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林分密度对邓恩桉生物产量及生产力的影响



全 文 :第 27卷 第 5期 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Vol. 27  No. 5
  2007年 10月 Journal o f Central South Univ er sity o f Fo rest ry& Techno log y Oct. 2007 
文章编号: 1673- 923X ( 2007) 05- 0001- 05
林分密度对邓恩桉生物产量及生产力的影响
李志辉 1 ,陈少雄 2 ,黄丽群 1 ,张 斌 1 ,宋福文 3
( 1.中南林业科技大学 ,湖南长沙 410004; 2.国家林业局桉树研究开发中心 ,广东湛江 524022; 3.资兴市林业局 ,湖南 资兴 423400)
摘 要:  对湘南低山丘岗区密度为 1 110、 1 667和 2 500株· hm- 2的 8年生邓恩桉 E ucalyptus d unnii丰产示范林生物量进行了测
定 .结果表明:单株生物量随林分密度的增加而明显减小 ,低密度林分林木平均木的生物量是高密度林分的 1. 22倍 ;林分生物量随林
分 密度的增加而增加 ,高密度林分比低密度林分高出 271. 26 t· hm- 2;各密度林分的年均净生物量分别为 32. 35、 43. 97和
59. 51 t· hm- 2 a- 1,高于杉木中心产区杉木人工林的水平 ,林分各组分的生物量随林分密度的增大而增大 ,并出现干 > 根 > 枝 > 皮 >
叶的规律 ;林分结构以中密度林分合理 ,叶面积指数高 ,干材生物量达 61%以上 .邓恩桉在湘南低山丘岗区发展潜力大 ,可作为该地区
短周期工业用材林培育造林树种 .
关键词:  森林生态 ;邓恩桉 ;生物量 ;生产力 ;林分密度
中图分类号:   S718. 55+ 6; S792. 39    文献标志码:  A
Effects of Stand Density on the Biomass and Productivity of
Eucalyptus Dunnii
LI Zhi-hui
1
, CHEN Shao-xiong
2
, HU ANG Li-qun
1
, ZHANG Bin
1
, SONG Fu-w en
3
( 1. Cen tral South Universi ty of Fores t ry& Technolog y, Changsha 410004, Hunan, China;
2. China Eucalypt Research Center, Zh anjiang 524022, Guangd ong, China;
3. Fores t Bu reau of Zixing Ci ty, Zixing 423400, Hunan, China)
Abstract: An inv es tigation was made on th e biomass of 8-year-old Eucalyptus dunnii f orest wi th th e densi ties of 1 110, 1 667 and
2 500 t rees· hm- 2in th e low h illy area of South Hunan. The resul ts show that th e biomas s of individual stem decreases dis tinct ly w i th
th e increase of th e d ensi ty and the biomass of s tand w ith low density is 1. 10 and 1. 22 times th at wi th middle and h igh densi ti es; th at
stand biomass is rai sed w ith th e increas e of densi ty and th e stand biomass in the fores t of high and middle densi ties i s 217. 26,
92. 96 t· hm- 2 higher th an that in low density fores t; that th e ch ang e pat tern of annual n et biomass agrees wi th th at of th e s tand
biomass and th e averag e biomass of s tands wi th th e th ree densi ty levels reach 32. 35, 43. 97 and 59. 51 t· hm- 2a- 1respectiv ely, which
are higher than th ose of Ch inese f ir plantation in th e cent ral plan ting area; and that the component biomass increas es w ith the s tand
densi ty, which exhibi ts a pat tern of s tem> root> b ranch> bark> leaf. A reas onable s tand st ructu re is observ ed in th e s tand w i th
middle densi ty, in w hich th e index of leaf area i s highes t and s tem biomass reach es above 61% . It i s concluded th at Eucalyp tus
g rand is× u rophgl la to be used fo r w ood pulp is sui table for plantation in th e north border and th e low hi lly area of South Hunan.
Key words: f ores t ecology; Eucalyptus d unnii ; biomass; p roductivi ty; s tand den sity
我国引种桉树巳有 100多年的历史 ,当时主要作为行道树 [ 1] .进入 1980年代后 ,我国桉树生产出现了蓬勃
发展的局面 .随着纤维材需求量的日益增长 ,桉树更显露出它的特殊地位和作用 .同时 ,许多学者对桉树人工林
生物产量及生产力 [ 2~ 10]、种源试验 [11, 12 ]、品种选育 [13~ 17 ]和病虫害防治 [18~ 20 ]等方面进行了较为深入的研究 ,但
对抗寒性强、生产力高的北缘区种类如邓恩桉人工林的生物产量及生产力结构规律未见报道 .为了解邓恩桉人
收稿日期: 2007-04-16
基金项目: 国家“十五”科技攻关“桉树良种选育及高产栽培技术” ( 2002BA515B020)的部分内容 .
作者简介: 李志辉 ( 1957- ) ,男 ,湖南安化人 .教授 ,博士生导师 ,主要从事森林培育学教学和科研工作。
工林的结构规律 ,课题组对 8年生不同密度的邓恩桉人工林进行了生物产量及生产力的测定分析 ,现将研究结
果报道如下 .
1 试验区及林分概况
试验地位于资兴市天鹅山林场 ,地理位置为东经 113°27′,北纬 25°57′,属中亚热带季风湿润气候区 .年均气
温 16. 8℃ ,一月均温 5. 4℃ ,极端低温 - 7. 5℃ .历年气温小于等于 0℃的天数平均 19. 8 d,≤- 5℃的天数为
0. 8 d,日均温≥ 10℃日数为 240 d,≥ 10℃的年积温为 5 192℃ ,年均日照 1 600 h.年均霜日 17. 5 d,雨淞日 9.
9 d,年均降水量 1 200~ 1 600 mm.地貌类型属低山丘岗类型 ,海拔高 300~ 500 m ,坡度 15°~ 35°,土壤为板岩发
育的红壤 ,土层厚在 80 cm以上 .土壤 N、 P、 K、 Ca、 Mg、 Mn含量分别为 0. 018、 0. 005、 0. 1017、 0. 018、 0. 016、
0. 066 g· kg- 1 , pH值 5. 5~ 6. 2,属中上立地类型 . 3种林分密度分别为 1 110、 1 667、 2 500株· hm- 2 (下称低、
中、高密度 ) ,林分平均胸径分别为 18. 8、 18. 2和 17. 6 cm ,林分平均树高分别为 17. 4、 17. 0和 16. 6 m.
2 研究方法
2. 1 样地设置与林分调查
在 3种不同林分密度的邓恩桉试验林中设置样地 6个 (其中试验固定样地 3个 ,即每种密度各 1个 ,临时样
地 3个 ) ,面积为 667 m2 .在样地内进行每木调查 ,然后按径级选取样木共 24株 ,伐倒供树干解析和生物量调查
之用 .
2. 2 生物量调查
地上部分生物量采用分层截取法测定 .地下部分按 0~ 20、 21~ 40、 41~ 60 cm 3层挖出 ,称各层根的鲜质
量 ;同时 ,分细根、小根、大根和根头求得其鲜质量 .对各组分混合取样 ,将样品置于烘箱中 ( 103℃ )烘干 ,求得
其含水率 ,换算出各组分的总生物量 ,然后根据公式W= a(D2 H )b求算出各组分回归常数 a、b及相关系数 r ,然
后估测林分生物量 .
3 结果与分析
3. 1 相对生长关系的建立
根据样木实测资料 ,按照关系式W= a(D2 H )b ,用最小二乘法求得邓恩桉各组分生物量估测模型:
  W干 = 0. 003 885 6(D21. 3H ) 1. 206 994 (r= 0. 999 6)
  W枝 = 0. 002 878 9(D21. 3H ) 1. 042 944 (r= 0. 967 7)
  W叶 = 0. 448 053 7(D21. 3H ) 0. 291 688 (r= 0. 940 9)
  W皮 = 0. 001 779 8(D21. 3H ) 1. 074 247 (r= 0. 991 5)
  W根 = 0. 003 214 6(D21. 3H ) 1. 066 668 (r= 0. 996 5)
式中: W干、W枝、W叶、W皮、W根分别为树干、树枝、树叶、树皮和树根生物量 ; D1. 3为林分平均胸径 ; H为林分平均
树高 ; r为估测模型相关系数 .
经检验 ,以上估测模型的相关程度均达到显著或极显著水平 .
3. 2 邓恩桉生物量及其分布规律
从 表 1可以看出 ,邓恩桉林分单株生物量随林分密度的增加而明显减小 ,其变化范围为 233. 16~
190. 42 kg· 株- 1;低密度林分的单株生物量是高密度林分的 1. 22倍 ;单株各组分生物量均随林分密度的增大
而减小 .
林分生物量随密度的增加而增加 . 3种密度林分生物量依低到高分别为 258. 80、 351. 76、 476. 06 t· hm- 2 .
高 密度林分比低密度林分高出 217. 26 t· hm- 2 ,是低密度林分的 1. 84倍 ;中密度林分比低密度林分也高出
92. 96 t· hm- 2 ,是低密度林分的 1. 36倍 .林分各组分的生物量均随密度的增大而增大 .
不管何种密度的林分 ,各组分生物量大小依次为 W干 > W根 > W枝 > W皮 > W叶 .树干生物量占总生物量的比
2 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 第 27卷
例最大 ,在 61. 53%以上 ,而果实生物量占的比例最小 ,仅占 2. 45%~ 2. 85% .
表 1  8年生邓恩桉生物量及其分配
Table 1  The biomass and distribution of 8 aEucalyptus dunnii plantat ion
林分密度
/ (株· hm- 2 )
单株生物量† / ( kg· 株 - 1)
树干 树枝 树叶 树皮 树根 合计
林分生物量 / ( t· hm- 2 )
树干 树枝 树叶 树皮 树根 合计
1 110
145. 41 25. 75 5. 71 20. 92 35. 37 233. 16
( 62. 37% ) ( 11. 04% ) ( 2. 45% ) ( 8. 97% ) ( 15. 17% ) ( 100. 00% )
161. 41 28. 58 6. 34 23. 22 39. 26 258. 80
1 667
130. 74 23. 49 5. 56 19. 03 32. 19 211. 01
( 61. 96% ) ( 11. 13% ) ( 2. 64% ) ( 9. 02% ) ( 15. 26% ) ( 100. 00% )
217. 94 39. 16 9. 27 31. 72 53. 67 351. 76
2 500
117. 16 21. 37 5. 42 17. 26 29. 22 190. 42
( 61. 53% ) ( 11. 22% ) ( 2. 85% ) ( 9. 06% ) ( 15. 34% ) ( 100. 00% )
292. 90 53. 42 13. 54 43. 15 73. 05 476. 06
  † 括号中的数据为各组分生物量占的比例 .
3. 3 邓恩桉根系生物量分布规律
从表 1和表 2可以看出 ,林分根系生物量随密度的增加而增加 ,各种林分密度大根和主根所占比例最大 ,其
中大根和主根分别达到 52. 93% ~ 58. 46%和 46. 49% ~ 41. 11% ,而细根和小根的比例仅占 0. 58%~ 0. 42% .各
林分密度之间根系生物量差异显著 .各级根系生物量的排列顺序依次为细根 <小根 <主根 <大根 .
从垂直分布看 ,第 1层根系生物量依低、中、高顺序分别占根系生物量的 63. 52% ~ 59. 65% ,第 2层占
24. 03% ~ 23. 62% ,第 3层占 12. 45%~ 16. 73% ,说明根系生物量主要分布在第 1层 .根系生物量遵循大多数树
种随深度增加而递减的规律 .邓恩桉根系生物量所占林分生物量比例大 ,根系发达 ,这有利于保持水土 .
表 2  8年生邓恩桉根系生物量及其分配
       Table 2  The root system biomass and distribution of 8 aEucalyptus dunnii plantation t· hm- 2
林分密度
/ (株· hm- 2 )
第 1层
细根 小根 大根 主根 小计
第 2层
细根 小根 大根 主根 小计
第 3层
细根 小根 大根 主根 小计 合计
1 110 0. 06 0. 12 13. 55 11. 22 24. 95 0. 01 0. 03 4. 73 4. 67 9. 44 0. 00 0. 01 2. 51 2. 37 4. 89 39. 28
1 667 0. 06 0. 14 17. 71 14. 66 32. 57 0. 01 0. 04 7. 03 5. 61 12. 69 0. 00 0. 02 5. 23 3. 15 8. 40 53. 66
2 500 0. 06 0. 16 25. 46 17. 89 43. 57 0. 01 0. 06 10. 58 6. 60 17. 25 0. 00 0. 02 6. 66 5. 54 12. 22 73. 04
3. 4 邓恩桉生物量的结构特征
所谓生物量结构特征是指林木或林分各组分质量之间或各组分质量与总生物产量以及它们与林地面积的
比值 .包括枝叶比 ( BN R)、枝叶指数 ( BN I)、光合器官与非光合器官比值 ( FC)和干材与地上部分生物量比值
( S TR)等指标 .
  rBNR= W枝 /W叶
  rBN I= (W枝+ W叶 ) /W总
  rFC= W叶 /W总
  r S TR= W干 /W总
式中: rBNR为枝叶比 ; rBN I为枝叶指数 ; rFC为光合器官与非光合器官比值 ; r STR为干材与地上部分生物量比值 .由
于邓恩桉生长非常迅速 , 2年生时即可郁闭成林 ,故在 8年生的邓恩桉林分高密度经营时 ,自然整枝强烈 .从表 3
可以看出 ,高密度经营时 ,枝叶比相对中、低两种密度的林分较小 ,为 3. 943 7;而低密度林分则相对较高
( 4. 511 3) ,林木个体有充分伸展发育的空间 ,个体材积生长量也就大 .
表 3  8年生邓恩桉生物量结构特征
  Table 3  The structural character of biomass of 8 a
Eucalyptus dunnii plantation
林分密度
/ (株· hm- 2) BNR BNI FC STR LAI
1 100 4. 511 3 0. 134 9 0. 024 5 0. 623 7 3. 36
1 667 4. 222 3 0. 137 7 0. 026 4 0. 619 6 3. 35
2 500 3. 943 7 0. 140 7 0. 028 5 0. 615 3 2. 84
由表 3可知 , 3种不同密度的林分枝叶指数差异不
大 ,但随林分密度的增加而有所下降 .尽管低密度林分
单株枝叶生物量比另外两种林分高 ,但株数少 ,林分枝
叶生物量比另外两种林分低 .因此 rFC仍然是低密度林
分低 .
随着林分密度的增大 ,叶面积指数 ( LAI)随之降
低 .中、低密度林分差异甚微 ,但远高于高密度林分 .高
密度林分的林木之间竟争强烈 ,平均单株叶面积不大 ,尽管株数较多 ,叶面积指数仍然较小 .这不利于光合物质
3第 4期 李志辉等: 林分密度对邓恩桉生物产量及生产力的影响
的积累 ,严重影响林木生长 .
从表 3可以看出 ,干材与地上部分生物量比值 ( S TR)随林分密度的增大而减小 .
邓恩桉作为短周期纤维林或中小径级的民用材去经营 ,主要利用的是树干 ,在该立地和当前经济技术水平
容许条件下 ,中密度林分干材生物量高 ,占的比例也大 ,总生物量也相当高 ,且叶面积指数高 ,这表明该密度合
适 ,林分结构协调合理 ,其生产潜力大 .
3. 5 邓恩桉林分生产力
林木通过光合作用每年生产的有机物质 ,除去呼吸消耗 ,其剩余部分称为净生产量 ,是评价某一树种在某
一时间内生产力高低或立地条件优劣的主要指标 .公式为
  ΔW= (Wa - Wa- n ) /n
式中:ΔW 为净生产量 ( t· hm- 2 a- 1 ) ; Wa 为单位面积现存量 ( t· hm- 2 ) ; Wa - n为 n年前单位面积生物量
( t· hm- 2 ) .根据邓恩桉人工林林分特点 ,取 n= 8(n≠ 1) ,Wa - Wa- n= 0时的ΔW作为生产力指标 .
表 4  8年生邓恩桉林分净生产量
  Table 4  The net growth of biomass of 8 a
Eucalyptus dunnii plantation t· hm- 2a- 1
林分密度
/(株· hm- 2 ) 树干 树枝 树叶 树皮 树根 合计
1 110 20. 18 3. 57 0. 79 2. 90 4. 91 32. 35
1 667 27. 24 4. 89 1. 16 3. 97 6. 71 43. 97
2 500 36. 61 6. 68 1. 69 5. 39 9. 13 59. 51
  从表 4可以看出 , 3种不同密度的 8年生邓恩
桉林分净生产量之间的差异显著 .高密度林分的
净生产量较大 ,中密度林分次之 ,低密度林分最
低 ,分别为 59. 51、 43. 97、 32. 35 t· hm- 2 a- 1 .高密
度林分比低密度林分高出 27. 16 t· hm- 2a- 1 ,但
中、高密度两种林分差别不太大 ,仅差 15. 54
t· hm- 2a- 1 ,而中低密度林分的净生产量之间相
差 11. 62 t· hm- 2 a- 1 .高、中、低 3种密度林分的净生产量分别是杉木中心产区湖南会同 11年生杉木人工林平
均生产量 ( 10. 67 t· hm- 2 a- 1 ) [21 ]的 5. 58、 4. 12、 3. 03倍 ,是江苏 12年生最好立地、最佳密度湿地松人工林净生
产量 ( 13. 97 t· hm- 2a- 1 ) [ 11]的 4. 26、 3. 15、 2. 32倍 .由此可见 ,邓恩桉人工林林分生产力高 ,在我国湘南低山丘
岗区发展潜力大 ,效益好 .
4 结论与讨论
高、中、低 3种密度的 8年生邓恩桉丰产示范林 ,单株生物量随林分密度的增加而明显减小 ,低密度林分的
是高密度林分的 1. 22倍 ,是中密度林分的 1. 10倍 ;林分生物量随林分密度的增加而增加 , 3种林分的生物量分
别达到 476. 06、 351. 76、 258. 80 t· hm- 2 ;年均净生产力相当高 ,分别达到 59. 51、 43. 97、 32. 35 t· hm- 2 a- 1 ,高
于我国杉木中心产区杉木人工林的水平 .
在上述 3种密度范围内 ,邓恩桉林分不管何种密度 ,单株各组分生物量均随密度的增大而减小 ;林分各组
分的生物量均随密度的增大而增加 .林分各组分生物量均存在干> 根> 枝> 皮> 叶的规律 .树干生物量占林分
生物量的比例最大 .
林分根系生物量随密度的增加而增加 ,各种密度大根和主根所占比例最大 ,而细根和小根的比例很小 ;不
同密度之间根系生物量差异不明显 ;根系生物量主要分布在第 1层 ,且随深度增加而递减 .
中密度邓恩桉林分结构合理 ,叶面积指数高 ,生物量也相当高 ,干材生物量比例高 .在湘南低山丘岗区将邓
恩桉作为短周期纤维林或矿柱材林培养潜力大 ,前景广阔 .
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[本文编校:谢荣秀 ]
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游、林学基础理论 (包括林木遗传育种、植物学、土壤学、植物生理生化、森林生态、森林气象等 )、生物
科学、生物技术、生物工程、森林工程、木材科学、室内与家具设计、木材加工、林产化工、环境科学与工
程、食品科学与工程、林业机械、电子信息工程、自动化、计算机科学与技术、交通运输、土木工程等。论
文的文体:学术论文、研究报告、文献综述、试验简报。本刊适合于农林院校师生、农林科研院校、农林
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5第 4期 李志辉等: 林分密度对邓恩桉生物产量及生产力的影响