范新榮

（福建省寧化國有林場 福建寧化 365407）

杉木木荷混交林生物量及營養(yǎng)元素積累的研究

范新榮

（福建省寧化國有林場 福建寧化 365407）

在福建寧化國有林場開展了12年生杉木純林和杉木木荷混交林生物量、不同組分營養(yǎng)元素含量及積累量的研究，結果表明，混交林喬木層生物量高于純林，灌木層、草本層和凋落物層生物量兩種林分接近，混交林總生物量比純林增加32.8%；混交林中杉木各器官多數營養(yǎng)元素含量高于純林，但沒有一致性的變化規(guī)律；混交林N、P、K、Ca和Mg積累量均高于純林，混交林中這五種元素的積累量分別比純林增加11.5%、15.6%、19.7%、30.7%和6.2%；因此，杉木木荷混交林可以有效增加這五種營養(yǎng)元素的積累，混交林比純林更有利于維持地力。

混交林；生物量；營養(yǎng)元素

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國南方山地最重要的用材林造林樹種，具有生長快、生物產量高、經濟效益顯著等特點，其木材廣泛用于建筑、家具等方面，在我國林業(yè)建設中具有重要的地位。但由于杉木針葉養(yǎng)分含量低、分解慢、林地自肥能力差，杉木純林地力衰退嚴重，致使林地生產力下降，林地生態(tài)環(huán)境惡化，限制了杉木林地的可持續(xù)經營[1-2]。現(xiàn)有的多數研究表明，杉木純林結構單一是造成林地生產力退化的重要原因之一。而營造杉闊混交林，改變杉木單一樹種的栽植模式，不僅可提高杉木林分生物多樣性，而且還能改善杉木林的地力，增強杉木林的抗逆性能力，從而提高杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性[3-5]。目前，已開展了許多杉木闊葉樹混交試驗，篩選了一些適宜的混交樹種，其中木荷（Schima superba）是較理想的混交樹種之一[6-7]。木荷生長迅速、材質優(yōu)良，同時落葉分解快、養(yǎng)分含量高，不僅是南方地區(qū)主要用材造林樹種之一，也是優(yōu)良的改土和防火樹種[8]。但已有的杉木木荷混交林試驗主要關注林分生長、土壤理化性質的變化等方面[7,9,10]，較少涉及杉木木荷混交林主要營養(yǎng)元素的積累和分配特征研究。林分營養(yǎng)元素的變化對于林地地力維持和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，本文通過杉木木荷混交林生物量和營養(yǎng)分布狀況的分析，以期為今后杉木混交林經營過程中養(yǎng)分的管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗區(qū)位于福建省寧化國有林場（東經116°32′－116°45′，北緯 26°20′－26°40′），該場地處閩西北丘陵地帶，林場現(xiàn)有經營樹種主要以杉木和馬尾松為主，針葉林面積占90%以上。年平均氣溫17℃，1月極端最低溫-5.5℃，極端最高溫40.6℃，年降水量1700-1900mm，無霜期214-246d，屬中亞熱帶季風氣候。山場海拔高度在300-1000m，土壤以紅壤為主，土層中厚。

1.2 試驗設計

2003年2月在寧化林場馬尾松采伐跡地上選擇立地條件基本一致的地塊營造杉木木荷混交林（杉木：木荷混交比例1：1），面積1.2 hm2；以鄰近地區(qū)杉木純林為對照。杉木和木荷均采用1年生容器苗造林，混交林采用行間混交方式，初植密度均為3000株/hm2。造林后連續(xù)4年進行全面劈草和培土撫育。

1.3 研究方法

2014年10月在杉木純林和混交林內分別建立3塊20m×20m的樣地，進行每木檢尺，林分生長狀況及密度調查見表1。在杉木純林和混交林樣地內分別選擇平均木，采用全挖法測量全株生物量，其中杉木純林9株，混交林內杉木和木荷各9株。在野外分段分別測定各組分（葉、枝、干和根）的鮮重，同時各組分分別取小樣密封后帶回實驗室在75℃烘至恒重，測定含水率，換算出各器官干物質重量及全株的干生物量，然后根據樣地林分密度推算不同林分的生物量。每塊樣地內，在樣地對角線設置5個2 m×2 m的小樣方，收獲林下灌木和草本，取小樣烘干后測定灌木和草本生物量。另外，在每個樣地內隨機設置5個1 m×1 m的小樣方，收集樣方內所有凋落物稱量，烘干后計算凋落物生物量。

表1 杉木純林和混交林林分基本特征Table1 Basic characteristic in Chinese fir monoculture and mixed plantations

1.4 樣品分析

將喬木層、灌木層、草本層和凋落物層的樣品粉碎后測定 N、P、K、Ca、Mg含量，其中N用靛酚藍比色法，P用鉬蘭比色法，K、Ca、Mg用原子吸收分光光度法測定。

2 結果與分析

2.1 林分生物量分布特征

對混交林和純林生物量的調查發(fā)現(xiàn)，混交林喬木層生物量比純林增加34.2%，灌木層、草本層和凋落物層生物量在兩種林分接近，混交林總生物量比純林增加32.8%（表2）。杉木純林和混交林喬木層各器官生物量的大小均為干＞根＞葉＞枝，但兩種林分不同器官生物量的比例不同，混交林干、枝、葉和根占喬木層生物量的比例分別為54.4%、9.2%、11.3%和25.2%，而純林干、枝、葉和根的比例為50.3%、9.4%、16.2%和24.2%。由此可見，混交林樹干和樹根生物量的比例增加，而葉生物量比例降低，枝生物量的比例變化不大。

表2 杉木純林和混交林林分生物量（t/hm2）Table2 Biomass in Chinese fir monoculture and mixed plantations

2.2 林分不同組分元素含量

表3 杉木純林和混交林不同組分營養(yǎng)元素含量（g/kg）Table3 Nutrients content of different components in Chinese fir monoculture and mixed plantations

從表3可以看出，杉木純林和混交林不同組分和不同器官營養(yǎng)元素含量差異較大。杉木純林喬木層各器官五種元素含量特征基本類似，即K＞N＞Ca＞Mg＞P，葉片中各元素含量最高，其次為枝條和根系，樹干中元素含量相對較低?；旖涣种猩寄疚宸N元素含量在干、枝、葉和根的變化趨勢與純林一致。相對于純林，混交林中杉木各器官多數營養(yǎng)元素含量有一定程度增加，但沒有一致性的變化規(guī)律?；旖涣种猩寄緲涓珊椭lN含量高于木荷，但葉片和根系N含量低于木荷；木荷僅樹干中P含量略高于杉木，枝條、葉片和根系中P含量均低于杉木；木荷根系中K含量高于杉木，其他器官中K含量低于杉木；木荷各器官Ca含量均高于杉木，而Mg含量低于杉木。杉木純林灌木層N和Mg含量高于混交林，而P、K、Ca含量低于混交林。杉木純林草本層N、K和Mg含量高于混交林，P和Ca含量低于混交林。杉木純林凋落物層五種元素含量均低于混交林。

2.3 林分不同組分元素積累量

對杉木純林和混交林不同組分元素積累量的分析發(fā)現(xiàn)，兩種林分喬木層五種元素的固定量最大，純林中喬木層五種元素積累量占林分總積累量的83.8%-90.1%，混交林中喬木層五種元素積累量占林分總積累量的83.7%-91.9%（表4）。杉木純林喬木層葉片所含的營養(yǎng)元素最多，占喬木層積累量的53.5%；其次為樹干和根系，枝條最小。混交林喬木層各器官所含營養(yǎng)元素特征與純林類似，但分配比例不同，葉片所含營養(yǎng)元素占喬木層積累量的比例低于純林，為41.5%，樹干和根系分別為25.9%和20.4%，高于純林；枝條分配比例也略低于純林。

杉木純林和混交林喬木層五種元素積累量的大小均為K＞N＞Ca＞Mg＞P，但兩種林分各元素分配比例不同；純林中N、P、K、Ca和Mg占總積累量的比例分別為23.1%、6.5%、40.5%、18.4% 和11.5%，混交林中這五種元素占總積累量的比例分別為21.6%、6.2%、41.5%、20.3%和10.4%。由此可見，混交林喬木層K和Ca的比例增加，而N、P和Mg比例降低。此外，每種元素在不同器官的分布也有較大差異。純林喬木層N、Ca和Mg在葉片中分布最多，其次為樹干和根系，枝條中最少；P和K也在葉片中分布最多，其他器官相對較少?；旖涣謫棠緦覰、K和Mg在葉片中分布最多，其次為樹干和根系，枝條中最少；P在葉片中分布最多，其次為樹干和枝條，根系中最少；Ca在葉片和樹干中分布較多，其次為根系，枝條中分布最少。

純林和混交林灌木層和草本層均為K和N元素分布較多，其次為Ca和Mg，P元素最少。兩種林分凋落物層N和Ca元素分布較多，其次為K和Mg，P元素最少。兩種林分灌木層和草本層五種元素積累量接近，但混交林凋落物層元素積累量比純林高106.9%?；旖涣治宸N元素總積累量均高于純林，混交林N、P、K、Ca 和Mg的積累量分別比純林增加11.5%、15.6%、19.7%、30.7%和6.2%。這說明杉木和木荷的混交林有利于這五種營養(yǎng)元素的積累，對于改善林地養(yǎng)分循環(huán)和維持土壤肥力具有重要作用。

表4 杉木純林和混交林不同組分元素積累量（kg/hm2）Table4 Nutrients accumulation ofdifferent components inChinese firmonoculture and mixed plantations

3 結論

（1）通過對杉木純林和混交林生物量、不同組營養(yǎng)元素含量及積累量的研究，混交林喬木層生物量高于純林，灌木層、草本層和凋落物層生物量上兩種林分接近，混交林總生物量比純林增加32.8%。這與其他一些研究的結論一致[11]，表明杉木木荷混交可以顯著提高林分生物量。

（2）混交林中杉木各器官多數營養(yǎng)元素含量高于純林，但沒有一致性的變化規(guī)律?；旖涣种猩寄竞湍竞筛髌鞴貼、P、K、Ca和Mg含量也具有較大差異?；旖涣止嗄緦覲、K和Ca含量高于純林，草本層P和Ca含量高于純林，凋落物層五種元素含量均高于純林。

（3）混交林五種元素總積累量均高于純林，混交林N、P、K、Ca和Mg的積累量分別比純林增加11.5%、15.6%、19.7%、30.7%和6.2%。本研究杉木純林喬木層五種元素積累量低于何宗明等[12]對34年生杉木純林的研究結果，但混交林略高于后者。不同杉木純林營養(yǎng)元素的積累可能與林齡、密度、立地條件等因素有關。純林和混交林喬木層五種元素的固定量最大，灌木層、草本層和凋落物層較少。這表明杉木木荷混交林可以有效增加這五種營養(yǎng)元素的積累，尤其是混交林凋落物層元素積累量比純林高106.9%，有利于改善林地土壤養(yǎng)分的輸入，因此，混交林比純林能夠更好地維持地力。

[1]張昌順，李昆.人工林地力的衰退與維護研究綜述[J].世界林業(yè)研究，2005，18(1)：17-21.

[2]侯振宏，張小全，徐德應，等.杉木人工林生物量和生產力研究[J].中國農學通報，2009，25(5)：97-103.

[3]蔡青.杉木闊葉樹混交造林研究[J].安徽農學通報，2011，17(7)：145-148.

[4]林開敏，章志琴，葉發(fā)茂，等.杉木人工林下杉木、楠木和木荷葉凋落物分解特征及營養(yǎng)元素含量變化的動態(tài)分析[J].植物資源與環(huán)境學報，2010，19(2)：34-39.

[5]陳志新.杉木混交林生產力和土壤肥力研究[J].安徽農學通報，2007，13(12)：138-139.

[6]陳紹栓，陳淑容.杉木木荷混交林涵養(yǎng)水源功能和土壤肥力[J].土壤學報，2002，39(4)：599-603.

[7]程煜，洪偉，吳承禎，等.木荷地上部分生物量分布特征與生產力[J].應用與環(huán)境生物學報，2009，15(3)：318-322.

[8]楊智杰，陳光水，謝錦升，等.杉木、木荷純林及其混交林凋落物量和碳歸還量[J].應用生態(tài)學報，2010，21(9)：2235-2240.

[9]王青天，林武藝，謝文雷，等.杉木—木荷混交林生長效果研究[J].綠色科技，2010，7：72-74.

[10]吳昌華.不同模式杉闊混交對林木生長的影響[J].防護林科技，2014，6：15-16.

[11]陳儀全.不同坡位6年生杉木木荷混交林生物量分布格局分析[J].江西林業(yè)科技，2012，1：18-21.

[12]何宗明，張任好，鄒雙全，等.福建柏和杉木人工林營養(yǎng)元素積累與分配[J].熱帶亞熱帶植物學報，2003，11（3）：205-210.

Astudy of accumulation of biomasses and nutrition elements in mixed forests of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata)and Schima superba

Ninghua National Forest Farm of Fujian Province,Ninghua,3654O7

Biomass,nutrient content and accumulation of different components in 12 years old Cunninghamia lanceolata monoculture plantation and C.lanceolata-Schima superba mixed plantation were studied in national forest farm of Ninghua,Fujian.The results showed that biomass of arbor layer in mixed plantation was higher than that of monoculture plantation,the biomass ofshrub layer,herb layer and litter layer was no great difference betweenmixed andmonoculture plantations.The total biomass of the mixed plantation was increased by 32.8%compared with that of monoculture plantation.The nutrient content of most elements in different components of C.lanceolata in mixed forest was higher than that of monoculture plantation,but these elements were no consistent variation trend in different components of C.lanceolata.The accumulation of N、P、K、Ca and Mg in the mixed plantation were higher than those in the monoculture stands,and the accumulation of these five elements in the mixed plantation was increased by 11.5%,15.6%,19.7%,30.7%and 6.2%,respectively.Therefore,the C.lanceolata–S.superb mixed plantation can effectively increase the nutrient accumulation of these five elements,mixed plantation is more advantageous for maintaining soil fertility.

mixed plantation；biomass；nutrient

S71

A

1004-7743（2015）04-0039-04

2015-08-12