全 文 ：武夷山甜槠群落钙、镁的累积和循环*
李振基
林益明
杨志伟
林
鹏
(厦门大学生物学系,厦门 361005)
何建源
汪家社
(武夷山国家级自然保护区管理局, 武夷山 354315)
摘要
对 51 年生甜槠群落 Ca、Mg 含量及其生物循环研究表明, 甜槠群落现存量中,
Ca、Mg总量分别为1029. 96和231. 34kg!hm- 2; 其中地上部分分别为 801. 40 和 159. 68kg!
hm- 2 ,地下部分分别为 228. 56 和 71. 66kg!hm- 2. 该群落 Ca、Mg 生物循环中, 年吸收量分
别为 63. 17 和 18. 68kg!hm- 2, 年存留量分别为 31. 77 和 11. 41kg!hm- 2 ,年归还量分别为
31. 40 和 7. 27kg!hm- 2 ; Ca、Mg的富集率分别为 1. 66 和 2. 14.
关键词
甜槠群落
Ca、Mg累积
生物循环
Accumulation and cycling of Ca and Mg in Castanopsis eyrei community in Wuyishan Moun

tains. L i Zhenji, L in Yiming, Yang Zhiw ei, L in Peng ( Depar tment of Biology , Xiamen Uni

ver sity , X iamen 361005) .
Chin. J . A pp l . Ecol . , 1998, 9(6) : 592~ 596.
Studies on a 51 years old Castanop sis ey r ei community in Wuyishan Mountains show t hat the
standing had a storage of 1029. 96kg!hm- 2 Ca and 231. 34hg!hm- 2 Mg , 801. 40kg!hm- 2 Ca
and 159. 68kg!hm- 2 Mg in aboveground part, and 228. 56kg!hm- 2 Ca and 71. 66kg!hm- 2
Mg in underground part. T he annual uptake was 63. 17kg!hm- 2 Ca and 18. 68kg!hm- 2 Mg ,
annual retention was 31. 77kg!hm- 2 Ca and 11. 41kg!hm- 2 Mg, and annual return w as 31. 40
kg!hm- 2 Ca and 7. 27kg! hm- 2 Mg. The enrichment r at ios of Ca and Mg w ere 1. 66 and
2. 14, respectively.
Key words
Castanop sis eyr ei community, Accumulation of Ca and Mg , Bio logical cycling .


* 福建省自然科学基金 ( C92004)和武夷山国家级
自然保护区管理局资助项目.


1995- 05- 15收稿, 1998- 05- 15接受.
1
引

言


武夷山甜槠群落是我国中亚热带地带
性植被 ∀ ∀ ∀ 常绿阔叶林的典型群落之一,
其群落学特征在整个武夷山乃至亚热带地
区的常绿阔叶林中具有一定的代表性. 但
到目前为止, 对该群落物质循环的研究尚
未见报道.本文在生物量和第一性生产力
研究的基础上, 研究了武夷山 51年生甜槠
群落的 Ca、Mg 的累积和生物循环,为该生
态系统功能、土壤肥力评价提供理论依据.
2
自然概况和研究方法
2. 1
自然概况


武夷山保护区地处中亚热带, 气候温暖湿
润.年平均气温为 12~ 18 # , 1 月均温约为 3# , 7
月均温为 23~ 24 # ; 年平均降水量 2000mm 左
右,年均相对湿度 80~ 85% , 年均雾日在 100 天
以上.


甜槠群落的实验地设在距武夷山自然保护
区管理局 10km 处的先锋岭( 27∃42%N, 117∃41%E) ,
海拔 1270m 左右. 林下土壤为山地黄壤, 土层厚
度 80cm. 表层多细根, 腐殖层褐黑色, 有团粒结
构.土壤理化性质见表 1. 乔木层林冠一般高
13m, 最高 15m. 优势 种是 甜槠 ( Castanop sis
eyr ei) , 并有少量木荷 ( Schima superba )、石栎
( L ithocarpus glaber )、交让木 ( Daphniphyllum
macropod um ) ; 林 下 灌 木 层 有 肿 节 少 穗 竹
( Oligostachyum oedegonatum )、细枝柃木 ( Eurya
loquaiana)、鹿角杜鹃 ( Rhododendron latouchae ) ;
应 用 生 态 学 报
1998 年 12 月
第 9 卷
第 6 期





















CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 1998, 9( 6)&592~ 596
草本层有里白 ( Hicr iop ter is glauca )、菝葜( Smi

lax china L . ) 和狗脊( Woodwardia j aponica) 等.
林冠郁闭度达 90% , 平均密度 1140 株!hm- 2 , 平
均胸径 20. 88cm, 叶面积指数 3. 5.
表 1
甜槠群落土壤的理化特性
Table 1 Physical and chemical properties of soil s in Castanopsis eyrei community
土壤深度
S oil depth
( cm)
pH 容
重
Weight
of volume
( g!cm- 3)
土
重
Weight
of soil
( g!cm- 2)
Ca
浓度
Concent rat ion
( % )
库存量
Storage
( kg!hm- 2)
Mg
浓度
Concentrat ion
( % )
库存量
Storage
( kg!hm- 2)
0~ 30 4. 35 0. 80 24. 0 0. 023 552 0. 125 3000
30~ 60 4. 55 1. 20 36. 0 0. 019 684 0. 135 4860
60~ 80 4. 90 1. 40 28. 0 0. 013 364 0. 166 4648
合计 T otal 88. 0 1600 12508
2. 2
研究与方法


在甜槠群落的样地中设立 12 个 10m ∋ 10m
的样方,分别记录样方中乔木种群的数量,并测量
每木的高度、胸径. 然后在样方中随机选取具有代
表性的 3 株标准木进行砍伐,并分层挖出根系, 求
算生物量, 林下灌木层和草本层用收获法直接测
定,灌木层采用 2m ∋ 2m, 草本层用 0. 5m ∋ 0. 5m,
各 2 个重复.


采伐标准木同时, 分别采得树干 (树材、树
皮)、幼枝、多年生枝、枯枝、叶、灌木、草本植物、粗
根、中根、细根、枯根的样品 100 ~ 500g, 60# 烘
干,经粉碎机磨成粉末, 过 60 号筛贮存待测.另取
少量样品于 105 # 烘干, 换算生物量.


甜槠群落各组分样品的 Ca、Mg 测定采用原
子吸收分光光度法[ 3] , 仪器为 WFX
IB 型原子吸
收分光光度计.叶面积指数用剪纸衡重法测定 .
3
结果与讨论
3. 1
甜槠群落的 Ca、Mg 元素浓度


经测定,甜槠群落各组分的 Ca、Mg 元
素浓度如表 2所示.从表 2可以看出, 树皮
的含 Ca量最高,其次是枯枝,树干材最低.
树皮含 Ca量最高.这与海南岛橡胶树皮含
Ca量最高的结果一致[ 1] . M g 浓度最高的
是幼枝, 其次是叶, 树干材最低. 由于 Mg
密切参与植物的生命过程, 所以它主要集
中于生命活动旺盛的叶以及幼枝中. Ca、
Mg 浓度最低的部位都是树干材,与北京人
工刺槐林[ 6]、广西火力楠人工林[ 5]研究
结果一致. 同时, 甜槠群落各组分中 Ca 浓
度均高于 Mg 浓度.
表 2
甜槠群落各组分的 Ca、Mg浓度(%)
Table 2 Concentration of Ca andMg in di fferent fractions
of Castanopsis eyrei community(% dw)
组
分 Organs Ca Mg
叶 Leaf 0. 327 0. 198
幼枝 Tw ig 0. 618 0. 383
多年生枝 Perennial branch 0. 578 0. 134
枯枝Dead branch 0. 680 0. 109
树材Wood of t runk 0. 094 0. 014
树皮Bark of trunk 0. 896 0. 103
灌木 Shrub 0. 325 0. 157
草本植物 Herb 0. 203 0. 109
粗根Macro
root ( > 2cm) 0. 490 0. 117
中根M id
root ( 0. 2~ 2cm) 0. 401 0. 175
细根M icro
root( < 0. 2cm ) 0. 228 0. 133
枯根Dead root 0. 199 0. 069
3. 2
甜槠群落 Ca、Mg 的现存库量


甜槠群落各组分 Ca、Mg 元素浓度与
相应各组分的现存生物量相乘就得出各组
分的现存库量(表 3) .
表 3
甜槠群落 Ca、Mg的现存库量
Table 3 Storge of Ca andMg in Castanopsis eyrei commu

nity
组分
Frac
t ion
Ca
( )
Mg
( )
叶Leaf 42. 24 4. 10 25. 57 11. 05
幼枝T w ig 11. 78 1. 14 7. 30 3. 16
多年生枝 239. 42 23. 25 55. 51 23. 99
Perennial branch
枯枝Dead branch 29. 04 2. 82 4. 66 2. 01
树材Wood of t runk 246. 82 23. 96 36. 76 15. 89
树皮Bark of trunk 223. 51 21. 70 25. 69 11. 11
灌木 Shrub 7. 85 0. 76 3. 79 1. 64
草本植物Herb 0. 74 0. 07 0. 40 0. 17
粗根Macro
root 161. 13 15. 64 38. 47 16. 63
中根M id
root 33. 46 3. 25 14. 60 6. 31
细根M icro
root 28. 80 2. 80 16. 80 7. 26
枯根Dead
root 5. 17 0. 50 1. 79 0. 77
总计T otal 1029. 96 100. 00 231. 34 100. 00
(库存量 Storage( kg!hm- 2) , )占总量百分比 Percent

age to total( % ) .
5936 期







李振基等:武夷山甜槠群落 Ca、Mg 的累积和循环






从表 3可以看出, 甜槠群落的 Ca、Mg
总库量分别为 1029. 96 和 231. 34 kg !
hm- 2;其中地上部分分别为801. 40(占总
库量的 77. 81% ) 和159. 68 kg! hm- 2 (占
69. 02%) ; 地下部分分别为 228. 56 (占
229. 19%)和 71. 66kg!hm- 2(占30. 98%) .
各组分间 Ca库量的大小顺序是:树干材>
多年生枝> 树皮> 粗根> 叶> 中根> 细根
> 枯枝> 幼枝> 灌木> 枯根> 草本. 各组
分间 Mg 的库量的大小顺序是: 多年生枝
> 粗根> 树材> 树皮> 叶> 细根> 中根>
幼枝> 枯根> 灌木> 枯枝> 草本. 各组分
的 Ca库量均高于 Mg 库量.这与北京人工
刺槐林研究结果一致[ 6] .


与其它森林群落相比, 甜槠群落的 Ca
库存量 1029. 96kg!hm- 2,低于北京人工刺
槐林4330. 2kg!hm- 2[ 6]、比利时 Wavirelles
地区橡树林 1648kg!hm- 2[ 6]和北京人工油
松林1618. 5kg!hm- 2[ 7] , 而高于广东流溪
河水库的常绿阔叶林 316kg!hm- 2、马尾松
林265. 3kg!hm - 2[ 10] . 甜槠群落 Mg 库量
为231. 34kg!hm- 2, 低于人工油松林362. 2
kg!hm- 2[ 7] , 而与广东流溪河水库的常绿
阔叶林 207. 4kg!hm- 2[ 10]和北京人工刺槐
林266. 6kg!hm- 2相近. 其中甜槠群落 Ca
与 Mg 的库量比为 4. 45
1,低于比利时的
橡树林 ( 10. 56
1) 和北京人工刺槐林
( 16. 24
1) , 而与北京人工油松林 4. 47

1几乎相等.
3. 3
甜槠群落 Ca、Mg 的生物循环
3. 3. 1 Ca、Mg 元素的年存留量
根据武夷
山甜槠群落 1992 年的干物质净增长量与
相应各组分的 Ca、Mg 元素浓度的乘积可
得出 Ca、Mg的年存留量, (图 1) .从图 1可
见,幼枝中的 Ca、Mg 年存留量均量高.
3. 3. 2 Ca、Mg 元素的年归还量
从表 4可
见,甜槠群落的 Ca、Mg 年归还量分别为
31. 40kg!hm- 2和7. 27kg!hm- 2.
图 1
甜槠群落Ca、Mg 的年存留量
Fig. 1 Pool amount of Ca and Mg in Castanopsis
eyrei community.
Wt :树干 Wood of t runk, Pb: 多年生枝 Pereninal
branches, Bt: 树皮 Bark of t runk , Tw : 幼枝
Tw igs, Sh: 灌木 Shrubs, He: 草本 Herbs, D: 根
Root .
表 4
甜槠群落 Ca、Mg的年归还量
Table 4 Annual return of Ca and Mg in Castanopsis eyrei
community
组分
Fraction
年生产量
Product ion
( kg!hm- 2!yr
1)
元素浓度
Concent

ration of
element( % )
Ca Mg
元素归还量
Return of
element
( kg!hm- 2)
Ca Mg
落叶Lit ter leaf 2899. 2 0. 625 0. 158 18. 91 4. 57
落花Lit ter f low er 13. 4 0. 373 0. 126 0. 04 0. 01
落果Lit ter f ruit 121. 5 0. 376 0. 162 0. 47 0. 21
大落枝 246. 8 1. 193 0. 066 2. 94 0. 16
Lit ter big branch
小落枝 511. 1 0. 757 0. 102 3. 87 0. 53
Lit ter small branch
枯根Dead root 2599. 0 0. 199 0. 069 5. 17 1. 79
总计T otal 6391. 0 31. 40 7. 27
3. 3. 3 Ca、Mg 元素的年吸收量
年吸收量
为年存留量与年归还量之和[ 13] , 依此推算
出甜槠群落 Ca、Mg 的年吸收量分别为
63. 17kg!hm- 2和 18. 68kg!hm- 2, 归还量
分别占吸收量的 49. 7%和 38. 9% .这一比
例与日本陆生天然阔叶林的情况相似(分
别为 50. 9% 和40. 7% ) [ 13] , 而低于英国沼
泽庞桦林(分别为 77. 3%和 83. 9%) [ 11]和
我国海莲红树林(分别为 66%和 80%) [ 9] ,
表明中生环境的 Ca、Mg 的归还率均比湿
生环境的森林低.甜槠群落 Ca、Mg 元素的
年循环如图 2所示.
3. 3. 4 Ca、Mg 在群落中的周转期
某一元
素在植被中的周转期是以该元素在现存量
594 应
用
生
态
学
报













9 卷
中的库存量与在年凋落物中相应元素重量
的比率. 经计算, 甜槠群落 Ca、Mg 的周转
期分别为 39 年和 42年, Ca 的周转比 Mg
快,这个结果与巴拿马热带雨林 Ca( 22年)
比 Mg( 25年)快的研究结果一致[ 12] .
3. 3. 5 元素的流动系数
营养元素由土壤
进入植物,是生物循环的一个重要过程,可
以用生物吸收系数、利用系数来说明[ 10] .
植物对营养元素的吸收累积取决于植物本
身的选择吸收功能, 具有相对的独立性.从
表 5可以看出, 甜槠群落 Ca的吸收系数为
11. 4% , 大大超过 Mg 的吸收系数 0. 6%,
这说明中亚热带武夷山常绿阔叶林甜槠群
落对 Ca的吸收累积能力比 Mg 强. 这也验
证了 Ca更多地集中于阔叶林中[ 4] .
3. 3. 6 元素的富集率
富集率是指净初级
生产量中元素的平均浓度与群落生物量中
的相应元素的平均浓度的比值[ 14] , 计算得
出甜槠群落Ca、Mg 的富集率均> 1(表 6) ,
说明武夷山 51年生甜槠群落的 Ca、Mg 仍
图 2
武夷山 51年生甜槠群落 Ca、Mg 的年循环
( 1993) ( kg!hm - 2)
Fig. 2 Annual cycle of Ca an d Mg in 51- year- old
Castanop si s eyrei community in Wuyishan Mountains
( 1993) ( kg!hm - 2) .
A.年存留量 Annual retent ion, B.元素现存量 Stand

ing crop of element , C.年归还量Annual return, D.年
吸收量 Annual uptake, E. 表土层 ( 0 ~ 30cm ) 库量
Storage in topsoil, F.灌木和草本 Shrub and herb, G.
枝Branch , H. 树材 Trunk, I.根 Boot, J. 落叶 Lit ter
leaf , K .落花果 Lit ter flow er and fruit , L. 落枝 Lit ter
branch, M .枯根 Dead root .
表 5
甜槠群落的 Ca、Mg的流动系数
Table 5 Movement coefficients of Ca and Mg in Castanopsis eyrei community
元素
Element
现存量
Storage in
standing crop
( kg!hm- 2!yr- 1)
年吸收量
Annual uptake
( kg!hm- 2!yr- 1)
年归还量
Annual return
( kg!hm- 2!yr- 1)
表土含量
Storage in
surface soil
( kg!hm- 2)
吸收系数1)
Absorpt ion
coeff icient
利用系数2)
Utilizat ion
coeff icient
循环系数3)
Cycle
coef ficient
Ca 1029. 96 63. 17 31. 40 552 0. 114 0. 061 0. 497
Mg 231. 34 18. 68 7. 27 3000 0. 006 0. 018 0. 389
1 )吸收系数= 年吸收量/表土含量. Absorpt ion coef ficient= Annual uptake/ Storage in surface soil ( 0~ 30 cm) , 2)利用系
数 = 年吸收量/元素库量. U t ilizat ion coeff icient= Annual uptake/ Storage in standing crop, 3)循环系数= 年归还量/年吸
收量. Cycle coef ficient= Annual return/ Annual uptake.
表 6
甜槠群落 Ca、Mg的富集率
Table 6 Enrichment ratio of Ca and Mg in Castanopsis
eyrei community
元素
Element
净初级生产量中元素平均浓度1)
( % )
群落生物量中元素平均浓度2)
( % )
富集率
Enrichment
ratio
Ca 0. 420 0. 253 1. 660
Mg 0. 122 0. 057 2. 140
1) Mean concent ration of element in netprimary product ion
( 1992) , 2) Mean concentration in of element biomass.
不断地被吸收积累.
3. 3. 7 元素的迁移
根据文献[ 2]推算元
素迁移的公式得出甜槠群落的 Ca、Mg 的
生物吸收、分解和归还的比率(表 7) , 从表
7可见, Ca的生物吸收率和生物归还率大
于 Mg,而 Ca的生物分解率低于 Mg. 这与
管东生研究广东流溪河水库的常绿阔叶林
5956 期







李振基等:武夷山甜槠群落 Ca、Mg 的累积和循环




表 7
甜槠群落 Ca、Mg的迁移和生物循环
Table 7 The translocation and biological cycling of Ca andMg in Castanopsis eyrei community
元素
Element
鲜叶
Fresh leaves
( % )
凋落物
Lit ter fall
( % )
残留物
Residues
( % )
表土
Surface soil
( % )
生物吸收率
Bio
absorption
rat io1)
生物分解率
Bio
decomposi

t ion rat io2)
生物归还率
Bio
return
ratio3)
Ca 0. 327 0. 692 0. 726 0. 023 1422 45 3156
Mg 0. 198 0. 144 0. 093 0. 125 158 213 74
1)生物吸收率= 鲜叶化学组成/表土化学组成 ∋ 100% . Biological absorpt ion rat io= Chemical com posit ion of fresh leaves/
Ch emical composition of surface soil∋ 100% , 2)生物分解率= 鲜叶化学组成/残留物化学组成 ∋ 100% . Biological decom

position rat io= C hemical composit ion of fresh leves/ Chemical composit ion of surface soil∋ 100% , 3)生物归还率= 残留物
化学组成/表土化学组成 ∋ 100% . Biological return rat io= Chem ical composit ion of residues/ Chemical com position of sur

f ace soil∋ 100%.
的结论一致[ 10] .
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596 应
用
生
态
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9 卷