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福建木兰溪源自然保护区米槠群落凋落物热值及能量归还动态



全 文 :张建和.福建木兰溪源自然保护区米槠群落凋落物热值及能量归还动态[J].福建农业学报,2016,31(2):194-198.
ZHANG J-H.Calorific Value and Energy-recycling of Litterfal in Castanopsis carlesii Community at Mulanxi Water Conservation Area in
Fujian[J].Fujian Journal of Agricultural Sciences,2016,31(2):194-198.
福建木兰溪源自然保护区米槠群落凋落物热值及能量归还动态
张建和
(福建省仙游县林业局,福建 莆田 351200)
收稿日期:2015-11-05初稿;2015-12-28修改稿
作者简介:张建和 (1973-),男,林业工程师,主要从事森林防火方面工作 (E-mail:xyxfhb@163.com)
基金项目:福建省自然科学基金项目 (B0110025)
摘 要:对福建木兰溪源自然保护区米槠次生林群落的凋落物的热值、能量归还量动态进行分析。研究表明,
2013-2014年米槠的热值平均值为20.02kJ·g-1,年内及年际间的波动均比较小,变异系数在0.74%~
1.85%。米槠凋落物各组分热值大小顺序为:花>枝>叶>果。2013年米槠群落年归还的总能量为145.5
MJ·hm-2,2014年米槠群落年归还的总能量为176.8MJ·hm-2,2013-2014年,米槠归还的能量占76.3%,
其他树种占14.8%,杂物占8.9%,米槠叶、枝、花、果的能量归还量占米槠归还量能量的79.0%,20.6%、
0.2%、0.2%。2013-2014年米槠群落归还的总能量随月份的变化呈显著的单峰曲线,峰值出现在每年的3~6
月份,归还的能量占全年总归还量的80%左右。
关键词:米槠;次生林;凋落物;能量归还;动态
中图分类号:Q 948 文献标识码:A 文章编号:1008-0384 (2016)02-194-05
Calorific Value and Energy-recycling of Litterfal in Castanopsis carlesi Community
at Mulanxi Water Conservation Area in Fujian
ZHANG Jian-he
(Xianyou Forestry Bureau,Putian,Fujian 351200,China)
Abstract:In 2013-2014,a monthly survey was conducted to determine the calorific value(CV)and energy-
recycling on the falen biomass in a secondary Castanopsis carlesii forest located in Mulanxi Water Conservation
Area in Xianyou,Fujian.The average CV of the target trees was 20.02kJ·g-1,with slight annual and seasonal
fluctuations,i.e.,the coefficients of variation were between 0.74%-1.85%.CVs of al litterfals in the area were
in the order of leaves>twigs>flowers>nuts.The total energy-recycling was 145.5MJ·hm-2 in 2013,and
176.8MJ·hm-2 in 2014.On average,76.3%of the recycled energy were contributed by C.carlesii,14.8%by
other trees,and 8.9%by miscelaneous litters.In the C.carlesii community,79.0%,20.6%,0.2%and 0.2%of
the recycled energies came from the falen leaves,twigs,flowers,and nuts,respectively.In two years of this
survey,the energy-recycling of the community peaked in March through June,contributing approximately 80%of
the annual total.
Key words:Castanopsis carlesii;secondary forest;litterfal;energy-recycling;dynamics.
  森林凋落物是森林生态系统物质循环和能量流
动的主要途径,凋落物的分解向土壤输入大量的养
分和能量,对林地土壤肥力的维持极为重要,是森
林自我培肥地力的主要来源之一[1-4]。有关天然林
凋落物的研究已有较多报道[5-9],但对阔叶树次生
林及人工林凋落物的研究相对较少[10-15]。米槠
Castanopsis carlesii是我国东部湿润亚热带地区常
绿阔叶树种之一,分布范围较广,主产于皖、苏、
浙、赣、湘、鄂、川、黔、闽、台、粤、桂、滇、
琼等海拔1 000m以下的向阳小坡,在福建的分布
广度次于栲树,为阔叶林的优势树种[6,10]。米槠生
长快、树干通直、木材坚重、纹理致密、耐久性
好,是家具、体育器材、胶合板等的优良用材,具
有较高的经济价值,是中亚热带的主要造林树种之
一[10]。在福建木兰溪源自然保护区内米槠的主要
群落类型有:米槠-柃木-芒萁群丛、米槠-杜茎山-
福建农业学报31(2):194~198,2016
Fujian Journal of Agricultural Sciences
http://www.fjnyxb.cn
doi:10.19303/j.issn.1008-0384.2016.02.018
狗脊群丛、米槠-肿节少穗竹-狗脊群丛、米槠-肿节
少穗竹-华里白群丛、米槠-鹿角杜鹃-狗脊群丛、米
槠-鹿角杜鹃-芒萁群丛共6个类型。研究米槠群落
的生产力,从凋落物动态的角度探讨养分循环、能
量流动及其群落小气候等,为系统揭示米槠群落特
征,阐明阔叶树的地力维持机制提供科学依据,也
可为林火的防控提供借鉴。
1 材料与方法
1.1 米槠群落概况
福建木兰溪源自然保护区位于25°28′42″~
25°42′57″N,118°28′59″~118°43′24″E,属亚热带
季风气候,年均气温19.1℃,年均降雨量1 644.2
mm,蒸发量为1 375.0mm,年均相对湿度为
73.1%,无霜期290d左右。土壤为山地黄红壤和
山地黄壤。米槠群落试验地位于坑仔头两侧山体的
中上部,25°28′42″~25°42′57″N,118°28′59″~
118°43′24″E,坡向东偏北20°,坡度21°,土壤为山地
黄红壤和山地黄壤,群落外貌整齐,林冠层厚,郁闭度
0.85~0.90,乔木层以米槠为主,平均树高12.5m,乔
木层分布有甜槠Castanopsis eyrei(Champ.)Tutch.、
石栎Lithocarpus glaber(Thunb.)Nakai、木荷Schima
superba Gardn.et Champ.等,灌木层优势种有马银
花 Rhododendron ovatum (Lindl.) Planch. ex
Maxim.、格药柃 Eurya muricata Dunn、短尾越桔
Vaccinium carlesi Dunn、乌 药 Lindera aggregata
(Sims) Kosterm.、大 萼 黄 瑞 木 Adinandra
macrosepala等,草本层优势种有芒萁Dicranopteris
dichotoma Bernh.、金毛狗脊Cibotium barometz(L.)
J.Sm.等。
1.2 研究方法
在米槠群落内沿对角线分别布设10个0.5m
×1.0m的凋落物收集架,从2013年1月起于每
月底收集凋落物1次,称重后带回实验室,并分为
叶、枝、花、果、其他树种凋落物 (包括叶、枝、
花、果)和杂物 (包括虫、鸟粪便、小动物尸体、
碎屑等)等组分,分别置60℃下烘干48h,称重,
并据此换算为每公顷的凋落量。群落各组分经
65℃烘干24h后,磨碎,过60目筛后贮存于密闭
容器中,用于热值测定。热值的测定采用 WZR-1T
全自动量热计进行,同时取小样测定其含水率,样
品热值均以干重热值 (即1g干物质在完全燃烧条
件下所释放的总能量)表示,测定在室温22~
30℃进行;样品测定3次重复。各项指标的平均值
以加权平均值表示。
2 结果与分析
2.1 米槠群落凋落物的平均热值
由表1可见,在米槠群落凋落物中,不同组分间
的热值存在一定的差异。2013-2014年米槠的热
值平均值为20.02kJ·g-1,低于群落中其他树种的
热值平均值(22.31kJ·g-1),高于群落中杂物的平
均热值18.19(kJ·g-1),年内及年际间的波动均比
较小,变异系数在0.74%~1.85%。从米槠不同器
官的热值高低看,米槠凋落物各组分热值大小顺序
为:花>枝>叶>果。这与花的有机物含量较高,
尤其是脂肪和蛋白质等高热量物质含量较高,而果
(尤其是果壳)多含纤维、木质素等低热值物质有关。
花的凋落量比较少,落果也具有明显的季节性,花的
热值为多次采集混合样测定平均值。
表1 米槠群落各凋落物组分平均热值
Table 1 Average CVs of litterfals fromC.carlesi community
组分
热值/(kJ·g-1)
叶 枝 花 果 目的树种 其他树种 杂物 群落平均
2013年 20.01  20.49  20.70  19.93  20.12  22.45  18.33  20.24
CV/% 1.48  1.75 - 0.43  1.73  1.22  1.12  2.14
2014年 19.82  20.30  20.39  19.46  19.91  22.17  18.05  20.03
CV/% 1.79  1.66 - 0.76  1.85  1.70  1.66  2.60
年平均 19.91  20.40  20.55  19.70  20.02  22.31  18.19  20.13
CV/% 0.68  0.65  1.07  1.68  0.74  0.89  1.07  0.74
2.2 米槠群落凋落物热值月动态
米槠群落中的主要凋落物组分热值的动态变化
具有明显的规律。米槠叶凋落物热值的月际波动较
小,2013年的热值在19.51~20.49kJ·g-1,变
异系数1.48%,2014年的热值在19.12~20.24
kJ·g-1,月 际 的 变 化 相 对 较 大,变 异 系 数
591第2期 张建和:福建木兰溪源自然保护区米槠群落凋落物热值及能量归还动态
1.79%,2013-2014年米槠落叶的热值均以7~9
月份的较低 (图1)。米槠落枝的热值月际波动也
较小,2013年的热值在19.89~21.08kJ·g-1,
变异系数1.75%,2014年的热值在19.67~20.58
kJ·g-1,变异系数1.66%,2013-2014年米槠落
叶均以2、7、8、9月份的热值较低,1月和11月
的热值较高。2013年米槠的热值平均值在19.61~
20.89kJ·g-1,明显低于其他树种凋落物的热值
(22.13~23.04kJ·g-1),但明显高于米槠群落中
杂物的热值平均值 (18.07~18.78kJ·g-1)。从
年际变化看,2014年米槠群落中其他树种及杂物
的热值低于2013年,但波动比2013年的大,热值
在月份间的波动比落叶、落枝的小,其他树种及杂
物热值的变异系数在1.22%~1.70%及1.12%~
1.66%,各组分热值的月际波动以杂物的最小。
图1 米槠群落凋落物热值月动态
Fig.1 Monthly CVs of litterfals fromC.carlesi community
2.3 米槠群落凋落物的总能量归还量及其动态
研究结果表明,2013年米槠群落年归还的总
能量为145.5MJ·hm-2,其中米槠凋落物归还的
能量为108.8MJ·hm-2,占74.8%,其他树种凋
落物为22.2MJ·hm-2,占15.3%,杂物为14.5
MJ·hm-2,占9.9% (表2)。2014年米槠群落年
归还的总能量为176.8MJ·hm-2,比2013年高
出21.5%,其中米槠为 134.9 MJ·hm-2,占
76.3%,其他树种为26.1MJ·hm-2,占14.8%,
杂物为15.7MJ·hm-2,占8.9% (表2)。
从能量年平均值看,米槠凋落物归还的能量占
76.3%,其他树种占14.8%,杂物占8.9%,米槠
归还的能量占比最高。从米槠树种看,其叶、枝、
花、果的能量归还量依次为 96.4、25.2、0.2、
0.2MJ·hm-2,各占米槠归还量能量的79.0%,
20.6%、0.2%、0.2%,叶和枝归还的能量占绝对
的优势 (表2)。从总能量的月际变化看,2013-
2014年米槠群落归还的总能量随月份的变化呈显
著的单峰曲线,峰值出现的每年的3~6月份,归
还的能量占全年总归还量的80%左右,月际变异
系数达 13.7% (图 2)。从季节动态看,2013、
2014年呈相似的变化模式,归还量大小季节变化
如下:春>夏>秋>冬 (图2)。
691 福建农业学报 第31卷
表2 米槠群落各凋落物组分能量归还量
Table 2 Total energy recycled from litterfals in C.carlesi community
组分
能量/(MJ·hm-2)
叶 枝 花 果 目的树种 其他树种 杂物 群落平均
2013年 84.3  24.2  0.1  0.1  108.8  22.2  14.5  145.5
CV/% 7.0  8.6  7.8  7.8  6.8  5.9  9.8  6.7
2014年 108.4  26.1  0.2  0.2  134.9  26.1  15.7  176.8
CV/% 12.0  8.3  20.6  12.2  10.4  8.5  11.2  9.9
年平均 96.4  25.2  0.2  0.2  121.85  24.15  15.1  161.15
CV/% 17.7  5.3  47.1  47.1  15.1  11.4  5.6  13.7
图2 米槠群落凋落物热值月动态和季节动态
Fig.2 Monthly and seasonal energy-recycling by litterfals fromC.carlesi community
图3 米槠群落凋落物各组分能量归还量月动态
Fig.3 Monthly energy-recycling of litterfals fromC.carlesi community
2.4 米槠群落凋落物各组分能量归还量的月动态
米槠群落能量归还量在月际间的变化较大,变
异系数达13.7%,米槠、其他树种及杂物的变异
系数依次为15.1%、11.4%、5.6% (表2)。由图
791第2期 张建和:福建木兰溪源自然保护区米槠群落凋落物热值及能量归还动态
3可见,米槠叶凋落物能量归还量呈明显的单峰动
态,3~6月份的归还量远高于其余各月份,2014
年4月份的归还量高达46.26 MJ·hm-2,,是
2013年落叶量 (23.76MJ·hm-2)的2倍;落枝
归还的能量呈双峰型,第1次峰值出现在5~6月
份,第2次出现在8~9月份,2014年的落枝峰值
的出现与2013年相比有所滞后;其他树种凋落物
能量归还量在4、9月份比较高,基本与米槠落叶
同步,而杂物的能量归还量以4、5月份较高。
3 讨论与结论
热值是指单位质量的物质完全燃烧时所放出的
热量,热值的高低反映出物质的储能属性,是衡量
第一性生产力的重要指标,也是燃烧特性的重要指
标之一[7,11-13]。森林凋落物热值的高低与组分内含
物的种类、含量有关,通常含油脂等高能化合物的
组分热值也高[13]。胡有全等认为针叶树热值明显
大于阔叶树;阔叶树一般是叶的热值最高,而针叶
树一般是枝的热值最高[12]。米槠树种凋落物的平
均热值20.02kJ·g-1,略高于广西阔叶树 (19.65
kJ·g-1)[14],低于杉木 (20.23kJ·g-1)与松类
(20.56kJ·g-1)[14],低于福建滨海沙地黄连木
(20.37kJ·g-1)[13]、木麻黄 (20.37kJ·g-1)、
潺槁木姜子 (22.04kJ·g-1),高于榕树 (19.32
kJ·g-1)、朴树 (17.74kJ·g-1)[15]及木荚红豆树
(18.51kJ·g-1)[13]。米槠伴生树种的平均热值
22.31kJ·g-1,杂物的18.19kJ·g-1,伴生树种
的热值高于米槠。虽然伴生树种在群落中的密度远
低于米槠,但其储能潜力高于米槠,在维持群落结
构稳定中起到重要作用。杂物的组成大部分是植物
碎屑,内含的能量可能已被利用,因而热值较低,
这与前人的研究结论基本一致[9]。
米槠群落的平均热值为20.13kJ·g-1,与建
群种米槠的热值接近,可见,米槠的热值基本反映
了群落的能量属性。米槠凋落物各组分的热值大小
顺序 为: 花 (20.70 kJ·g-1)> 枝 (20.49
kJ·g-1)> 叶 (20.01kJ·g-1)> 果 (19.93
kJ·g-1),与前人研究结果基本一致[7-9,11]。米槠
群落凋落物各组分的热值在月份间的变异相对较
小,2013年的热值略高于2014年,这可能与2014
年的凋落量高于2013年,大量的落叶等对其含能
具有一定的稀释效应。
森林群落凋落物是其自我培肥地力的重要基
础,归还的能量是森林土壤生态过程的重要驱动力。
森林群落的能量归还主要是通过乔木层和林下植被
的凋落物及根系的分泌与凋亡实现,但目前有关研
究主要集中在乔木层上[7]。米槠群落平均每年向土
壤输入161.15MJ·hm-2的能量,对维持地力及促
进群落物质循环起到重要作用,尤其是每年4~6月
植物换叶及生长旺盛的季节,输入的能量与营养物
质为维持米槠群落生长与稳定起重要作用。
参考文献:
[1]SMOLANDER A,KITUNEN V,TAMMINEN P,et al.
Removal of logging residue in Norway spruce thinning stands:
Long-term changes in organic layer properties [J].Soil
Biology and Biochemistry,2010,42:1222-1228.
[2]WALL A,HYTNEN J.The long-term effects of logging
residue removal on forest floor nutrient capital,foliar
chemistry and growth of a Norway spruce stand [J].Biomass
and Bioenergy,2011,35:3328-3334.
[3]SMOLANDER A,KITUNEN V,KUKKOLA M,et al.
Response of soil organic layer characteristics to logging residues
in three Scots pine thinning stands [J].Soil Biology and
Biochemistry,2013,66:51-59.
[4]胡振宏,何宗明,范少辉,等.采伐剩余物管理措施对二代杉
木人工林土壤全碳、全氮含量的长期效应 [J].生态学报,
2013,33 (13):4205-4213.
[5]屠梦照,姚文华,翁轰,等.鼎湖山南亚热带常绿阔叶林凋落
物的特征 [J].土壤学报,1993,30(1):34-41.
[6]赵月彩,杨玉盛,陈光水,等.福建万木林自然保护区米槠和
杉木凋落叶混合分解研究 [J]亚热带资源与环境学报,2009,
4 (2):53-59.
[7]王凤友.森林凋落物研究综述 [J].生态学进展,1989,6
(2):83-89.
[8]郑征,刘伦辉,和爱军,等.西双版纳湿性季节雨林凋落物和
叶虫食量研究 [J].植物学报,1990,32(7):551-557.
[9]林益明,林鹏,李振基,等.福建武夷山甜槠群落能量的研究
[J].植物学报,1996,38 (12)∶989-994.
[10]任卫岭,郭剑芬,吴波波,等.米槠天然更新次生林皆伐地
采伐剩余物叶分解及其化学组成变化 [J].应用生态学报,
2015,26 (4):1077-1082.
[11]胡有全,沈永刚,肖明增,等.我国常见针阔树种干重热值
的对比分析 [J].林业勘察设计,2015,(2):45-47.
[12]官丽莉,周小勇,罗艳.我国植物热值研究综述 [J].生态
学杂志,2005,24(4):452-457.
[13]林瑞余,谢锦升,蔡丽,等.木荚红豆群落的能量现存量[J].南
京林业大学学报:自然科学版,2002,26(1):47-50.
[14]张伟,蔡会德,农胜奇,等.广西生态公益林主要树种植物热值
与能量积累[J].林业科技开发,2014,28(1):30-33.
[15]叶功富,高伟,陈增鸿,等.滨海沙地主要优势树种凋落物
热值与养分特征 [J].东北林业大学学报,2014,42 (8):
57-60.
(责任编辑:柯文辉)
891 福建农业学报 第31卷