全 文 ：文章编号:1000-5277(2005)03-0061-04
混交林杉木观光木细根分解过程能量变化
邹双全
(福建农林大学 , 福建 福州　350002)
　　摘要:对福建三明杉木观光木混交林中杉木和观光木细根分解过程中干质量热值 、 能量残留率 、 能量
年归还量及释放量进行了系统的研究 , 结果表明 , 细根在分解过程中干质量热值呈递减趋势变化.同一树
种细根径级越小其能量残留率也越小.杉木细根的年能量归还量为 2.8184×106 J·m-2 , 观光木细根的能量
年归还量为 0.6435×106 J·m-2 , 在不同径级细根能量年归还量组成中 , 两个树种的<0.5 mm 径级细根的
能量年归还量均占 60%以上 , 表明在细根的能量流动中 , <0.5 mm 细根起着重要的作用.杉木细根的能
量年释放量为 1.8187×106 J·m-2 , 观光木细根的能量年释放量为 0.5864×106 J·m-2.
关键词:杉木;观光木;细根;干质量热值;能量残留率;能量年归还量
中图分类号:S791.270.2　　　文献标识码:A
　收稿日期:2005-01-31
　基金项目:福建省自然科学基金资助项目 (B0010022)
　作者简介:邹双全 (1963—　), 男 , 福建莆田人 , 高级工程师.
Energy Change during Decomposition of Fine Roots of Chinese
Fir and Tsoongiodendron odorum in a Mixed Forest
ZOU Shuang-quan
(Fujian Agriculture and Forestry University , Fuzhou 350002 , China)
Abstract:Sy stemic study was carried out to determine gross caloric value , energy remnant rate , en-
ergy annual return and release during decomposition of fine roo ts in a mixed forest of Chinese fir(Cunning-
ham ia lanceolata (Lamb.)Hook.)and Tsoongs tree(Tsoongiodendron odorum Chun)in Sanming , Fu-
jian , China.Gross caloric value of fine roots decreased during decomposition .The rate of energy release
increased with decreased diameter size of fine roots for the same tree species.The annual return of energy
for fine roo t of Chinese fir and Tsoongiodendron odorum were 2.8184×106 J·m-2 and 0.6435×106 J·
m-2 , The annual energy return of fine roots (<0.5 mm)account for than 60%in both species w ith dif-
ferent diameter.This indicated fine roots (<0.5 mm)play a very important role in energy flow.The an-
nual release of energy for fine roots of Chinese fir and Tsoongs t ree w ere 1.8187×106 J·m-2 and 0.5864
×106 J·m -2.
Key words:Chinese fi r;Tsoongiodendron odorum ;f ine roots;gross caloric value;energy remnant
rate;energy annual return
树木细根生长和周转迅速 , 对树木碳分配和养分循环起着十分重要的作用.很多研究表明 , 虽然
其生物量较小 , 但每年细根向地下输入的有机物占总输入的 50%左右 , 其年净生产力占森林生态系
统年净生产力的 10%～ 60%左右.有研究表明 , 细根分解速率比枯枝落叶高 , 且养分含量也比枯枝
落叶大[ 1] , 细根的死亡和分解成为林木归还土壤养分的重要途径 , 因而 , 细根在森林生态系统物质
循环和能量流动中起着十分重要的作用[ 2] .
在我国南方杉木人工纯林多代连载地力衰退的问题已引起人们的极大关注 , 而杉阔混交则被认为
是维持杉木人工林长期生产力的较好途径之一[ 3] .本文作者通过对 1973年营造的杉木观光木混交林
第 21 卷　第 3 期 福建师范大学学报 (自然科学版) Vol.21　No.3
2005 年 9月 Journal of Fujian Normal University (Natural Science Edition) Sept.2005
的细根在分解过程中的干质量热值 、能量残留 、 能量年归还量及释放量进行了系统研究 , 为进一步评
价杉阔混交林效益提供理论依据.
1　试验地概况
试验地位于福建三明福建林学院宰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 1 749 mm , 年均蒸发量 1 585 mm , 年均相对湿
度为 81%, 无霜期 300 d 左右 , 土壤是由砂页岩发育的红壤.1973年用实生苗造林 , 初植密度每
hm
2为 3 000株 , 混交林为行间混交 (杉木与观光木比例为 3∶1).杉木纯林现保留密度每 hm2 为
1 100株 , 平均树高 (H)和平均胸径 (D)分别为 19.61 m 和23.6 cm , 郁闭度为 0.80 , 林下植被盖
度95%, 混交林中杉木和观光木现保留密度每 hm2 分别为 907株和 450株 (混交比例调整为 2∶1),
其中杉木平均树高和平均胸径分别为 20.88 m和 25.1 cm , 观光木分别为 17.81 m 和 17.0 cm , 郁闭
度为 0.95 , 林下植被盖度 80%.
2　研究方法
2.1　细根的分解试验
随机收集杉木和观光木林表层土的活死根混合样品 , 分成 3个径级自然风干后 , 称取 5 g (每个
树种 、 每个径级)装入 18 cm×18 cm 、 孔径为 0.25 mm 的尼龙网袋中 (根据样品的含水量换算为干
质量), 埋入各自标准地中部 10 cm 深处 , 每个径级共 60袋 , 并放置 0 、 30 、 60 、 90 、 150 、 210 、
270 、 360 d后随机抽取各径级样品各 6袋 , 用于失重分析和热值分析[ 4-5] .
2.2　干质量热值的测定
将每两个月细根 (分径级)以及定期回收的细根分解样品置于 80℃烘箱中烘干 , 用微型植物样
品粉碎机粉碎 , 并通过 0.5 mm 筛孔 , 然后装于磨口广口瓶中备用.
用HWR-15恒温式微机量热计测定其干质量热值 (GCV), 测定在 22 ～ 30℃之间进行 , 每个样
品作 2 ～ 3次重复 , 重复间的相对误差控制在±1%以内[ 6] .
3　结果和分析
3.1　干质量热值的变化
热值 (kJ/g)是指单位质量植物所含有的热量 , 反映了植物不同样品的能量属性[ 7] .通过对混交
林杉木和观光木细根分解过程中干质量热值的分析 (图 1 、图 2), 结果表明:细根在分解过程中干质
量热值呈递减趋势变化 , 这与细根中的营养物质和能量逐渐被土壤微生物分解和释放有关.90 d之
前变化比较平缓 , 在 90 ～ 210 d内干质量热值变化加快 , 这是因为细根中含有大量的可溶性糖等容易
被微生物分解利用的物质 , 同时又恰逢水热条件最丰沛的时期 , 所以这个时期分解较快.此后 , 由于
残留物中木质素 、纤维素等难以分解的物质比例增大 , 分解速度逐渐减小.在经过 360 d 的分解后 ,
杉木 0.5 ～ 1 mm 径级干质量热值下降最大 (7.18%), <0.5 mm 下降最小 (4.86%);观光木 1 ～ 2
mm 下降最大 (7.42%), 0.5 ～ 1 mm 下降最小 (5.19%).杉木各径级细根的干质量热值均大于相应
的观光木细根.经过 360 d的分解其细根的平均干质量热值比观光木高 0.666 kJ/g.
3.2　能量残留率的变化
能量残留率由干重残留率乘以干质量热值得出[ 8] .从图 3 、 图 4可以看出 , 同一树种细根径级越
小其能量残留率也越少.杉木不同径级细根能量残留率在前90 d变化较平缓 , 后在 90 ～ 270 d内能量
残留率下降加快 , 平均下降率为 9.19%.观光木不同径级细根在前 60 d能量残留率下降较为缓慢 ,
在 60 ～ 150 d急剧下降 , 之后逐渐趋缓 , 平均下降率为 9.21%.观光木的能量残留率明显低于杉木 ,
可见由于组分的不同 , 观光木的细根比杉木的细根更易分解.
62 福 建 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版) 第 21 卷
图 1　混合林杉木细根分解
中干质量热值的变化
图 2　混合林观光木细根分解
中干质量热值的变化
图 3　混合林杉木细根分解
过程中能量残留率的变化
图 4　混合林观光木细根分解
过程中能量残留的变化
3.3　细根能量年归还量及释放量
细根能量归还量是指通过细根而提供给其它子系统的能量 , 用死细根的平均干质量热值乘以细根
的年死亡量就得到细根能量年归还量.杉木细根的能量年归还量达 2.8184×106 J·m -2 , 观光木细根
的能量年归还量为 0.6435×106 J·m-2 , 在不同径级细根能量年归还量组成中 , 两个树种的<0.5 mm
径级细根的能量年归还量均占 60%以上 , 表明在细根的能量流动中<0.5 mm 细根起着重要的作用.
年细根能量归还比是指年枯死细根归还的能量与细根年能量净生产量的比值[ 9] .从表 1可见杉木
比观光木有更高的归还比 , 由于观光木较大的净能量固定量 , 导致了较小的归还比.为了进一步比较
不同地区 、不同植物群落细根能流的差异 , 可以通过细根年能量归还量与太阳辐射能量流量占林地太
阳有效辐射能的百分数[ 10] .1999年当地的太阳每年总辐射为 4 789 800 kJ·m-2 , 则太阳每年的有效
辐射为 2 251 206 kJ·m-2.杉木和观光木细根的太阳能转化率见表 1.
细根能量年释放量是枯死细根通过微生物分解 、 土壤小动物摄食等而损失的一部分能量 , 它是细
根能量库向土壤亚生态系统实际输入的能量.杉木细根的能量年释放量为 1.8187×106 J·m-2 , 占归
还量的 41.98%.观光木细根的能量年释放量为 0.5864×106 J·m-2 , 占归还量的 91.06%.
63第 3 期 邹双全:混交林杉木观光木细根分解过程能量变化
表 1　杉木和观光木细根能量年归还量及释放量
树种 径级/mm 年归还量/(×106 J·m-2)
年释放量/
(×106 J·m-2)
年净生产量/
(×106 J·m-2) 归还比/ % 太阳能转化率/ %
杉木 1 ～ 2 0.6359 0.3702 1.1119
　 0.5～ 1 0.4245 0.2636 0.8115
　 <0.5 1.7580 1.1831 3.086
小计 2.8184 1.8187 5.0094 56.26
观光木 1 ～ 2 0.1307 0.1148 0.2377
　 0.5～ 1 0.1024 0.0932 0.1964
　 <0.5 0.4104 0.3784 0.8544
小计 0.6435 0.5864 1.2885 49.94
总计 3.4619 2.4051 6.2979 54.97 0.154
4　结论
细根在分解过程中干质量热值呈递减趋势变化 , 这与细根中的营养物质和能量逐渐被土壤微生物
分解和释放有关.90 d之前变化比较平缓 , 在 90 ～ 210 d内干质量热值变化加快 , 这是因为细根中含
有大量的可溶性糖等容易被微生物分解利用的物质 , 同时又恰逢水热条件最丰沛的时期 , 所以这个时
期分解较快.此后 , 由于残留物中木质素 、 纤维素等难以分解的物质比例增大 , 分解速度逐渐减小.
杉木各径级细根的干质量热值均大于相应的观光木细根.经过 360 d的分解其细根的平均干质量热值
比观光木高 0.666 kJ/g.
同一树种细根径级越小其能量残留率也越少.杉木不同径级细根能量残留率在前 90 d变化较平
缓 , 后在 90 ～ 270 d内能量残留率下降加快.观光木的能量残留率明显低于杉木 , 可见由于组分的不
同 , 观光木的细根比杉木的细根更易分解.
参考文献
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(责任编辑:余　望)
64 福 建 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版) 第 21 卷