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Litterfall of common plantations in south subtropical China

南亚热带4种人工林凋落物动态特征



全 文 :第 26卷第 3期
2006年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1.26,No.3
Mar.,2006
南亚热带 4.种人工林凋落物动态特征
邹 碧,李志安 ,丁永祯,谭万能
(中国科学院华南植物园 广州 510650)
摘要:森林凋落物是森林生态系统能量与物质过程的重要环节。研究了南亚热带4种常见人工林凋落物特征,材料取自中国科
学院鹤山丘陵综合试验站 ,人工林栽植于 1984年,从 2002年至 2003年进行了每月凋落物测定,同时测定了地表凋落物量。人
工林凋落物总量大小依次为马占相思(10.433 t/(hm2·a))>大叶相思(7.538 t/(hm2·a))>湿地松(6.445 t/(hm2·a))>荷木(5.541
t/(hm2·a)),凋落物量年度间无显著变化 ,凋落叶量占总凋落物量的83.2%(马 占相思)至 93.7%(湿地松)。上半年凋落物量通
常较平稳 ,下半年 7 9月份多有一个峰值凋落期,主要原因是台风雨及叶子进入成熟期。除台风等因素引起激烈变化的月份
外 ,二年度对应月份凋落物量极为相似。除大叶相思外,其它林型从 14a林龄开始凋落物量有所下降。4种林型中,只有马占相
思与湿地松的凋落物量与气温或降雨有显著的相关,特别是马占相思的总凋落物量与这些气候因素相关性最高。地表凋落物
蓄积量大小为湿地松(13.81 t/hrn2)>马占相思(13.53 t/hm )>大叶相思(6.46 t/hm2)>荷木(5.02 t,hrn2),马占相思的高蓄积量
源于大凋落物量及较慢的分解速率,湿地松的高蓄积量源于针叶的难分解性。与世界其它类型的比较显示,低气温高纬度地
区,地表凋落物蓄积量大大高于凋落物量,高温高湿的低纬度地区,地表凋落物蓄积量通常低于年凋落物量,但松林在不同纬度
区,地表凋落物量均高于年凋落物量。
关键词:人工林;凋落物;凋落物蓄积量;南亚热带
文章编号:1060.0933(2006)03—0715—07 中圈分类号:s718.55 文献标识码:A
Litterfal of common plantations in south subtropical China
ZOU Bi,LI Zhi—An ,DING Yong—Zhen,TAN Wan—Neng (South China Botanical Garden, f e Ac of& 础 。G眦
510650。China).ActaEcolo~ica Sintca,2OO6,26(3):715—721.
Abstract:Litefal plays an important role in nutrient cycling and energy flow of forest ecosystems.In this paper,four common
plantations of Acacia man~um,Acaia auriculaeformis,Pinus elioti and Schima superba in south subtropical China were
studied for their litter production and liter stock on the ground.Research site was in Heshan Hily Land Experimental Station of
Chinese Academy of Sciences(1 12。54 E,22。41 N).The plantations were:set up in 1984.Monthly literfal was monitored for 2
yrs starting in January 2002.Liter stock of forest floor was also estimated.Annual literfal production was in a descending order:
A.mangium(10.433 t/(hm ·a)),A.auriculaeformis(7.538 t/(hm2·a)),P.elioti(6.445 t/(hm2·a)),S.superba
(5.541 t/(h ‘a)).No significant difference oflitterfal production between years was detected.Leaf litter accounted for 83.2%
(A.mangium)~93.9% (P.elioti)of total amount of the litterfal1.Literfall in first six months was stable.However,peaks
occurred from July to September,which mainly resulted from fallen mature leaves by storms.Literfall of corresponding months
during the 2 years was very similar except some months with storms.Literfall production of 3 plantations started to decrease when
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30170191);中国科学院知识创新工程方向性资助项目(KSCX2,SW,133);广东省 自然科学基金资助项 目
(2000 0976,5006760);华南植物研究所所长基金资助项目
收稿日期:2005—08—15;修订日期:2605—12—25
作者简介:邹碧(1978一),男,江西人,主要从事森林土壤与生态系统养分过程研究 E-mal:zoubi@scbg.ac.cn
*通讯作者 Author for corespondence.E—mail:lizan@scbg.ac.cn
Foundation item:The project wag surpported by the National Natural Science Foundation of China(No.30170191),The Chinese Academy of Sciences Knowledge
innovation Program(No.KSCX2一SW,133)。Guan~oag Natural Science Foundation(No.20000976,5006760),Director Foundation of South China Institute of
Botany,Chinese Academy of Sciences
Received date:2605-08—15;Accepted date:2605-12—25
Biography:ZOU Bi.mainly engaged in forest soil and nutrient processes in ecosystems.E-mail:zoubi@sebg.ac.cn
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716 生 态 学 报 26卷
the plantations were at the age of 14.A.auriculaeformis behaved diferefitly.Signifcant co

rrelations between literfall and
temperature or precipitation were f0und only for A.m~ng/um and P.eUiotii.Litter stock of forest floor ranked as P.eUiottii
(13.81 t/hm2)>A.mangium(13.53 t/hm2)>A.auriculaeformis(6.46 t/hm2)>S.superba(5.02 t/hm ).High liter stock
of A.mangium was derived from high literfal and relatively slow decomposition,but P.eUiotii mainly from low decomposability.
Globally,at the region of low temperature,liter stock was much higher than annual litterfall production.At the region of high
temperature and high precipitation,liter stock was generally lower than annual literfal1.Pine was an exception in that the litter
stock was higher than annual literfall production in diferent regions.
Key words:plantation;literfal;litter stock;south subtropical China
我国南方自20世纪 80年代以来大规模植造人工林,森林覆盖率从 20世纪 80年代初期的26%增加至 90
年代末的57.1%[】]。在此期间,以营造各类速生纯林为主,如湿地松林 、马尾松林、马占相思林等,目前这些人
工林林龄接近 20a。随着我国经济发展水平的提高,营造强生态功能的人工林引起了广泛重视,近年来各地
进行大规模林分改造,以营造以乡土树种为主的生态公益林,尽管如此,目前华南森林仍以各类纯林为主 。
针对先期建立的各种人工纯林,对它们的生态功能进行合理的评估,可为林分改造提供科学的依据。
森林凋落物是森林生态系统功能过程的重要组成部分,凋落物维持土壤养分库、影响初级生产力、调节生
态系统能量流动与养分循环口],凋落物转化形成的土壤腐殖质可大幅提高土壤的阳离子交换量 J,提高土壤
有效养分供应能力。近年,它更被放在全球碳过程的背景下进行研究,它使碳从生物库向土壤库转移,土壤是
最大的碳库,约为 2000Pg,是大气碳库的2倍多,植被碳库的4倍 ],正是森林凋落物在维持土壤碳库平衡中
起到了关键作用 。因而,尽管已有大量凋落物研究资料,但全球仍在深入研究各类型森林凋落物的特征 ]。
本文以我国南方常见的人工林为对象,研究其凋落物动态特征及其影响因素,对认识这些人工林的生态功能
具有重要意义。
1 方法与材料
研究样地位于中国科学院鹤山丘陵综合试验站内(112。54 E,22~41 N),该地气候属南亚热带季风气候,年
均气温21.7℃,年均降雨量 1700mm。该地为低丘地貌,区内最高峰海拔 99.8m,相对高度多在30—40m。土壤
为发育于砂页岩的富铁土,质地多为壤质土。试验站有各种以集水区为单元的人工林类型,全部栽植于 1984
年,种植规格为2m X 3m。造林前,本地区为退化荒坡地,坡面几乎无乔木植物,只有稀灌丛草地覆盖。本研究
选择其中的马占相思、大叶相思、湿地松及荷木为材料,研究其凋落物特征。据 2003年调查,马占相思平均胸
径为 12.28cm,树高 17.38m,大叶相思平均胸径 16.16cm,树高9.68m,湿地松平均胸径 12.08era,树高9.17m,荷
木平均胸径 13.61cm,树高 9.71m。4种人工林相互毗邻,每一类型面积约 4~5hrn2,林冠密闭,林下植物较少,
有一定的草本与藤本植物,尚未出现明显的演替过程。在面积为 1h 的林地内,随机建立 10个合理分散的
凋落物收集箱,收集箱为面积 1 X 1 rI12的铁框纱网结构,固定于离地约 30cm。每月底收集箱内凋落物,称重,
同时取样测定其含水量 ,计算凋落物干重。由于人工林林冠密闭,其它植物入侵不多,特别是乔木层,只是在
林缘位置偶见一些其它种,因而,收集箱内凋落物主要来源于所栽植的人工林。从 2002年 1月起,连续 2a收
集测定了凋落物量。同时一次性测定了地面凋落物蓄积量,测定方法为,用 50cm X 50cm的铁框放置于地表,
先收集框内表层粗凋落物,再收取半腐解凋落物至矿质土表,凋落物区分为枝与叶,分别称重,再从每个重复
中取一样回实验室,测定含水量。每个林型测定了 1O个重复。
2002年 8月,采集了林下土壤并测定其主要养分指标。每个林型共采集了6个混合样,每个混合样由 10
个小土体混合而成,用内径3cm、长20cm的钢简获得均一的小土体。用常规方法 测定了土壤的主要养分指
标,结果见表 1,其中,有机质用重铬酸钾湿灰化法;速效磷用氟化铵提取,氯化亚锡还原法;速效钾用醋酸铵
提取,原子吸收光谱测定;水解性氮用扩散吸收法。试验站有一气象观测站,记录常规气象指标,其降水量、气
温等用于分析凋落物动态特征。
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3期 邹碧 等:南亚热带4种人工林凋落的动态特征 717
2 结果与讨论
2.1 几种人工林年凋落物量比较
从表 2看出,几种人工林凋落物总量大小依次为马占相思(10.433 t/(hm~·a))>大叶相思(7.538 t/(hm2.
a))>湿地松(6.445 t/(hm ·a))>荷木(5.541 t/(hm~·a))。显然,即使人工林年龄相同,但不同人工林类型的
凋落物量差别很大,马占相思凋落物约为荷木林的2倍,达到统计上的显著差异。马占相思是外来种,在当地
适应性强,生长快,其凋落物量大是该林型具有明显土壤改良作用的最重要因素,它使有机质与含氮量显著高
于其它类型(表 1),然而,大叶相思尽管也是豆科外来种,但其生长过程明显较慢,其凋落物质地不良,尽管其
凋落物高于荷木林约2 t/(hm2·a),但对土壤改良不显著(表 1)。荷木是本地种,也是地带性顶极群落的构成
种,凋落物量相对较小可能是乡土树种在生长前期的一个特征。与其它类型相比,马占相思林凋落物量达到
或超过了许多热带人工林或成熟森林的凋落物量,如海南岛尖峰岭山地雨林凋落物量 8.24 t/(hm ·a)n。。,鼎
湖山南亚热带季风常绿阔叶林凋落物量 9.056t/(hfn2·a)n ,巴西东部林龄为 36年的多种人工林凋落物量在
8.0~10.3 t/(hm ·a)¨ 。但印度东北部亚热带湿润次生林凋落物量在 10.7 19.5t/(hm2·a) ],多数林份大大
高于鹤山人工林,这些次生林林龄在 7~16a,显然,亚热带次生林在演替前期的凋落物量极大。
从凋落物构成看,凋落叶量 占总凋落物量 的
83.2%~93.7%,其中,马占相思叶量比例最低,湿地
松最高,印度亚热带湿润次生林叶凋落量占总凋落物
量的78% 88%_8 J,稍低于鹤山人工林凋落叶所占比
例。相对应,凋落枝量以马占相思最大,湿地松最小,
森林木质凋落物随机性较大,枝的凋落通常与物候没
有直接联系,当月收集到的凋落枝往往是以前枯死于
树上的死枝 ¨。枝的凋落受气候因素影响很大,台风
可以把以前一段时间枯死的枝一起刮落于地面,这种
随机性造成凋落枝在不同月份间变化极大,表 2中,
只有马占相思与湿地松有显著差异,其它林型间没有
显著差异,就是由于林型内方差大之故。这些人工林
是先锋群落,凋落枝量所占比例不大,成熟 自然森林
木质凋落物所占比例通常可达 30%以上 。
凋落物相邻年度间变化较小,只是湿地松有较明
显的变化,所有林型年度问的差异均未达到统计上的
衰2 华南典型人工林凋落物■ (t/(hm2·a))
Table 2 LittedaU of typical plantations in south China
方差分析并用 LSD法检验林型间差异 ,差异显著性标示于平均
值(口=0.05);林型内年度间的差异用配对法 t检验 (口=0.05),均没
有显著差异,未作标示Signifcance of diference among the forest types WRtestedbyanovaandLSD(=005)denotedinmeanvaluesPairedttestwasusedtocheckthediferencebetweenyearswithineachforesttype(005)NosignifcantdiferenceWasfoundfora1lforests2湿¨200216175mm200310192mm湿2214627http://www.cqvip.com71826911200331386thrn20147thl23412湿(79)使7线79湿线20037湿77248使27720022003Month141Fig1MonthlylittefalloffourplantatinsinsouthChina45910(45)(1011)4200233724682321988http://www.cqvip.com347l9198819892a1998198919981989200220031989绿¨5a(1989)湿1998730t(hm2a)2002573t(hrn2·a)2003717t(hrn2·a)++AouriculaeformlsAmoBg lm+湿Ye24Fjg2Annuallitterfalldynamicsoffourplantationsin8outhChina7t(hm2·a)1998200220038a2Oa24Jorgensen¨Meentemeyer34湿un湿43200294使200379使20022003湿33Table3RegressionanalysisbetweenIitterfallofplantationsandclimatevariablesMeantempRegressionRaldallFvalue(122)PRegressionFvalue(122)PY=o526+o04495250032Y=0272+00()2ll6350019mpstonUU¨m10fFvalue(222)370P0042Y=0591+00492Y=0195+00219y0O62+00406558626713O02700210014Y=0293+00o223Y=0622+00o0922Y=0658+0O0193616546901002l00290007Y=0221+00218T+0O01355290014drIhttp://www.cqvip.com720262534湿(1381thm)>(1353thm2)>(646thm2))(5O2thm2)湿(2)93湿918376(83)2lOl801501209060300LeafBrancha湿Aaur culaeformisPeliotiAaurlculaeformisPeliottiAmangiumSsuperbaAmangium210l80150120906030O湿Aauric laeformisPeliotiS,superba,AmangiumSsuperba34Fig3LitterstockonforestflooroffourplantationsinsouthChinaANewlyshedlitterBHalfdecomposedlitercTotMliteronforestfloorLSD(=O05)DiferenceamongforestsWitstestedbyLSDat=O05Standarddeviationbarswereshownforsamofbranchandleaves4krk广LA(1O43t(hm2·a))(754t(hra·a))(554t(hrn2·a))湿(645t(hrn2a))2湿44Table4ImportantlltterfallparametersofforestsatdiferentlatitudestropicalnatiVefore8tinBrazilpl8ntatlnofPinEcaribaeainBrazil( )mixed1gumeplantatininBrHzilAplantatininHeshanAplantationinHeshanPeliotiplantatininHeshanSsuperbplantatininHeshennaturalforestinDinshushansubtropiclnaturalforestinAilaoMtsmaritimepineinGreeceFirplantati0ninGreeceO0000O002963jprlhttp://www.cqvip.com3472125t(hm2a)82thm21140mnda86 C1900mma2845t(hm2·a)20+9 C113湿[1]RenHHuagPZhangQMandHouCMForestlefloureeanditsecoBysternserviceofGuangtougprovinceBeijingEnvironmentalSciencePreofChina20026268[9][1O][12][13][14][15]UnSMZHYeWXOnconstructionofecologicalforestryinGuandongProvinceGuangdongReconnaissanceandDesignofForestry200411015WarlngRH·SchlesingerWHForestEcosystemsConceptsandManagementNewY0rkAcademicPress1985115160JordanCFThenutrientbalanceofanAmazoniarainforestEcology1982611418KlingeHandHerreraRphytomassstructureoftheAmazonCtmtingaecosysteminSouthernVenezuela11AmazonCaatingaVegetatio1983536584Jan nHHCarboncyclinginearthsystemsasoilscienceperspectiveAgricultureEcosystemsandEnvironment2004104399417QuideauSAChadwickOABenesiAGrahamRCandAndersonMAAdirectlinkbetweenforestvegetationtypeandsoilorganicmatercompositionGenderma2001104416oArunaehalamAArunachalamKMPandeyHNTripathiRSFinelitterfallandnutrientdynamicsduringforestregrowthinthehumidsubtropicsofnorthe ternIndiaForestEco1Manag1998110209219NanjingInstituteofSoilChemicalandPhysicalAnaIy8i8ofSoilBeijingSciencePress197873141WuZMhlZPandDuZGLitterproductionandstarageintheuatu andregeneratedtropica1ntotRanerainforestsatJiaufenglingHalnanislandActsPhytoecologieaSiniea1994l8(4)306313WengHLiZATuMZandYaoWHTheproductionandnutrientcontentsoflitterinforestsofDinghushanMounntinActsPhytoecologieaetGeobotanicaSinica199317299304SmithKGholzHLOliveiraFDALitterfallandnitrogenuseefficiencyofplantationsandprimaryforestintheeasternBrazilianAmazonForestEcologyandManagement1998109209220GoszJRLikensGEandBormannGHNutrientcontentoflitterfalontheHubbardBrookexperimentalforestNewHampshire1972Ecology53(5)699784hZZWengHandYuZYOnthelitterfalloftwotypesofmal·madehighlyproductiveforestinSouthChinaTropicalandSubtropicalForestEcosystem199O76977wYFoxJEDandXuZF1ltefalandnutrientdynamicsinan ntanemoistever eeubroadleavedforestinAimountainsSWChina2002PlantEcology164157170ZAhnYBandPengSLNutrientcontentinliterfalanditstranslocationinplantationforestsSouthChina2000ChineseJournalofAppliedEcologyl1(3)321326JorgensenJRWellsCGMetzLJ11IenutrientcycleKeytocontinuousforestproductionJomalofForestry197573400403MeentemeyerVBoxEOThompsonRwnT1dpaternsandamoIlntof terrestrial plant liter production.Bioseienee,1982,32(2):125—128.
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