全 文 ：人工林生态系统持续发展的调控对策研究3
廖利平　 陈楚莹　张家武　邓仕坚
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110015)
林　柏　 (湖南省会同县林业局, 会同 418307)
【摘要】　基于田间试验和室内分析数据, 分析了不同管理方式对人工林生态系统地力和
持续发展的影响. 结果表明, 幼林期间种豆科牧草等农作物、营造混交林、针叶纯林间伐后
引进阔叶树等生物途径以及改变整地方式、合理施肥等工程措施都有利于地力的恢复和
林分生产力的提高.
关键词　人工林生态系统　持续发展　调控对策　生产力
Regulating strateg ies to susta inable developmen t of plan tation ecosystem s. L iao L ip ing,
Chen Chuying, Zhang J iaw u and D eng Sh ijian ( Institu te of A pp lied E cology , A cad em ia
S in ica , S heny ang 110015). 2Ch in. J . A pp l. E col. , 1996, 7 (3) : 225～ 229.
Based on field and labo ratio ry experim ents, the effect of differen t m anagem ent app roaches
on site fert ility and susta inab ility of p lan ta t ion eco system s such as Cunning ham ia lanceola2
ta and P inus m asson iana is analysed. T he resu lts show that som e biopathw ays such as in2
tercropp ing w ith legum inous grass, silvicu ltu re of m ixed p lan tat ions, in troducing broad2
leaved tree species after th inn ing, and som e engineering m easures such as app licat ion of
fert ilizers and changing m ethods of site p reparat ion can be helpfu l to the recovery of so il
fert ility and the increase of p roductivity of pure con ifer fo rest.
Key words　P lan tat ion eco system , Susta inab le developm ent, R egu lat ing stra tegies, P ro2
ductivity.
　　3 国家自然科学基金资助项目.
1996年2月5日收到, 4月7日改回.
1　引　　言
我国人工林面积占全国森林面积的
15%. 随天然林面积的不断缩小, 人工林在
森林资源永续利用、国土整治以及山区生
态环境建设中的作用将日益重要. 但人工
林地力衰退是目前面临的一个普遍性问
题[1, 4, 5, 9 ]. 据中国科学院会同森林生态实
验站定位研究结果, 造林后19 a 土壤肥力
明显下降, 0～ 60 cm 土层中N、P、K 含量
分别为栽植前的43. 6%、24. 3% 和43. 2% ;
杉木连栽对土壤肥力的影响十分明显, 随
着栽植次数的增加土壤肥力递减, 从而导
致生产力下降, 第2代杉木人工林比第1代
胸径、树高和立木蓄积分别下降了14%、
11% 和32% , 第3代也相应地下降了22%、
30% 和55% [6 ]. 某些地区造林成活率很低,
成林困难, 成为制约人工林持续发展的“瓶
颈”. 为此, 本文对杉木、马尾松人工林生态
系统持续发展的调控对策进行了研究.
2　自然概况与研究方法
2. 1　自然概况
会同林区位于 26°40′～ 27°09′N , 109°26′～
110°08′E. 海拔约300～ 500 m. 土壤为黄红壤. 年
平均气温16. 5℃, 年平均相对湿度80% , 年降雨
量1200～ 1400 mm , 年蒸发量1100～ 1300 mm , 年
平均风速1. 5～ 2. 0 mõs- 1. 广西国营六万林场位
于21°41′N , 110°18′E, 海拔约400～ 600 m , 土壤为
应 用 生 态 学 报　1996年7月　第7卷　第3期　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CH IN ESE JOU RNAL O F A PPL IED ECOLO GY, Ju ly 1996, 7 (3) ÷225～ 229
红黄壤, 年平均气温19. 6℃, 年平均相对湿度
87% , 年降雨量 1988. 5 mm , 年蒸发量 1039. 4
mm , 年平均风速1. 5 mõs- 1.
本项研究工作主要在会同林区进行, 仅混交
林和栽针引阔试验设在广西六万林场.
2. 2　研究方法
凋落物的收集为1 ha 设0. 5 m ×0. 5 m 收集
器150个, 每月收集1次, 测定重量和营养元素含
量. 营养元素含量测定方法和土壤物理性质测定
方法见文献[2 ]. 细根研究方法见文献[10 ].
3　研究结果
3. 1　杉木幼林阶段间种农作物
杉木是常绿针叶树种, 喜肥而不耐瘠
薄土壤. 杉木幼林郁闭前, 树体基本上不产
生凋落物, 一般林龄6～ 8 a 时林分郁闭后,
下部不受光的枝叶逐渐枯死, 在树干上停
留3～ 4 a 后才落到地面. 因此, 若不考虑杉
木地下细根的周转, 杉木纯林在幼林阶段
基本上只有营养元素的消耗而无归还. 间
种农作物如豆科牧草等后, 尽管牧草
表1　间种白三叶的杉木幼林生长情况
Table 1 Growth sta tus of young Chinese f ir stand af ter
in tercropping with white tr ileaf grass
林分类型
Stand type
林龄
A ge
(yr. )
胸径
DBH
(cm )
树高
H eigh t
(m )
生物量
B iom ass
( tõhm - 2)
杉木纯林
Pure C. lanceola ta stand 6 8. 19 5. 30 38. 61
杉木间种白三叶
In tercrop p ing w ith
w h ite trileaf grass
6 8. 53 5. 78 44. 51
生长发育需要吸收营养物质, 消耗土壤养
分, 但是枯死后直接还山, 增加林地土壤有
机质和养分. 从表1可看出, 间种牧草后, 杉
木幼林的胸径、树高和生物量分别增加4.
2%、9. 1% 和15. 3%.
　　间种农作物可改善林地养分状况和提
高生产力, 但树木必须与农作物结构搭配
合理. 结果表明, 间种高秆作物优于矮秆作
物; 固N 植物优于非固N 植物; 间种距离
以距树木50～ 60 cm 为好. 另外, 就播种方
式而言, 穴播、条播优于撒播.
3. 2　营造针阔混交林
由于马尾松和杉木本身生物学特性的
影响, 其凋落物数量相对较少, 且分解慢.
当针、阔混交后, 凋落物数量明显增加, 分
解速率与养分归还也加快. 从表2可见, 马
尾松2火力楠 (M ichelia m acclu rei var. sub2
lanea ) 混交林的凋落物量和凋落物中的营
养元素含量分别为纯林的1. 1倍和1. 4倍;
杉木火力楠混交林也分别为纯林的2. 3倍
和1. 8倍. 室内和田间实验都证明, 当杉木
凋落物与某些阔叶树种的凋落物复合分解
时, 加快了杉木凋落物分解. 图1为杉木叶
凋落物与火力楠叶凋落物各以50% 混合分
解速率2年的变化动态. 可以看出, 预测值
在分解过程中始终低于实际观测值, 说明
火力楠叶凋落物促进了杉木叶凋落物分
解.
　　杉木火力楠混交林的细根年周转率比
杉木纯林增加8. 5% , 细根年分解量增加
表2　纯林和混交林的凋落物养分比较
Table 2 Compar ison of nutr ien t con ten t of l itterfa ll in pure and m ixed stands(kgõhm - 2õyr. - 1)
林分类型
Stand type
林　龄
A ge (yr. )
年凋落量
A nnual lit terfall N P K Ca M g
合　计
To tal
马尾松纯林
P. m asson iana stand 55 5653 41. 00 20. 00 12. 00 22. 00 9. 00 104. 00
马尾松火力楠混交林
M ixed stand 55 6284 64. 00 26. 00 13. 00 24. 00 13. 00 140. 00
杉木纯林
C. lanceola ta stand 8 473. 5 5. 17 0. 66 1. 00 4. 25 0. 97 12. 05
杉木火力楠混交林
M ixed stand 8 1086. 8 9. 77 1. 06 2. 65 6. 02 2. 40 21. 90
622 应　用　生　态　学　报 7卷
图1　杉木叶与火力楠叶凋落物复合后分解速率的实测
值与观测值比较
F ig. 1 Comparison of observed and p redicted values in
decompo stion of m ixed leaf lit ter of C. lanceola ta w ith
M . m acclu rei.
a. 实测值 O bserved, b. 预测值 P redicted.
1. 92倍, 加速了土壤养分循环, 利于土壤
物理性质的改善 (表3).
杉木火力楠混交林各层土壤容重比杉
木纯林低, 平均相当杉木纯林的91. 2%. 而
总孔隙度、田间持水孔隙高于杉木纯林, 表
明混交林土壤比杉木纯林疏松, 通气性能
好, 透水蓄水能力增强. 这是由于混交林凋
落物数量多、土壤有机质增加, 以及混交林
地下根系活动加强 (表4).
　　混交林土壤的理化性质和环境条件的
改善, 使得微生物总量和细菌数量比纯林
增多, 蛋白酶、过氧化氢酶活性提高, 表明
效养分释放能力增强, 特别是混交林土壤
有氨化作用加强, 土壤供肥能力改善; 而真
菌数量减少, 转化酶及Β2葡萄糖苷酶活性
表3　杉木纯林和混交林细根的归还和周转
Table 3 Compar ison of f ine root turnover of pure and m ixed Chinese f ir stands
林分类型
Stand type
活细根生物量
L iving fine
roo t b iom ass
(kgõhm - 2) 死细根生物量D ead fineroo t b iom ass(kgõhm - 2) 细根年生长量A nnual grow th(kgõhm - 2õyr. - 1) 细根年死亡量A nnual death(kgõhm - 2õyr. - 1) 细根年分解量A nnual decomp.(kgõhm - 2õyr. - 1) 细根年周转率A nnual tu rnover( t im esõyr. - 1)
杉木纯林 880 235 144 497 1137 1. 29
Pure stand
杉木火力楠混交林 1560 565 435 1149 2179 1. 40
M ixed stand
表4　不同林分类型土壤孔隙组成
Table 4 Componen ts of so il porosity in differen t stands
林分类型
Stand type
林龄
A ge
(yr. )
采样深度
D ep th
(cm )
容 重
Bulk
density
(m gõm - 3) 总孔隙度To talpo ro sity(% ) 通气孔隙A erationpo ro sity(% ) 凋萎水孔隙W iltingpo ro sity(% ) 田间持水孔隙F ield w aterho ldingpo ro sity (% )
杉木纯林 8 0～ 10 1. 06 58. 59 17. 01 9. 25 41. 55
Pure stand 10～ 20 1. 28 51. 15 12. 56 11. 52 45. 21
30～ 40 1. 34 50. 00 11. 93 15. 52 34. 83
50～ 60 1. 33 51. 64 10. 01 16. 55 33. 21
平均A verage 1. 25 52. 85 12. 88 13. 21 38. 70
杉木火力楠混交林 8 0～ 10 0. 98 62. 71 24. 66 8. 58 43. 21
M ixed stand 10～ 20 1. 13 56. 37 20. 02 8. 81 49. 66
30～ 40 1. 16 56. 72 16. 70 11. 68 39. 48
50～ 60 1. 27 52. 96 14. 04 15. 20 33. 47
平均A verage 1. 14 56. 94 18. 91 11. 07 41. 46
表5　杉木纯林与混交林生长比较
Table 5 Compar ison of the growth of pure and m ixed Chinese f ir stands
林分类型
Stand type
树　种
Species
胸　径
DBH
(cm )
树　高
H eigh t
(m )
蓄　积
V o lum e
(m 3õhm - 2) 生物量B iom ass( tõhm - 2)
杉木纯林 Pure stand 杉木C. lanceola ta 11. 50 10. 21 65. 28 89. 08
混交林M ixed stand 杉木C. lanceola ta 12. 50 10. 7 138. 91 84. 06
火力楠M . m acclu rei 13. 00 12. 4 42. 26 41. 54
7223期　　　　　　　　廖利平等: 人工林生态系统持续发展的调控对策研究　　　
降低, 说明混交林土壤有机质分解转化比
在纯林中进行得更为强烈[6 ]. 因此, 混交林
林木生长快于纯林. 从表5可见, 13年生杉
木火力楠混交林的蓄积和生物量分别比同
龄杉木纯林增加9. 6% 和41%.
3. 3　栽针引阔
在采伐迹地上营造杉木或马尾松纯
林, 林分郁闭后进行间伐; 在间伐后所形成
的林窗中引入适当的阔叶树, 使林分发育
成人工针阔复层异龄林, 以改善林地的环
境条件, 提高单位面积生产力. 表6为9年生
马尾松纯林间伐后第2年栽入常绿阔叶树
木周木 (Castanop sis ey rei) , 从而由单层马尾
松纯林变成为复层马尾松木周木混交林. 林
分生产量相应提高, 为纯林的1. 26倍. 引入
阔叶树后, 林地养分状况也有所改善. 土壤
有机质含量明显增加, 与马尾松纯林相比,
增加了35. 7% (表7). 因此, 利用树种的生
物学特性, 栽针引阔, 不仅可提高林分的生
产力, 还能改善林地土壤.
3. 4　轮换树种
不同树种对土壤养分条件要求不同,
吸收利用土壤养分能力与空间范围也有差
异. 因此在杉木退化林地上改变连续营造
杉木林的经营制度, 而用其它树种替换造
林, 可以缓解树木对某些养分需要与土壤
供应之间矛盾, 进而提高林地生产力, 改善
林地环境质量. 表8为杉木采伐迹地上栽植
不同树种的生长情况. 从表8可知, 连续营
造杉木林不但成活率低 (仅为35～ 58% ) ,
而且生长不良. 当改变树种造林时, 情况则
相反.
3. 5　改变整地方式
　　南方林区普遍采用全垦整地方式. 研
表6　马尾松纯林和混交林产量比较
Table 6 Compar ison of the production the of pure and m ixed P. m asson iana stands
林分类型
Stand type
林龄
A ge
(yr. )
株　数
N um ber
(N o. õhm - 2) 树　高H eigh t(m ) 胸　径DBH(cm ) 蓄　积V o lum e(m 3õhm - 2)
马尾松木周木混交林 马尾松 P. m asson iana 35 735 21. 8 30. 5 576. 68
M ixed stand 木周木Castanop sis ey rei 24 795 9. 7 9. 7 31. 64
马尾松纯林 Pure stand 马尾松 P. m asson iana 35 735 20. 2 29. 0 483. 15
表7　马尾松纯林和混交林林地养分比较
Table 7 Compar ison of so il nutr ien t sta tus in pure and m ixed P. m asson iana stands
林分类型
Stand type
采样深度
D ep th
(cm )
有机质
O rgan ic
m atter
(% )
速效N
A vaila2
b le N
(m gõkg- 1) 速效 PA vaila2b le P(m gõkg- 1) 速效 KA vaila2b le K(m gõkg- 1) 全NTo tal N(% ) 全 PTo tal P(% )
马尾松、木周木混交林 0～ 40 7. 75 7. 91 0. 18 4. 59 0. 23 0. 13
M ixed stand
马尾松纯林 0～ 40 5. 71 7. 09 0. 14 3. 30 0. 21 0. 11
Pure stand
表8　退化林地上不同树种生长比较
Table 8 Compar ison of the growth of tree spec ies on degrading so il
造林树种
T ree
species
林 龄
A ge
(yr. )
整地方式
Site p reparation
造林保存率
Survival rate
(% )
树　高
H eigh t
(m )
胸　径
DBH
(cm )
生物量
B iom ass
( tõhm - 2)
杉　木C. lanceola ta 6 全垦 Comp lete p low ing 35 2. 19 2. 45 3. 05
湿地松 P. elliottii 6 全垦 Comp lete p low ing 95 4. 50 7. 62 37. 45
马尾松 P. m asson iana 6 全垦 Comp lete p low ing 92 3. 49 4. 54 27. 63
杉　木C. lanceola ta 6 梯田 T erraced fields 58 3. 34 4. 34 6. 99
湿地松 P. elliottii 6 梯田 T erraced fields 98 4. 86 8. 58 44. 67
马尾松 P. m asson iana 6 梯田 T erraced fields 98 4. 11 5. 97 35. 90
822 应　用　生　态　学　报 7卷
究表明, 全垦整地易导致水土流失, 土壤养
分大量损失[7, 8 ]. 这是林地退化的重要原因
之一. 本试验表明, 窄带梯田不仅可以防止
林地养分、水分的流失, 而且可以疏松土
壤, 改善土壤通气性, 增强蓄水能力, 提高
树木的生长 (表8).
3. 6　施肥
施肥是改善土壤养分状况最简便、最
直接的方式, 只要掌握好肥料品种的搭配、
施用的方法和最佳时间, 就可以充分发挥
施肥的效果. 表9为三耕土施用不同配比的
N、P、K 肥对1年生杉木幼苗生长影响
盆栽试验结果. 可以看出, 当N、P、K肥以
表9　施肥与杉木幼苗生长关系
Table 9 Effect of chem ica l fertil iza tion on the growth of
Chinese f ir seedl ings
土壤类型
So il type
施肥配比
N + P2O 5
+ K2O
新梢生长
Shoo t
(cm )
地径
Base
(cm )
净生产量
N et p ro2
duction
(gõtree- 1)
三耕土 0+ 0+ 0 12. 6 0. 40 23. 16
3rd ro ta2 6+ 18+ 6 22. 1 0. 51 35. 35
tion so il
表10　施肥前后土壤养分变化
Table 10 Change of so il nutr ien t before and af ter fertil-
izer appl ica tion (mgõkg- 1)
土壤类型
So il type
NÉ Ê PÉ Ê KÉ Ê
头耕土 103. 9 200. 1 13. 3 28. 1 125. 1 323. 1
1st ro ta2
t ion so il
二耕土 81. 41 81. 9 7. 2 25. 0 80. 9 260. 3
2nd ro ta2
t ion so il
三耕土 79. 71 64. 9 5. 1 24. 2 77. 5 252. 1
3rd ro ta2
t ion so ilÉ : 施肥前Befo re; Ê : 施肥后A fter.
1÷ 3÷ 1的比例施用时, 和对照相比, 高生长
提高了75. 4% , 净生产量增加52. 6%. 施肥
后土壤养分状况明显改善, 无论头耕土还
是三耕土, 土壤中速效N、P、K 的含量都
成倍增加, 尤以速效 P 的含量增加倍数最
大 (表10).
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9223期　　　　　　　　廖利平等: 人工林生态系统持续发展的调控对策研究