張紅梅

(福建省南平市峽陽國有林場，福建 南平 353005)

杉木連栽地營造的米老排人工林生物量

張紅梅

(福建省南平市峽陽國有林場，福建 南平 353005)

在福建南平對2代杉木人工林采伐跡地上營造的22年生米老排和杉木人工林(對照)的喬木層生物量及其空間分配格局進行研究，結果表明：建立的米老排、杉木各器官相對生長模型W=a(D2H)b的決定系數均在0.9以上，擬合效果較好。22年生米老排喬木層生物量為244.39 t·hm-2，比杉木(對照)高68.42%，各器官生物量大小順序為：干(54.51%)>根(21.07%)>枝(11.45%)>皮(5.79%)>葉(3.44%)>枯枝(2.89%)>花果(0.85%)，均大于杉木；米老排直徑大于2 cm枝的生物量比例(41.31%)遠大于杉木(2.43%)，但<0.5 cm枝的生物量比例(19.02%)小于杉木(26.78%)；米老排人工林根系生物量為51.50 t·hm-2，比杉木人工林高61.39%，其83.91%的根系生物量集中在0～40 cm深度的土層中；米老排細根(直徑<0.2 cm)生物量在0～10 cm表層土壤中的比例(42.35%)高于杉木(33.00%)，且在40 cm以下土層生物量的分配率也大于杉木。米老排較高的細根生物量可能是其生產力高于杉木的主要原因之一。

米老排；杉木；生物量；分配

福建南平峽陽是福建杉木(Cunninghamialanceolata)的中心產區(qū)，林地土壤條件適宜杉木生長，長期以來，杉木人工林的面積占絕對優(yōu)勢，杉木人工林成熟并采伐后仍然營造杉木純林。由于杉木自肥能力差，隨著杉木連栽代數的增加，第3代杉木人工林土壤肥力和生產力明顯下降[1-5]。為此，俞新妥[5]建議杉木林采伐后營造闊葉林或通過萌芽更新混交闊葉樹種，成為針、闊混交林，以提高森林生產力，發(fā)揮森林的多功能效益。

米老排(Mytilarialaosensis)又名殼菜果，為金縷梅科常綠闊葉樹種，天然分布于我國廣東西部、廣西西南部、云南東南部以及越南和老撾等地，是我國南亞熱帶地區(qū)優(yōu)良的速生用材樹種[1]。目前，國內學者已對米老排人工林的生長規(guī)律、生物量、土壤碳氮等養(yǎng)分特征、木材材性等方面做了一些研究[6-21]，但對于杉木多代連栽地營造米老排后的人工林生物量分配規(guī)律的研究不夠深入，尤其是在細根生物量方面缺乏研究。1993年福建省南平峽陽國有林場從廣西引種米老排開展杉木二代連栽地造林試驗，目前試驗林生長良好，余再鵬等[19]、萬曉華等[20-21]曾對這片試驗林19年生時的土壤呼吸、土壤碳氮庫、土壤可溶性有機質等進行過報道。為此，筆者2014年底對南平峽陽這片22年生米老排人工林及其杉木純林(對照)的生長量、喬木層生物量及其分配進行研究，以期為米老排人工林科學經營提供參考。

1 試驗地概況

試驗地設在福建省南平峽陽國有林場的觀音麥廠附近(26°47.8′ N、117°59.3′ E)，海拔229～246 m，坡度28°～36°。該區(qū)為中亞熱帶季風型氣候區(qū)，水熱條件好，年均氣溫20.0 ℃，年均降水量1644 mm，年均蒸發(fā)量1370 mm，年均相對濕度75.2%。土壤為變質巖發(fā)育的山地紅壤，質地為粘壤土，由于多代連栽杉木，人工林生產力和土壤肥力已明顯下降。1993年春在2代杉木林采伐跡地上營造米老排與杉木對比試驗林。采用完全隨機區(qū)組設計，設置4個區(qū)組，共8個試驗小區(qū)，米老排小區(qū)與杉木林小區(qū)成對毗鄰，立地條件基本一致，小區(qū)面積為 400 m2，造林密度為2500株·hm-2。2014年底對試驗林進行調查，米老排人工林小區(qū)內的林下植被數量極少，主要物種為米老排(小苗)、苦竹(Pleioblastusamarus)、粗葉榕(Ficussimplicissima)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、狗脊(Woodwardiajaponica)、玉葉金花(Mussaendapubescens)等。杉木人工林林下植被數量較多，主要物種為福建觀音座蓮(Angiopterisfokiensis)、苦竹、粗葉榕、芒萁、狗脊、稀羽鱗毛蕨(Dryopterissparsa)、深綠卷柏(Selaginelladoederleinii)等。試驗地林分特征見表1。

2 研究方法

于2014年底對每個試驗小區(qū)的林木進行每木調查，采用測樹鋼卷尺測定胸徑，采用瑞典Hagl?f公司生產的Vertex IV超聲波測高測距儀配合Transponder T3超聲波發(fā)射器測定樹高。采用胸高斷面積加權法計算小區(qū)的平均胸徑和平均樹高，采用平均標準木樹干解析的方法計算平均單株材積。

根據小區(qū)每木調查的結果，進行各樹種徑階分布統(tǒng)計(徑階距為2 cm)，按照徑階株數的比例選擇標準木的數量，每個樹種每個徑階選擇1～2株標準木，標準木的胸徑和樹高應接近徑階平均值，每個樹種共選擇15株標準木。

將標準木貼地面伐倒，按照1 m區(qū)分段進行樹干解析和不同高度地上部分生物量測定。從樹干基部開始，每隔1 m把樹干鋸斷，將樹干上的枯死樹枝和活樹枝貼樹干鋸下并分別測定鮮重，取標準枝若干(枝條數量少則全?。恢l數量多、大小不一，則將枝條按照基部直徑和長度分組，根據各組枝條的數量按比例抽取標準枝)帶回室內區(qū)分出不同徑級樹枝(按照直徑>10 cm、5～10 cm、2～5 cm、1～2 cm、0.5～1 cm和<0.5 cm)、樹葉、花果等器官，測定它們的鮮重和含水量；測定不同區(qū)分段(0～1 m、1～2 m、2～3 m、……)樹段鮮重，從每個樹段基部鋸1個5 cm高的圓盤用于樹干解析(用于年輪寬度測定的圓盤下端面應做標記)，緊接著鋸另1個5 cm高的圓盤裝入自封袋中帶回室內分離出樹干和樹皮，并測定兩者含水量；將鋸過圓盤的樹段剝皮，測定樹段的去皮樹干和樹皮的鮮重(注意：此時2個圓盤的鮮重沒有包括在內，計算去皮樹干和樹皮總鮮重時要把2個圓盤的鮮重計算在內)。

如果標準木較高大，直接伐倒時不但容易損傷周圍的樹，把別的樹的樹枝打斷，自身的枯枝和活枝也容易被打斷，造成掉落的枯枝和活枝的歸屬難以判定，影響樹冠生物量測定的準確性。為了克服此缺點，可以在標準木伐倒之前，先請工人爬樹做下半部樹冠的區(qū)分段標記，并分段取下枯枝和活枝，這樣砍樹時樹冠的面積大大減小，僅剩上半部面積較小的樹冠，標準木倒下時就不容易掛到其他樹。

地下部分生物量采用全挖法測定，按照深度0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm分層進行挖掘，根系按照根樁直徑>10、5～10、2～5、1～2、0.5～1、0.2～0.5 cm進行分割、歸類，測定鮮重，取樣品200～500 g裝入自封袋后立即帶回室內測定鮮重，然后在80 ℃的鼓風干燥箱中烘干至恒重，測定干重，計算含水量，烘干的樣品可以直接研磨后儲存起來用于日后養(yǎng)分分析。

細根(直徑<0.2 cm)在現(xiàn)場難以撿干凈，影響生物量的準確測定，為此，細根生物量的測定采用土芯法：在每個小區(qū)內，用內徑為4 cm的土鉆隨機鉆取15個點，按照深度0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm逐層進行鉆取。取深層土芯時，為了保護取土鉆，應該使用專用的大橡皮錘，禁止用普通大鐵錘直接敲擊取土鉆。在室內把土芯放在套篩上，用自來水將細根附著的土壤洗掉，用鑷子將細根挑到鋁盒中，在烘箱中80 ℃烘干至恒重后測定細根干重。

利用米老排和杉木標準木活器官的生物量數據，采用SPSS軟件建立各器官生物量(W)與胸徑(D)、樹高(H)的相對生長模型W=a(D2H)b，利用模型計算各器官生物量?？葜θ~(米老排僅有枯枝，無枯葉)生物量直接采用平均木測定的數據。

3 結果與分析

3.1 米老排與杉木人工林生物量模型的建立

利用測定的米老排和杉木各15株標準木各器官生物量數據，建立各器官相對生長模型W=a(D2H)b。由表2可知，各器官生物量模型的決定系數均在0.9以上，擬合效果較好，可以根據胸徑和樹高計算各器官生物量理論值。米老排和杉木各器官生物量模型的決定系數大小均為：干>皮>枝>根>葉。

3.2 米老排與杉木人工林喬木層生物量及其比較

人工林喬木層生物量是樹種生產力的重要指標，它的大小和各器官的分配率與立地條件、樹種的生物、生態(tài)學特性和密度有關。在一定的密度范圍內，人工林喬木層生物量隨著密度的增加而增加。米老排密度比杉木(對照)大12.62%，木材蓄積量僅比杉木大10.63%(表1)，說明在相同的密度條件下，米老排木材蓄積量與杉木差異不大，但其樹干(去皮)生物量卻比杉木大68.95%(表3)，這主要是由于米老排木材基本密度大于杉木[7]。從表3可見，米老排喬木層總生物量達244.39 t·hm-2，比杉木高68.42%，喬木層各器官中，樹干(去皮)生物量最大，達133.22 t·hm-2，年凈生產量為6.06 t·hm-2·a-1；各器官生物量大小順序為：干(54.51%)>根(21.07%)>枝(11.45%)>皮(5.79%)>葉(3.44%)>枯枝(2.89%)>花果(0.85%)，而杉木各器官生物量大小順序為：干(54.34%)>根(21.99)>皮(9.66%)>枝(7.25%)>葉(4.45%)>枯枝葉(1.36%)>花果(0.95%)。米老排等闊葉樹一般具有較大的冠幅，枝葉生物量及其分配率也較大，不宜高密度種植；而杉木等大多數針葉樹種具有較強的頂端優(yōu)勢，冠幅小，枝葉生物量及其分配率相應也較小，適宜高密度種植。米老排枝生物量及其分配率遠大于杉木，是2個樹種分配率差異最大的器官；但葉生物量分配率卻小于杉木。說明米老排現(xiàn)存密度太大，需要進行間伐。米老排喬木層總生物量與各器官生物量均大于杉木，說明米老排具有比杉木更高的生產力。葉是植物光合作用器官，米老排較大的葉生物量是其具有較高生產力的原因之一。

表3 杉木與米老排人工林喬木層林分各器官生物量及分配率

3.3 米老排與杉木人工林枝生物量的徑級分配及比較

人工林的枝條具有不同的徑階，營養(yǎng)元素含量具有較大的差異，因此測定枝不同徑級生物量是有必要的。從表4可見，米老排人工林枝生物量為27.99 t·hm-2，比杉木人工林高166.06%。米老排不同徑階的枝生物量從大到小順序為：2～5 cm、0.5～1 cm、<0.5 cm、1～2 cm、5～10 cm，而杉木則為：1～2 cm、<0.5 cm、2～5 cm、0.5～1 cm。米老排直徑大于2 cm枝的比例(41.31%)遠大于杉木(2.43%)，直徑0.5～1 cm枝的比例(22.68%)也大于杉木(17.16%)，而直徑1～2 cm、<0.5 cm枝的比例(16.99%、19.02%)小于杉木(32.92%、26.78%)。

表4 杉木與米老排人工林枝各徑階生物量及分配率

3.4 米老排與杉木人工林根系生物量的徑級分配及比較

不同徑階根系具有不同的功能，大根主要起到支撐作用，直徑<0.2 cm的根稱為細根，主要起到吸收水分和養(yǎng)分的作用。由表5可見，米老排人工林根生物量為51.50 t·hm-2，比杉木人工林高61.39%，且各徑階根系生物量均大于杉木。米老排人工林細根生物量為10.47 t·hm-2，比杉木人工林大39.79%。米老排較大的根系和細根生物量可提高其吸收水分和養(yǎng)分的能力，加快營養(yǎng)循環(huán)，促進光合作用和生物量的積累。

米老排不同徑階的根生物量從大到小順序為：根樁、直徑>5 cm、直徑<0.2 cm(細根)、直徑2～5 cm、直徑1～2 cm、直徑0.2～0.5 cm、直徑0.5～1 cm根，而杉木則為：根樁、直徑<0.2 cm(細根)、直徑>5 cm、直徑2～5 cm、直徑0.5～1 cm、直徑0.2～0.5 cm、直徑1～2 cm根。

表5 杉木與米老排人工林根各徑階生物量及分配率

3.5 米老排與杉木人工林根系生物量的空間分配格局

從表6可見，米老排人工林有28.22%的根系生物量分布在0～10 cm表層土壤中，55.38%的根系生物量集中在0～20 cm層次土壤中，83.91%的根系集中在0～40 cm深度的土壤中。米老排人工林細根(直徑<0.2 cm)生物量有42.35%集中在0～10 cm表層土壤中，有59.14%集中在0～20 cm層次土壤中，74.39%集中在0～40 cm層次土壤中。

杉木人工林0～10 cm表層土壤中的根系生物量占全部根系的30.77%，0～20 cm層次根系生物量占根系總生物量的62.65%，0～40 cm層次根系生物量占根系總生物量的82.17%。杉木人工林細根生物量有33.00%集中在0～10 cm深度土壤中，55.01%集中在0～20 cm層次土壤中，79.05%集中在0～40 cm層次土壤中。

從以上比較可以看出，米老排和杉木根系生物量均隨著土層深度的增加而減少。米老排細根生物量在0～10 cm表層土壤中的比例(42.35%)高于杉木(33.00%)，但0～40 cm土層細根生物量比例(74.39%)小于杉木(79.05%)。米老排40 cm以下土層細根生物量比例(25.61%)大于杉木(20.95%)。米老排根系分布深度比杉木大，細根在表層(0～10 cm)和深層(40～120 cm)土壤中的生物量和分配率均大于杉木，有利于其對土壤中水分和養(yǎng)分的吸收，這可能是其生物量和生產力高于杉木的主要原因之一。

表6 杉木與米老排人工林根各徑階生物量的空間分配率

4 結論與討論

1)建立的各器官相對生長模型W=a(D2H)b的決定系數均在0.9以上，擬合效果較好，可以根據胸徑和樹高計算各器官生物量理論值。米老排和杉木各器官生物量模型的決定系數大小均為：干>皮>枝>根>葉。

2)福建南平多代杉木人工林采伐跡地上營造的22年生米老排人工林密度比杉木(對照)大12.62%，木材蓄積量僅比杉木大10.63%，說明在相同的密度條件下，米老排木材蓄積量與杉木相近，但其樹干(去皮)生物量卻比杉木大68.95%，這主要與米老排木材基本密度較大有關[7]。喬木層總生物量為244.39 t·hm-2，比杉木高68.42%，米老排人工林喬木層各器官生物量均大于杉木，說明杉木多代連栽地營造米老排可以提高林地的生產力。葉是植物光合作用器官，米老排較大的葉生物量是其具有較高生產力的原因之一。廣西憑祥28年生米老排人工林喬木層生物量為275.54 t·hm-2，樹干(去皮)年凈生產量為6.20 t·hm-2·a-1[9]；福建明溪15年生米老排人工林喬木層生物量為194.77 t·hm-2，樹干(去皮)年凈生產量為6.44 t·hm-2·a-1[8]；本研究中米老排的樹干(去皮)年凈生產量略低于廣西憑祥和福建明溪，這主要與氣候和立地條件差異有關。22年生米老排各器官生物量大小順序為：干(54.51%)>根(21.07%)>枝(11.45%)>皮(5.79%)>葉(3.44%)>枯枝(2.89%)>花果(0.85%)，但樹干的生物量比例低于廣西憑祥(63.01%)，這主要與年齡有關。

3)米老排直徑大于2 cm枝的生物量比例(41.31%)遠大于杉木(2.43%)，但<0.5 cm枝的生物量比例(19.02%)小于杉木(26.78%)，這主要是由于米老排與其他闊葉樹一樣，具有冠幅較大的生物學特性，側枝相應較長、較粗，因此側枝生物量較大，大徑級的枝所占的比例較高。

4)米老排人工林根系生物量為51.50 t·hm-2，比杉木人工林高61.39%，其83.91%的根系生物量集中在0～40 cm深度的土層中。米老排細根(直徑<0.2 cm)生物量為10.47 t·hm-2，比杉木人工林大39.79%。米老排較大的根系和細根生物量可提高其吸收水分和養(yǎng)分的能力，加快營養(yǎng)循環(huán)，促進光合作用和生物量的積累。米老排細根在0～10 cm表層土壤中的比例(42.35%)高于杉木(33.00%)，這可能是由于米老排枯枝落葉數量大、養(yǎng)分含量高、分解迅速，能夠釋放更多的養(yǎng)分供應表層土壤，而細根的生長具有趨肥性，因此在表層土壤分布更多。米老排細根在40 cm以下土層生物量的分配率大于杉木，說明米老排細根穿透能力強于杉木，這也是米老排生產力大于杉木的主要原因之一。

*：試驗過程中得到福建師范大學黃志群、萬曉華、余再鵬，以及福建農林大學何宗明等同志的幫助，謹此致謝。

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Biomass ofMytilarialaosensisPlantation on Site of Continuous Chinese fir(Cunninghamialanceolata) Monoculture

ZHANG Hong-mei

(XiayangStateForestFarm，Nanping353005，F(xiàn)ujian，China)

Biomass and its distribution of a 22-year-oldMytilarialaosensisplantation on site of continuous Chinese fir (Cunninghamialanceolata) monoculture was studied in Nanping，F(xiàn)ujian province.The results showed that coefficient of determinations of the biomass allometric equations (W=a(D2H)b) developed for different organs ofM.laosensisand Chinese fir plantations were over 0.9，indicating good fitting effects.Tree layer biomass of the 22-year-oldM.laosensisplantation was 244.39 t·hm-2，and it was 68.42% higher than that of the Chinese fir (control).The order of different organs of theM.laosensisplantation was stem (54.51%)>roots (21.07%)>branches (11.45%)>bark (5.79%)>leaves (3.44%)>dead branches (2.89%)>reproductive parts (0.85%)，and they were higher than those of the Chinese fir.Biomass proportion of branches with a diameter>2 cm of theM.laosensisplantation (41.31%) was much higher than that of the Chinese fir (2.43%)，but the proportion of branches with a diameter<0.5 cm (19.02%) was lower than that of the Chinese fir (26.78%).Root biomass of theM.laosensisplantation was 51.50 t·hm-2，it was 61.39% higher than that of the Chinese fir，and 83.91% of the total biomass concentrated in the 0～40 cm soil layer.Fine root (diameter<0.2 cm) biomass proportion at the top 0～10 cm soil layer of theM.laosensisplantation (42.35%) was higher than that of the Chinese fir (33.00%)，and its proportion below 40 cm soil layer was higher than that of the Chinese fir too.Higher fine root biomass of theM.laosensisplantation may be one of the primary reasons for its higher productivity than that of the Chinese fir.

Mytilarialaosensis；Chinese fir (Cunninghamialanceolata)；biomass；distribution

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.02.009

2015-07-17；

2015-08-25

國家自然科學基金項目(41371269)；教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃(DB-168)；福建省杰出青年科學基金項目(2060203)

張紅梅(1975—)，女，福建南平人，福建南平峽陽國有林場工程師，從事森林培育等方面研究。E-mail：zczhm@163.com。

S718.55+6

A

1002-7351(2016)02-0049-06