杉木木荷混交林生物量及营养元素积累的研究

范新荣

（福建省宁化国有林场 福建宁化 365407）

杉木木荷混交林生物量及营养元素积累的研究

范新荣

（福建省宁化国有林场 福建宁化 365407）

在福建宁化国有林场开展了12年生杉木纯林和杉木木荷混交林生物量、不同组分营养元素含量及积累量的研究，结果表明，混交林乔木层生物量高于纯林，灌木层、草本层和凋落物层生物量两种林分接近，混交林总生物量比纯林增加32.8%；混交林中杉木各器官多数营养元素含量高于纯林，但没有一致性的变化规律；混交林N、P、K、Ca和Mg积累量均高于纯林，混交林中这五种元素的积累量分别比纯林增加11.5%、15.6%、19.7%、30.7%和6.2%；因此，杉木木荷混交林可以有效增加这五种营养元素的积累，混交林比纯林更有利于维持地力。

混交林；生物量；营养元素

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国南方山地最重要的用材林造林树种，具有生长快、生物产量高、经济效益显著等特点，其木材广泛用于建筑、家具等方面，在我国林业建设中具有重要的地位。但由于杉木针叶养分含量低、分解慢、林地自肥能力差，杉木纯林地力衰退严重，致使林地生产力下降，林地生态环境恶化，限制了杉木林地的可持续经营[1-2]。现有的多数研究表明，杉木纯林结构单一是造成林地生产力退化的重要原因之一。而营造杉阔混交林，改变杉木单一树种的栽植模式，不仅可提高杉木林分生物多样性，而且还能改善杉木林的地力，增强杉木林的抗逆性能力，从而提高杉木人工林生态系统稳定性[3-5]。目前，已开展了许多杉木阔叶树混交试验，筛选了一些适宜的混交树种，其中木荷（Schima superba）是较理想的混交树种之一[6-7]。木荷生长迅速、材质优良，同时落叶分解快、养分含量高，不仅是南方地区主要用材造林树种之一，也是优良的改土和防火树种[8]。但已有的杉木木荷混交林试验主要关注林分生长、土壤理化性质的变化等方面[7,9,10]，较少涉及杉木木荷混交林主要营养元素的积累和分配特征研究。林分营养元素的变化对于林地地力维持和可持续发展具有重要意义。因此，本文通过杉木木荷混交林生物量和营养分布状况的分析，以期为今后杉木混交林经营过程中养分的管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验区位于福建省宁化国有林场（东经116°32′－116°45′，北纬 26°20′－26°40′），该场地处闽西北丘陵地带，林场现有经营树种主要以杉木和马尾松为主，针叶林面积占90%以上。年平均气温17℃，1月极端最低温-5.5℃，极端最高温40.6℃，年降水量1700-1900mm，无霜期214-246d，属中亚热带季风气候。山场海拔高度在300-1000m，土壤以红壤为主，土层中厚。

1.2 试验设计

2003年2月在宁化林场马尾松采伐迹地上选择立地条件基本一致的地块营造杉木木荷混交林（杉木：木荷混交比例1：1），面积1.2 hm2；以邻近地区杉木纯林为对照。杉木和木荷均采用1年生容器苗造林，混交林采用行间混交方式，初植密度均为3000株/hm2。造林后连续4年进行全面劈草和培土抚育。

1.3 研究方法

2014年10月在杉木纯林和混交林内分别建立3块20m×20m的样地，进行每木检尺，林分生长状况及密度调查见表1。在杉木纯林和混交林样地内分别选择平均木，采用全挖法测量全株生物量，其中杉木纯林9株，混交林内杉木和木荷各9株。在野外分段分别测定各组分（叶、枝、干和根）的鲜重，同时各组分分别取小样密封后带回实验室在75℃烘至恒重，测定含水率，换算出各器官干物质重量及全株的干生物量，然后根据样地林分密度推算不同林分的生物量。每块样地内，在样地对角线设置5个2 m×2 m的小样方，收获林下灌木和草本，取小样烘干后测定灌木和草本生物量。另外，在每个样地内随机设置5个1 m×1 m的小样方，收集样方内所有凋落物称量，烘干后计算凋落物生物量。

表1 杉木纯林和混交林林分基本特征Table1 Basic characteristic in Chinese fir monoculture and mixed plantations

1.4 样品分析

将乔木层、灌木层、草本层和凋落物层的样品粉碎后测定 N、P、K、Ca、Mg含量，其中N用靛酚蓝比色法，P用钼兰比色法，K、Ca、Mg用原子吸收分光光度法测定。

2 结果与分析

2.1 林分生物量分布特征

对混交林和纯林生物量的调查发现，混交林乔木层生物量比纯林增加34.2%，灌木层、草本层和凋落物层生物量在两种林分接近，混交林总生物量比纯林增加32.8%（表2）。杉木纯林和混交林乔木层各器官生物量的大小均为干＞根＞叶＞枝，但两种林分不同器官生物量的比例不同，混交林干、枝、叶和根占乔木层生物量的比例分别为54.4%、9.2%、11.3%和25.2%，而纯林干、枝、叶和根的比例为50.3%、9.4%、16.2%和24.2%。由此可见，混交林树干和树根生物量的比例增加，而叶生物量比例降低，枝生物量的比例变化不大。

表2 杉木纯林和混交林林分生物量（t/hm2）Table2 Biomass in Chinese fir monoculture and mixed plantations

2.2 林分不同组分元素含量

表3 杉木纯林和混交林不同组分营养元素含量（g/kg）Table3 Nutrients content of different components in Chinese fir monoculture and mixed plantations

从表3可以看出，杉木纯林和混交林不同组分和不同器官营养元素含量差异较大。杉木纯林乔木层各器官五种元素含量特征基本类似，即K＞N＞Ca＞Mg＞P，叶片中各元素含量最高，其次为枝条和根系，树干中元素含量相对较低。混交林中杉木五种元素含量在干、枝、叶和根的变化趋势与纯林一致。相对于纯林，混交林中杉木各器官多数营养元素含量有一定程度增加，但没有一致性的变化规律。混交林中杉木树干和枝条N含量高于木荷，但叶片和根系N含量低于木荷；木荷仅树干中P含量略高于杉木，枝条、叶片和根系中P含量均低于杉木；木荷根系中K含量高于杉木，其他器官中K含量低于杉木；木荷各器官Ca含量均高于杉木，而Mg含量低于杉木。杉木纯林灌木层N和Mg含量高于混交林，而P、K、Ca含量低于混交林。杉木纯林草本层N、K和Mg含量高于混交林，P和Ca含量低于混交林。杉木纯林凋落物层五种元素含量均低于混交林。

2.3 林分不同组分元素积累量

对杉木纯林和混交林不同组分元素积累量的分析发现，两种林分乔木层五种元素的固定量最大，纯林中乔木层五种元素积累量占林分总积累量的83.8%-90.1%，混交林中乔木层五种元素积累量占林分总积累量的83.7%-91.9%（表4）。杉木纯林乔木层叶片所含的营养元素最多，占乔木层积累量的53.5%；其次为树干和根系，枝条最小。混交林乔木层各器官所含营养元素特征与纯林类似，但分配比例不同，叶片所含营养元素占乔木层积累量的比例低于纯林，为41.5%，树干和根系分别为25.9%和20.4%，高于纯林；枝条分配比例也略低于纯林。

杉木纯林和混交林乔木层五种元素积累量的大小均为K＞N＞Ca＞Mg＞P，但两种林分各元素分配比例不同；纯林中N、P、K、Ca和Mg占总积累量的比例分别为23.1%、6.5%、40.5%、18.4% 和11.5%，混交林中这五种元素占总积累量的比例分别为21.6%、6.2%、41.5%、20.3%和10.4%。由此可见，混交林乔木层K和Ca的比例增加，而N、P和Mg比例降低。此外，每种元素在不同器官的分布也有较大差异。纯林乔木层N、Ca和Mg在叶片中分布最多，其次为树干和根系，枝条中最少；P和K也在叶片中分布最多，其他器官相对较少。混交林乔木层N、K和Mg在叶片中分布最多，其次为树干和根系，枝条中最少；P在叶片中分布最多，其次为树干和枝条，根系中最少；Ca在叶片和树干中分布较多，其次为根系，枝条中分布最少。

纯林和混交林灌木层和草本层均为K和N元素分布较多，其次为Ca和Mg，P元素最少。两种林分凋落物层N和Ca元素分布较多，其次为K和Mg，P元素最少。两种林分灌木层和草本层五种元素积累量接近，但混交林凋落物层元素积累量比纯林高106.9%。混交林五种元素总积累量均高于纯林，混交林N、P、K、Ca 和Mg的积累量分别比纯林增加11.5%、15.6%、19.7%、30.7%和6.2%。这说明杉木和木荷的混交林有利于这五种营养元素的积累，对于改善林地养分循环和维持土壤肥力具有重要作用。

表4 杉木纯林和混交林不同组分元素积累量（kg/hm2）Table4 Nutrients accumulation ofdifferent components inChinese firmonoculture and mixed plantations

3 结论

（1）通过对杉木纯林和混交林生物量、不同组营养元素含量及积累量的研究，混交林乔木层生物量高于纯林，灌木层、草本层和凋落物层生物量上两种林分接近，混交林总生物量比纯林增加32.8%。这与其他一些研究的结论一致[11]，表明杉木木荷混交可以显著提高林分生物量。

（2）混交林中杉木各器官多数营养元素含量高于纯林，但没有一致性的变化规律。混交林中杉木和木荷各器官N、P、K、Ca和Mg含量也具有较大差异。混交林灌木层P、K和Ca含量高于纯林，草本层P和Ca含量高于纯林，凋落物层五种元素含量均高于纯林。

（3）混交林五种元素总积累量均高于纯林，混交林N、P、K、Ca和Mg的积累量分别比纯林增加11.5%、15.6%、19.7%、30.7%和6.2%。本研究杉木纯林乔木层五种元素积累量低于何宗明等[12]对34年生杉木纯林的研究结果，但混交林略高于后者。不同杉木纯林营养元素的积累可能与林龄、密度、立地条件等因素有关。纯林和混交林乔木层五种元素的固定量最大，灌木层、草本层和凋落物层较少。这表明杉木木荷混交林可以有效增加这五种营养元素的积累，尤其是混交林凋落物层元素积累量比纯林高106.9%，有利于改善林地土壤养分的输入，因此，混交林比纯林能够更好地维持地力。

[1]张昌顺，李昆.人工林地力的衰退与维护研究综述[J].世界林业研究，2005，18(1)：17-21.

[2]侯振宏，张小全，徐德应，等.杉木人工林生物量和生产力研究[J].中国农学通报，2009，25(5)：97-103.

[3]蔡青.杉木阔叶树混交造林研究[J].安徽农学通报，2011，17(7)：145-148.

[4]林开敏，章志琴，叶发茂，等.杉木人工林下杉木、楠木和木荷叶凋落物分解特征及营养元素含量变化的动态分析[J].植物资源与环境学报，2010，19(2)：34-39.

[5]陈志新.杉木混交林生产力和土壤肥力研究[J].安徽农学通报，2007，13(12)：138-139.

[6]陈绍栓，陈淑容.杉木木荷混交林涵养水源功能和土壤肥力[J].土壤学报，2002，39(4)：599-603.

[7]程煜，洪伟，吴承祯，等.木荷地上部分生物量分布特征与生产力[J].应用与环境生物学报，2009，15(3)：318-322.

[8]杨智杰，陈光水，谢锦升，等.杉木、木荷纯林及其混交林凋落物量和碳归还量[J].应用生态学报，2010，21(9)：2235-2240.

[9]王青天，林武艺，谢文雷，等.杉木—木荷混交林生长效果研究[J].绿色科技，2010，7：72-74.

[10]吴昌华.不同模式杉阔混交对林木生长的影响[J].防护林科技，2014，6：15-16.

[11]陈仪全.不同坡位6年生杉木木荷混交林生物量分布格局分析[J].江西林业科技，2012，1：18-21.

[12]何宗明，张任好，邹双全，等.福建柏和杉木人工林营养元素积累与分配[J].热带亚热带植物学报，2003，11（3）：205-210.

Astudy of accumulation of biomasses and nutrition elements in mixed forests of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata)and Schima superba

Ninghua National Forest Farm of Fujian Province,Ninghua,3654O7

Biomass,nutrient content and accumulation of different components in 12 years old Cunninghamia lanceolata monoculture plantation and C.lanceolata-Schima superba mixed plantation were studied in national forest farm of Ninghua,Fujian.The results showed that biomass of arbor layer in mixed plantation was higher than that of monoculture plantation,the biomass ofshrub layer,herb layer and litter layer was no great difference betweenmixed andmonoculture plantations.The total biomass of the mixed plantation was increased by 32.8%compared with that of monoculture plantation.The nutrient content of most elements in different components of C.lanceolata in mixed forest was higher than that of monoculture plantation,but these elements were no consistent variation trend in different components of C.lanceolata.The accumulation of N、P、K、Ca and Mg in the mixed plantation were higher than those in the monoculture stands,and the accumulation of these five elements in the mixed plantation was increased by 11.5%,15.6%,19.7%,30.7%and 6.2%,respectively.Therefore,the C.lanceolata–S.superb mixed plantation can effectively increase the nutrient accumulation of these five elements,mixed plantation is more advantageous for maintaining soil fertility.

mixed plantation；biomass；nutrient

S71

A

1004-7743（2015）04-0039-04

2015-08-12