全 文 ：第 44 卷　第 1 期 厦门大学学报(自然科学版) Vol.44　No.1
　2005 年 1 月 Journal of Xiamen Universi ty (Natural Science) Jan.2005　
福建东山县赤山滨海沙地厚荚相思林与
湿地松林生物量和能量的研究
　　
收稿日期:2004-05-01
基金项目:国家“十五”重大科技攻关项目(2002BA516A16-15);福
建省林业厅科研项目
作者简介:张清海(1975-),男 ,助理研究员.
张清海1 ,叶功富2 ,林益明3 ,吴锡麟2
(1.中国林业科学院热带林业研究所 , 广东 广州 510520;2.福建林业科学研究院 ,
福建 福州 350012;3.厦门大学生命科学学院 ,福建 厦门 361005)
摘要:对滨海沙土的厚荚相思林与湿地松林生物量和能量进行了研究 , 结果表明:1)厚荚相思林现存生物量为 149.51
t/hm2 ,其中干占总量的 57.83%,根系占总量的 12.82%,地上部分生物量是地下部分生物量的 6.81 倍;各组分干质量热
值在19.98 ～ 23.48 kJ/g 之间 , 整个林分平均干质量热值为 20.59 kJ/g ,能量现存量为 3 079.16×106 kJ/ hm2 ;2)湿地松林
现存生物量为 142.22 t/ hm2 ,干占总量的35.35%,根占总量的 32.88%, 地上部分生物量是地下部分生物量的 2.04 倍;各
组分干质量热值在 20.53～ 21.54 kJ/ g , 整个林分平均干质量热值为 21.00 kJ/g ,能量现存量为 2 986.28×106 kJ/ hm2.3)
厚荚相思和湿地松根系发达 ,可以克服沙地养分贫瘠 ,树干所占比例大 , 起着很好的防风效果 ,总体上有着较高的现存生
物量;整个林分的平均热值高 , 反映厚荚相思和湿地松高的太阳能利用率 , 从这些特性可知它们对沿海沙地有很好的适应
性 ,并起着很好的改善沿海沙地生态环境和提高生物多样性的作用.
关键词:滨海沙土;厚荚相思;湿地松;生物量;能量
中图分类号:Q 949　　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:0438-0479(2005)01-0123-05
　　沿海防护林是海岸主要的生态屏障 ,对沿海岸经
济的发展和生态环境的改善 ,具有重要的作用.木麻黄
生态系统是东南沿海防护林体系的重要组成部分 ,由
于木麻黄是外来树种 ,加上生长的环境较为恶劣 ,现有
的木麻黄林带均出现不同程度的退化 ,二代更新已成
为主要的问题之一.由于厚荚相思(Acasia crassicar-
pa)具有根瘤菌 ,有固氮作用;湿地松(Pinus el liott i)
具有耐干旱 、瘠薄土壤的特性 ,因此它们成为木麻黄林
带更新改造替代树种.本文是从生物量和能量角度对
1992 年引进的厚荚相思与湿地松的生长情况加以研
究.
能量是生态学功能研究中的基本概念之一 ,植物
热值是植物含能产品能量水平的一种度量 ,可反映植
物对太阳辐射能的利用状况 ,也是评价植物营养成份
的标志之一.Gupta(1972)[ 1] 、Jo rdan(1971)[ 2] 研究认
为:应用能量的概念研究植物群落比单纯用干物质测
定更能反映出群落对自然资源(特别是太阳能)的利用
情况.孙国夫等(1993)对水稻叶片热值的研究表明:植
物热值研究最重要意义在于热值能反映组织各种生理
活动的变化和植物生长状况的差异;各种环境因子对
植物生长的影响 ,可以从热值的变化上反映出来 ,热值
可作为植物生长状况的一个有效指标[ 3] .
目前 ,有关沿海防护林体系的能量生态学的研究
报道很少 ,通过对厚荚相思林与湿地松林的生物量和
能量结构的研究 ,为全面了解群落特征提供资料 ,为沿
海生态建设实现可持续发展提供理论依据.
1　实验地概况
实验地设在福建省东山县赤山国有防护林场 ,位
于福建省南部 ,东经 117°18′,北纬 23°40′.属南亚热带
海洋性季风气候 ,年平均气温 20.8℃,绝对最高气温
36.6℃,绝对最低气温 3.8℃,全年无积雪 ,无霜冻 ,年
均降水量 1 164 mm ,年均蒸发量 2 028 mm ,全年干湿
季节明显 ,每年的 11月至翌年的 2 月为旱季 ,大部分
的降水集中于台风多发的 5 ～ 9 月 ,年均台风 5.1次.
成土母岩为花岗岩 ,土壤以滨海沙土为主 ,主要是风积
沙土和潮积沙土 ,机械组成粒径<0.25 mm 占 95%以
上 ,可溶性盐 25 ～ 28 mg/kg ,pH 值在 7.0 ～ 8.5[ 4] .
2　材料与方法
2.1　实验材料
在海岸带的前沿 ,整个生态系统以木麻黄(Casu-
arina equiset i folia)为主 ,在基干林带的后沿 ,也有其
它的实验选优树种 ,自从 1992年开始对海岸防护林进
行多树种的引种 ,本次研究的样地选择 1992年造的厚
荚相思纯林和湿地松纯林 ,位于基干林带的后沿.初始
造林的株行距均为 2 m×2 m ,密度为 2 500 株/hm2 .
厚荚相思(常绿阔叶树)林现有的密度为 835株/hm2 ,
平均胸径 20.60 cm ,平均树高为13.86 m ,郁闭度大于
0.9 ,林下没有灌木;湿地松(针叶树种)林为 2 393 株/
hm
2 ,平均胸径 11.55 mm ,平均树高为 7.94 m ,郁闭
度大于 0.9 ,林下没有灌木.
2.2　生物量的测定
在厚荚相思林和湿地松林中各设立 20 m ×20 m
样地 3块.对样地内的林木进行每木测定 ,根据每木测
定的胸径和树高值 ,选取平均木 ,按 2 m 区分段法进
行树干解析 ,枝叶部分采用分层收获法 ,地下部分采用
分层壕沟法 ,现场称取样木各组分的鲜重 ,并取样回实
验室 ,在 80℃下烘干 ,另取小样在 105℃下烘干 ,求含
水率.根据各组分的含水率 ,求各组分的干生物质量 ,
根据标准木树干解析推算各林分的生物量[ 5] .
表 1　厚荚相思纯林和湿地松纯林的现存生物量
　　　　　　　　　　　　Tab.1　The biomass of the Acasia crassicarpa fore st and Pinus e lliotti fo rest　　　　　(t/ hm2)
林分类型 项目 叶 枝 皮 根 枯枝 干 果 总和
厚荚相思 Acasia 生物量 8.39 12.53 13.10 19.14 4.66 86.46 5.23 149.51
crassica rpa 百分率 5.61 8.38 8.75 12.82 3.12 57.83 3.49 100
湿地松 生物量 13.57 13.26 10.04 46.76 0.33 50.27 7.99 142.22
Pinus ellio tti 百分率 9.54 9.32 7.06 32.88 0.23 35.35 5.62 100
2.3　热值测定
所有采集样品在烘箱中 80℃烘干 ,磨粉处理后过
6号筛贮存备用 ,而后用热量计法测定热值 ,仪器采用
长沙仪器厂生产的 GR-3500型微电脑氧弹式热量计.
样品热值以干质量热值(每克干物质在完全燃烧条件
下所释放的总热量 ,简称 GCV)和去灰分热值(AF-
CV)表示.测定环境是在空调控制 20℃左右 ,每样品
重复多次 ,误差控制在±0.20 kJ ,每次实验对仪器用
苯甲酸标定[ 5] .
灰分测量采用干灰化法 ,样品在马福炉中 550℃
下灰化 5 h 后测定灰分含量.去灰分热值=干质量热
值/(1-灰分含量).去灰分热值免受灰分含量不同的
干扰 ,更能够反映植物体各组分热值情况.
3　结果与讨论
3.1　现存生物量
林分中现存生物量及其分布:生物量是指群落中
一定时间内单位面积上的植物量 ,通常是指活的植物
体及其上的枯死的植物体.生物量是森林生态系统中
的生命活动的物质基础 ,是食物链的物质与能量的起
源 ,为整个生态系统的运转和功能的实现提供了物资
和能量的基础.东山县赤山沙地厚荚相思纯林和湿地
松纯林的生物量及其各林分中各组分分布见表 1.
　　在厚荚相思林分中现存生物量为 149.51 t/hm2 ,
干的生物量最大 86.46 t/hm2 , 占林分生物量的
57.83%,枯枝最小为 4.66 t/hm2 ,占林分生物量的
3.12%,各组分的顺序为干>根>皮>枝>叶>果>
枯枝.与南亚热带森林生态系统相比 ,厚荚相思林分生
物量高于鹤山 7 a 生马占相思(Acacia mangium)林
124.23 t/hm2 和马占相思与豆科 7 a生混交林110.08
t/hm 2[ 6] ,高于惠安赤湖林场 15 a 生的木麻黄林
123.76 t/hm2 [ 7] ;但要低于鼎湖山格木(Erythroph-
loeum f ordi i)群落生物量568.17 t/hm2[ 8] 和黑石顶天
然林 357.98 t/hm2 [ 6] .与中亚热带森林生态系统相
比 ,要低于武夷山天然甜槠(Castanopsis ey rei)林
407.30 t/hm2 [ 5] ;与暖温带阔叶林相比 ,高于辽东栎
(Quercus liaotungensis)林 117.6 t/hm 2[ 9] .林分地上
部分生物量是地下部分生物量的 6.81倍 ,要高于惠安
赤湖 15 a 生的木麻黄林 5.96倍[ 7] ,主根不明显 ,根系
分布较浅 ,分布在 0 ～ 80 cm.
湿地松纯林中现存生物量为 142.22 t/hm2 ,干的
生物量为 50.27 t/hm2 ,占总量的 35.35%,果的生物
量 7.99 t/hm2 ,占总量的 5.62%.各组分的顺序为干
>根>叶>枝>皮>果>枯枝.整个林分生物量与南
亚热带森林生态系统相比 , 要高于鹤山湿地松林
102.26 t/hm 2和马尾松林 108.77 t/hm2 [ 6] ,要低于鼎
湖山针叶林 184.74 t/hm2[ 6] 和黑石顶自然保护区马
尾松林 167.74 t/hm 2[ 10] ;与中亚热带森林生态系统相
比 ,要低于武夷山黄山松 (Pinus taiwanensis)林
191.28 t/hm 2[ 5] ;与北亚热带森林生态系统相比 ,高于
湖南会同马尾松(Pinus massoniana)林 100.00 t/hm2
[ 1 1] .地上部分生物量是地下部分生物量的 2.04倍 ,低
于惠安赤湖 15 a生的木麻黄林 5.96倍[ 7] ,主根明显 ,
根系分布较深 ,可达 150 cm.
3.2　能　量
1)林分中各组分的热值
·124· 厦门大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　 　　　　　　　　　2005 年
热值是指单位质量干物质在完全燃烧的情况下所
产生的热量 ,它可以更好地反映林木对太阳能的转换
利用情况 ,结合生物量和能量能够更好地评价树种在
该立地条件下的适应性.2种林分各组分的灰分含量 、
干质量热值和去灰分热值的大小见表 2.
从表 2 可见 , 厚荚相思各组分的灰分含量为
0.65%～ 3.50%,叶灰分含量最大(3.50%),枯枝灰分
含量最小(0.65%),各组分灰分含量顺序为叶>根>
枝>皮>果>干>枯枝.湿地松各组分灰分含量为
0.67%～ 2.23%, 其中根最大(2.23%), 干最小
(0.67%),各组分灰分含量顺序为根>叶>皮>果>
枝>枯枝>干.
灰分含量的高低与植物吸收元素量有关.N 、P 、
K 、Mg 等营养元素密切参与植物的生命过程 ,所以它
们主要集中于生命活动旺盛的叶中;在高度木质化的
组织木材 ,N 、P 、K 、Mg 等元素含量较低[ 11 , 12] .叶是有
机物合成的场所 ,是代谢最活跃的器官 ,元素从土壤进
入根系木质部导管后随蒸腾液流到达叶片 ,许多元素
主要累积在叶中(而某些元素如 Ca 主要积累在木
材),叶的灰分含量较高;茎部木材输导系统吸收积累
元素较少 ,因而灰分含量较低.灰分含量高低可指示植
物富集元素的作用 ,植物各组分对土壤元素的富集多
少本质上与植物各组分对元素的需求量和土壤中元素
的含量及存在形态等有关 ,而元素的存在形态因不同
因素而不同 ,因此灰分含量与所处生境有关 ,不是固定
不变的 ,灰分含量的高低可反映不同植物对矿质元素
选择吸收与积累的特点[ 13] .
表 2　林分中各组分灰分含量(%)、干质量热值(kJ/g)和去灰分热值(kJ/ g)
Tab.2　The ash content(%), g ro ss calo ric v alue(kJ/g)and a sh free caloric value(kJ/g)
of v arious components in two for ests
林分类型 项目 叶 枝 皮 根 枯枝 干 果 加权平均
厚荚相思 Acasia 灰分含量 3.50 1.35 1.22 1.93 0.65 0.68 1.12 1.12
crassicarpa 干重热值 23.48 20.11 20.54 19.98 20.21 20.54 20.75 20.59
去灰分热值 24.33 20.38 20.79 20.37 20.34 20.68 20.99 20.83
湿地松 灰分含量 2.11 1.38 2.03 2.23 1.06 0.67 1.73 1.54
P inuss el liotti 干重热值 21.54 21.46 21.12 20.93 21.42 20.84 20.53 21.00
去灰分热值 22.00 21.76 21.56 21.41 21.65 20.98 20.89 21.33
厚荚相思各组分干质量热值在 19.98 ～ 23.48 kJ/
g 之间 ,其中叶最大 23.48 kJ/g ,根最小 19.98 kJ/g ,
各组分的顺序为叶>果>皮=干>枯枝>枝>根.整
个林分平均干质量热值为 20.59 kJ/g(整个林分的平
均热值根据林分总能量与总生物量的比值).各组分去
灰分热值在 20.34 ～ 24.33 kJ/g ,叶最大 24.33 kJ/g ,
枯枝最小 20.34 kJ/g ,叶>果>皮>干>枝>根>枯
枝.
湿地松各组分干质量热值在 20.53 ～ 21.54 kJ/g ,
叶最大21.54 kJ/g ,果最小20.53 kJ/g ,各组分的顺序
为叶>枝>枯枝>皮>根>干>果.整个林分平均干
质量热值为 21.00 kJ/g;各组分去灰分热值 20.89 ～
22.00 kJ/g ,叶最大 22.00 kJ/g ,果最小 20.89 kJ/g ,
各组分的顺序为叶>枝>枯枝>皮>根>干>果.
厚荚相思林各组分中 ,根干质量热值均最低 ,这与
Oving ton(1960)[ 14] 研究欧洲赤松(Pinus sy lvestris)
林 ,刘世荣等(1992)[ 15] 研究落叶松(Larix gmelini)人
工林 ,林益明等(1996)[ 16]研究武夷山甜槠林的结果一
致.
湿地松各组分中 ,叶的干质量热值最高 ,是因为含
有树脂和松节油;果的干质量热值最低 ,是因为松果纤
维素含量高的缘故.
　　植物组分或器官干质量热值的差异主要是受自身
组成(所含的营养物质)、结构和功能的影响;其次 ,还
受光照强度 、日照长短及土壤类型和植物年龄影
响[ 16] .此外 ,灰分含量的高低对植物的干质量热值也
有一定的影响[ 17] .
通过干质量热值与灰分含量的相关分析表明 ,厚
荚相思林各组分的干质量热值与灰分含量具有显著的
线性相关 ,相关方程为:y =1.015 9x +19.285 , r=0.
826 , P<0.05;湿地松各组分的干质量热值与灰分含
量没有显著的线性相关 ,相关方程为:y =0.020 1x +
21.088 , r=0.032 , P >0.05.干质量热值与灰分的含
量的相关性与物种有关.
2)林分中能量现存量
能量现存量是指林分中活植物体及其上的死植物
体所包含的能量 ,根据各组分的干质量热值和生物量
计算而得.能量是生态系统的动力 ,任何的生态功能的
实现都需要能量 ,研究能量更能够充分揭示森林生态
系统的功能和作用.
从表 3可以见两林分的能量现存量及其分布结
·125·第 1 期　　　　　　　　张清海等:福建东山县赤山滨海沙地厚荚相思林与湿地松林生物量和能量的研究
表 3　林分中各组分能量现存量及其分布结构
Tab.3　The standing crop ene rgy and distribution of va rious components(1×106 kJ/ hm2)
林分类型 项目 叶 枝 皮 根 枯枝 干 果 总和
厚荚相思 Acasia 能量 197.07 252.05 269.02 382.43 94.15 1775.91 108.52 3079.16
crassicarpa 百分率 6.40 8.19 8.74 12.42 3.06 57.67 3.52 100
湿地松 Pinus 能量 292.34 284.56 212.08 978.61 6.99 1047.61 164.09 2986.28
elliotti 百分率 9.79 9.54 7.10 32.77 0.23 35.08 5.49 100
构 ,厚荚相思林中总能量为 3 079.16×106 kJ/hm2 ,干
的能量现存量最大 1 775.91×106 kJ/hm2 ,占总量的
57.67%,枯枝 94.15×106 kJ/hm2 ,占总量的 3.06%,
各组分顺序为干>根>皮>枝>叶>果>枯枝 ,地上
部分能量是地下部分能量的 7.05倍.
湿地松林中能量为 2 986.28×106 kJ/hm2 ,其中
干所占的能量最大 1 047.61×106 kJ/hm2 ,占总量的
35.08%,枯枝最小 6.99%,各组分含量顺序为干>根
>叶>枝>皮>果>枯枝 ,地上部分能量是地下部分
能量的 2.05倍.
　　从上可见 ,厚荚相思林能量现存总量 3 079.16×
106 kJ/hm2 ,与南亚热带森林生态系统相比 ,要高于鹤
山大叶相思林 172.20 ×106 kJ/hm2 、马占相思林
278.20×106 kJ/hm2 [ 6] 和鼎湖山季风常绿阔叶林
762.51×106 kJ/hm2 [ 6] .与中亚热带森林生态系统相
比 ,要低于武夷山甜槠林 7 805.84×106 kJ/hm2 [ 5] ,与
暖温带森林生态系统相比 ,要低于东灵山落叶阔叶林
3 495.60 ×106 kJ/hm2[ 9] ;湿地松林能量现存量
2 986.28×106 kJ/hm2 ,与南亚热带森林生态系统相
比 ,要高于鹤山针叶混交林 1 320.00×106 kJ/hm2 [ 6] ,
到要低于鼎湖山针叶林 5 915.50×106 kJ/hm2 [ 6] ,与
中亚热带森林生态系统相比 ,要低于武夷山黄山松林
3 798.32×106 kJ/hm2 [ 5] ,与温带森林生态系统相比 ,
要高于东北落叶针叶林 2 644.40×106 kJ/hm2 [ 15] .
4　结　论
1)厚荚相思林现存生物量为 149.51 t/hm2 ,干的
生物量最大 86.46 t/hm 2 ,占林分生物量的 57.83%,
各组分的顺序为干>根>皮>枝>叶>果>枯枝.林
分地上部分生物量是地下部分生物量的 6.81倍.主根
不明显 ,根系分布较浅 ,分布在 0 ～ 80 cm;
2)湿地松林现存生物量为 142.22 t/hm2 ,干的生
物量 50.27 t/hm2 ,占总量的 35.35%,各组分的顺序
为干>根>叶>枝>皮>果>枯枝.地上部分生物量
是地下部分生物量的 2.04 倍 ,主根明显 ,根系分布较
深 ,可达 150 cm;
3)厚荚相思各组分干质量热值在 19.98 ～ 23.48
kJ/g 之间 ,高低顺序为叶>果>皮=干>枯枝>枝>
根.整个林分平均干质量热值为20.59 kJ/g.各组分去
灰分热值在20.34 ～ 24.33 kJ/g ,高低顺序为叶>果>
皮>干>枝>根>枯枝;
4)湿地松各组分干质量热值在 20.53 ～ 21.54
kJ/g 之间 ,高低顺序为叶>枝>枯枝>皮>根>干>
果.整个林分平均干质量热值为21.00 kJ/g;各组分去
灰分热值在 20.89 ～ 22.00 kJ/g 之间 ,高低顺序为叶
>枝>枯枝>皮>根>干>果;
5)厚荚相思林总能量为 3 079.16×106 kJ/hm2 ,
地上部分能量是地下部分能量的 7.05倍;
6)湿地松林总能量为 2986.28×106 kJ/hm2 ,地
上部分能量是地下部分能量的 2.05倍.
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Study on Biomass and Energy of Acasia crassicarpa Forest and
Pinus elliot ti Forest on the Coast Sandy Soil Site
ZH ANG Qing-hai1 , YE Gong-f u2 , LIN Yi-ming3 ,WU Xi-lin2
(1.Institute of T ropical Fo restry , CAF , Guang zhou 510520 , China;2.Fujian Academy o f Fo restry ,
Fuzhou 350012 , China;3.Schoo l o f Life Sciences , Xiamen Unive rsity , Xiamen 361005 , China)
Abstract:The biomass and ener gy of Acasia crassicarpa fo rest and Pinus elliotti fo rest w ere studied , the results showed as fo l-
low s:1)biomass and energy of Acasia crassicarpa fore st wer e 149.51 t/ hm2 and 3 079.16×106 kJ/ hm2 , r espectively;There we re
some diffe rences in g ro ss calo ric v alues among the various components (19.98 ～ 23.48 kJ/ g)with the average g ross ca lo ric value o f
20.59 kJ/g;2)those o f the Pinus elliotti for est we re 142.22 t/hm2 and 2 986.28×106 kJ/hm2 , g ro ss calo ric values o f f raction ranged
from 20.53 to 21.54 kJ/g with the average value of 21.00 kJ/ g.3)Bo th Acasia crassicarpa and Pinus el liotti for est had developed
roo t system w hich supplied enough nutrients for them to g row fast on poo r sandy site , high trunk ratio , and also g reat standing cr op
biomass , w hich could play a good effect on defending wind and fix ing sandy;The high average calo ric value o f both fo rest reflected
they had good adaptability and high utilization of solar ener gy on coastal sand.With those character s above , they w ere good species to
advance env ir onment and improve biodiver sity o f southeast of China.
Key words:coastal sandy soil;Acasia crassicarpa;Pinus elliotti ;biomass;ene rgy
·127·第 1 期　　　　　　　　张清海等:福建东山县赤山滨海沙地厚荚相思林与湿地松林生物量和能量的研究