不同生長發(fā)育階段木麻黃人工林的凋落物動態(tài)

[摘要] 以不同發(fā)育階段木麻黃人工林為研究對象，測定了凋落物各組分含量的月動態(tài)和季節(jié)動態(tài)。結(jié)果表明：幼齡林、中齡林、成熟林向林地輸入的凋落物量分別為4.84t#8226;hm^-2、9.25t#8226;hm^-2和13.33t#8226;hm^-2。不同發(fā)育階段各組分所占比例及凋落量變化較大，成熟林分別是中齡林和幼齡林的1.44倍和2.75倍。凋落物的碳素含量季節(jié)變化為：冬季>秋季>夏季>春季。

[關(guān)鍵詞] 木麻黃 凋落物 碳儲量

森林凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物組分產(chǎn)生并歸還林地表面的有機(jī)物質(zhì)的總稱[1]，是森林在生長發(fā)育過程中的新陳代謝產(chǎn)物，也是森林植被與環(huán)境之間進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的主要途徑。森林從土壤中吸收的養(yǎng)分，每年又通過凋落物分解作用歸還給土壤，逐漸向土壤中釋放營養(yǎng)元素，這對于維護(hù)土壤肥力，保持森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)的養(yǎng)分循環(huán)和能量流動起著重要作用[2-5]。濱海沙地多屬退化立地，生境條件較為惡劣，生態(tài)恢復(fù)難度較大，對于構(gòu)建一個可持續(xù)的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[8]，凋落物發(fā)揮著更為重要的功能。開展沿海防護(hù)林凋落物動態(tài)研究對于維持林地生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)林地的可持續(xù)經(jīng)營具有重大意義。

另外，森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生物圈的主體，不僅本身維持著大量的碳庫（約占全球植被碳庫的86％以上），同時也維持著巨大的土壤碳庫（約占全球土壤碳庫的73％，因而，森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳平衡是全球碳循環(huán)中極為重要的組分，在全球碳平衡中起著不可替代的作用。Raich和Nadelhoffer研究表明，凋落物年碳?xì)w還量與土壤呼吸呈顯著的線性相關(guān)[6，7]。因此，研究沿海防護(hù)林凋落物的動態(tài)變化對于深入探討沿海防護(hù)林在“碳“調(diào)節(jié)中的作用具有非常重要的意義。

本文研究了不同林齡木麻黃人工林凋落物的動態(tài)變化規(guī)律，以期對沿海防護(hù)林的可持續(xù)經(jīng)營提供依據(jù)，并為開展沿海防護(hù)林在全球碳平衡中的作用研究提供參考。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)在福建省沿海中部惠安縣崇武鎮(zhèn)赤湖防護(hù)林場(118°55′ E，24°55′ N)，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫19.8℃；年均降水量1 029mm，年均蒸發(fā)量2 000 mm；夏季(7-9月)多臺風(fēng)和暴雨天氣，秋季東北風(fēng)強(qiáng)盛，8級以上的大風(fēng)天達(dá)105 d，年平均風(fēng)速7.0 m#8226;s-1，干濕季明顯。土壤為均一性風(fēng)積沙土，沙土層厚度

80-100 cm。

2 材料與方法

在惠安不同發(fā)育階段的每個樣地內(nèi)分別設(shè)置5個1m×1m凋落物收集筐。每月中旬收集一次凋落物，裝入塑料帶，帶回室內(nèi)，分類烘干至恒重后稱重，最后換算成單位面積凋落物量，并點(diǎn)繪各組分年積累動態(tài)曲線。

對進(jìn)行生物量調(diào)查的同時采集的喬木層不同器官和凋落物層的樣品，經(jīng)烘干、粉碎、過篩后，用全自動碳氮分析儀測定含碳率；喬木層平均含碳率是各器官含碳率的加權(quán)平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1木麻黃人工林凋落物年產(chǎn)量及組成

木麻黃幼齡林、中齡林、成熟林的年凋落物量分別為4.84t#8226;hm^-2、9.25t#8226;hm^-2和13.33t#8226;hm^-2（見表1），成熟林的年凋落量最大，這主要是由于成熟林生長已處于衰退時期，其年凋落量處于較大時期；而中齡林和幼齡林仍處于生長期間，因此凋落物相對較成熟林小。

不同發(fā)育階段的凋落物各組分及總量均有較大差異。但均為落葉所占比重最大，落枝次之，而落果所占比重最小。與譚芳林[8]研究的20年和7年林分相比，這一序列相同。但不同發(fā)育階段不同各組分具體所占的比例是不同的：落葉占的比例為：幼齡林(91.94％)>中齡林（83.24%）>成熟林（79.97%），而落枝所占比例為：成熟林（16.65％）>中齡林（10.49%）>幼齡林（2.89%）。落果為：中齡林（6.27％）>中齡林（5.17%）>成熟林（3.38%）。可見幼齡林落葉量所占比例最大，而中齡林落果量所占比例最大，成熟林則為落枝條量最大。

30a 生木麻黃的凋落量13.33t#8226;hm^-2，低于譚芳林[8]1997～1999年的定位觀測的20年生的林分13.973t#8226;hm^-2，稍高于7年生的12.385t#8226;hm^-2。16年生和5年生的凋落量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其研究結(jié)果。本研究得出木麻黃不同發(fā)育階段平均值為9.14t#8226;hm^-2。與亞熱帶林齡相近的其它樹種相比，其年凋落量高于亞熱帶杉木人工林(1.76～5.30t#8226;hm^-2 )[9] 和福建武夷山天然杉木混交林(5.034t#8226;hm^-2)[10]，高于廣西亞熱帶常綠闊葉林(7.99t#8226;hm^-2)[11]也高于福建武夷山51～54齡甜櫧林(2.5870～5.5625t#8226;hm^-2)[12]，與福建九龍江秋茄紅樹林(9208 kg#8226;hm^-2)接近[13]。木麻黃人工林年凋落量介于熱帶雨林(11t#8226;hm^-2)和暖溫帶落葉闊葉林(5.5t#8226;hm^-2 )之間[11]。木麻黃較高的年凋落物量，可能與沿海地區(qū)的大風(fēng)天氣較多有關(guān)。在惠安沿海，8級以上的大風(fēng)天可達(dá)100d，臺風(fēng)平均每年5.1次，大風(fēng)的作用增加了凋落物量。另外，木麻黃分枝較多，枝葉生物量占全樹生物量的比重較大，這也是木麻黃防護(hù)林年凋落量較大的一個原因。

3.2木麻黃人工林凋落量的月動態(tài)

． 森林凋落量具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，其凋落物組分?jǐn)?shù)量在各個月的分布是不均勻的，季節(jié)變化模式可以是單峰，也可以是雙峰的或不規(guī)則的，但多數(shù)是雙峰，少數(shù)是單峰的，差異較大，與組成群落的樹種種類結(jié)構(gòu)有關(guān)。主要依賴于林分組成樹種的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性。為了便于討論凋落量在1a中的變化，本研究將當(dāng)月凋落量高于年平均值30％的稱為峰值。

3.2.1木麻黃人工林落葉量的月動態(tài)

森林凋落物是森林物質(zhì)和能量流動的載體，落葉一般在凋落物中占大多數(shù)，是森林凋落物的主要成分。木麻黃人工林的幼齡林、中齡林、成熟林的年落葉量分別為4.45t#8226;hm^-2、7.7t#8226;hm^-2、10.66t#8226;hm^-2，占年凋落量的79.97％～91.94％，所占的比例大于溫遠(yuǎn)光等對常綠闊葉林的研究 [15-18]。幼齡林落葉量的變化為雙峰型(見圖1)，主峰出現(xiàn)在7月，次峰出現(xiàn)在9、10月，其余各月的變化比較平緩，成熟林和中齡林落葉量在7～9月出現(xiàn)峰值，其余各月變化比較平緩。木麻黃成熟林和中齡林落葉量最大值均出現(xiàn)在7～9月．主要是由于7～9月是福建惠安沿海臺風(fēng)的發(fā)生季節(jié)，造成葉的大量凋落。

3.2.2木麻黃人工林落枝量的月動態(tài)

木麻黃不同發(fā)育階段的落枝總量分別為0.14t#8226;hm^-2、0.97t#8226;hm^-2、2.22t#8226;hm^-2，幼齡林與中齡林和成熟林差異顯著。幼齡林、中齡林、成熟林平均落枝量占總凋落量的的比例分別為2.89％、10.49％、16.65％，均小于武夷山甜櫧林(20.59％)[12] 、廣西亞熱帶常綠闊葉林(25.2％)[11]、南亞熱帶常綠闊葉林(18.7％)[11]，成熟林落枝占的比例(16.65％)大于九龍江秋茄紅樹林(15.44％)[13]、與滇中常綠闊葉林(16.47％)接近。木麻黃人工林中齡林落枝量的月變化與落葉模式相似，在7～9月出現(xiàn)峰值。而成枝的峰值出現(xiàn)在5月和8～9月，幼齡林在7～9月出現(xiàn)主峰，又在11月出現(xiàn)一個次峰，其動態(tài)與落葉的有所不同。從不同發(fā)育階段落枝量的平均值看，與落葉相似最大值均出現(xiàn)在7～9月，這樣是木麻黃的葉已退化為針葉，其葉連著小枝一起凋落造成的。成熟林在5月落枝出現(xiàn)一個次峰，這可能是由于4～5月是東南沿海的梅雨季節(jié)，連續(xù)的降雨造成大量的落枝。 與成熟林和中齡林相比，幼齡林和中齡林的落枝量較小，變化亦較為平緩。

3.2.3木麻黃人工林落果量的月動態(tài)

木麻黃人工林幼齡林、中齡林、成熟林的年落果量分別為0.25t#8226;hm^-2、0.58t#8226;hm^-2、0.45t#8226;hm^-2，僅占年凋落量的3.38％～6.27％。成熟林和幼齡林均在8～10月出現(xiàn)峰值。而中齡林有所不同，在3～7月出現(xiàn)峰值。從落果的平均值來看，最大值出現(xiàn)在8～10月，在5、6月亦出現(xiàn)一個次峰，這主要是由于中齡林的落果量較大造成的。總的來看落果的峰值的出現(xiàn)比落葉和落枝滯后，這可能與闊葉樹的生物學(xué)特性有關(guān)系。

3.2.4木麻黃人工林總凋落量的月動態(tài)

不同發(fā)育階段木麻黃總凋落量的月變化是不同的，木麻黃人工林幼齡林、中齡林、成熟林的年落量分別為4.84t#8226;hm^-2、9.25t#8226;hm^-2、13.33t#8226;hm^-2。其中，中齡林和成熟林在7～9月出現(xiàn)峰值，成熟林在5月出現(xiàn)一個次峰，而幼齡林則在7月出現(xiàn)一個峰值。不同發(fā)育階段木麻黃人工林總凋落量平均值的變化為單峰型(見圖4)，在7～9月出現(xiàn)。這主要是由于7～9月為落葉和落枝的峰值造成的。

3.2.5木麻黃人工林凋落量的季節(jié)動態(tài)

木麻黃防護(hù)林的凋落物及其組分表現(xiàn)為明顯的季節(jié)性變化。幼齡林、中齡林、成熟林的凋落物及其各組分的最小值出現(xiàn)在1月、2月或3月，而最大峰值均出現(xiàn)在9月，8月也是木麻黃林分凋落物及各組分產(chǎn)量的高峰期，僅次于9月。可以將凋落物及各組分的產(chǎn)生劃分為3個階段：第一階段為12～3月，凋落物產(chǎn)量最小，分別僅占全年總凋落量的16.88％（幼齡林）、18.64％（中齡林）、17.53％ (成熟林)，該階段新葉和幼枝開始萌動生長，凋落量較小；第二階段為4～6月，凋落物產(chǎn)量略高于第一階段，但仍僅占全年凋落物總量的22.69％（幼齡林）、28.69％（中齡林）、23.23％ (成熟林)，該階段枝葉生長迅速，為一年中木麻黃的主要生長期；第三階段為7～11月，在這一階段，福建省的東南沿海盛行東北季風(fēng)，大風(fēng)天氣多，加之在該階段的后期，木麻黃基本停止生長，舊的枝葉在風(fēng)的動力作用下大量脫落，凋落物大量增加，占全年總量的60.43％（幼齡林）、52.67％（中齡林）、59.24％(成熟林)。

3.2.6木麻黃凋落物碳素含量的季節(jié)動態(tài)

不同季節(jié)的木麻黃凋落物枝、葉中碳素密度的測定結(jié)果表明(見表2)，不同發(fā)育階段木麻黃凋落物的枝、葉中碳素密度隨季節(jié)的變化規(guī)律基本一致，均表現(xiàn)為冬季>秋季>夏季>春季。在同一季節(jié)，不同發(fā)育階段枝、葉間的碳素密度表現(xiàn)為中齡林>成熟林>幼齡林生枝、與喬木層相似，幼齡林和中齡林和成熟林差異顯著。從表2還可以看出，葉的平均碳素密度明顯高于枝的平均密度，幼齡林、中齡林、成齡林葉的平均碳素密度分別為47.91％、50.58％、50.52％，總平均為 49.67％。變異系數(shù)分別為4.18％、4.54％、3.73％，總平均為2.08％。木麻黃落枝的平均碳素密度分別為46.13％、48.29％、47.95％，總平均為47.46％。變異系數(shù)分別為4.80％、5.31％、4.02％，總平均為2.25％。

3.2.7木麻黃凋落物碳固定量的月動態(tài)

凋落物產(chǎn)量與森林碳吸存能力有密切關(guān)聯(lián)。

木麻黃凋落物的碳固定量等于凋落物的產(chǎn)量與各組分的碳含量的乘積，但每月的碳素含量變化幅度較小，所以木麻黃凋落物的碳固定量受凋落物產(chǎn)量的正相影響，故其月動態(tài)變化和凋落產(chǎn)量變化一致。

4 結(jié)論

對不同發(fā)育階段木麻黃人工林的凋落物的數(shù)量、組成及其組分的月動態(tài)及碳素含量的季節(jié)動態(tài)的研究表明：木麻黃人工林的幼齡林、中齡林、成熟林向林地輸入凋落物分別為4.84t#8226;hm^-2、9.25t#8226;hm^-2和13.33t#8226;hm^-2。不同發(fā)育階段各組分所占比例變化較大，其中葉占79.97％～91.94％，枝占2.89％～16.65％，果占3.38％～6.27％，不同發(fā)育階段間凋落量變化亦較大，成熟林是中齡林和幼齡林的1.44倍和2.75倍。木麻黃不同發(fā)育階段凋落物有明顯的凋落節(jié)律，凋落量的峰值出現(xiàn)在梅雨季節(jié)的5月和臺風(fēng)的7～9月，以9月凋落量最大；凋落物的碳素含量的季節(jié)變化為冬季>秋季>夏季>春季。因為凋落物碳的歸還量主要受凋落量的正相影響，故表現(xiàn)出和凋落量一致的動態(tài)變化規(guī)律。

與亞熱帶其他森林相比，木麻黃人工林凋落量較大，有利于改良森林土壤，可作為針闊混交樹種。

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