平原沙区果园化栽培模式下幼龄杜仲林生物量研究

杜笑林 ，刘攀峰 ，朱高浦 ，朱景乐

（1. 中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004；2. 国家林业局杜仲工程技术研究中心，河南郑州 450003；3. 中国林业科学研究院经济林研究开发中心，河南 郑州 450003）

平原沙区果园化栽培模式下幼龄杜仲林生物量研究

杜笑林1，2，刘攀峰2，3，朱高浦2，3，朱景乐2，3

（1. 中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004；2. 国家林业局杜仲工程技术研究中心，河南郑州 450003；3. 中国林业科学研究院经济林研究开发中心，河南 郑州 450003）

为探索果园化栽培杜仲幼林的生产力水平，创新平原沙区困难立地条件杜仲人工林培育模式，基于4 a连续实测数据测算出平原沙区杜仲果园的生物量及相关计量参数。研究结果表明：果园化栽培模式下建园第1年、第2 年、第 3 年、第 4 年杜仲林生物量迅速增加，分别达 0.762 ±0.117 t·hm-2、2.576±0.291 t·hm-2、8.717±0.762 t·hm-2和13.003±1.555 t·hm-2；枝叶比以建园第3年的杜仲林最高，达1.457，枝叶指数以建园第4年杜仲林最高，达0.719；建园1～4 a杜仲果园冠根比差异较大，在1.866～3.985之间波动；非光合部分生物量与光合部分生物量比值在1.790～3.916之间；建园第4年杜仲生物量最高，地径、树高、树干中间直径及冠幅平均值分别达6.83±0.74 cm、2.53±0.21 m、5.78±0.80 cm和1.81± 0.11m，其生产力水平可达3.26 t·hm-2a-1。果园化栽培模式可作为平原沙区困难立地条件杜仲人工林的重要栽培模式之一，建议在生产上应用。

杜仲；幼龄果园；生物量；生产力

森林生物量是指一定时空范围内生物个体或群体的有机质量，通常以干物质量作为衡量标准，主要由林木生物量和林下植被层生物量两部分组成[1]。森林生物量是度量生态系统碳储量和碳素循环的关键数据[2]，是森林固碳能力的重要标志，不仅是评价森林现实生产力高低和生产潜力大小的重要依据，也是衡量国家或地区在某时段内林业发展和生态建设的重要指标[3]。我国是世界上人工林面积最大的国家，作为新增固碳的重要手段之一，人工林在全球碳循环中发挥越来越重要的作用[4]。杜仲是我国特有的重要胶源树种、木本药用和木本油料树种，同时也是改善生态环境、增加碳汇的重要经济林树种。杜仲在我国亚热带到温带的27个省（区、市）均有栽培，主要栽培区域包括河南、湖南、湖北、贵州、陕西、四川、浙江、安徽、云南、江苏、山东、江西、重庆、福建、甘肃等省份，栽植面积约35.8万hm2[5]。

果园化栽培是现代杜仲产业发展中最主要的栽培模式之一，其主要特点是矮化、密植和集约化管理，有效解决了长期以来困扰产业化过程中低产和高成本的问题[6]。国内对杜仲人工林生物量和生产力曾开展过一定研究，多集中在乔林模式[7-12]，也有叶用林模式下杜仲生物量的动态变化研究[13]，对果园栽培模式下幼龄杜仲林的生物量与生产力尚未开展系统研究。通过研究典型平原沙区果园化栽培模式下杜仲的生物量分配特征及其潜在生产力，对于合理经营、评价当地栽培模式的生产效率，指导杜仲资源培育，使其发挥更大的经济效益以及进行杜仲碳储量预测，在理论上和实践上都具有重要意义。

1 试验方法

1.1 调查地概况

本研究杜仲样株采自于中国林业科学研究院经济林研究开发中心河南原阳长期杜仲示范基地，位于豫北平原，南临黄河，地理位置113°36′E，34°55′N，为典型平原沙区。气候类型为半干旱地区，大陆性季风型气候，四季分明，温差较大，年均气温14.0 ℃，年均无霜期229 d，年日照2 345 h，年均降水量571.7 mm，降水分布极不均匀，70%左右集中在7～9月，立地条件均具有典型平原区黄河古道沙地特征。

1.2 生物量数据测定

研究对象为‘华仲6号’国审杜仲良种，建园时间在1～4 a，种植密度为3 m×3 m，定干高度80 cm。样地大小设为400 m2，每块样地调查杜仲样株45株。调查1～4年生所有杜仲单株的地径、树干中间直径、树高、冠幅（东西×南北）平均值，在样地中分别选取8株与地径、树干中间直径、树高、冠幅（东西×南北）平均值最接近的杜仲单株进行生物量测定。通过全干称重法求算主干生物量，通过全挖法求算根系生物量，通过分层法求算树枝和叶片生物量，各部分样品80℃烘干后称量干质量，精确到0.1 kg[14]。

1.3 数据分析

用Excel计算各部分生物量测定结果的平均值，林分生物量由林木单株生物量乘以林分株数求得。林分生物量结构分析参见如下公式：枝叶比（BNR）=W枝/W叶；枝叶指数（BNI）=（W枝+W叶）/（W枝+W叶+W干）；冠根比（CRR）=（W干+W枝+W叶）/（W根）；非光合器官与光合器官比值（Fc）=（W干+W根+W枝）/（W叶）[15]。

2 结果与分析

2.1 幼龄杜仲果园生长差异比较

相关性分析表明，平原沙区果园栽培模式下幼龄杜仲林的林龄与地径、树干中间直径、树高、冠幅均呈极显著相关关系（R2=0.932，P=0.000；R2=0.906，P=0.000；R2=0.917，P=0.000；R2=0.943，P=0.000）。方差分析结果表明，不同林龄的杜仲地径(F=649.387，p=0.000)、树高（F=323.473，p=0.000）、树干中间直径（F=549.957，p=0.000）以及冠幅（F=549.957，p=0.000）的差异达到极显著水平。多重比较结果显示，果园模式下建园第4年杜仲地径、树高、树干中间直径以及冠幅分别显著大于其他幼龄杜仲，平均值分别为6.83±0.74 cm、2.53±0.21 m、5.78±0.80 cm和1.81± 0.11 m（见图1）。

2.2 幼龄杜仲果园单株生物量

果园栽培模式下建园第1年、第2年、第3年、第4年杜仲平均单株生物量表现出随生理年龄增加而迅速增加的趋势，分别达0.678±0.104、2.290±0.259、7.749±0.677和11.558±1.382 kg（见表1）。在果园栽培模式下，幼龄杜仲果园的树干、叶生物量比值呈现随林龄增长而不断降低的趋势，而枝、根、果实生物量比值则呈现随林龄增长而不断增长的趋势（见图2）。

2.3 幼龄杜仲果园林分生物量

图1 不同幼龄杜仲果园的生长差异比较Fig.1 Growth comparison of different young-age E.ulmoides orchard

图2 不同幼龄杜仲果园单株生物量的组成比例Fig.2 Individual biomass structure of different young-age E.ulmoides orchard

表1 果园栽培模式下幼龄杜仲果园的单株生物量Table 1 Individual biomass of young-age E.ulmoides forest under orchard-like system kg

果园栽培模式下幼龄杜仲果园建园第1年、第2年、第3年、第4年杜仲林分生物量积累表现出与单株生物量积累相似的趋势，即随生理年龄增加而迅速增加的趋势，分别达0.762±0.117、2.576±0.291、8.717±0.762 和13.003±1.555 t·hm-2（见表 2 和图 3）。

2.4 幼龄杜仲果园林分生物量的结构特征

果园栽培模式下杜仲林分生物量结构特征如表3和图4所示。林分枝叶比、枝叶指数能反映林木枝、叶在树冠中的生长状况，幼龄杜仲果园枝叶比、枝叶指数有随林龄增加而不断增大的趋势，其中枝叶比以建园第3年杜仲林最高，达1.457；枝叶指数以建园第4年杜仲林最高，达0.719。林分的冠根比例，能反映出林分地下部分的支撑能力，以及地上和地下两部分的异速生长状况，果园模式下幼龄杜仲林冠根比在1.866～3.985之间，与樟树林、杨树林、马尾松林等林分相比[16]，处在较低水平，说明果园栽培模式下杜仲林地上、地下部分生长速度较为接近。而非光合部分生物量与光合部分生物量比值在1.790～3.916之间，并随林龄增加而不断增大，说明随林龄增加林分积累干物质能力不断增强。

表2 幼龄杜仲果园的林分生物量Table 2 Forest stand biomass of young-age E.ulmoides orchard t/hm2

图3 幼龄杜仲果园不同器官的林分生物量Fig.3 Forest stand biomass of each organ of different young-age E.ulmoides orchard

表3 幼龄杜仲果园林分生物量结构特征Table 3 Forest stand structure of different young-age E.ulmoides orchard

3 结论与讨论

图4 幼龄杜仲果园林分生物量结构特征Fig.4 Forest stand structure of different young-age E.ulmoides orchard

平原沙区杜仲幼龄果园生物量积累能力是随生理年龄的增加而迅速增加，建园第1～4年杜仲林生物量分别为0.762 ±0.117、2.576±0.291、8.717±0.762 和 13.003±1.555 t·hm-2；建园第 4 年地径、树高、树干中间直径及冠幅平均值也达到峰值，分别 达 6.83±0.74 cm、2.53±0.21 m、5.78±0.80 cm和1.81± 0.11 m，表明随着树体的生长发育其光合能力和养分吸收能力增强。枝叶比以建园第3年达1.457峰值，枝叶指数在建园第4年杜仲林达0.719峰值。冠根比在1.866 ～ 3.985范围波动，与其他树种相比处于较低水平，说明果园栽培模式下杜仲林地上、地下部分生长速度较为接近。在光合能力方面，非光合部分生物量与光合部分生物量比值在1.790～3.916之间波动；在生产力方面，平原沙区这种漏水、漏肥的困难立地条件下，果园化栽培模式的生产力水平可达3.26 t·hm-2a-1，说明此种模式具有一定的应用潜力，可作为该立地条件下杜仲人工林以获取生物量积累为主要培育目标的主要栽培模式之一。

杜仲是国家重点鼓励与支持发展的木本粮油树种之一，也是我国特有的天然橡胶和珍贵中药材树种[5,17-18]。杜仲果园栽培模式作为新型栽培模式的经营历史相对较短，但该种模式已经在生产中发挥出显著的增产增收效果[19-21]，但对该模式下杜仲生物量积累和生产力的变化规律尚缺少深入研究。在当前应对全球气候变化、城市热岛效应的背景下，人工林的固碳效益受到了越来越多的重视[22-23]。本研究对平原沙区幼龄杜仲果园的生物量、生产力的分配及其变化规律进行解析，可为当地杜仲果园的生物量与碳计量提供技术支持，为进一步了解杜仲果园物质生产、分配和积累的过程以及与环境、培育措施之间的相互关系，为发展杜仲固碳育林技术和可持续经营提供理论依据。器官生物量比例间的相互关系反映了林木生长过程中生物量在器官中积累的动态变化，对深入认识树木在生长过程中的物质分配规律有重要意义[24]。本研究通过解析林分枝叶比、枝叶指数、冠根比例以及非光合部分生物量与光合部分生物量之比值等生物量结构特征，初步揭示出果园化栽培模式下不同器官生长存在相互依赖又相互制约的关系。在杜仲果园栽培管理过程中，首要考虑到栽培措施在不同器官间的相互影响，并根据培育目的确定恰当的强度与频次。

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Biomass study of young age Eucommia ulmoides forest under orchard-like system in typical sandy soils

DU Xiao-lin1,2, LIU Pan-feng2,3, ZHU Gao-pu2,3, ZHU Jing-le2,3
(1. College of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2. The Eucommia Engineering Research Center of National Forestry Administration, Zhengzhou 450003, Henan, China;3. Non-timber Forest Research and Development Center of CAF, Zhengzhou 450003, Henan, China)

To realize the juvenile plant productivity level of Eucommia ulmoides under the orchard-like system, biomass and related measurement parameters of the 1-4 years E. ulmoides orchard were selected based on the observed data in typical sandy plain areas. On the 1st to the 4th year after orchard establishment the E. ulmoides forest biomass were 0.762 ± 0.117 t·hm-2, 2.576 ± 0.291 t·hm-2, 8.717± 0.762 t·hm-2and 13.003 ± 1.555 t·hm-2in the orchard-like cultivation system, respectively. The branch and leaf ratio of E. ulmoides forest was highest (1.457), and at the 3rd year after orchard establishment, the branch and leaf index was highest (0.719); 1-4 years after orchard establishment the E. ulmoides crown-root ratio was at 1.866 to 3.985; the non-photosynthetic organ biomass and photosynthesis organ biomass ratio value was at 1.790-3.916. The average values of ground diameter, tree height, trunk diameter and crown intermediate were reached to 6.83 ± 0.74 cm, 2.53±0.21 m, 5.78±0.80 cm and 1.81±0.11 m, respectively, and the productivity reached to the 3.26 t·hm-2a-1. The orchard-like cultivation system could be an important planting model in hard sandy plain site conditions and be proposed to apply in E.ulmoides industry.

Eucommia ulmoides; young stage orchard; biomass; productivity

S725.6

A

1673-923X(2016)06-0061-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.06.012

2015-12-04

国家“十二五”科技支撑计划项目（2012BAD21B0502）

杜笑林，硕士研究生

刘攀峰，博士，助理研究员；E-mail：pfengliu@126.com

杜笑林，刘攀峰，朱高浦，等. 平原沙区果园栽培模式下幼龄杜仲林的生物量研究 [J].中南林业科技大学学报，2016,36(6): 61-65.

[本文编校：吴 彬]