杉木连栽地营造的米老排人工林生物量

张红梅

(福建省南平市峡阳国有林场，福建 南平 353005)

杉木连栽地营造的米老排人工林生物量

张红梅

(福建省南平市峡阳国有林场，福建 南平 353005)

在福建南平对2代杉木人工林采伐迹地上营造的22年生米老排和杉木人工林(对照)的乔木层生物量及其空间分配格局进行研究，结果表明：建立的米老排、杉木各器官相对生长模型W=a(D2H)b的决定系数均在0.9以上，拟合效果较好。22年生米老排乔木层生物量为244.39 t·hm-2，比杉木(对照)高68.42%，各器官生物量大小顺序为：干(54.51%)>根(21.07%)>枝(11.45%)>皮(5.79%)>叶(3.44%)>枯枝(2.89%)>花果(0.85%)，均大于杉木；米老排直径大于2 cm枝的生物量比例(41.31%)远大于杉木(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为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深度的土层中；米老排细根(直径<0.2 cm)生物量在0～10 cm表层土壤中的比例(42.35%)高于杉木(33.00%)，且在40 cm以下土层生物量的分配率也大于杉木。米老排较高的细根生物量可能是其生产力高于杉木的主要原因之一。

米老排；杉木；生物量；分配

福建南平峡阳是福建杉木(Cunninghamialanceolata)的中心产区，林地土壤条件适宜杉木生长，长期以来，杉木人工林的面积占绝对优势，杉木人工林成熟并采伐后仍然营造杉木纯林。由于杉木自肥能力差，随着杉木连栽代数的增加，第3代杉木人工林土壤肥力和生产力明显下降[1-5]。为此，俞新妥[5]建议杉木林采伐后营造阔叶林或通过萌芽更新混交阔叶树种，成为针、阔混交林，以提高森林生产力，发挥森林的多功能效益。

米老排(Mytilarialaosensis)又名壳菜果，为金缕梅科常绿阔叶树种，天然分布于我国广东西部、广西西南部、云南东南部以及越南和老挝等地，是我国南亚热带地区优良的速生用材树种[1]。目前，国内学者已对米老排人工林的生长规律、生物量、土壤碳氮等养分特征、木材材性等方面做了一些研究[6-21]，但对于杉木多代连栽地营造米老排后的人工林生物量分配规律的研究不够深入，尤其是在细根生物量方面缺乏研究。1993年福建省南平峡阳国有林场从广西引种米老排开展杉木二代连栽地造林试验，目前试验林生长良好，余再鹏等[19]、万晓华等[20-21]曾对这片试验林19年生时的土壤呼吸、土壤碳氮库、土壤可溶性有机质等进行过报道。为此，笔者2014年底对南平峡阳这片22年生米老排人工林及其杉木纯林(对照)的生长量、乔木层生物量及其分配进行研究，以期为米老排人工林科学经营提供参考。

1 试验地概况

试验地设在福建省南平峡阳国有林场的观音麦厂附近(26°47.8′ N、117°59.3′ E)，海拔229～246 m，坡度28°～36°。该区为中亚热带季风型气候区，水热条件好，年均气温20.0 ℃，年均降水量1644 mm，年均蒸发量1370 mm，年均相对湿度75.2%。土壤为变质岩发育的山地红壤，质地为粘壤土，由于多代连栽杉木，人工林生产力和土壤肥力已明显下降。1993年春在2代杉木林采伐迹地上营造米老排与杉木对比试验林。采用完全随机区组设计，设置4个区组，共8个试验小区，米老排小区与杉木林小区成对毗邻，立地条件基本一致，小区面积为 400 m2，造林密度为2500株·hm-2。2014年底对试验林进行调查，米老排人工林小区内的林下植被数量极少，主要物种为米老排(小苗)、苦竹(Pleioblastusamarus)、粗叶榕(Ficussimplicissima)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、狗脊(Woodwardiajaponica)、玉叶金花(Mussaendapubescens)等。杉木人工林林下植被数量较多，主要物种为福建观音座莲(Angiopterisfokiensis)、苦竹、粗叶榕、芒萁、狗脊、稀羽鳞毛蕨(Dryopterissparsa)、深绿卷柏(Selaginelladoederleinii)等。试验地林分特征见表1。

2 研究方法

于2014年底对每个试验小区的林木进行每木调查，采用测树钢卷尺测定胸径，采用瑞典Haglöf公司生产的Vertex IV超声波测高测距仪配合Transponder T3超声波发射器测定树高。采用胸高断面积加权法计算小区的平均胸径和平均树高，采用平均标准木树干解析的方法计算平均单株材积。

根据小区每木调查的结果，进行各树种径阶分布统计(径阶距为2 cm)，按照径阶株数的比例选择标准木的数量，每个树种每个径阶选择1～2株标准木，标准木的胸径和树高应接近径阶平均值，每个树种共选择15株标准木。

将标准木贴地面伐倒，按照1 m区分段进行树干解析和不同高度地上部分生物量测定。从树干基部开始，每隔1 m把树干锯断，将树干上的枯死树枝和活树枝贴树干锯下并分别测定鲜重，取标准枝若干(枝条数量少则全取；枝条数量多、大小不一，则将枝条按照基部直径和长度分组，根据各组枝条的数量按比例抽取标准枝)带回室内区分出不同径级树枝(按照直径>10 cm、5～10 cm、2～5 cm、1～2 cm、0.5～1 cm和<0.5 cm)、树叶、花果等器官，测定它们的鲜重和含水量；测定不同区分段(0～1 m、1～2 m、2～3 m、……)树段鲜重，从每个树段基部锯1个5 cm高的圆盘用于树干解析(用于年轮宽度测定的圆盘下端面应做标记)，紧接着锯另1个5 cm高的圆盘装入自封袋中带回室内分离出树干和树皮，并测定两者含水量；将锯过圆盘的树段剥皮，测定树段的去皮树干和树皮的鲜重(注意：此时2个圆盘的鲜重没有包括在内，计算去皮树干和树皮总鲜重时要把2个圆盘的鲜重计算在内)。

如果标准木较高大，直接伐倒时不但容易损伤周围的树，把别的树的树枝打断，自身的枯枝和活枝也容易被打断，造成掉落的枯枝和活枝的归属难以判定，影响树冠生物量测定的准确性。为了克服此缺点，可以在标准木伐倒之前，先请工人爬树做下半部树冠的区分段标记，并分段取下枯枝和活枝，这样砍树时树冠的面积大大减小，仅剩上半部面积较小的树冠，标准木倒下时就不容易挂到其他树。

地下部分生物量采用全挖法测定，按照深度0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm分层进行挖掘，根系按照根桩直径>10、5～10、2～5、1～2、0.5～1、0.2～0.5 cm进行分割、归类，测定鲜重，取样品200～500 g装入自封袋后立即带回室内测定鲜重，然后在80 ℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重，测定干重，计算含水量，烘干的样品可以直接研磨后储存起来用于日后养分分析。

细根(直径<0.2 cm)在现场难以捡干净，影响生物量的准确测定，为此，细根生物量的测定采用土芯法：在每个小区内，用内径为4 cm的土钻随机钻取15个点，按照深度0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm逐层进行钻取。取深层土芯时，为了保护取土钻，应该使用专用的大橡皮锤，禁止用普通大铁锤直接敲击取土钻。在室内把土芯放在套筛上，用自来水将细根附着的土壤洗掉，用镊子将细根挑到铝盒中，在烘箱中80 ℃烘干至恒重后测定细根干重。

利用米老排和杉木标准木活器官的生物量数据，采用SPSS软件建立各器官生物量(W)与胸径(D)、树高(H)的相对生长模型W=a(D2H)b，利用模型计算各器官生物量。枯枝叶(米老排仅有枯枝，无枯叶)生物量直接采用平均木测定的数据。

3 结果与分析

3.1 米老排与杉木人工林生物量模型的建立

利用测定的米老排和杉木各15株标准木各器官生物量数据，建立各器官相对生长模型W=a(D2H)b。由表2可知，各器官生物量模型的决定系数均在0.9以上，拟合效果较好，可以根据胸径和树高计算各器官生物量理论值。米老排和杉木各器官生物量模型的决定系数大小均为：干>皮>枝>根>叶。

3.2 米老排与杉木人工林乔木层生物量及其比较

人工林乔木层生物量是树种生产力的重要指标，它的大小和各器官的分配率与立地条件、树种的生物、生态学特性和密度有关。在一定的密度范围内，人工林乔木层生物量随着密度的增加而增加。米老排密度比杉木(对照)大12.62%，木材蓄积量仅比杉木大10.63%(表1)，说明在相同的密度条件下，米老排木材蓄积量与杉木差异不大，但其树干(去皮)生物量却比杉木大68.95%(表3)，这主要是由于米老排木材基本密度大于杉木[7]。从表3可见，米老排乔木层总生物量达244.39 t·hm-2，比杉木高68.42%，乔木层各器官中，树干(去皮)生物量最大，达133.22 t·hm-2，年净生产量为6.06 t·hm-2·a-1；各器官生物量大小顺序为：干(54.51%)>根(21.07%)>枝(11.45%)>皮(5.79%)>叶(3.44%)>枯枝(2.89%)>花果(0.85%)，而杉木各器官生物量大小顺序为：干(54.34%)>根(21.99)>皮(9.66%)>枝(7.25%)>叶(4.45%)>枯枝叶(1.36%)>花果(0.95%)。米老排等阔叶树一般具有较大的冠幅，枝叶生物量及其分配率也较大，不宜高密度种植；而杉木等大多数针叶树种具有较强的顶端优势，冠幅小，枝叶生物量及其分配率相应也较小，适宜高密度种植。米老排枝生物量及其分配率远大于杉木，是2个树种分配率差异最大的器官；但叶生物量分配率却小于杉木。说明米老排现存密度太大，需要进行间伐。米老排乔木层总生物量与各器官生物量均大于杉木，说明米老排具有比杉木更高的生产力。叶是植物光合作用器官，米老排较大的叶生物量是其具有较高生产力的原因之一。

表3 杉木与米老排人工林乔木层林分各器官生物量及分配率

3.3 米老排与杉木人工林枝生物量的径级分配及比较

人工林的枝条具有不同的径阶，营养元素含量具有较大的差异，因此测定枝不同径级生物量是有必要的。从表4可见，米老排人工林枝生物量为27.99 t·hm-2，比杉木人工林高166.06%。米老排不同径阶的枝生物量从大到小顺序为：2～5 cm、0.5～1 cm、<0.5 cm、1～2 cm、5～10 cm，而杉木则为：1～2 cm、<0.5 cm、2～5 cm、0.5～1 cm。米老排直径大于2 cm枝的比例(41.31%)远大于杉木(2.43%)，直径0.5～1 cm枝的比例(22.68%)也大于杉木(17.16%)，而直径1～2 cm、<0.5 cm枝的比例(16.99%、19.02%)小于杉木(32.92%、26.78%)。

表4 杉木与米老排人工林枝各径阶生物量及分配率

3.4 米老排与杉木人工林根系生物量的径级分配及比较

不同径阶根系具有不同的功能，大根主要起到支撑作用，直径<0.2 cm的根称为细根，主要起到吸收水分和养分的作用。由表5可见，米老排人工林根生物量为51.50 t·hm-2，比杉木人工林高61.39%，且各径阶根系生物量均大于杉木。米老排人工林细根生物量为10.47 t·hm-2，比杉木人工林大39.79%。米老排较大的根系和细根生物量可提高其吸收水分和养分的能力，加快营养循环，促进光合作用和生物量的积累。

米老排不同径阶的根生物量从大到小顺序为：根桩、直径>5 cm、直径<0.2 cm(细根)、直径2～5 cm、直径1～2 cm、直径0.2～0.5 cm、直径0.5～1 cm根，而杉木则为：根桩、直径<0.2 cm(细根)、直径>5 cm、直径2～5 cm、直径0.5～1 cm、直径0.2～0.5 cm、直径1～2 cm根。

表5 杉木与米老排人工林根各径阶生物量及分配率

3.5 米老排与杉木人工林根系生物量的空间分配格局

从表6可见，米老排人工林有28.22%的根系生物量分布在0～10 cm表层土壤中，55.38%的根系生物量集中在0～20 cm层次土壤中，83.91%的根系集中在0～40 cm深度的土壤中。米老排人工林细根(直径<0.2 cm)生物量有42.35%集中在0～10 cm表层土壤中，有59.14%集中在0～20 cm层次土壤中，74.39%集中在0～40 cm层次土壤中。

杉木人工林0～10 cm表层土壤中的根系生物量占全部根系的30.77%，0～20 cm层次根系生物量占根系总生物量的62.65%，0～40 cm层次根系生物量占根系总生物量的82.17%。杉木人工林细根生物量有33.00%集中在0～10 cm深度土壤中，55.01%集中在0～20 cm层次土壤中，79.05%集中在0～40 cm层次土壤中。

从以上比较可以看出，米老排和杉木根系生物量均随着土层深度的增加而减少。米老排细根生物量在0～10 cm表层土壤中的比例(42.35%)高于杉木(33.00%)，但0～40 cm土层细根生物量比例(74.39%)小于杉木(79.05%)。米老排40 cm以下土层细根生物量比例(25.61%)大于杉木(20.95%)。米老排根系分布深度比杉木大，细根在表层(0～10 cm)和深层(40～120 cm)土壤中的生物量和分配率均大于杉木，有利于其对土壤中水分和养分的吸收，这可能是其生物量和生产力高于杉木的主要原因之一。

表6 杉木与米老排人工林根各径阶生物量的空间分配率

4 结论与讨论

1)建立的各器官相对生长模型W=a(D2H)b的决定系数均在0.9以上，拟合效果较好，可以根据胸径和树高计算各器官生物量理论值。米老排和杉木各器官生物量模型的决定系数大小均为：干>皮>枝>根>叶。

2)福建南平多代杉木人工林采伐迹地上营造的22年生米老排人工林密度比杉木(对照)大12.62%，木材蓄积量仅比杉木大10.63%，说明在相同的密度条件下，米老排木材蓄积量与杉木相近，但其树干(去皮)生物量却比杉木大68.95%，这主要与米老排木材基本密度较大有关[7]。乔木层总生物量为244.39 t·hm-2，比杉木高68.42%，米老排人工林乔木层各器官生物量均大于杉木，说明杉木多代连栽地营造米老排可以提高林地的生产力。叶是植物光合作用器官，米老排较大的叶生物量是其具有较高生产力的原因之一。广西凭祥28年生米老排人工林乔木层生物量为275.54 t·hm-2，树干(去皮)年净生产量为6.20 t·hm-2·a-1[9]；福建明溪15年生米老排人工林乔木层生物量为194.77 t·hm-2，树干(去皮)年净生产量为6.44 t·hm-2·a-1[8]；本研究中米老排的树干(去皮)年净生产量略低于广西凭祥和福建明溪，这主要与气候和立地条件差异有关。22年生米老排各器官生物量大小顺序为：干(54.51%)>根(21.07%)>枝(11.45%)>皮(5.79%)>叶(3.44%)>枯枝(2.89%)>花果(0.85%)，但树干的生物量比例低于广西凭祥(63.01%)，这主要与年龄有关。

3)米老排直径大于2 cm枝的生物量比例(41.31%)远大于杉木(2.43%)，但<0.5 cm枝的生物量比例(19.02%)小于杉木(26.78%)，这主要是由于米老排与其他阔叶树一样，具有冠幅较大的生物学特性，侧枝相应较长、较粗，因此侧枝生物量较大，大径级的枝所占的比例较高。

4)米老排人工林根系生物量为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深度的土层中。米老排细根(直径<0.2 cm)生物量为10.47 t·hm-2，比杉木人工林大39.79%。米老排较大的根系和细根生物量可提高其吸收水分和养分的能力，加快营养循环，促进光合作用和生物量的积累。米老排细根在0～10 cm表层土壤中的比例(42.35%)高于杉木(33.00%)，这可能是由于米老排枯枝落叶数量大、养分含量高、分解迅速，能够释放更多的养分供应表层土壤，而细根的生长具有趋肥性，因此在表层土壤分布更多。米老排细根在40 cm以下土层生物量的分配率大于杉木，说明米老排细根穿透能力强于杉木，这也是米老排生产力大于杉木的主要原因之一。

*：试验过程中得到福建师范大学黄志群、万晓华、余再鹏，以及福建农林大学何宗明等同志的帮助，谨此致谢。

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

ZHANG Hong-mei

(XiayangStateForestFarm，Nanping353005，Fujian，China)

Biomass and its distribution of a 22-year-oldMytilarialaosensisplantation on site of continuous Chinese fir (Cunninghamialanceolata) monoculture was studied in Nanping，Fujian 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

国家自然科学基金项目(41371269)；教育部新世纪优秀人才支持计划(DB-168)；福建省杰出青年科学基金项目(2060203)

张红梅(1975—)，女，福建南平人，福建南平峡阳国有林场工程师，从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