杉木-深山含笑混交林及其純林喬木層的凈生產力研究

徐永興

（福建省沙縣水南國有林場，福建 沙縣 365050）

杉木-深山含笑混交林及其純林喬木層的凈生產力研究

徐永興

（福建省沙縣水南國有林場，福建 沙縣 365050）

采用樹干解析法與樣地調查，2015年對15年生杉木Cunninghamia lanceolata深山含笑Michelia maudiae混交林及其純林的喬木層凈生產力進行研究。結果表明，喬木層生物量深山含笑純林（43.26 t·hm-2）＞杉木-深山含笑混交林（32.63 t·hm-2）＞杉木純林（28.75 t·hm-2），且混交林單株樹干生物量的積累均高于純林；喬木層凈生產力杉木-深山含笑混交林（5.63 t·hm-2·a-1）＞深山含笑純林（4.12 t·hm-2·a-1）＞杉木純林（3.75 t·hm-2·a-1）；年凋落物量杉木-深山含笑混交林（3.30 t·hm-2·a-1）＞深山含笑純林（2.94 t·hm-2·a-1＞杉木純林（2.61 t·hm-2·a-1）。表明杉木-深山含笑混交林比杉木純林更有利于林分光合產物的積累，增加養分歸還量，有利于林分養分循環利用。

杉木；深山含笑；混交林；生物量；凋落物；凈生產力

森林是陸地生態系統的重要組成部分，森林生態系統的生物量和生產力是衡量森林植被在自然條件下生產能力的重要指標，也是研究生態系統碳平衡的基礎[1]。在垂直結構上分為喬木層、灌木層、草本層及地被層，其中喬木層是森林生產系統的主體，占整個森林生態系統總生產力的80% ～ 90%，因此，探討森林生態系統喬木層的生物量及生產力水平，一直是國內外研究的熱點問題[1-2]。

杉木Cunninghamia l anceolata是我國南方特有的重要速生用材樹種，在南方林業生產中占有重要地位[3-4]。目前杉木人工林連栽生產力下降日趨嚴重，已成為學術界和林業生產部門共同關注的焦點。杉木純林樹種單一，林下植被發育不良，水土流失嚴重，生產力下降明顯，嚴重威脅到我國南方林區的可持續經營[5-7]。杉闊混交林被認為是維持杉木人工林長期生產力的較好途徑之一[8-9]。深山含笑Michelia maudiae為木蘭科含笑屬常綠喬木，樹干通直、樹形優美，是優良的觀賞樹種；為優良的建筑、家具用材原料，在藥用方面亦具有重要的開發價值[8]。深山含笑具有耐寒、抗風、喜溫濕的生物學特性，與杉木混交具有良好的培肥土壤的效果。但關于杉木-深山含笑混交林生產力狀況報道還比較少[10-11]。對 2001年營造的杉木-深山含笑混交林的生物量結構和生產力水平進行研究，為揭示杉木-深山含笑混交林的自我培肥機制，實現杉木人工林的可持續經營提供依據。

1 試驗地概況

試驗地位于福建省三明市沙縣水南國有林場，26°06′ ～ 26°41′ N，117°32′ ～ 118°06′ E，屬亞熱帶季風氣候，年均氣溫15.6 ～ 19.6℃，最冷月平均氣溫7.2℃，最熱月平均氣溫26.4℃，≥10℃年積溫4 478 ～ 5 859.2℃，年均降水量1 510～1 840 mm。土壤為砂頁巖發育的山地紅壤，土層厚度80 cm以上，年試驗地立地指數Ⅱ級。

2001年采用實生苗造林，選擇杉木-深山含笑混交林、杉木純林和深山含笑純林為研究對象。樣地基本概況見表1。混交林為行間混交（杉木與深山含笑比例為7:3），杉木與深山含笑保留密度分別為1 290株·hm-2和645株·hm-2，其中杉木平均樹高15.3 m，平均胸徑18.1 cm，蓄積量為261.9 m3·hm-2，深山含笑平均樹高7.3 m，平均胸徑8.7 cm, 蓄積量為15.3 m3·hm-2；杉木純林保留密度1 800株·hm-2，平均樹高13.9 m，平均胸徑15.2 cm，蓄積量214.2 m3·hm-2；深山含笑純林保留密度為2595株·hm-2，平均樹高8.4 m，平均胸徑7.3 cm，蓄積量為57.1 m3·hm-2。

表 1 試驗地基本概況Table 1 Information of sample plots

2 研究方法

分別在純林與混交林中建立固定標準地（面積為400 m2），調查立地因子，并進行每木檢尺，選擇各標準地內喬木層的3株平均木進行樹干解析，共12株。本研究中的喬木層定義為高度＞5 m[1-2]。采用Monsi分層切割法[11]（2 m為區分段）測定每顆平均木的干、枝、葉的鮮重，采用壕溝全挖法分粗根（＞2 cm）、中根（1 ～ 2 cm）、細根（＜1 cm）和根樁直接稱重，隨機抽取一定樣品帶回試驗室測定含水率，計算各器官生物量。2015年1月中旬，在樣地內隨機布設5個面積為1 m×1 m的凋落物收集器，每1個月收集1次，共收集1 a。林分生物量是指喬木層所生產干物質的累積量（本研究不包括林下植被生物量），計算方法是單株生物量與林分密度的乘積。喬木層生物量年凈增量是指林分生物量除以林木的生長年限。喬木層的年凈生產力是指喬木生物量年凈增量加上凋落枯損的部分。本研究中喬木層（干、枝、根）年凈生產力根據其生長年限來計算。

3 結果與分析

3.1 杉木-深山含笑混交林及其純林的生物量比較

3.1.1 林分生物量 由表2可知，不同群落類型喬木層生物量差異明顯，表現為深山含笑純林（43.26 t·hm-2）＞杉木-深山含笑混交林（32.63 t·hm-2）＞杉木純林（28.75 t·hm-2）。混交林中杉木平均單株生物量為17.5 kg，其生物量在各器官的分配比例為樹干8.10 kg，占46.3%；枝葉5.20 kg，占29.7%；根系4.20 kg，占24.0%，樹干、枝葉、根生物量均高于杉木純林平均木，說明混交林結構對杉木生物量積累有促進作用。混交林中深山含笑平均單株生物量為15.58 kg，各器官的分配比例為樹干10.11 kg，占64.9%；枝葉1.95 kg，占12.5%；根系3.52 kg，占 22.6%，樹干生物量高于其純林平均木，枝葉、根生物量均低于純林平均木。說明混交林結構對杉木和深山含笑樹干生物量積累均有利，明顯提高了兩者干材積累量，有利于林分經濟價值的提高。

表 2 混交林與純林喬木生物量及分配Table 2 Biomass and distribution of tested tree species in mixed and pure stand

3.1.2 喬木生物量年凈增量 由表3可知，混交林喬木層生物量年凈增量高于杉木純林和深山含笑純林，表現為混交林（2.33 t·hm-2·a-1）＞深山含笑純林（1.18 t·hm-2·a-1）＞杉木純林（1.14 t·hm-2·a-1）。各器官的年凈增量樹干最大，混交林中杉木和深山含笑樹干生物量年凈增量均大于杉木純林和深山含笑純林，說明混交林有利于杉木和深山含笑的生長，促進了樹干生物量的積累。混交林中杉木和深山含笑樹根生物量凈增量與杉木純林和深山含笑純林相差不大，說明混交林林分對杉木和深山含笑樹根的生長影響不大。

表 3 混交林與純林喬木生物量平均年凈增量Table 3 Annual increment in biomass of different organ of tested tree species

3.2 杉木-深山含笑混交林與其純林的凋落物量比較

表4可知，杉木-深山含笑混交林林分年凋落物量最大（3.30 t·hm-2·a-1），其次為深山含笑純林（2.94 t·hm-2·a-1），杉木純林最小（2.61 t·hm-2·a-1）。

表4 混交林與純林群落凋落物量及分配Table 4 Litter of different organs of tested species in mixed and pure stand

凋落物量各組分分配差異明顯，凋落葉占比最大（50%左右），其次為凋落枝（30%左右），花果最小（20%左右）。具體而言，混交林中杉木葉、枝、花果的凋落量比例分別為54.4%，29.0%和16.6%，其中葉凋落比例高于杉木純林的（50.6%），枝和花果的凋落比例與杉木純林的相似；混交林中深山含笑葉凋落量比例（69.3%）大于杉木的（54.4%），也大于深山含笑純林葉凋落量比例（57.1%）和杉木純林葉凋落量比例（50.6%）。可見混交林結構對杉木和深山含笑的生長發育有重要影響，混交林中杉木占據主林層，林冠較大，凋落量大于深山含笑，但由于闊葉林的落葉比例一般比針葉林的高，因此混交林中落葉所占的比重明顯高于杉木純林。

3.3 杉木-深山含笑混交林及其純林的凈生產力

喬木層凈生產力包括喬木層生物量的年凈增長量與凋落物的年凋落量。為進一步比較喬木層年生物量的累積效率，用1 a內生物量的凈增量與凈生產力的比值來表示累積率，此值越大，表示群落中光合作用的產物積累到活植物體的數量就越大。表5可知，混交林生物量年凈增量表現為混交林 ＞ 深山含笑純林 ＞ 杉木純林。混交林喬木層凈生產力為5.63 t·hm-2·a-1，是杉木純林的1.50倍，是深山含笑純林的1.37倍。混交林群落喬木層的生物量的年累積率為41.4%，比杉木純林喬木層年累積率高36.18%，比深山含笑純林高44.76%。說明混交林林分結構有利于林分光合產物的積累。

表 5 混交林與純林喬木層凈生產力及累積率Table 5 Net productivity of tree layer in mixed and pure stand

4 小結

采用樹干解析與樣地調查相結合的方法，研究了杉木-深山含笑混交林與其純林喬木層生物量、生產力及凋落物量。結果表明杉木-深山含笑混交林單株生物量均高于杉木純林及深山含笑純林，混交林生物量的年凈增量、年凈生產力及生物量的累積率均高于杉木純林和深山含笑純林。可見杉木人工林純林與深山含笑按 7:3混交，可以改善林分結構和樹種組成，有利于林分光合產物的積累和生產力的提高。本研究與其它人研究結果類似[12-15]，覃林等[12]研究馬尾松-紅椎混交林及其純林的生物量及生產力分配格局時，發現馬尾松-紅椎混交林年凈生產力低于馬尾松純林，但明顯高于紅椎純林，因此合理的混交林配比對培育紅椎大徑材林具有重要促進作用。何貴平等[13]研究杉木-山杜英混交林及其純林生物量分配時發現，不同配比混交林林分生物量及蓄積量均大于杉木純林，但配比不同對混交林分中杉木純林的促進作用也不同。

本研究發現杉木-深山含笑混交林提高了凋落物量的歸還，對增加林分養分歸還量、改善林分養分狀況具有重要的調節作用。杉木-深山含笑混交林年凋落物量為3.30 t·hm-2·a-1，杉木純林與深山含笑純林年凋落物量分別為2.61 t·hm-2·a-1和2.94 t·hm-2·a-1，混交林年凋落物量分別是杉木和深山含笑純林的1.26倍和1.12倍。混交林還明顯增加了葉凋落物量。本研究與楊玉盛等[14-15]研究杉木-觀光木混交林及其純林凋落物產量的差異研究結果相似。

綜上所述，杉木-深山含笑混交林林分生物量、生產力及凋落物歸還狀況，與杉木純林相比均有不同程度地提高，認為杉木與深山含笑混交比例為 7:3是比較理想的混交模式，但根據用材林培育目的不同，未來的研究工作應該在混交比較及混交模式上進行更深層次的探討。

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Net Productivity of Cunninghamia lanceolata and Michelia maudiae in Mixed and Pure Stand

XU Yong-xing
（Shaxian Shuinan State-owned Forest Farm of Fujian, Shaxian 365050, China）

Determinations were conducted on biomass, net productivity and litter of 14-year Cunninghamia lanceolata and Michelia maudiae in mixed stand and their pure stand in 2015 by stem analysis and sample plot survey. The results demonstrated that biomass at tree layer of pure M. maudiae stand was higher than that of mixed stand and pure C. lanceolata stand, and single trunk biomass of two species in mixed stand was higher than that in their pure stand. Net productivity at tree layer was ordered by pure M. maudiae stand＞mixed stand＞pure C. lanceolata stand, and the annual amount of litterfall was mixed stand＞M. maudiae stand＞ pure C. lanceolata stand. It concluded that mixed stand had advantages of more photosynthetic product, better soil nutrient circling.

Cunninghamia lanceolata; Michelia maudiae; mixed forest; biomass; litterfall; net productivity

S718.54

A

1001-3776（2017）01-0047-04

10.3969/j.issn.1001-3776.2017.01.008

2016-09-15；

2016-11-17：

福建省林業廳科技資助項目（閩林科[2010]04號）

徐永興，高級工程師，從事森林培育研究工作；E-mail：jllcxyx@163.com。