全 文 :西北林学院学报 2008 , 23(2):17 ~ 20
Journa l of No rthwe st Fore st ry Univ ersity
厚荚相思人工林生物量和生产力的研究
*秦武明1 , 何 斌1 , 覃世赢2
(1.广西大学 林学院 , 广西 南宁 530004:2.广西林业勘测设计院 ,广西南宁 530011)
摘 要:根据广西高峰林场界牌分场 4.5 a 的定位观测材料 ,对 1.5 ~ 4.5 a 生厚荚相思人工林的
生物量和生产力进行了研究。结果表明 ,除树叶和活枝外 ,林分平均木及林分各器官生物量均随林
分年龄的增加而增大 。1.5 、2.5 、3.5 、4.5 a 生的林分乔木层生物量分别为 10.64 、28.70 、42.15 、
75.45 t·hm-2 ,林分乔木层净生产力分别为 7.951 、16.357 、17.145 、21.554 t ·hm-2 · a-1 ,林下
植被生物量也有相似的变化趋势。林龄增加 ,干材 、干皮和枯枝的组成比例增加 ,树叶 、活枝 、粗根
和细根则呈下降趋势 。
关键词:厚荚相思;生物量;生产力
中图分类号:S718.521 文献标识码:A 文章编号:1001-7461(2008)02-0017-04
Biomass and Productivity in Acacia crassicarpa Plantation
QIN Wu-ming1 , HE Bin1 , QIN Shi-ying2
(1.Forest r y Co llege , Guang xi Universi ty , Nanning , Guang xi 530004 , Ch ina;
2.Guang xi Forest Inventor y &P lanning I nsti tute , Nanning , Guang xi 530011 , China;)
Abstract:Biomass and productivity in Acacia crassicarpa plantation w ere investig ated based on the data of
po sitio n observation during 4.5 year sin Jiepai Branch of Guangxi Gaofeng Fo rest ry Farm.The re sults
show ed that except the leaves and the living branches , the biomass of the average t rees and thei r organs in-
creased w ith the fo rest age.The tree layerbiomass of 1.5 a , 2.5 a , 3.5 a , 4.5 a stands we re 10.64 t ·
hm
-2 , 28.70 t·hm -2 , 42.15 t·hm-2 and 75.45 t·hm-2 respect ively , and the t ree layerproductivi ties of
1.5 a , 2.5 a , 3.5 a , 4.5 a stands w ere 7.951 t ·hm-2 · a-1 , 16.357 t·hm-2 ·a-1 , 17.145 t ·hm -2 ·
a-1 and 21.554 t·hm-2 · a-1 re spectively , meanwhile the biomass of understo ry vegeta tion exhibited the
same trends.With the increment of the plantation age , the propo rtion of stem , bark and dead branches in-
creased , while the of leaves , living branches , coar se roo ts and fine roo ts presented the negativ e t rends.
Key words:Acacia crassicarpa ;biomass;productivity
厚荚相思(Acacia crassicar pa)又名粗果相思 ,
属含羞草科 ,为常绿乔木 ,原产澳大利亚 、巴布亚新
几内亚和印度尼西亚等地 ,具有与马占相思相似的
速生 、干形较直 、耐干瘠 、抗逆性强等特点。木材可
作纤维 、纸浆和建筑 、造船等用 ,是一种多功能的速
生用材树种[ 1-2] 。1985年由中国林业科学研究院林
业研究所从澳大利亚引种我国 ,1999年以后 ,广东 、
广西 、海南和福建等省(区)开始在南方红壤 、水土严
重流失地 、松杉低产林 、次生林 、残次林及宜林荒山
大规模推广营造 ,并取得了良好的经济和生态效益 ,
成为桉树人工林多代连栽而引起地力衰退后的重要
替代树种之一。随着厚荚相思引种成功和种植面积
的不断扩大 ,国内有关厚荚相思人工林研究的报道
也日益增多[ 1-6] ,其中苏金德 、韩金发等对沿海沙地
厚荚相思的生长特性进行了研究[ 7-8] ,但有关厚荚相
思人工纯林的生物量和生产力的报道很少[ 9-10] 。因
此 ,本文通过对 1.5 ~ 4.5 a 生厚荚相思人工林的生
物量和生产力的研究 ,以揭示厚荚相思人工林生长
* 收稿日期:2007-07-05 修回日期:2008-01-08
基金项目:科技部农业科技成果转化资金项目(04EFN214500236);广西自然科学基金项目(桂科自 0640018);广西“十五”林业科学研
究项目(2002-59)和广西教育厅科研基金项目(2006-26)。 作者简介:秦武明(1953-),男,广西博白人 ,副教授 ,从事林学 、生态学的教学与研究工作。
过程中生物量和生产力的积累特点和变化趋势 ,以
期为厚荚相思人工林的经营管理提供科学依据。
1 试验地概况
试验地位于广西南宁市国有高峰林场界牌分
场 ,地理位置为 108°21′E , 22°58′N ,属南亚热带季风
气候 ,年平均温度 21.8℃,极端最高气温 40℃, ≥
10℃年积温约 7 200℃,年平均降雨量约 1 350 mm ,
降雨多集中在 5 ~ 9月 ,相对湿度大约 79%,年日照
时数 1 450 ~ 1 650 h[ 11] 。标准地均位于山坡中下
部 ,西南坡 ,坡度 25 ~ 28°,土壤类型为砂页岩发育
形成的赤红壤 ,土层厚度在80 cm 以上 ,腐殖质层厚
度 15 ~ 20 cm 。
试验地前茬林分为杉木(Cunninghamia lan-
ceolata)纯林 ,并于 2000年 12 月采伐 ,经炼山整地
后 ,于 2001 年 5月用厚荚相思实生苗定植 ,造林密
度为 1 140 株 · hm -2 。种植前土壤较贫瘠 , 0 ~ 40
cm 土层有机质 、全 N 和全 P 含量分别为 18.01 、0.
76 、0.30 g ·kg-2 。经林分自疏和间伐后 ,不同林分
年龄厚荚相思人工林林分特征见表 1 。
表 1 厚荚相思人工林林分特征
Table 1 S tand feature of A.cra ssicarpa plantat ion
林分年龄
/ a
密度/
(株· hm-2)
平均胸径
/ cm
平均树高
/m 郁闭度
1.5 1 000 5.7 6.1 0.5
2.5 943 9.0 8.7 0.7
3.5 845 11.5 11.0 0.7
4.5 830 14.0 13.0 0.8
2 研究方法
2.1 试验地的设置与林分生物量测定
在厚荚相思试验林中设置 5 个 350 m2 的固定
标准地 ,并对标准地内的每株树木进行编号 , 每年
11月测定标准地内树木的树高和胸径 。根据林分
生长调查结果 ,同时为了不破坏试验地的林分 ,每年
均在标准地外围选择代表平均值的 5 株标准木(平
均木),采用收获法测定标准木的生物量 ,地上部分
采用 Monsic分层切割法 ,每 2 m 为一区分段 ,分干
材 、干皮 、树枝 、树叶 ,地下部分(根系)采用全根挖掘
法 ,分根兜 、粗根(根系直径≥2.0 cm )、中根(0.5 ~
2 cm )、细根(<0.5 cm ),野外测定鲜重。采集各
组分部分样品 200 ~ 300 g ,带回实验室内在 85°C 恒
温下烘至恒重 。由样品干重换算出标准木的生物
量 ,然后建立树木各组分(树叶 、树枝 、干材 、树皮和
树根)同胸径的回归模型 ,用该回归模型计算林分的
生物量 ,以年平均增长量作为净生产力的估测指
标[ 1 1] 。
2.2 林下植被生物量调查
在各标准地上 ,分别设置 5 个 1 m ×1 m 的小
样方 ,采用样方收获法测定林下植被生物量 ,即在调
查样方内所有植被种类及数量基础上 ,收集样方内
的灌木和草本 ,分别按灌木和草本称重后 ,带回室内
烘干测定。
2.3 凋落物的测定
凋落物采用直接收集方法 ,在每个标准地内按
上 、中 、下位置各设一个固定收集器 ,每月月底收集
凋落物 1次 ,带回室内 ,按叶 、枝 、花果和杂物等组分
烘干测定生物量。
3 结果与分析
3.1 不同林分年龄平均木生物量及其分配
从表 2可见 ,不论是标准木的平均单株生物量
还是各不同器官的生物量 ,均随着林分年龄的增加
而增大 ,1.5 ~ 4.5 a生平均木单株生物量分别达到
10.64 、30.44 、49.88 kg和 91.67 kg ,表现出厚荚相
思的速生特性。其中干材所占的比例最高 ,占全株
生物量的 26.95%以上 ,并随林分年龄的增加而增
大 ,至 4.5 a生时占全株生物量达到 47.63%。就树
冠(树枝和树叶)生物量而言 ,其所占平均单株生物
量的比例以 1.5 a 生最大 ,然后随林分年龄的增加
而减少 。
从表 2还可看出 ,不同林分年龄各器官生物量
及其分配的大小的排列顺序存在明显的差异 ,1.5 a
生为干材>树枝>树叶>根蔸>干皮>粗根>枯枝
>中根>细根 ,2.5 a生为干材>活枝>根蔸>树叶
>干皮>粗根>枯枝>中根>细根 , 3.5 a 生为干材
>根蔸>活枝>干皮>树叶>枯枝>粗根>中根>
细根 ,4.5 a 生为干材>枯枝>干皮>活枝>根蔸>
树叶>粗根中根>细根 。不同林分年龄各器官的生
物量分配变化趋势而言 ,从 1.5 ~ 4.5 a 生 ,树叶的
下降趋势最明显 ,由 17.43%下降到 5.87%,其次是
活枝 ,由 26.46%下降到10.32%,但枯枝恰好相反。
树叶 、枝条的这种变化规律是因为厚荚相思林由 1.
5 a生长到 4.5 a 生过程中 ,随着林分年龄增加 ,林
分郁闭度增大 ,林木经过自然整枝 ,枝条开始枯死 、
脱落 ,其活枝的生物量增长量降低 ,表明随着林分年
龄的增加 ,厚荚相思各器官的生物量组成发生变化 ,
树叶 、活枝的比例逐步下降 ,干材的比例逐步增加。
18 西北林学院学报 23 卷
表 2 厚荚相思人工林生物量及其分配*
T ab le 2 Biomasses and it s di st ribut ion of single t ree of A.crassicarpa plan tat ion
林分年龄
/ a
平均木生物量/(kg·株-1)
树叶 活枝 枯枝 干皮 干材 根蔸 粗根 中根 细根 合计
1.5 1.85
17.43
2.82
24.46
0.22
2.02
0.86
8.08
2.86
26.95
1.35
12.69
0.53
4.93
0.11
1.06
0.04
0.38
10.64
100
2.5 3.89
12.76
5.61
18.43
1.27
4.18
2.58
8.49
11.03
36.23
4.07
13.36
1.40
4.60
0.50
1.64
0.09
0.31
30.44
100
3.5 4.28
8.58
6.23
12.48
3.23
6.47
4.53
9.08
22.01
44.13
6.58
13.19
2.01
4.04
0.88
1.75
0.13
0.26
49.88
100
4.5 5.39
5.87
10.84
11.41
9.63
10.72
9.83
10.73
43.29
47.23
8.33
9.09
3.45
3.76
0.95
10.36
0.15
0.16
91.67
100
注:表中的分子为生物量 ,分母为所占百分比。
3.2 不同林分年龄人工林林分生物量及其分配
乔木层是人工林生态系统中最大的物质生产
者 ,它的生物量特点直接反映了林分有机物质生产
与积累水平。从表 1 和表 3可见 ,虽然随林分年龄
的增大 ,林分密度减少(尤其是 3.5 a生 ,由于受当
年大风等影响 ,调查时其林分密度比 2.5 a 生减少
11.60%),但林分生物量却与其平均木表现出相同
的变化趋势 ,即随林分年龄的增大而相应增加 , 4.5
a生马占相思林的林分生物量达到 75.45 t ·hm -2 ,
分别是 1.5 、2.5和 3.5 a 生的 6.70 、2.59 和 1.77
倍 ,其中生产上最为关心的经济生物量即干材(本文
未将干皮列入经济生物量)为 35.63 t·hm-2 ,分别
是 1.5 、2.5 和 3.5 a生的 12.46 、3.42和 1.92倍 ,
可见干材生物量增长速度要高于林分生物量的增长
速度 ,同时也表明厚荚相思即使在比较贫瘠的林地
上也有较高的生物量水平 。
从林分生物量组成比例看(表 3),虽然厚荚相
思平均木单株不同器官生物量均随林分年龄的增加
而增大 ,但由于林分密度不同 ,林木不同器官及不同
林分年龄之间的增长速度存在较大差异 。林木各器
官生物量在 1.5 ~ 2.5 a生过程中均成倍增加 ,但在
2.5 ~ 4.5 a生过程中的变化明显不同 ,枯枝在 2.5
~ 4.5 a生过程中生物量成倍增加 ,干材 、干皮 、根蔸
和粗根的生物量累积也很快 ,但树叶 、细根和吸收根
的生物量累积作用较弱 ,其中树叶和树枝由于受到
林分密度急剧下降的影响 ,它们的生物量在 2.5 ~
3.5 a 生过程中呈现下降趋势。
从表 2和表 3 还可看出 ,不同林龄厚荚相思均
有比较发达的根系 ,其所占比例均达到 14.04%以
上 ,与其他速生树种相比 ,远高于相近林分年龄的刚
果桉[ 12] ,相当或略高于的马尾松 、杉木和马占相思
等速生树种[ 13-15] ,而在各根系种类生物量分配中 ,不
同林龄厚荚相思人工林均以直径大于 2.0 cm 根蔸
和粗根为主 ,它们的生物量分别占全部根系的 64.
70%~ 68.67%和 20.08%~ 27.15%;其次是直径
0.5 ~ 2.0 cm 的中根 ,占 5.42%~ 9.09%;最小是<
0.5 cm的细根 ,仅占1.12%~ 1.97%。厚荚相思根
系所具有的生物学特征 ,也是其具有与马占相思相
似的速生特性[ 15] ,并能够在比较干旱瘠薄的土壤上
正常生长的重要原因之一 , 同时也为林地土壤形成
各种由大量腐根所产生的各种孔隙因而改善土壤结
构和物理性状提供了基础条件。
表 3 厚荚相思人工林分乔木层生物量及其分配
T ab le 3 Stan d biomas ses and i ts dis t rib ution of arborou s layer of A.crassicarpa plantat ion
林分年龄
/ a
林分生物量/(t· hm -2)
树叶 活枝 枯枝 干皮 干材 根蔸 粗根 中根 细根 合计
1.5 1.85 2.82 0.22 0.86 2.86 1.35 0.53 0.11 0.04 10.64
2.5 3.67 5.29 1.20 2.43 10.40 3.84 1.32 0.47 0.08 28.70
3.5 3.62 5.26 2.73 3.83 18.60 5.59 1.70 0.74 0.11 42.15
4.5 4.47 9.00 7.99 8.16 35.93 6.91 2.90 0.75 0.12 76.23
3.3 不同林分年龄林下植被的生物量及其分配
林下植被是人工林生态系统的一个重要组成部
分 ,它在促进人工林养分循环 ,恢复和维护地力中起
着不可忽视的作用 。根据厚荚相思人工林林下植被
种类的特点 ,本研究分为灌木层 、草本层和死地被物
层进行测定(表 4)。从表 4 可看出 ,厚荚相思林林
19第 2 期 秦武明等 厚荚相思人工林生物量和生产力的研究
下植被生物量随林分年龄的增加而增大 ,其中死地
被物层生物量增加较明显 ,年增加量均在 1.51 t ·
hm
-2以上 ,增加幅度超过 41.71%;活地被物的增
长幅度虽然多数小于死地被物层 ,但其中的灌木层
生物量的增长趋势较明显 , 年增加量在0.71 t ·
hm -2以上 ,增长幅度也达到 37.98%以上;而从 1.5
~ 2.5 a ,草本层生物量明显增加 ,但此后随林龄的
增加呈现下降趋势。而从林下植被的生物量分配来
看 ,从 1.5 ~ 4.5 a 生 ,死地被物生物量所占比例由
31.20%上升至 57.51%,呈明显的增加趋势;灌木
层生物量所占比例也有相同的变化趋势 , 由 13.
07%上升到 21.88%,而草本层生物量所占比例由
55.73%下降为 20.61%,呈明显的下降趋势 。其原
因主要在于在原杉木林地营造厚荚相思林的初期 ,
林分郁闭度较小 ,林地土壤也较贫瘠 ,比较有利于耐
瘠薄的草本类植物生长发育 ,生物量也较大 ,随着林
木的生长 ,林分逐渐郁闭 ,草本类林下植被生长受到
抑制 ,因而其生物量呈下降趋势;灌木类植物生长周
期长 ,受到的影响较小;而死地被物层则由于厚荚相
思具有较大的凋落物量因而逐渐积累 。厚荚相思人
工林林下植被的这种变化规律有利于厚荚相思人工
林群落结构 、生物多样性和林地土壤肥力的改善 。
表 4 厚荚相思人工林林下植被生物量及其分配
Tab le 4 Underground vegetat ion biomass an d it s dist ribu tion of A.crassicarp a plan tat ion
林分年龄
/ a
活地被物/(t· hm-2) 死地被物/(t· hm -2)
灌木层 草本层 小计
生物量 比例/ % 生物量 比例/% 生物量 比例/ % 生物量 比例/ %
1.5 0.49 13.07 2.09 55.73 2.58 67.10 1.17 31.20
2.5 1.28 15.88 3.16 39.20 4.44 55.09 3.62 44.91
3.5 2.03 20.16 2.91 28.90 4.94 49.06 5.13 50.94
4.5 2.74 21.88 2.58 20.61 5.32 42.49 7.20 57.51
3.4 不同林分年龄林分乔木层净生产力
本文用年平均生物量作为净生产力的指标 ,由
于没有将枯枝落叶层生物量 、根系损失量和动物啃
食量等计算在内 , 所得到的净生产力要比实际低 。
表 5表明 ,除 1.5 a的年均净生产力相对较低外 , 2.
5 ~ 4.5 a的年均净生产力均较高 ,都达到 11.480 t
·hm-2 · a-1以上 , 并随林分年龄的增加而增大 。
而与其他速生树种相比 ,除低于相近林分年龄的福
建永安尾巨桉人工林[ 16] ,要远高于马尾松和杉木人
工林[ 13-14] ,表现出厚荚相思即使在较贫瘠的林地上
仍然具有较高的生物量水平。而从厚荚相思人工林
不同器官的净生产力看 ,生物量积累速度最快的是
干材 ,为 4.160 ~ 7.984 t ·hm-2 · a-1 ,随林分年龄
的增加而增大;其次是活枝 、根蔸 、树叶 、干皮和枯
枝 ,分别为 1.503 ~ 2.116 、1.536 ~ 1.597 、0.993 ~
1.468 、0.972 ~ 1.813 、0.480 ~ 1.766 t · hm -2 ·
a-1 ;生物量积累速度最慢的是中根和细根 , 分别为
0.073 ~ 0.211 t ·hm-2 · a-1和 0.027 ~ 0.032 t ·
hm-2 · a-1 。从 1.5 ~ 2.5 a ,各器官净生 产力均呈
现明显增长趋势 ,但从 2.5 ~ 4.5 a ,不同器官净生
产力的变化趋势存在明显的差异 ,干材 、干皮和枯枝
的净生产力呈现明显的增长趋势 ,与林分净生产力
的变化趋势相一致;活枝 、根蔸和粗根基本稳定;而
树叶 、中根和细根则呈现一定程度上的下降趋势 。
表 5 厚荚相思人工林乔木层净生产力及其分配
Table 5 Net s tand product ivity and it s di st ribut ion of arborous layer of A .crassicarpa plantation
林分年龄
/ a
乔木层净生产力/(t · hm-2· a -1)
树叶 活枝 枯枝 干皮 干材 根蔸 粗根 中根 细根 合计
1.5 1.233 1.800 0.147 0.573 1.907 0.900 0.353 0.073 0.027 7.093
2.5 1.468 2.116 0.480 0.972 4.160 1.536 0.528 0.188 0.032 11.480
3.5 1.034 1.503 0.780 1.094 5.314 1.597 0.486 0.211 0.031 12.042
4.5 0.993 2.000 1.776 1.813 7.984 1.542 0.644 0.167 0.027 16.940
(下转第 27页)
20 西北林学院学报 23 卷
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(上接第 20页)
4 结论与讨论
厚荚相思人工林 1.5 ~ 4.5 a生林分乔木层生
物量分别为10.64 、28.70 、42.15 t·hm-2和76.23 t
·hm-2 ,随林分年龄的增大而逐步积累 ,其中经济
生物量即干材(去皮)分别为 2.86 、10.40 、18.60 t ·
hm
-2和 35.93 t ·hm-2 。厚荚相思人工林林下植被
比较丰富 ,其生物量随林分年龄的增加而增大;其中
死地被物层和灌木层生物量随林分年龄的增加呈明
显增大的趋势 ,而草本层生物量则呈现先升高(1.5
~ 2.5 a)后下降(2.5 ~ 4.5 a)的变化趋势。可见 ,厚
荚相思人工林生态系统的自肥能力也随林分年龄的
增大而增强 ,也更有利于林木的生长发育。
厚荚相思人工林分乔木层净生产力分别为
7.093 、11.480 、12.042 t·hm-2 · a-1和 16.940 t ·
hm -2 ·a-1 ,随林木生长过程而增大。表明 4.5 a生
厚荚相思林未达到成熟 ,还应加强抚育管理 ,才能最
充分地合理利用林地生产力 。随林分年龄的增大 ,
不同器官净生产力及其分配的变化趋势存在明显的
差异 ,干材 、干皮和枯枝的净生产力呈现明显的增长
趋势 ,与林分净生产力的变化趋势相一致;活枝 、根
蔸和粗根的变化幅度较小;而树叶 、中根和细根则呈
现一定程度上的下降趋势 。表明随着林分年龄的增
加 ,厚荚相思各器官的生物量组成发生变化 ,逐步由
树叶 、干皮等转移到干材上 ,因而有利于经济效益的
提高 ,但厚荚相思人工林成熟期和合理采伐期的确
定 ,还有待于进一步的研究。
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