全 文 ：应用生态学报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
改善杉木人工林的林地质量和提高生产力的研究
陈楚莹 张家武 周崇莲 郑鸿元 帅国科学院沈阳应用生态研究所
, 沈阳
【摘要 】 杉木人工林在我国亚热带森林生态系统中和木材生产上占有十分重要的地位 但杉木纯林
在整个生长发育过程中 , 林地养分被大量消耗 , 土壤微生物数量逐年减少 , 生化活性和氧化代谢功
能下降 , 致使林地质量退化 , 生产力降低 。 特别是杉木纯林连栽 , 地力递减 , 香草醛类有毒物质积
累 , 环境退化更加严重 , 生产 力 下 降 以上 试验证明 , 杉木火力楠混交林不仅能减轻杉 木 纯
林诸多弊端 , 而且表现了良好生态 、 经济效益 , 是解决上述问题的一个重要途径
关键词 杉木纯林 森林生态系统 林地质量 生产力
凡 玄 九 扭 不 , ,
〕 , ,
一 。 。 , , 一 。
。 儿 助
,
‘ ‘ , 忑打 艺
,
, ,
一 ,
, 乙才
, 一
。
, , ,
‘
不 乙 九 玄 执 工 玄 印
。 不 , ‘ 帅
。
云 , , ,
。
杉木 乞 乞 艺 是我国
特有的优 良速生针叶树种 , 分布广 ‘一
‘ , 。一 “ , 栽培历史悠久 , 在
商品材生产中占有重要地位
中国科学院沈阳应用生态研究所 原林业
本文于 年 月 日收到
土壤研究所 年在杉木中心产区 —湖南省会同县广坪乡建立了森林生态实验站 , 进行
杉木人工林生态系统的定位研究 于 年又
在广西国营六万林场进一步开展杉木阔叶棍交
林的试验研究 。
本文从生态学角度 , 分析杉木纯林和纯林
连栽存在的间题 , 探讨如何改善杉木人工林林
,
应 用 生 态 学 报 卷
地质量和提高生产力的途径 。
研究地 区自然概况
会同林区位于 产一 产 , 产
一 尹 海拔一般在 一 左右 , 土壤
为黄红壤 , 气候属亚热带湿润气候 。 广西国营
六万林场位于 尹 , , , 海拔
一 左右 , 土壤为红黄壤 , 属南亚热 带 气
候 , 各气象因子见表 。
研究结果
杉木纯林与林地质量和生产力的关系
杉木纯林对林地质量的影响 不 同 森
表 研究地区的气叙因子
相对湿度
‘ 计
川 一
降 水
地 区 添翁卿速
即吕 一
‘竺
、 “犷
、
、 , “ “ 一 ‘ ,
会 同
六 万
甲 一 一︺月‘
赶﹄口沪儿一,灿刃翔、尹一冉
,
,
,
‘ 碑一呜任
幻剑,︸。﹄卜
勺‘几︼气
一以。一
、从幻七一
故对土壤的理化性质有不同的影响 。
表 为 年生杉木林营养元素的年吸收量
林类型从土壤中吸收和归还的营养物质不同 , 与归还量 从表中看出 , 、 、 、 、
表 生杉木人工林生态系统中曹养元寨的年吸收 与年归还
艺 ” 艺 · 一 · 一
组 成 千 物 质
· 一
,
现 存 量 乔木层
下木层
草本层
总 量
五
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
一年吸收量
乔木层
下木层
草本层
凋落物
降水琳失 五 五
总 量
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。 。 夕 。
。 。 。 。 。 。
归 还 量
吸收 现存量
归还 吸收
。 。 。 。
。 。 。 。
。 。 。 。 。 。
年吸收 量 分 别 为 、 、 、
、 · 一 ’ 养分的年 归 还 量 主
要是来 自林地凋落物的分解 由放杉木叶质坚
硬 , 角质层厚 , 加之 多以小枝叶形式脱落 , 故
不易分解腐烂 。 据在会同的试验测定 , 每年分
解率为 由此可算出每年从凋落物中归
还的 、 、 、 和 依次为 、 。 、
、 和 · 一 ’, 杉木林 进入衰
老前 , 养分一直是处在严 重的消耗状态 。 如表
指出 , 年生杉木林 , 年吸 收 量 为
· 一 ’, 每年从凋落物中归还的养分数量仅
· 一 ’, 占吸收 量 工‘ ’ 土壤
养分长期的收支不平衡 , 导致林地土壤肥力不
断下降 , 尽管母岩每年还可风化释放一部分 ,
雨水也可带进一部分养分 , 但远远弥补不了损
失 。 如表 所示 , 年生杉木人工林林地 一
,
期 陈楚莹等 改善杉木人工林的林地质量和提高生产力的研究
一一
一
一
一
‘
一一 一一 一
一 , 一 甲 一一一 一
叫
一一
一
一 州一
叫一 目一 一
一一‘
一裹 的 年 生衫木人工林生态系统中曾养元众的年吸收 , 与
年归还皿 · 一 一
介 曰 吐 皿
艺朴 艺蓄
组 成 合 计
乔木层 。 。 。 。 。 。
下木层 。 。 。 。 。 。
,人月口一﹄口恤甘‘占,二口甲⋯
几
⋯年爱收一吸
人 草本层 。 。 。 。 。 。
凋落质 。 。 。 。 。 。
总 量 。 。 。 。 。 。
土壤微生物作为系统的分解者 , 它对物质
循环和转化起着重要的作用 。 因此它与土壤肥
力和林木生长发育关系极为密切 表 为 年
生杉木人工林生态系统中土壤微生物区系变化
情况 与 年前相比 , 土壤微生物总数减少到
原来的 , 特别是与土壤有机质有密切关
系的细菌减少更为明显 , 仅为原来的 相
反 , 真菌和放线菌增长很快 。 这是因为杉木的
凋落物木质化纤维素较多 , 促进了真菌和放线
菌的繁衍 一般说来 , 真菌和放线 菌 分 解 凋
落物较慢 , 且进行酸化分解 , 因而 形 成 粗 腐
殖质 。
归 还 耸
即
吸收 现存量
恤
衰 栽植 年后林地土坡徽生物区系的变化
加
一
。 。 。 。 。 摊 巴 艺 二
归还 吸收
即 。 。 。 。 。 采样时间
川
徽生物总数
皿回
细 菌 真 菌
皿
放线菌
人 一
皿
表 年生杉木人工林生态系统中土滚养分的变化
。 注
‘ ” 不公 叨
栽 植 前
栽植 。年后
采样时间
油
采样深度
五
扭
贾 红 爪
栽 植 前
公
栽植 。年后
种 了
。 。 。
一
。 。 。
栽 前
皿
。 。 。植川
栽植 。年后
恤少 ,吕 艺 刀
一
。 。 。
植协栽 前 。 。 。
,吐叮代
栽植 年后
种 了 了 玲
一
。 。 。
土壤中 、 、 含量分别为栽植前的
。 、 和 。 显然 , 林地质量在
逐年下降 。
图
。
不同栽植次数土壤微生物的变化
功
。 一 。 ,
卷。 应 用 生 态 学 报
‘一
衰 杉木连栽对土滚徽生物生化活性的彩晌
了
忿雌 忿公 公
,
圈 不同栽植次数速效钾的变化
盯 即
毗
连栽次 , 瓣类
一
罐酬
竺型望二止竺望竺
架鼠梦 丝鹦
·
,
。 , 一 ,
纤维素分解作用 呼吸作用
·
黔
衡妞,,头 桥 土邝
二 拱 土
三 耕 土
五
加
上述研究结果表明 , 营造杉木纯林 , 林地
质量不断下降 。
杉木纯林连栽对林地质量的 影 响 图
、 、 为不 同连栽次数土壤养分变化情况 ,
从图中看出头耕土养分含量最多 , 二 耕 土 次
之 , 三耕土最低 , 其 、 、 含量分别为头耕
土的 。 、 和 〔 ’。
杉木连栽次数不同 , 土壤微生物种群数量
也不 同。 图 表明 , 三耕土中微生物总数尚不
及头耕土的 就生化活性来看 , 连栽三代
土壤中微生物氨化作用 、 固氮作用 、 纤维素分
解作用和呼吸作用强度都明显下降 见表 。
同样 , 三耕土蛋白酶 、 接触酶的活性 、 腐殖质
碳和腐殖质氮的含量也都比头耕土低 表
杉木连栽对土壤微生物氧化代谢能力也有
明显的影响 。 表 表明 , 三耕土对葡萄糖和丙
酮酸的氧化能力低 , 说明三耕土在氮的转化方
,
期 陈楚莹等 改善杉木人工林的林地质量和提高生产力的研究
衰 了 杉木连叙土城生化活性的变化
曲 卜 比
川 白
生化活性
五 计
头 拼 土
邝
三 耕 土
五
蛋 白醉活性
之器梦扩瑟总
。 。
接触酶活性
一 一
砚
。 。
腐殖质碳
腐殖质盆
璐
。 。
。 。
为 。 焦磷咬钠一 困 抽出物测定盘
图 不同栽植次数速效磷的变化
注
面减弱 。 而香草醛在三耕土却比头耕土多 , 约
多 , 属土壤中毒性物质 它在土壤中的积
累 , 不仅对微生物活动不利 , 而且对杉木生长
也有害 。
为了进一步证明连栽土壤中毒性物质的积
累对杉木和微生物的影响 , 分别进行了试验 ,
结果见表 试验证明 , 杉木种子在头耕土上
发芽正常 , 在三耕土上发芽率很低 , 且幼苗生
长十分纤弱 从表 看出 , 连栽土壤对微生物
影响也很明显 , 三耕土 自生固氮菌死亡速度远
较头耕土快 。为了消除土壤酸度的影响 , 因为自
裹 杉木连栽土滚级化代谢能力的变化 日 · 一 干土
一
卜。 盆 叻
里
栽植次数
恤
加
萄 糖
胜
丙 酮 酸
“
香 草 醛
‘围一
头 拱 土
邝 匆
三 耕 土
五让 加
生
生固氮菌最适 在 左右 , 采用了碳酸钙调
节土壤 值 , 使土壤 提高到 。 培养 天
后 , 土壤 没降低 , 但三耕土中的 自生 固氮菌
成活率俨比头耕土低 见表 这表明三耕土
中毒性物质对自生固氮菌有较强的抑制作用
表 连栽土坟对杉木种子发芽的抑制
介 艺邵 忿
,
越了
一一 处 理 处 理 哭 ⋯ 处 理 书
连栽次 , 卜嘎薄萄竿岌蔺歹 ⋯二玉磷缨六甲
一
下⋯止渝署沐不下
甲
· 一 、 , · 场 口 协 行 口 行 妙 川 妙 ”卫 竹 一
一攫其兰半竺兰缨
甲一
鳄生
一
逻嘿摆兰二罗兰
一
下, 户 , 一 一
二 丫 竺 十 二红 、
。 。 ,
应 用 生 态 学 报 卷
裹 杉木连栽对自生固级菌发育的形晌
亚 比 君 恤 企
菌 种 连栽次数 自生固犯菌数
量 平板法
才。七 公 以
, 一 千土
二 一
小时 天
圆褐固姐菌
头 耕 土
邓
加
瓦阳 三 耕 土五
, , “
棕色固据菌
头 耕 土
玲
。 艺件 艺托 玄云 耕 土三 薪
加 云
表 杉木连栽土滚添加碳酸钙对自生固氮菌发 , 的影晌
的 叭 皿 比 时 才
, 。
,
。 ,
,
自生固 , 菌 , , 平板法 。 一千土
一 ’
菌 种 栽植次数 。 ‘一 、七二井昆黑几六工 笠弋二
、‘长月 气‘ 二士 , 人 。 、, ‘ ’、 到 人艺 切 口 言盯 瓜 也 加 五 。 生一 二
恤
。
小时 天
圆褐固氮菌
五 “机
头 耕 土
布
三 , 耕 土
加
棕色固氮菌
头 耕 土
玲
京玲已落儿 玄玄 三 耕 土五
加
杉木连 栽 对 生 产 力 的影响 由放连
栽林地土壤衰退 , 导致林地生产力下降 从表
看出 , 三耕土上的 年生杉木人工林较同年
生头耕土的胸径 、 树高和立木蓄积分别低 、
和 。 关于连栽对生产力的不利影响 ,
继中国科学院沈阳应用生态所之后 , 也有人做
过一些研究和报道 方奇 「“ , 的研究指 出 , 会
同杉木中心产区头耕土杉木平均树高 ,
三耕土只达 , 降低 以上 。 吴诗能 〔摇
对广西杉木连栽调查表明 , 第二代杉木比第一
代杉木 , 蓄积减少了 一 。 显然 , 连栽引
起生产力下降是一个普遍现象
杉 木 火力楠混交林与林地质量和生产力
的关系
为了解决杉木纯林和连栽产生 的 不 良后
果 , 从 年开始 , 与广西国营六 万 林 场 协
作 , 开展杉木阔叶树混交林的综合研究 , 试图
通过改变林分结构达到改善林地条件 , 提高生
, ‘
期 陈楚莹等 改善杉木人工林的林地质量和提高生产力的研究
表 衫木连栽与生产力的关系
七 卜 了 协 忿。 不 魏 二对 了
栽植次数
恤田
加
胸 树 高 蓄 积
胸 径
。
径
胸径净增长量
二 · 丫 一
刊 一 皿 口
树 高
五
树高 净增长量
· 一
八 一 刀
蓄 积
· 五 一
蓄积净增长量
五 一 一
材户
⋯
几勺曰舀舟‘几介山‘
⋯
月头 耕 土
二 耕 土
三 拼 上
。 。 。 。
。 。 。︸﹄乒 。
。 。
。
。
。 。
表 杉木纯林和混交林的年脚落物教
石 盆 功 鞠
· 一 · 一
林分类型
衫 木 不 亡
枝
五
叶 合计 花果
邝
火 力 楠
芽片
机 艺“ 云 草本
枝
扭
叶 合计
总计⋯
‘
纯 林 。 。 。
。 。
⋯荡
⋯
。 。
混 交 林 。 。 。 。 。 。 。
表 杉木纯林与混交林翔落物中的曹养元众含且
曲 ‘ 刀 ” , 一 · 一
林分类型 衫 木
忿拄 忿 添
誉件
火 力 楠 ”口 乙 艺 草本 总计
枝 叶 合 计 芽片 枝叶 合计
杉木纯林
“拍
。 匀
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
﹃合‘介舀污‘口开
⋯
,
占
血盛丹
⋯
勺口八甘叨,︸﹃合八。臼,‘﹄‘且
⋯
少口人甲
。
。 了
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
月‘甘︸
⋯
,
二
门且
‘‘
⋯
︸。
。
。
。
。
。
。 。
。 。
。 。
。 。
。 。
。 。
﹃勺︸一勺,
⋯
。
混 交 林 。
。
。
。
。
。
。
︸
⋯
。
素一。洲川一瓜
·
盼一。司沫黔一域。碗营一
产力和保证杉木人工林持续稳定生产的目的 。
经过 年 定 位 试 验 , 证明杉木火力楠混交林
是一种高生产力的与生态协调的人工林
。 增加养分归还 , 加速 养 分 周 转 杉木
火力楠 混 交 林 由放混有一定比例的阔叶树 ,
调落物数量明显增加 年生林分 , 每年凋落
,
应 用 生 态 学 报 卷
表 杉木纯林与混交林祠落物中的营养元案归还
卜
比 · 一 · 一
林分类型 ·
⋯
’· ’ 。一“
“ · ”· ‘
合 计
杉木纯林
馄 交 林
。 。 。 。
。 。 。 。
物高达 一 ’, 而同龄的杉木纯林仅
为 · 一 ’, 前者是后者的 倍 表
从表 分析资料看出 , 杉木火力楠 混 交
林每公顷年凋落物中含有 、 、 、 、
元素 , 而杉木纯林仅有 , 相差
近 倍 杉木火力楠混交林不仅凋 落 物 数 量
多 , 且容易分解 , 营养元素释放归还得快 根
据凋落物分解试验得出 , 火力楠凋落物分解率
表 杉木纯林和混交林土滚养分状况
介
· 一
林分类型 采样深度
五
有 机 质
瑰 一
速 效 磷 速 效 钾
杉木纯林
馄 交 林
一 。 。
。
。 痕迹
痕迹
。
一 。
。
表 杉木纯林和混交林土坡水分状况比较
林分类型 采样深度
然量
水
自含间量
水
田持
容 土城含水量 占干土重
管量
水
毛含爹
量弃
王
侣 。
田 间有效
持 水 量
吕
恤
吕
有 效
贮 水 量
· 一
凋含
杉木纯林 一
一
平 均
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
混 交 林 一
一
平 均
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
刻洲一 ⋯
为 , 杉木为 ’ 按凋落物数量和分解
率计算的营养元素归还量列放表 从表中看
出 , 各种元素归还量远远多放杉木纯林 , 分别
多 一 倍 由放林地养分归还得快和多 , 杉木火
力楠林地养分含量无疑比杉木纯林高 如表
所示 , 有机质 、 氨态氮 、 速效钾分别高 、
和
综上所述 , 杉木纯林在整个生长过程中消
耗土壤养分多 , 归还少 , 使林地肥力越来越低
而 营 造 杉 木火力楠混交林可以改善土壤养分
状 况 , 缓解养分递减势态发展
改善了土壤 物理 性 质 土壤 物 理 性
质是衡量林地质量的一个重要指标 , 它不仅直
接关系树木生长要求的通气供水条件 , 而且对
分出吸看收利用也有重要影响 从两种林地土
壤测定 , 杉木火力养楠混交林土壤 容 重 比 同
等条件的杉木纯林低 , 总孔隙度高 ,
特 别 是 土 壤 水 分 状 况表现更为明显 。 如表
此分解试验是在广西做的 , 那里气温高 , 故比会同分
解快些
,
期 陈楚莹等 改善杉木人工林的林地质量和提高生产力的研究
所示 , 毛管持水量 、 田 间持水量和田 间有效
持水量分别比杉木纯林土壤多 、 和
, 土壤贮水量多 “ 。 一 ‘ 此外 ,
杉 木 火 力 楠林凋落物多 , 也有利 放 水 分 贮
存 , 减少流失 根据枯枝落叶含水量测定 , 其
饱和吸水量是杉木纯林的 倍
微生物数量增加 , 生化活性提高 从表
、 看出 , 杉木火力楠混交林对微生物也有
良好的影响 , 主要表现在微生物总数 、 细菌数
量比杉木纯林多 , 蛋白酶 、 过氧化氢酶活性也
高 这说明混交林土壤有效养分释放能力强 ,
特别是氨化作用加强 , 有利放土壤养分改善 。
相反 , 真菌数量减少 , 转化酶及卜葡萄搪普酶
活性降低 , 意味着混交林土壤有机质分解转化
比杉木纯林更为强烈的进行 。
林木生长快 , 生产力高 杉木火 力 楠
混交林随着林地养分 、 水分的改善和微生物数
量 、 活性的提高 , 林木生长也比纯林快 。 由表
看出 , 年生混交林中的杉木胸径和树高 ,
分别比其纯林高 , 和 , 混交林杉木
表 杉木纯林和混交林土滚徽生物的比较
介 卜
一一
林分类型 微生物总数 细 菌 数
加 二 一
各类徽生物占总蔺数的百分比
叱 移
细 菌
时
真 茵 放线菌
杉木纯林
混 文 林
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
表 杉木混交林对土滚醉活性的影晌
艺城 落招 落 落 了
林分类型
髓回
蛋 白醉 酪氮酸蓝 转化醉 花萄精量
丫
过氧化级醉
口
。 一
一 · ‘ 一
日一有萄糖昔醉
日一
磷酸醉
叮,
杉木纯林
混 交 林
。 。 。 。
。 。
裹 杉木纯林和混交林生长情况比较
一 忿摊 艺
林分类型 树 胸 径
。 。
印 韶
树 高
旋
材 积
,
· 加一
现存量
· 五 一
杉木纯林 氛。木即艺 。 。 。 。
混 交 林 衫 木玲 艺云
。 。 。 。
火力楠
。 名
。 。
,
应 用 生 态 学 报 卷
田 杉木纯林和混交林器官年生长量
‘ ,
艺口招 议
和火力楠合计材积比杉木纯林高 , 现存
量也高 , 其中干材部现存量高 。
显然 , 混交林不仅生产有机千物质多 , 而且经
济系数也大 。
净生产量是林分生产力的重要指标 , 它表
明某年龄阶段森林积累的有机质年纯增长量 。
图 清楚表示 , 年生杉木火力楠混交林各器
官净生产量明显高放纯林 , 特别是树干净生产
量更突出。 林木生长快 , 生产力高标志着森林
是同周围环境相协调的 , 是稳定发 展 的 生 态
系统 。
结 语
在我国亚热带长期营造杉木纯 林 和 重 复
连栽 , 造成了林地环境质量退化 , 生产力下降
的不 良后果 。 实际上远不止杉木 , 近年来 , 南
方的马尾松人工林 , 北方的落叶松人工林 , 也
都发现了类似问题 。 甚至有些地方不仅是生产
力降低的间题 , 而是成林都很困难 。 因此要继
续加强研究 , 找出对策
杉木火力楠混交林营造的成功 , 为解决这
一问题提供了理论依据和示范样板 , 但是 , 还
不能说它是唯一合理结构和解决途径 , 肯定还
有许多优化生态经济模式和解决途径 , 有待于
我们去研究 、 发现和创造 。
︵泞菩兰⋯畏,事州片
今 考 文 献
邓仕坚 、 王开平等 “ 杉木老龄人工林生物产量和
营养元素含量的分布 。 生 态学杂志 , 了 一
方 奇 。 杉木连栽对土集肥力及其林木生长的影
响 林业科学 , 。一
冯宗炜 、 陈楚莹 、 李昌华等 湖南会同杉木人工
林生长发育与环境的相互关系 南京林产工业学 院 学
报 , 一
吴诗能 。 关于杉木施氮肥效应的探讨 广西林业
科技 , 一
,