全 文 ：杉木观光木混交林凋落物热值及灰分
含量的季节动态分析
陈光水 ,蔡丽平 ,林瑞余 ,陈银秀 ,杨玉盛
(福建农林大学 ,福建 南平 353001)
摘要:通过对福建三明 27 年生杉木观光木混交林和杉木纯林凋落物的热值 、灰分含量及其季节动态的分析表明 ,混交林中
杉木凋落物各组分的干重热值介于 20.637 ～ 21.960kJ·g-1之间 ,观光木凋落物各组分干重热值介于 19.635 ～ 20.058kJ·
g -1之间 , 杉木纯林凋落物各组分的干重热值介于 20.705～ 21.908kJ·g-1之间 , 各树种凋落物均以叶 、花的热值较高 ,而果 、
枝的热值较低。观光木凋落物各组分的灰分含量高于杉木。杉木落叶灰分含量季节间变化均较小;而观光木落叶灰分含
量的变化模式为:夏季>秋季>春季>冬季。杉木落叶干重热值和去灰分热值季节变化模式均为:冬季>秋季>春季>夏
季 ,而观光木落叶则均为:冬季>夏季>秋季>春季。
关键词:杉木;混交林;凋落物;热值;灰分;季节动态
中图分类号:S791.270.2　　　文献标识码:A　　　文章编号:1002-7351(2002)01-0009-05
The Seasonal Dynamic Analyses of Heat Values and Ash Contents of Cunninghamia lanceolata
and Tsoongiodendron odorum Mixed Forest Litter
CHEN Guang-shui , CAI Li-ping , LIN Duan-yu ,CHEN Yin-xiu, YANG Yu-sheng
(Fujian Agricultural and Forestry University , Nanping 353001 , China)
Abstract:The analy ses show that the dry weight heat values of various litter constituents of Cunninghamia lanceolata in mixed
forests are 20.637～ 21.960 kJ/g , those of Tsoongiodendron odorum are 19.635～ 20.058 kJ/g , and those of C.lanceolata pure
forests are 20.705～ 21.908kJ/g.The heat values of leaves and flowers are relatively high in those of all various tree species litter
and those of fruits and branches relatively low .The ash contents of various litter constituents of T.odorum are higher than those of
C.lanceolata.The C.lanceolatafallen leaf ash content changes in seasons are all small;w hereas the change pattern of T .odorum
fallen leaf ash content is :summer>autumn>spring>winter.The seasonal change patterns of fallen leaf dry weight and ash re-
move heat values of C.lanceolata are all:winter>autumn>spring>summer , whereas those of T .odorum are all:winter>summer
>autumn>spring.
Key words:Cunninghamia lanceolata ;Mixed fo rest;Litter;Heat v alue;Ash content;Seasonal dynamic
　　杉木人工纯林多代连栽地力衰退问题已引起人们的极大关注 ,而杉阔混交林则被认为是维持杉木人
工林长期生产力的较好途径之一[ 1～ 3] 。福建林学院莘口教学林场从 60年代起 ,就已结合营林生产开展了
格氏栲 、木荚红豆树 、观光木 、福建柏等珍贵树种的人工造林试验研究 ,自 1999年起本课题组对 1973年营
造的 27年生杉木观光木混交林的生产力 、养分循环 、能量流动及土壤肥力演变等进行了系统研究 ,为揭示
杉木观光木混交林的结构与功能提供帮助 ,本文为该项目的一部分。
1　试验地概况
试验地位于福建林学院三明莘口教学林场小湖工区(北纬 26°11′30″,东经 117°26′00″),属中亚热带季
风型气候 ,年均气温 19.1℃,年均降水量 1749mm ,年均蒸发量 1585.0mm ,年均相对湿度为 81%,无霜期
300d左右。土壤是由砂页岩发育的红壤。1973年用实生苗造林 ,初植密度为 3000株·hm-2 ,混交林为行
　收稿日期:2001-04-09
　基金项目:中国博士后科研基金(1999 年)10 号 、福建省科委重大基础研究项目(2000-F-004)及高等学校骨干教师资
助计划资助
　作者简介:陈光水(1976-), 男 ,福建仙游人 , 福建农林大学助教 ,硕士 , 从事森林培育与森林生态研究。
第 29 卷 第 1 期
2 0 0 2 年 3 月
福 建 林 业 科 技
Jour of Fujian Forestry Sci and Tech
Vol.29　No.1
Mar., 2 0 0 2
DOI :10.13428/j.cnki.f jlk.2002.01.004
间混交(杉木与观光木比例为 3∶1)。杉木纯林现保留密度为 1100株·hm-2 ,平均树高(H)和平均胸径
(D)分别为 19.2m 和 24.0cm ,郁闭度为 0.80 ,林下植被盖度 95%;混交林中杉木和观光木保留密度分别
为 907株·hm-2和 450株·hm-2(混交比例调整为 2∶1),其中杉木 H 和D 分别为 22.5m 和 24.3cm ,观光
木 H 和D 分别为 18.0m 和 17.4cm ,郁闭度为 0.95 ,林下植被盖度为 80%。
2　研究方法
在杉木观光木混交林和杉木纯林内分对角线分别布设 15个 0.5m ×1m 的收集架 ,从 1999年 1月起
每月于月底收集凋落物 ,并分为叶 、枝 、花 、果 、其它(碎屑 、昆虫粪便 、小动物尸体等)组分(混交林凋落物则
按树种分开),分别置于 80℃下烘干至恒重 ,并换算为每 hm2 的凋落物量。凋落物各组分样品经烘干 、磨
碎 ,用 HWR-15恒温式微机量热计测定其干重热值(GCV);用干灰化法测定各样品的灰分含量 ,去灰分
热值(AFCV)采用AFCV=GCV/(1-灰分含量)[ 4～ 6]计算 。
3　结果与分析
3.1　混交林凋落物各组分的热值
热值是指单位重量植物所含有的热量 ,反映了植物不同样品的能量属性[ 4] 。混交林和纯林各组分的
热值及灰分含量列于表 1 ,从中可看出各组分间热值的差异及灰分含量对热值的影响。混交林中杉木凋
落物各组分的干重热值介于 20.637 ～ 21.960kJ·g-1之间 ,去灰分热值介于 21.357 ～ 22.846kJ·g -1之间;
观光木凋落物各组分干重热值介于 19.635 ～ 20.058kJ·g-1之间 ,去灰分热值介于 20.339 ～ 22.164kJ·g-1
之间;杉木纯林凋落物各组分的干重热值介于 20.705 ～ 21.908kJ·g-1之间 ,去灰分热值介于 21.445 ～
23.010kJ·g-1之间 。可见同一树种凋落物不同组分间的热值具有一定的差异 。混交林杉木凋落物各组分
热值大小顺序为:花>叶>果>枝 ,观光木凋落物各组分热值大小顺序为:叶>枝>花>果(去灰分热值则
为:叶>花>枝>果),而杉木纯林的则为:叶>果>花>枝(去灰分热值则为:叶>花>果>枝)。由此可
见 ,混交林中杉木 、观光木和杉木纯林凋落物各组分热值大小顺序虽有所差异 ,但均以叶 、花的热值较高 ,
而果 、枝的热值较低 。这是因为叶 、花具有较高的有机物含量 ,特别是蛋白质和脂肪等高热量物质含量较
高;而果(尤其是果壳)、枝多含纤维 、木质素等物质 ,其热值较蛋白质低。由各组分的干重热值与去灰分热
值之间的差异可看出灰分含量对计算干重热值有直接影响 。例如 ,尽管观光木落花去灰分热值比落枝高 ,
但由于其灰分含量较高 ,使其干重热值却比落枝低;杉木纯林落花去灰分热值虽比落果大 ,但前者干重热
值却小于后者。由此可见 ,去灰分热值更能反映出植物样品的能量属性 ,因而进行不同种类 、不同地区植
物热值差异比较时一般采用去灰分热值作为标准[ 6] 。灰分含量的高低与植物吸收元素量有关。从不同
树种凋落物各组分的灰分含量来看 ,观光木凋落物各组分的灰分含量高于杉木 ,尤其落叶的灰分含量更
高 ,这反映了 2个树种间的生物学特性的差异 ,观光木具有富集元素的作用 ,通过其凋落物的养分归还对
维持混交林地力有重要作用。
通过各组分能量含量的总和除以各组分干重总和计算出各树种凋落物的平均干重热值。从表 1 可
见 ,混交林中杉木凋落物的平均热值最高 ,其次为杉木纯林 ,最低的为观光木。混交林中杉木与杉木纯林
凋落物平均热值的差异 ,说明同一树种在不同的环境下的凋落物热值也会出现一定的差异 。观光木凋落
物热值低于杉木 ,与一般认为常绿阔叶树热值低于常绿针叶树热值的看法相一致 。从凋落物的平均热值
也可看出 ,混交林凋落物的平均热值低于纯林 ,这表明由于混交了低热值的观光木 ,降低了整体林分凋落
物的热值 ,这对降低混交林的火险有着积极的作用 。
3.2　混交林热值及灰分的月变化
杉木和观光木的落叶在其凋落物组成中占重要的比例 ,因而研究其热值的月变化规律对揭示凋落物
能流量的月变化规律有重要作用。从图 1可看出混交林中杉木与杉木纯林落叶热值 的月变化 。由图 1
可看出 ,混交林中杉木与杉木纯林落叶热值月变化动态趋势基本一致 。从 1月份起到 6月份 ,热值含量基
本保持稳定 ,但 7月份骤减 ,后又逐渐上升 ,至 11月份时热值含量达到顶峰 , 但在 8月份出现 1次较大的
·10· 福 建 林 业 科 技 第 29 卷
表 1　混交林和杉木纯林凋落物各组分的热值
凋落物组分
混交林 杉木纯林
杉木 观光木
灰分/ % 干重热值/ kJ·g-1 去灰分热值/kJ·g-1 灰分/ % 干重热值/ kJ·g-1 去灰分热值/kJ·g-1
灰分/ % 干重热值/ kJ·g-1
去灰分热值
/kJ·g-1
叶 4.77 21.728 22.816 9.50 20.058 22.164 4.79 21.908 23.010
枝 3.37 20.637 21.357 3.80 19.940 20.728 3.45 20.705 21.445
花 3.88 21.960 22.846 4.28 19.865 20.753 4.18 21.742 22.690
果 3.33 21.597 22.341 3.46 19.635 20.339 3.01 21.785 22.461
树种平均 21.704 20.009 21.579
其它 5.11 20.848 21.971 6.74 20.238 21.701
凋落物平均 21.300 21.426
波动。可见杉木落叶热值含量的变化模式呈“V”型 ,即春季的热值含量维持在平均水平 ,但在夏季热值含
量急骤下降 ,而秋季又维持在一个较高的水平 ,至冬季又略有下降。落叶热值这种的月变化模式可能与杉
木的年生长规律有关 。春季的生长量相对较少 ,热值含量处于平均水平;在夏季生长量猛增 ,此时叶内的
含能物质可能受到稀释 ,热值含量骤减 ,发生热值含量下降的 7月和 9月正好是杉木年生长中的 2 个高
峰;至秋季 ,生长量很少 ,但叶的光合作用仍较旺盛 ,因而使含能物质在叶内积累 ,使热值含量不断升高而
达到顶峰;至冬季 ,光合作用已很微弱 ,而叶内积累的含能物质却有所耗损 ,因而热值含量又有所下降至平
均水平。这与秋茄红树林落叶热值含量夏秋略高 、冬春略低的变化模式有所差异[ 6] ,但与亚热带雨林落
叶春秋季高 、夏冬季低的变化模式基本一致[ 5] 。
图 1　混交林与纯林中杉木落叶热值月动态　　　　　　　图 2　混交林中观光木落叶热值月动态
混交林中观光木落叶的热值月变化模式见图 2。观光木落叶热值在生长季节初期低于平均水平 ,进
入夏季后至 8月份 ,热值有所上升 ,但 9月份热值骤减 ,随后热值逐渐上升 ,至 2月份热值达到最高值。观
光木落叶热值含量的这种变化模式也与其年生长规律有关 。3 、4月份是观光木的开花期和换叶期 ,消耗
了较多的含能物质 ,因而叶中的热值含量较低;而 7 、8月份是观光木的光合作用旺盛期 ,使含能物质有所
积累 ,促使落叶中热值升高;9月份是观光木的盛果期 ,消耗了较多的含能物质 ,使落叶热值降低;10月份
后由于较少生长 ,促使含能物质不断积累 ,到 2月份时落叶热值最高 。
·11·第 1 期 陈光水 , 等:杉木观光木混交林凋落物热值及灰分含量的季节动态分析
　　混交林中杉木和杉木纯林的落叶及观光木落
叶的灰分含量月变化见图 3。混交林中杉木和杉
木纯林落叶灰分含量除了杉木纯林 6 、7 月份间出
现较大波动外 ,整年较少出现明显的变化。观光木
落叶灰分含量整年变化也较平缓 ,但春 、夏季波动
较秋 、冬季大。灰分含量的这种变化可能与一年中
林木吸收元素的变化有关 。
3.3　混交林凋落物热值及灰分含量的季节变化
混交林中杉木 、观光木和杉木纯林落叶的灰分
含量见图 4。从图中可见 ,杉木纯林落叶灰分含量
季节间变化较小;而混交林中杉木落叶灰分含量在
春 、夏 、秋季变化较小 ,但冬季却有所上升;观光木
落叶灰分含量的变化模式为:夏季>秋季>春季>
冬季 ,其变化模式基本与观光木的年生长速率变化
过程相一致。
图 5和图 6是 3种落叶干重热值和去灰分热
图 3　不同树种落叶灰分含量月动态
值的季节变化。混交林中杉木与杉木纯林落叶干重热值和去灰分热值季节变化模式均为:冬季>秋季>
春季>夏季 ,其变化模式与杉木年生长速率变化过程相反:在生长最旺盛的夏季 ,其落叶热值最低 ,而在生
长停止的冬季 ,其落叶热值却最高。由图 6也可看出 ,除夏季外 ,杉木纯林落叶各季节去灰分热值均稍高
于混交林中的杉木 ,表明杉木在不同生长环境下其落叶去灰分热值会发生差异。观光木落叶干重热值和
去灰分热值的季节变化模式均为:冬季>夏季>秋季>春季 。进入春季观光木大量换叶及开花 ,从而很快
地消耗了部分体内的高能物质 ,引起热值降低;进入夏季后 ,由于温度较高 、太阳辐射强 ,体内多糖合成多 ,
虽然在生长新组织和旺盛呼吸中耗去了大量多糖物质 ,但仍有余留 ,从而引起叶内热值的升高;进入秋季 ,
气温降低 ,太阳辐射变弱 ,体内多糖等高能物质合成相对较少 ,且大部分能量用于结实 ,从而引起叶内热值
再次降低 ,而进入冬季 ,虽然温度较低 ,太阳辐射较弱 ,但生长停止 、呼吸消耗减弱等 ,引起体内高能物质的
逐渐积累 ,以利于翌春的换叶及开花 ,此时落叶热值最高。
　 　图 4　落叶灰分含量季节动态　　 　　图5　落叶干重热值季节动态　 　　图 6　落叶去灰分热值季节动态
·12· 福 建 林 业 科 技 第 29 卷
4　小结
混交林中杉木凋落物各组分的干重热值介于 20.637 ～ 21.960kJ·g-1之间 ,观光木凋落物各组分干重
热值介于 19.635 ～ 20.058kJ·g-1之间 ,杉木纯林凋落物各组分的干重热值介于 20.705 ～ 21.908kJ·g -1之
间 ,各树种凋落物均以叶 、花的热值较高 ,而果 、枝的热值较低。观光木凋落物各组分的灰分含量高于杉
木 ,尤其落叶的灰分含量更高;混交林中杉木凋落物平均热值最高 ,其次为杉木纯林 ,最低的为观光木。杉
木落叶灰分含量季节间变化均较小;而观光木落叶灰分含量的变化模式为:夏季>秋季>春季>冬季;混
交林中杉木与杉木纯林落叶干重热值和去灰分热值季节变化模式均为:冬季>秋季>春季>夏季 ,而观光
木落叶的干重热值和去灰分热值的季节变化模式则为:冬季>夏季>秋季>春季。
参考文献:
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[ 6] 林鹏 ,林光辉 ,海莲.秋茄两种红树群落凋落物能流的研究[ J] .海洋学报 , 1990 , 12(4)∶324-329.
(上接第 8 页)交林中杉木单株生物量是观光木的 1.85倍 ,且具有明显的树干有机物积累优势。在单株根
系生物量组成中 ,细根均占有较高的比重 ,而混交林中杉木细根量比纯林杉木增加 24.54%,可作为其生
长速度比纯林杉木大的原因之一。与纯林相比 ,混交林乔木层生物量占林分总生物量比例较高 ,而林下植
被层则较小。
表 4　混交林的生物量组成 单位:t·hm-2
林分类型 树种
乔木层
地上部分
干 皮 枝 叶 小计 根系 合计
林下
植被
枯枝
落叶 总计
混交林 杉木 129.164 17.784 14.195 5.335 166.478 31.822 198.300
观光木 31.658 4.183 6.255 1.296 43.392 9.704 53.096
合计 160.822 21.967 20.450 6.631 209.870 41.526 251.396 3.510 5.184 260.090
纯林 杉木 125.567 21.022 12.720 4.080 163.389 32.096 195.485 5.120 3.527 204.132
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·13·第 1 期 陈光水 , 等:杉木观光木混交林凋落物热值及灰分含量的季节动态分析