳含量等其它理化指標(biāo)值在齡級及密度級間差異不顯著。④喬木、灌木、凋落物和土壤-植被層有機(jī)碳密度值增加，草本和土壤層有機(jī)碳密度值在齡級間降低、密度級間升高。喬木層植物有機(jī)碳密度值在齡級間差異顯著、密度級間差異不顯著。⑤林齡和密度對喬木層植物有機(jī)碳密度值的貢獻(xiàn)率分別為99.06%、0.94%。土壤有機(jī)碳密度受土壤層部分指標(biāo)影響，植被有機(jī)碳密度受植被-土壤部分指標(biāo)綜合影響。⑥培育大徑級林和增加土壤有機(jī)碳含量是提高杉木人工林有機(jī)碳密度的有效途徑。

關(guān)鍵詞：杉木人工林；齡級；密度；林分結(jié)構(gòu)；有機(jī)碳密度

杉木(Cunninghamialanceolata)速生豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，是歐亞大陸東南部濕潤亞熱帶地區(qū)的重要用材樹種之一[1]。杉木栽培歷史悠久、研究領(lǐng)域廣泛，其中有機(jī)碳密度的相關(guān)研究主要集中在不同自然地帶林分生物生產(chǎn)力對比[1-2]，不同生長階段林分碳儲(chǔ)量[3-8]變化、土壤理化性質(zhì)[9]和微生物[10]變化以及對林下植被[11]的影響，不同密度林分生物量及土壤肥力變化[12]和林內(nèi)植被演替[13]，林下植物組成和生物量變化[14]以及對土壤肥力的影響[15]，林內(nèi)凋落物動(dòng)態(tài)[16-17]以及對有機(jī)碳含量[19]等土壤生態(tài)功能指標(biāo)影響[19]的諸多方面。除小流域定位觀測[7-8，16]和地帶性對比研究[1-2]外、杉木林的大部分研究以經(jīng)營場[4-6，12-15，17-19](站[3，9-10，20])和縣(市)[11，21-22]為對象，缺少由若干縣(市)組成的生態(tài)區(qū)(小區(qū))尺度的杉木林研究、也缺少齡級和密度等級變化對杉木林結(jié)構(gòu)及有機(jī)碳密度的影響研究。

貴州省黔東南地區(qū)歷史上即為杉木中心產(chǎn)區(qū)、素有苗杉之稱，杉木人工林生物量及分配[21]和有機(jī)碳儲(chǔ)量[22]研究等已有少量報(bào)道。本文以黔東南州錦屏-黎平-榕江3縣的杉木人工林為對象，研究齡級和密度變化對杉木林結(jié)構(gòu)及有機(jī)碳密度的影響規(guī)律，旨在為杉木人工林經(jīng)營及碳匯管理提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況及研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究在國家林業(yè)局黎平生態(tài)站進(jìn)行。調(diào)查區(qū)域108°04′～109°31′E，25°26′～ 26°47′ N。屬雪峰臺(tái)凸，出露地層主要為前震旦紀(jì)下江群的板巖、變質(zhì)砂巖和砂頁巖，所發(fā)育土壤粘重深厚、保水保肥性好；其次為二疊紀(jì)石灰?guī)r，分布于從江縣貫洞和皮林至黎平縣中潮和德鳳到錦屏縣敦寨一帶，或?yàn)榈谒募o(jì)粘土覆蓋、或出露發(fā)育為石灰土。研究區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，年均溫15.4～18.5℃，1月均溫5.9℃、7月均溫26.3℃，≥10℃積溫5192℃174～209 天；年降雨量1300 mm左右，分布均勻、雨日相近，相對濕度80%～85%，日照時(shí)數(shù)1212h/a、太陽輻射量3.3496×105～3.7683×105J/cm2·a。植被屬地帶性中亞熱帶常綠闊葉林和巖溶性常綠落葉闊葉混交林。杉木林下灌木植物主要有白櫟(Quercusfabri)、茅栗(Castaneasequinii)、柃木(EuryaSP.)、油茶(Camelliaolifera)、山胡椒(Linderaglauca)、杜莖山(Maesajaponica)、糯米團(tuán)(Memorialishirta)、鼠刺(Iteachinensis)、水竹(Phyllostachyscongesta)和方竹(ChimonobambusaSP.)等，草本植物主要有山姜(Alpiniajaponica)、麥冬(Liriopespicata)、瘤足蕨(Plagiogyriajaponica)、白茅(Imperatacylindericavar.major)、金茅(Eulaliaspeciosa)、野古草(Arundinellahirta)、鴨咀草(Ischaemumaristatum)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、狗脊(Woodwardiajaponica)、漸尖毛蕨(Cyclosorusacuminatus)、金星蕨(Parathelypterisglanduligera)、蕨(Pteridiumaquilinum)和卷柏(SelaginellaSP.)等。

1.2研究方法

1.2.1野外樣地調(diào)查

依據(jù)榕江、黎平和錦屏縣第3次(2004～2006 年)森林資源二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫，在相似生境及經(jīng)營水平的杉木純林林班(小班)中，分別齡級、密度選擇調(diào)查林分，經(jīng)實(shí)地查驗(yàn)后進(jìn)行樣地調(diào)查。樣地總量23 個(gè)，其中榕江、黎平和錦屏縣的樣地?cái)?shù)量分別為7、8和8 個(gè)，均為地帶性黃壤，海拔高度變幅340～669 m、坡度0～45°、土壤A層厚度為2～28 cm、B層為8～60 cm、A+B層為15～77 cm。按不同齡級和密度等級組合為6 個(gè)類型(表1)。

表1　杉木人工純林不同年齡和密度等級調(diào)查樣地?cái)?shù)量分布

調(diào)查樣地面積20m×20m，樣地內(nèi)部按灌木、草本及凋落物發(fā)育較好、一般和較差3個(gè)等級分別設(shè)置3個(gè)5m×5m的灌木層、3個(gè)1m×1m的草本層植物和凋落物調(diào)查樣方。調(diào)查內(nèi)容在喬木層為種名、胸徑、高度及郁閉度，灌木層為種名、株數(shù)、平均地徑、高度、冠幅及蓋度，草本層為種名、株數(shù)、平均高度及蓋度。杉木生物量分別構(gòu)件按相關(guān)模型推算，灌木層(2m×2m)、草本層(1m×1m)和凋落物層(1m×1m)植物生物量按收獲法測定。記錄樣地的海拔高度，坡度、坡位、坡向，母巖類型，土壤名稱。每塊樣地中部挖掘土壤剖面1 個(gè)，記錄自然發(fā)生層剖面特征、各層提取土壤環(huán)刀1 牧，環(huán)刀密封后帶回室內(nèi)分析土壤物理主要指標(biāo)值；樣地內(nèi)按S型布點(diǎn)5 個(gè)，自然發(fā)生層取樣、等量混合，樣品重量1 kg左右，帶回室內(nèi)風(fēng)干后測定土壤化學(xué)主要指標(biāo)值。

1.2.2室內(nèi)資料分析

(1)植物多樣性指數(shù)計(jì)算[23]

其中：S、A、Ni和N分別為樣方物種數(shù)、面積、某物種株數(shù)和總株數(shù)。

(2)土壤理化指標(biāo)值測定[24]

土壤密度、孔隙度、田間持水量和最大持水量采用環(huán)刀法，pH值采用電位法，有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法，全氮含量采用半微量凱氏擴(kuò)散法，水解氮含量采用堿解-擴(kuò)散法，全磷含量采用堿溶-鉬銻抗比色法，有效磷含量采用鹽酸-硫酸浸提法，全鉀含量采用堿溶-火焰光度法，速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法，陽離子交換量采用乙酸銨交換法。

(3)杉木單株生物量模型篩選

國內(nèi)杉木生物量模型眾多[1-2，4，7-8，20-21]，本文模型選擇依據(jù)：①以研究區(qū)為中心選擇模型，近者優(yōu)先；②樹桿(皮)、樹枝、樹葉和根系生物量模型相對完整組優(yōu)先，生物量隨胸徑、樹高變化規(guī)律符合研究區(qū)杉木生長的一般規(guī)律；③承認(rèn)單一樹種生物量變化在不同地區(qū)和齡級區(qū)段間模擬的同一性，以忽略氣候、立地要素及經(jīng)營措施等對生物量模型的影響。通過胸徑(DBH)、樹高(H)和構(gòu)件生物量(W)散點(diǎn)圖對比，以及和已測杉木林樣地生物量[7，20-22]的關(guān)聯(lián)度，認(rèn)定馮宗煒等[2]在湖南會(huì)同所建杉木單株生物量模型為最優(yōu)模型(表2)。

表2　杉木單株構(gòu)件生物量模型

(4)有機(jī)碳密度計(jì)算

杉木林有機(jī)碳密度(C，t/hm2)由植被層(Cp)和土壤層(Cs) 2 個(gè)部分組成。

C=Cp+Cs

其中：i為植被分層，包括喬木層、灌木層、草本層和凋落物層4層；j為構(gòu)件數(shù)量，喬木層分桿(皮)、樹枝、樹葉和根系4部分，灌木和草本層植物生物量包括地上和地下2部分，枯落物生物量僅地上部分；k為土層，林地土壤中第四紀(jì)粘土C層厚度變幅較大、其它母巖C層厚度變幅較小，本文僅進(jìn)行A層和B 層土壤分析，土層厚度(Dk)分別取2層平均值(DA=15cm、DB=25cm)以利于比較不同調(diào)查樣地間土壤有機(jī)碳密度值差異；Wij為構(gòu)件生物量(t/hm2)，Cpij、Csk分別為植物構(gòu)件和土層有機(jī)碳含量率(g/kg)，其中Cpij參照文獻(xiàn)[22]、Csk為土壤實(shí)測值；Vk為土壤密度(g/cm3)，α、β為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

(5)數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理使用Excel2003，統(tǒng)計(jì)分析參見相關(guān)文獻(xiàn)[25]。其中方差分析采用不等次重復(fù)單因素方差分析，雙均數(shù)比較采用T檢驗(yàn)法、多均數(shù)比較采用S檢驗(yàn)法，P<0.05時(shí)差異顯著、P<0.01時(shí)差異極顯著。直線相關(guān)分析使用Pearson相關(guān)系數(shù)，P<0.05時(shí)相關(guān)顯著、P<0.01時(shí)相關(guān)極顯著。

2結(jié)果分析

現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)杉木林生長受林分結(jié)構(gòu)和立地要素的綜合影響[1-4，6，21-22]。23 個(gè)調(diào)查樣地分布范圍較大，水和熱量因素變化較小，同屬清水江-都柳江下游低山丘陵區(qū)。杉木林喬木層植物平均胸徑、高度、密度及有機(jī)碳密度，以及土壤A層及B層有機(jī)碳含量和海拔高度、坡度、土壤A層、B層及A+B層厚度的相關(guān)性不顯著。表明研究區(qū)調(diào)查樣地杉木林喬木層植物有機(jī)碳密度及土壤有機(jī)碳含量變化受林分結(jié)構(gòu)主要指標(biāo)的影響。

2.1林分結(jié)構(gòu)主要指標(biāo)值變化

方差分析發(fā)現(xiàn)不同齡級和密度級杉木人工純林中，喬木層植物郁閉度值差異不顯著，平均胸徑(P<0.01)、高度(P<0.01)及密度值(P<0.01)差異顯著。灌木層植物蓋度、平均地徑、高度及密度值差異不顯著。草本層植物蓋度和高度值差異不顯著，密度在齡級中差異不顯著、在密度級中差異顯著(P<0.05)(表3)。層片植物密度呈草本層>灌木層>喬木層、高度呈喬木層>灌木層>草本層、粗度呈喬木層>灌木層的趨勢。

表3　不同齡級和密度級杉木人工林結(jié)構(gòu)主要指標(biāo)值變化

注：A和B的標(biāo)注同表1。表中數(shù)值為“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”格式，數(shù)值后小寫字母表示年齡或密度因子內(nèi)相同指標(biāo)不同等級值間的S檢驗(yàn)結(jié)論，相異差異顯著、相同差異不顯著。

隨林齡增大，喬木層植物郁閉度及灌木層蓋度值增大、草本層植物蓋度值減小，喬木層植物平均胸徑和高度值增大、密度值降低，其中杉木幼齡林平均胸徑、高度及密度值和中齡林及成熟林的相應(yīng)值差異顯著(P<0.05)，平均胸徑值在幼齡林、中齡林和成熟林間差異顯著(P<0.05)。灌木層植物平均地徑值升高、高度及密度值除低，草本層植物高度和密度值增大。隨密度增大，喬木層植物郁閉度及灌木層植物蓋度值增大、草本層植物蓋度值減小，喬木層植物平均胸徑和高度值降低、密度值增大，平均胸徑、高度及密度值在幼齡林、中齡林和成熟林間差異顯著(P<0.05)。灌木層植物平均地徑值降低、高度及密度值升高，草本層植物高度和密度值減小、密度值在密度級間差異顯著(P<0.05)。符合杉木林生長及喬木-灌木-草本層植物協(xié)同演化的一般規(guī)律[1-2，8，11-15]。

2.2植物多樣性主要指標(biāo)值變化

方差分析發(fā)現(xiàn)不同齡級和密度級杉木人工林中，灌木層植物Gleason指數(shù)、Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)值差異不顯著，Pielou指數(shù)值差異顯著(P<0.05)；草本層植物Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)值差異不顯著，Gleason指數(shù)值在齡級間差異不顯著、在密度級間差異顯著(P<0.05)，Pielou指數(shù)值在齡級間差異顯著(P<0.05)、在密度級間差異不顯著(表4)。不同齡級和密度級杉木林的Gleason指數(shù)呈草本層>灌木層、Simpson指數(shù)呈灌木層>草本層的趨勢，Shannon-Wiener指數(shù)除幼齡林和高密度林外、呈灌木層>草本層的趨勢，Pielou指數(shù)除成齡林和低密度林及中密度林外、呈灌木層<草本層的趨勢。

表4　不同齡級和密度級杉木人工林植物多樣性主要指數(shù)值變化

注：表內(nèi)標(biāo)注同表3。

隨林齡增大，Pielou指數(shù)值在灌木層增大、草本層降低，灌木層及草本層植物Pielou指數(shù)值在幼齡林和中齡林及成熟林間差異顯著(P<0.05)，其它灌木層與草本層植物多樣性指數(shù)增加。隨密度增大，灌木層植物Gleason指數(shù)、Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)值升高，草本層植物相應(yīng)多樣性指數(shù)值降低，其中灌木層植物Pielou指數(shù)值在高密度林和中密度林及低密度林間差異顯著(P<0.05)、草本層植物Gleason指數(shù)值在低密度林和中密度林及高密度林間差異顯著(P<0.05)。杉木人工林內(nèi)植物多樣性指數(shù)的變化同林分結(jié)構(gòu)演化具有相似性規(guī)律。

2.3土壤理化主要指標(biāo)值變化

方差分析發(fā)現(xiàn)杉木人工林不同齡級土壤A層密度值差異顯著(P<0.05)，B層土壤密度、最大持水量、毛管持水量及田間持水量值差異顯著(P<0.01)，其它理化指標(biāo)值差異不顯著；不同密度級土壤理化主要指標(biāo)值差異不顯著(表5～6)。不同齡級及密度級土壤物理主要指標(biāo)值的層間差異不顯著，全氮含量、水解氮含量及有效磷含量在中密度林、中齡林及成齡林土壤層間差異顯著，水解氮含量在低密度和高密度林土壤層間差異顯著，全氮含量在低密度林土壤層間差異顯著。土壤理化指標(biāo)呈A層B層，不同齡級及密度級土壤理化指標(biāo)值的層間變化趨勢相同，土壤質(zhì)量呈A層優(yōu)于B層的趨勢。

表5　不同齡級和密度級杉木人工林土壤物理主要指標(biāo)值變化

注：大寫字母表示同一齡級或密度等級類型相同指標(biāo)在不同土層(A、B)間的T-檢驗(yàn)結(jié)論，相異差異顯著、相同差異不顯著。表內(nèi)其它標(biāo)注同表3。

表6　不同齡級和密度級杉木人工林土壤主要化學(xué)指標(biāo)值變化

注：表內(nèi)標(biāo)注同表5。

隨林齡增大，除土壤A層與B層密度值增大外，B層土壤田間持水量、毛管孔隙度、pH和速效鉀含量值也有增加趨勢，土壤有機(jī)碳含量等其它理化指標(biāo)值均呈降低趨勢，土壤A層及B層呈降低趨勢的指標(biāo)數(shù)量為93.75%、68.75%。隨密度增大，除土壤A層與B層密度及pH值降低外，A層土壤速效鉀含量和陽離子交換量、B層土壤水解氮含量和有效磷含量也呈降低趨勢，土壤有機(jī)碳含量等其它理化指標(biāo)值均呈增加趨勢, 土壤A層與B層呈增加趨勢的指標(biāo)數(shù)量分別為75.00%。杉木人工林土壤質(zhì)量有隨年齡增大、密度減小而呈降低的趨勢。

2.4有機(jī)碳密度值變化

方差分析發(fā)現(xiàn)不同齡級杉木林喬木層植物有機(jī)碳密度值差異顯著(P<0.01)、灌木層、草本層、凋落物層、土壤層及土壤-植被層有機(jī)碳密度值差異不顯著，不同密度級杉木林植被各層片、土壤層及土壤-植被層有機(jī)碳密度值差異不顯著(表8)。不同齡級及密度級杉木林有機(jī)碳密度值呈喬木層>凋落物層>灌木層>草本層的趨勢，除幼齡林外、中齡林和成熟林有機(jī)碳密度值呈喬木層>土壤層的趨勢，除高密度林外、低密度林和中密度林有機(jī)碳密度值呈喬木層>土壤層的趨勢。

表7　不同齡級和密度級杉木人工林有機(jī)碳密度組成變化　t·hm-2

注：表內(nèi)標(biāo)注同表3。

隨林齡增大，植被層中喬木層、灌木層、凋落物層和土壤-植被層有機(jī)碳密度值增加、草本層和土壤層有機(jī)碳密度值降低，其中喬木層植物有機(jī)碳密度值在幼齡林和中齡林及成齡林間差異顯著(P<0.05)。隨密度增大，植被層中喬木層、灌木層、草本層、凋落物層、土壤層和土壤-植被層有機(jī)碳密度值減小。杉木人工林有機(jī)碳密度值隨林齡增大和密度減小，喬木層、灌木層、凋落物層和土壤-植被層有機(jī)碳密度值呈增大趨勢，草本層和土壤層有機(jī)碳密度值有隨林齡增大而減小、隨密度減小而增大的趨勢。

2.5有機(jī)碳密度的影響因素

杉木林有機(jī)碳密度由植被層和土壤層構(gòu)成，其中喬木層、灌木層、草本層、凋落物層和土壤層(0～40 cm)有機(jī)碳密度值的組成比例為51.28%、1.14%、0.69%、3.76%和43.13%，喬木植物和土壤是杉木林有機(jī)碳密度值的構(gòu)成主體部分，凋落物、灌木及草本植物有機(jī)碳密度值僅占5.59%、但是杉木人工林不可或缺的組成單元，有重要的生態(tài)價(jià)值。

相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)林齡和喬木層植物有機(jī)碳密度值(P<0.01)相關(guān)顯著，和灌木層、草本層、凋落物層及土壤層有機(jī)碳密度值相關(guān)不顯著；林分密度和草本層植物有機(jī)碳密度值(P<0.05)相關(guān)顯著，和喬木層、灌木層、凋落物層及土壤層有機(jī)碳密度值相關(guān)不顯著。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)喬木層植物有機(jī)碳密度值和林齡及密度的直線相關(guān)式(P<0.01)顯著、林齡和密度對喬木層植物有機(jī)碳密度的貢獻(xiàn)率為99.06%、0.94%，土壤層及土壤-植被層有機(jī)碳密度的相關(guān)式未達(dá)顯著水平。分析還發(fā)現(xiàn)灌木層植物有機(jī)碳密度和土壤A層水解氮含量(P<0.05)及土壤B層非毛管孔隙度值(P<0.05)相關(guān)顯著。草本層植物有機(jī)碳密度和喬木層植物平均胸徑(P<0.05)及高度(P<0.05)、土壤A層pH值(P<0.05)相關(guān)顯著。凋落物層有機(jī)碳密度和土壤A層有效磷含量值(P<0.05)相關(guān)顯著。土壤有機(jī)碳密度和土壤A層及B層全鉀含量(P<0.01)、速效鉀含量(P<0.05)、有機(jī)碳含量(P<0.01)、陽離子交換量(P<0.05)、土壤A層全氮含量(P<0.01)及B層有效磷含量值(P<0.05)相關(guān)顯著。表明土壤有機(jī)碳密度受土壤層部分指標(biāo)的影響，植被有機(jī)碳密度受植被-土壤層部分指標(biāo)的綜合影響。

3討論與建議

3.1林齡和密度級對杉木人工林有機(jī)碳密度值影響的區(qū)域性變化

研究發(fā)現(xiàn)杉木人工林喬木層植物[4，6-8]、凋落物[3-4，6-8，17]及植被層[4，6-7]有機(jī)碳密度值隨林齡增大而增加，同已有文獻(xiàn)報(bào)道相一致。幼齡、中齡及成齡林喬木層植物有機(jī)碳密度值高于河南信陽杉木林[6](111.09%、132.17%、112.94%，以本文為基數(shù)的相對值，下同)，部分齡級低于福建南平杉木林[4](89.61%、105.58%、86.69%)、部分齡級高于貴州開陽杉木林[7](69.96%、115.46%、121.69%)，中齡期[2](生物量碳轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.5)是廣西玉林、湖南會(huì)同和河南信陽杉木林的109.65%、92.98%、139.82%，幼齡期[2]是貴州麻江杉木林的125.68%。不同齡級喬木層植物有機(jī)碳密度值存在區(qū)域性差異，是杉木林對水和熱量因素配合的長期適應(yīng)性結(jié)果[1]。林下植物有機(jī)碳密度變化相似于部分文獻(xiàn)[4，6，8]、相異于另一些文獻(xiàn)[3，7，9，17]。土壤層有機(jī)碳密度值隨林齡增大而降低，相似于貴州開陽杉木林[7]、相異于福建南平[4]和河南信陽杉木林[6]，土壤有機(jī)碳密度值均低于相關(guān)文獻(xiàn)[4，6-7]。培育大徑級林和增加土壤有機(jī)碳含量是提高杉木林有機(jī)碳密度的有效途徑。

研究發(fā)現(xiàn)杉木人工林喬木層、灌木層、草本層、凋落物層及土壤層有機(jī)碳密度值隨密度升高而降低，同福建辛口[12]杉木成齡林喬木層植物有機(jī)碳密度變化相似、凋落物層有機(jī)碳密度變化相異。中齡林喬木層植物有機(jī)碳密度值隨密度變化尚存有拐點(diǎn)效應(yīng)[8]，間伐[14]能改變林下植物有機(jī)碳密度值、主要受郁閉度和林內(nèi)植物類型[13]以及土壤腐殖質(zhì)層厚度的影響。

3.2林下植物對杉木人工林結(jié)構(gòu)及土壤理化主要指標(biāo)值的影響

研究發(fā)現(xiàn)灌木及草本層植物對杉木人工林有機(jī)碳密度的貢獻(xiàn)率占1.83%，分析也發(fā)現(xiàn)相關(guān)顯著的指標(biāo)對數(shù)量率中，灌木層和喬木層及草本層、以及草本層和喬木層植物結(jié)構(gòu)指標(biāo)的相應(yīng)值為12.50%、0%、8.33%，土壤A層和B層理化主要指標(biāo)的相應(yīng)值為10.93%。灌木層植物結(jié)構(gòu)指標(biāo)及多樣性指數(shù)和土壤A層及B層理化主要指標(biāo)的相應(yīng)值為3.13%、3.13%，17.19%、3.13%，草本層植物的相應(yīng)值為2.08%、2.08%，3.13%、7.81%，表明林下植物不僅是植被-土壤有機(jī)碳庫的組成部分，其生長發(fā)育受喬木層植物影響、也影響土壤理化主要指標(biāo)值[11、15]的大小。在合理調(diào)控喬木層植物密度的同時(shí)適度保留灌木及草本層植物，既有利于增加林地有機(jī)碳密度值、也有利于改善林地土壤質(zhì)量。

研究發(fā)現(xiàn)杉木人工中齡林土壤部分理化指標(biāo)值升高、成齡林土壤理化主要指標(biāo)值降低，有別于相關(guān)文獻(xiàn)[5，9，11]，也有文獻(xiàn)[9-11]表明近熟-成熟-過熟林階段土壤理化主要指標(biāo)值有一個(gè)波動(dòng)過程，表明中-成齡林土壤有機(jī)碳含量等理化指標(biāo)變化對土壤碳庫的影響有進(jìn)一步研究的必要。增加杉木凋落物[18]和改變其多樣性[19]能顯著改善土壤酶活性、有機(jī)碳分解及微生物碳密度，提高土壤水源涵養(yǎng)能力與林地養(yǎng)分循環(huán)速率[17]，科學(xué)管理杉木人工林凋落物既利于森林防火、也有利于林地有機(jī)碳密度值和土壤生態(tài)功能的提高。

3.3長期定位觀測是研究齡級及密度級和杉木人工純林有機(jī)碳密度關(guān)系的有效手段

空間替代時(shí)間的方法是生態(tài)學(xué)研究的常用手段，本研究區(qū)主要立地因子和杉木人工林結(jié)構(gòu)指標(biāo)及有機(jī)碳密度(含量)值相關(guān)性不顯著、有機(jī)碳密度主要受林齡和密度等林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)的影響，由于缺少A1B1、A2B1和A3B3組合類型，無法進(jìn)行齡級和密度的雙因素方差分析，是本研究中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的缺陷。建立在不同齡級和密度級變化之上的杉木人工林結(jié)構(gòu)及有機(jī)碳密度變化結(jié)論仍然是可信的，更為科學(xué)的方法是長期定位觀測[7-8，16，18-19]、以利于闡述林齡和密度變化對杉木林結(jié)構(gòu)及有機(jī)碳密度影響的形成機(jī)理及科學(xué)制定營林調(diào)控措施。

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Influence of Age and Density Classes on Forest Structure Indicators and Organic Carbon Density ofCunninghamialanceolataPlantation in Southeastern Guizhou Province, China

Min Qili1, Zhang Xi2*, Zhang Zuoyu2, Tian Lianhong2,Yang Hanyuan3, Shi Yangwen4, Yang Yongzhang5

(1. Forestry Bureau of Jinpin County of Guizhou Province, Jinpin， Guizhou 556700; 2. Guizhou Provincial Academy of Forestry, Guiyang ，Guizhou 550005;3. Forestry Institute of Southeast Prefecture of Guizhou Province, Kaili， Guizhou 556000;4. Forestry Bureau of Liping County of Guizhou Province, Liping ，Guizhou 557300;5. Forestry Bureau of Rongjiang County of Guizhou Province, Rongjiang ，Guizhou 557200)

Abstract:Using the space instead of time and the combining method of field sample plot survey and indoor analysis, this article studied the structural indicators and organic carbon density changes of different age and density classes of artificial pure forest of Cunninghamia lanceolata in southeast Guizhou province, China. Results showed that with the age increase and density decrease of Chinese fir plantation: (1) Values of average diameter at breast height and height increased and density reduced, corresponding parameter values within the age or density classes were difference significantly. (2) Beside Pielou index，another herb plant diversity indices increased. Shrub plant diversity indices values increased with forest age increasing and decreased with density reducing. Pielou index values of shrub layer had significant difference in the different age or density classes. Gleason index values had no significant difference in the age classes and significant difference in the density classes, and Pielou index values had significant difference in the age classes and no significant difference in the density classes of herb layer. (3) Soil density increased, soil organic carbon content, etc, decreased. Soil density value was significant difference in age classes and no significant difference in density classes, soil organic carbon content, etc, had not significant difference in age or density classes. (4) Organic carbon density values of tree layer, shrub layer, litter layer and soil-vegetation layer increased, and organic carbon density values of herb layer and soil stratum (0-40 cm) went down in the age classes and went up in the density classes. Organic carbon density values of tree layer were significant difference in age classes and no significant difference in the density classes. (5) Age and density contribution rates for organic carbon density of tree layer were 99.06% and 0.94%, respectively. Soil organic carbon density was influenced by some factors of soil stratum. Vegetation organic carbon density was influenced comprehensively by part factors of vegetation-soil. (6) To foster large diameter and increase soil organic carbon content is an effective way to improve the organic carbon density of Chinese fir plantation.

Key words:Artificial pure forest of Cunninghamia lanceolata; Age classes; Density classes; Forest structure; Organic carbon density

收稿日期：2016-04-30

基金項(xiàng)目：貴州省科技廳攻關(guān)項(xiàng)目(黔科合SY字[2012]3010)和貴州省森林可持續(xù)經(jīng)營管理試點(diǎn)項(xiàng)目(2012-18)資助

*通訊作者：張喜，E-mail:zhangxigzfa@tom.com。

中圖分類號:S791.27

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2016.03.001