人工林生物量及养分研究进展

摘 要：研究森林生态系统营养元素积累动态与生物量便于指导轮伐期的制定，评价炼山、间伐、采伐等经营措施对于森林生态系统地力的影响，能够为维持森林生态系统的土壤肥力提供养分管理措施，具有极为重要的作用。本文首先概述了杉木人工林，其次，选在湖南省会同县，林型为杉木纯林，土壤为山地红黄壤，样地面积20m×25 m，坡度15°左右，为西南坡坡向就人工林生物量及养分进行研究，展开了深入的探讨，具有一定的参考价值。

关键词：杉木人工林；生物量；养分；研究进展

中图分类号：S718 文献标识码：A

研究森林生态系统营养元素积累动态与生物量便于指导轮伐期的制定，评价炼山、间伐、采伐等经营措施对于森林生态系统地力的影响，能够为维持森林生态系统的土壤肥力提供养分管理措施，具有极为重要的作用。生物量是指单位面积内实存生活的有机物质在某一时刻的总量，通常用t/ha和kg/m2来进行表示。本文以杉木人工林为例，就人工林生物量及养分研究进展进行探讨。

2 杉木人工林概括

杉木典型的亚热带地区用材树种。有学者通过净现值一般模型、内部收益率模型、土地纯收益法计算得出13～15 a为杉木轮伐期；有学者通过财务收益率等计算方法得出杉木人工林经济轮伐期为15a左右；还有学者得出，福建顺昌杉木人工林的杉木人工林主伐期为21～23 a，工艺成熟龄为18～24 a，数量成熟期在20～25 a，在杉木人工林主伐期，整个杉木人工林的养分处于持续消耗的状态。

3 研究地区与研究方法

3.1样地概况

众所周知，杉木人工林最适宜生长条件是年均温度在16～19℃，相对湿度80%以上，年降水量1200 mm以上。胡亚利，孙向阳，张建国，段爱国[1]将研究地点选在湖南省会同县， 林型为杉木纯林，土壤为山地红黄壤，样地面积20 m×25 m，坡度15°左右，为西南坡坡向，相对湿度80%以上，年最大蒸发量为1300 mm，年最小蒸发量为1100 mm，年最大降雨量为1400mm，年最小降雨量为1200 mm，年均气温16.5℃。杨会侠，汪思龙，范冰，张伟东，韦翠娥[2]选择的研究对象属于较为典型的亚热带湿润性气候，造林密度为2750株/hm2，是在1960年冬季造林。研究中作为影响杉木人工林养分积累和生物量的主要环境因子选为相对湿度、蒸发、降水、温度。杉木人工林生物量、养分采用收获法， 本文中固定样地营养元素测定方法与不同器官的Mg、Ca、K、P、N五种营养元素测定相同。

3.2分析方法

3.2.1 乔木层生物量的测定

先在样地内进行每木调查，然后根据径级分配序列，在样地相毗邻、立地条件相同的林分中，按每径级各选取1～2株标准木，伐倒后，参照收获法分别测定地上部分和地下部分各器官的鲜质量，并在60℃恒温下烘干至恒量，测其干质量，再按相对生长法推算乔木层的生物量.

3.2.2 营养元素的测定

对不同林龄杉木标准木的根、枝、叶、皮、干材进行取样，然后粉碎过筛再测定养分，用EDTA-钠盐滴定的方法来测定镁和钙，用火焰光度计法用钾，用钼蓝比色法采磷，用凯氏法采氮。

3.3 数据处理

采用冗余分析方法，对一组变量或者一个变量与另一组多变量数据的关系基于统计学角度进行评价。

4 结果

4.1 杉木人工林生物量与养分积累动态

杉木人工林在幼林阶段， 树根、树枝、树叶的养分贮量和生物量所占比例都较大，但是随着杉木的成长，养分含量和生物量逐步从树根、树枝、树叶这些地方推移到树干，在杉木人工林老龄阶段，树叶养分含量所占比例最小，而树干养分含量所占比例最大，这是由于稀疏过程影响。

何友军，王清奎，汪思龙，于小军[3]认为：细根、树叶在杉木人工林的生长初期养分配量较大，随着杉木的成长，杉木林冠层会出现郁闭的现象，养分逐步向其他器官分配，达到凋落量和生产量二者之间的平衡，范广阔，邹双全，林开敏，何宗明，郭玉硕，曹永[4]认为：树木生长初期，树根（地下） 养分含量和生物量所占比例较大；在杉木生长初期，树根、树枝、树叶等器官的养分比例较大；这样一来能够有效促进杉木人工林的生长，使之能够更好地吸收养分和水分。

胡亚利，孙向阳，张建国，段爱国[1]研究结果表明，杉木人工林的营养元素积累速率和生物量二者之间存在着较为明显的“时滞效应”，这是由于杉木生长初期，杉木叶、枝生物量较大，林冠层发育较好，林冠层发育较好、较快，而随着杉木的成长，林冠层逐渐上移，干材生物量比例增大，枝叶生物量比例减少，整枝不断提高，养分积累速率变小，林冠逐渐转变为圆球形，而不再是尖塔形。

范广阔，邹双全，林开敏，何宗明，郭玉硕，曹永康[4]研究得出，养分效率与树冠形状、树叶特性、土壤有效养分、气候因子、林龄等因子有关， 胸径大的林木的营养元素利用效率明显要高于胸径小的杉木。

4.2 轮伐期对杉木人工林土壤肥力的影响

樊后保，刘文飞，谢友森，阮宣华，陈正隆，徐雷[5]认为：杉木人工林在17年时，生物量积累速率达到最大；在13年时养分积累速率达到最大，单位面积营养元素含量也较大，杉木树叶、树枝等器官营养元素分配比例较大。这个时间段如果采伐杉木人工林，那么会使得大量的营养元素被打走，这个时段基于维持土壤肥力角度来看不能够作为主伐年龄。轮伐期转变为56 a，而不是28 a时，带走的Mg减少了52.55%， Ca减少了13.69%， K减少了36.16%， P减少了43.08%，N减少了45.96%，便于维持杉木人工林林分地力。如杉木56年生时采伐， 可减少79.58% Mg、82.97% Ca、82.59%K、79.91% P、74.76% N的流失。

邱仁辉，杨玉盛，彭加才，陈光水，俞新妥，李振问[6]研究结果表明， 从杉木人工林逐步走向老龄阶段，树干所分配的营养元素和生物量日益增多，短轮伐期会使得杉木人工林流失大量营养元素，而当杉木人工林达到老龄时，那么营养元素利用效率高，便于对杉木人工林土壤养分进行维持。邓仕坚[7]等在去同研究杉木老龄林营养元素含量和分布，指出各器官营养元素含量呈球果>树叶>树皮>树枝>于材。

4.3 乔木层能量现存量占据了整个生态系统的绝大部分，为89%～97%

孝昌华[8]认为这主要是乔木层是人工林经营的主体，是系统中生物量积累最大的层次，反映出乔木层是系统最重要的功能层。杉木人工林下的灌木层，在经营管理水平较高的林分中往往发育受到抑制，成为系统各层次中能量积累最小的结构层，它的生物能量积累除个别林分外，均不是系统能量积累量的1%。而林下草本植物的生长—般较灌木层繁茂，但由于环境和受人为影响程度不一，草本层种类组成和生长状况也不同，能量积累各异。在构建农林复合生态系统时，要获得最大的能量积累，必须具有合理的乔木、林下植物的空间结构，以提高系统对能量的吸收和固定。杉木人工林下凋落物层的能量积累差别很大，一般占系统总贮能量的1%-10%。植物枯死体中所积累的能量是生态系统中腐生生物（食腐动物和微生物）的主要能量来源，这部分能量通过它们的生命代谢活动而继续发生传递和转移。姚茂和，盛玮彤[9]等在江西大岗山对20～23年生杉木林的林下植被研究指出，林下植被生物量受立地、林木生长状况、郁闭度和间伐措施等多种因素影响。

由于本文主要是对杉木人工林的养分数据和生物量数据进行收集，但是缺乏研究土壤因子、凋落物、林下植被，而在整个养分循环中，这三者是极为重要的，所以有待于深入考究。

参考文献

[1] 胡亚利，孙向阳，张建国，段爱国. 人工林土壤养分变化规律[J]. 河北林业科技， 2007（01）：143-146.

[2] 杨会侠，汪思龙，范冰，张伟东，韦翠娥. 杉木人工林发育过程中的养分动态[J]. 应用生态学报， 2010（08）：120-124.

[3] 何友军，王清奎，汪思龙，于小军. 杉木人工林土壤微生物生物量碳氮特征及其与土壤养分的关系[J]. 应用生态学报， 2006（12）：155-158.

[4] 范广阔，邹双全，林开敏，何宗明，郭玉硕，曹永康. 不同更新方式对杉木林土壤肥力的影响[J]. 福建林学院学报， 2009（03）：176-178.

[5] 樊后保，刘文飞，谢友森，阮宣华，陈正隆，徐雷. 杉木人工林凋落物分解动态[J]. 南昌工程学院学报， 2007（04）：120-123.

[6] 邱仁辉，杨玉盛，彭加才，陈光水，俞新妥，李振问. 杉木人工林与米储次生促进林生产力和土壤肥力比较[J]. 山地学报， 2001（01）：152-155.

[7]邓仕坚等.杉木老龄人工林生物产量和营养元素含量的分布[J].生志学杂志，1988，7（1）：113-l18.

[8]李昌华.杉木人工林和阔叶杂木林土壤养分平衡因素差异的初步研究[J].土壤学报，1991，19（9）：255-260.

[9]姚茂和，盛炜彤.林下植被对杉木林地力影响的研究[J].林业科学研究，2011，14（02）：246-252.

作者简介：黄杨（1982-），男，四川资阳人，在读硕士研究生，中南林业科技大学林学院（长沙）助教，研究方向：森林生态学。