杉木大径材林分不同胸径单株根生物量垂直空间分布特征

林秀华

摘 要：以32年生杉木大径材林分为研究对象，分析20cm、25cm、30cm 3个不同胸径杉木单株不同径级根生物量及其垂直空间分布特征。结果表明，随着杉木胸径的增长，杉木单株根系总生物量呈逐渐增大的趋势；杉木粗根总生物量表现为胸径30cm>25cm>20cm，杉木大根总生物量表现为胸径20cm>30cm>25cm，杉木中根总生物量表现为胸径25cm>20cm>30cm，小根及细根总生物量均表现为30cm>20cm>25cm；随着土层深度增加，杉木粗根、大根总体上表现为随着杉木胸径的增大其根生物量也呈逐渐增加的趋势，杉木中根在深层土层表现为随着杉木胸径增大其生物量呈现先上升后降低的趋势，杉木小根及细根总体表现为随着胸径增大其生物量呈先降低后上升的趋势。

关键词：杉木；胸径；根；生物量；垂直分布特征

中图分类号 S79 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）12-0085-4

The Vertical Spatial Pattern of Root Biomass of Different Diameters Tree in Chinese-fir Big-diameter Forest

Lin Xiuhua

（National Forest Farm of Youxi County，Youxi 365100，China）

Abstract：Taking 32 year old Chinese fir plantation as the research object， the root biomass and its vertical spatial distribution characteristics of 3 different diameter Chinese fir with different diameter at 20cm， 25cm and 30cm were analyzed. The results showed that the total biomass of root system increased gradually with the increase of DBH. The total biomass of Chinese fir was 30cm>25cm>20cm， and the total biomass of Chinese fir one was 20cm>30cm>25cm. The total biomass of Chinese fir was 25cm>20cm>30cm， and the total biomass of small root and fine root was 30cm>20cm>25cm. With the increasing of soil depth， the root biomass of Chinese fir gradually increased with the increasing of the breast diameter of Chinese fir. The growth of Chinese fir root in the deep layer showed a tendency to increase and then decrease with the increasing of the breast diameter of Chinese fir， and the small root and fine root of Chinese fir increased with the increasing of the diameter of the chest. The biomass of the large scale decreased first and then increased.

Key words：Chinese fir；Diameter；Root；Biomass；Vertical spatial pattern

根是林木最重要的營养器官之一，它不仅起到固土护土及机械支撑树体的功能，而且也是植株吸收土壤水分、养分及同化物分配的重要器官，根系生长过程中各种生理活动及死亡后的腐解过程均会与土壤进行物质交换与能量流动，根系生长的好与坏直接影响着林木的生长[1]。根系生物量不仅与树种的生物学特性有关，而且还与土壤温度及土壤肥力有直接的关系[2]。由于林木根较深，根系较庞大，根系研究工作量较大，林木地上部分的研究多于林木地下部分的研究[3-7]。

杉木是我国南方最重要的速生用材树种之一。在全国各用材林树种中，杉木人工林的面积、蓄积量和林业产值均居我国主要造林树种的前茅。长期以来，木材市场供应的杉木材以中径材为主。随着人们生活水平的提高，人们对传统杉木材种的需求发生了变化，市场急需的杉木大径材少，高品质杉木木材成为供不应求的产品。利用现有的中、近成熟林改造成大径材培育林分是解决目前大径材市场供给矛盾的最有效途径之一[8]。林地施肥是中、近成熟林造成大径材培育林分过程中常用的技术措施之一。然而，至目前为止，有关杉木成熟林的根系分布研究尚未见相关报道。有鉴于此，本研究以32年生杉木大径材林分为对象，在林分生长调查的基础上，分析不同胸径杉木植株的不同径级根生物量垂直分布规律，以期为杉木大径材的定向培育提供理论参考。

1 试验地基本概况

调查地位于福建省尤溪国有林场古迹口工区125林班4大班1小班，东经118°5′58″，北纬25°57′19″。试验地处戴云山脉北段西部，属中亚热带季风性湿润气候；年平均气温为16～20℃，最高气温达39.6℃，最低气温为-4.1℃；年平均降雨量为1599.8mm，年相对湿度为85%，年蒸发量为138.8mm；无霜期285～320d。试验地海拔275m，坡度28°，坡向为东南坡，土壤为山地红壤。试验林分为1986年造林，种苗来源为初级种子园种子一年生裸根苗，挖暗穴造林，穴大小为60cm×40cm×30cm，造林密度为3600株/hm2。造林后前2年每年6月份及9月份分别劈草1次，以后每年6月份劈草1次。1996年进行第1次抚育间伐，强度为35%；2001年进行第2次抚育间伐，强度为36.5%。

2 研究方法

2.1 样地设置及材料取样 2016年8月在32年生杉木大径材林分下坡位设置3个20m×20m的临时样地，每个样地内进行每木调查，分别调查杉木的胸径、树高、枝下高及冠幅。在每个样地内分别选择胸径为20cm、25cm及30cm的健康单株各1株，用挖掘机在距树干水平1.50m、深度1.2m挖出其树根，并分别取0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm、100～120cm不同层次的根系。每一层次根系分别用游标卡尺按粗度分级，<0.2cm为细根，0.2～0.5cm为小根，0.5～2.0cm为中根，2.0～5.0cm为大根，>5.0cm为粗根。各取部分样品带回实验室，100℃烘干至恒重，计算其含水率及称量其绝干重。

2.2 数据处理 利用Excel 7.0软件处理相关数据，利用SPSS 20.0软件进行差异性分析

3 结果与分析

3.1 杉木林生长及径级分布情况 32年生杉木人工林下坡位林分生长及径级分布情况见表1。从表1可以看出，32年生的杉木人工林平均胸径为25.63cm，平均树高为18.69m，蓄积量为524.10m3·hm-2。胸径小于20cm的杉木占11.1%，胸径在20～25cm的杉木占22.2%，胸径在25～30cm的杉木占33.4%，胸径大于30cm的杉木占33.2%。32年生杉木胸径在25cm以上的大径材占66.6%。

3.2 不同胸径杉木单株根生物量及分配 32年生杉木不同径级单株根生物量及其分配如表2所示。就不同径级根生物量而言，在20、25及30cm径级范围内，随径级增大，平均单株粗根生物量呈逐渐上升的趋势，中根生物量呈先上升后下降的趋势，而大根生物量、小根生物量及细根生物量则呈先下降后上升的趋势；30cm径级杉木粗根生物量与25cm及20cm径级粗根生物量相比分别增加了20.60%及35.62%，30cm径级杉木小根生物量与25cm及20cm径级小根生物量相比分别增加了32.08%及13.21%，30cm径级杉木细根生物量与25cm及20cm径级细根生物量相比分别增加了48.00%及16.00%。就根分配率差异而言，25cm径级及30cm径级杉木不同径级根分配率从大到小的顺序均体现为粗根>大根>中根>小根>细根，而20cm径级杉木不同径级根分配率从大到小的顺序体现为大根>粗根>中根>小根>细根；就不同胸径杉木差异而言，粗根的生物量表现为30cm径级>25cm径级>20cm径级，大根及中根生物量表现为20cm径级>25cm径级>30cm径级，小根的生物量分配率表现为20cm径级>30cm径级>25cm径级，细根的生物量则表现为30cm径级>20cm径级>25cm径级。不同径级根方差分析结果表明，同一径级杉木粗根、大根及中根生物量与小根及细根相比差异达极显著水平，30cm径级粗根生物量与25cm径级及20cm径级生物量相比差异达显著水平，30cm径级及20cm径级小根、细根生物量与25cm径级相比差异达显著水平。

3.3 不同胸径杉木单株不同土层深度根生物量分布 由表3分析可知，32年生杉木林不同胸徑杉木单株随土层深度的增加，粗根、大根、中根、小根和细根的生物量均呈现出先增加后降低的变化趋势。就不同径级根生物量垂直空间分布差异而言，胸径为20cm的杉木单株粗根、大根、中根、小根和细根最大生物量分别出现在深度为20～40cm、40～60cm、40～60cm、40～60cm和40～60cm的土层，胸径为25cm的杉木单株粗根、大根、中根、小根和细根最大生物量分别出现在深度为20～40cm、40～60cm、20～40cm、40～60cm和40～60cm的土层；胸径为30cm的杉木单株粗根、大根、中根、小根和细根最大生物量分别出现在深度为20～40cm、20～40cm、20～40cm、40～60cm和40～60cm的土层。同一土层深度不同胸径杉木单株不同径级根生物量呈现出较复杂的变化趋势。在0～80cm土层范围内，杉木粗根、大根总体上表现为随着杉木胸径的增大其根生物量也呈逐渐增加的趋势；杉木中根在0～20cm土层表现为随着杉木胸径增大其生物量呈现先降低后上升的趋势，在20～40cm、40～60cm、60～80cm土层表现为随着杉木胸径增大其生物量呈现先上升后降低的趋势；杉木小根及细根在0～20cm、20～40cm、40～60cm及60～80cm土层表现为随着胸径增大其生物量呈先降低后上升的趋势。

4 结论与讨论

杉木是一种速生用材树种。不同杉木生长阶段根系生长的好与坏，不仅影响了杉木的抗风能力，而且还影响了杉木吸收土壤水分及养分的能力，进而影响杉木的正常生长。本研究结果可知，随着杉木胸径的增加，其根总生物量呈增加趋势；从粗根、大根及中根总生物量上看，30cm胸径的杉木单株平均绝干生物量为5.72kg，25cm胸径的杉木单株平均绝干生物量为5.26kg，20cm胸径的杉木单株平均绝干生物量为5.02kg，根支撑树体的能力加强。

随着杉木连栽代数的增加，林地的养分含量呈现下降的趋势，林地施肥成为了营建杉木速丰林的最重要营林措施之一[9，10]。培育杉木大径材，除了造林时的遗传控制、立地控制以及经营过程中的密度控制和生态系统管理外，林地施肥也是培养杉木大径材林分的重要措施。长期以来，由于培养目标不明确，杉木人工林的施肥主要集中在幼龄林阶段，而对中龄林、近成熟林甚至成熟林的的施肥较少[8]。生产实践表明，杉木中龄林、近成熟林甚至成熟林的施肥，有利于提高杉木大径材的产量及大径材的出材率。从研究结果可知，当杉木胸径达到20cm时，杉木平均单株小根绝干生物量达到0.46kg，细根生物量达到0.21kg；当杉木胸径达到25cm时，杉木平均单株小根及细根绝干生物量呈现下降趋势，此时小根绝干生物量为0.36kg，细根生物量为0.13kg；当杉木胸径达到30cm时，杉木平均单株小根及细根绝干生物量又呈现增大趋势，此时小根绝干生物量为0.53kg，细根生物量为0.25kg。因此，在培育杉木大径材时，中龄林及成熟林建议施肥的林龄为16～18年生及26～28年生。此外，就小根及细根不同土层深度生物量分布而言，20～60cm土层深度20cm胸径杉木小根及细根生物量占整个土层的63.04%及57.14%，20～80cm土层深度30cm胸径杉木小根及细根生物量占整个土层的71.70%及68.00%，因此，在杉木林开沟施肥时，沟的深度达20cm即可。至于施肥量，还应综合考虑立地条件、林分的发育阶段、林分的密度等因素，确定合理的施肥量。

参考文献

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[8]陈代喜，陈 琴，蒙跃环，等.杉木大径材高效培育技术探讨[J].南方农业学报，2015，46（2）：293-298.

[9]魏晓骁，王士亚，陈爱玲，等.不同化感型杉木无性系对连栽地的生理响应[J].森林与环境学报，2017，37（1）：22-28.

[10]魏晓骁，陈爱玲，王士亚，等.杉木连栽林土壤微生物碳源利用比较[J].应用与环境生物学报，2016，22（3）：518-523.

（责编：张宏民）