全 文 ： z，一3 i
第19卷第3期
1 999年 j月
生 态 学 报
ACTA ECOI OGICA SINICA
V c)l l§．N0．3
M aY 1999
杉木(C g 口，咒 n lanceolata)、
火力楠(Michelia macclurei)纯林及其
混交林细根分布、分解与养分归还
廖干 垣 兰 汪思龙
— — —
— ～ — — — — — — 一
中国科学院沈阳应用生态研究所 fj七阳
7，／·27 p-7- 高 洪
口 ·z
O01 5)
摘要 用土钻法研究 r杉术(Cunningh Ⅲ lan~~lataI、尢力楠(Michelia c／orti)纯林和馄空林的细根分
布．用分解袋法研究丁杉木和 止力捕细根的分解，计算 了3十林分中蛔根分解的 N．P，K．Ca．M 的归还量 活
细根的垂直分布 止力楠纯 林层次性晟强，棍变林次之，杉木纯林展萱 ^力楠细根的养分含量 比杉木细根
高 ．1ijC／N}匕低。火力楠细根年分解率比杉木性，托力楠为j7．7 ．而杉束为32．78％疆日恨分解的养分归还
量多少顺序侬次为 ：止力埔纯林、杉木火力楠混交林和杉术纯林 混变林中．细根分解的 N，P．K．Ca和 M 归
还量分别为枯枝落叶的33．38 一5．82 ，26g 33 -34．】2 和376．08 细根在3个林分的物质搪环和周转
中起着不可忽视的作用。
关奠词 堡．堡 ，分解．量 术 车 舌桷 栋 {暖钵
DISTRIBUTIoN ，DECoM PoSITIoN AND NUTRIENT RETURN
oF THE FINE ROOT IN PURE Cunninghamia ianceolata．
lchelia macclurei AND THE M IXED PLANTATIoNS
LIAO Li—Ping YANG Yue Jun W ANG Si—I ong GAO Hong
(1nstitule ofApplied Ecolog),，Academia S~n&a，Shenyang．11 0015，China)
Abstract SoiI corer was used to investigate the distribution of fine root and a traditionaI
method of nylon litter bag to measure the decomposition in pure Cunmnghamia lanceolata
and M ichelia macclurei var Sublanea，and the mixed plantations．Nutrient returns of N ，P，
K ，Ca and M g in the above three plantations were estimated based on the decomposition
experiment．The verticaI distribution of Iive fine—root for pure M ．macclurei srand was the
most superficia1．the mixed stand was intermediate，pure C．1a71ceolata was the Ieast．The
fine—root of M ．macclurei decomposed more quickly than that of C． ⅡHfeolata because of its
higher originaI nutrient content and lower C !N ratio．Nutrient return from fine—rOOt was
largest in pure M ．macclurei，the mixed stand intermediate，and pure C．1anceolata the Ieast．
+ 中国科学院重中之重项 目 杉木人工混交林生态系统优化模式示范研 究 的一部分和中国科学院 ‘陆地生志系
统痕量物质生志过程’开城实验室资助．
’收稿 FI期 1997—02—18，修改稿收到 日期；199 7，0843。
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廖利平等：丰；木(( unninghamia la~zceolata)、火力楠(MA helia
ma~clurei)纯林及其混交林细根分布、分解 与养分归还 343
In the mixed stand-returns of N．P，K ，Ca and M g from fine—root decomposition were
33．38％一5．82 ，269．33 ，34．1 2 and 376．08 of that from decomposition of leaf and
twig litter respectively．It is suggested that fine—root plays an important role in nutrient cy
cling of the stands．
Key words fine—root．distribution，decomposition．nutrient return．
细根在森林生态系统物质循环 与能量流动中起着至关重要的作用“。 。。对森林生态系统中细根动态的
好 厂解需要细根形态 、分布、生长、周转以及分解和养分归还等方面的摹本知识 。。]。
杉木 、火 力楠混交林是 。种高生产力和生态协调的^工针 阔混交林 目前对该类型林分的生物 生产
力、养分元素的生物循环、能量分 布 研究较多，对地下部分根系的生物生产 力和根 系分布 开展过调
查，但对细挂的研究较少 ，只有廖利平等。。“ 研究过细根的周转．还没有 人对细根的分解和养分归还进行过
系统研究 这部分：L作的开屣有利于^们更清楚地 了解杉木 火力楠混文林的生产力提高和产生 良好生态
效益的机制 ，对于人工混交林的营造有重要的理论和实践意义。
1 自然概况和研究方法
1．1 自然概况
本项研究在中国科学院湖南 会同森林生态实验站 (110。08‘E．27 D9 N)进行。该地海拔200～500m，为
低 山丘陵地貌类型-气候 属亚 热带湿 润气候．年均 温度18．5c，年均 降雨量约1200mm，年 乎均 相对湿度
80~。土壤为山地红壤。受^为干扰 和破坏原始常绿阔叶林植被早已为次生林和^工林所取代 ，目前主要
是马尾捂和杉木林 =
研究对象为杉木纯林、火力捕纯林和杉木、火 力楠混交林 ，皆为1983年实生酐造林 ，株行距为5m×5m，
混交林组成为8杉木一2火 力捕 林 下灌木、草_车植物稀少。3个林分立地条件基本一致 ，扶育管理措旖相同
1．2 研 究方 法
1 2．1 细根调查 方法 参考 文献[10]
1·2．2 分解试骑 4月份 采集杉木 、火力 楠的细根 ，洗净 ，自然风 干后修剪成 5cm 段．按树种装 入2O×
20~m 、网眼为0 5ram的尼龙剐袋 内一每袋10g左右，Ⅲ标签做好标记，然后同时放人杉木林地 内，由于细根
集中在O～20era的土壤内．因此分解袋摆放在这一屡 次之中 以后定期取样 ．每次取5袋 ，用于失重率计算
和养分分析
1．2．3 化学分析 样品取 回实验室后 ，清除泥土等杂物 ，在70C F烘 干，粉碎 ，过1ram筛 ，备用。N用凯氏
定氨法测定 ，c用浓 HzSO 一K Cr O 法测定 ，P，K，Ca，Mg经湿消化后 ，用原子吸收光谱仪分析
1．2．4 养分归还计算 根据下列式子计算细根分解的养分归还量
养分归还量=(死细根生物量 ×最初荐分元素含量)一(分解残留量×残留物养分元素含量 )
2 结果与分析
2 1 细根的分布
从图1可以看出 ，火力捕纯林的话细根分布层次最 明显 ，而且表层性 最强 ，其次 为杉 木火力捕混交林，
最差为杉木纯林 火力楠纯林 中，表层O～lOcm的分 布量占57．1 ，混交林占38．9 ，而杉木纯林占30．0
(图la)。说明杉木和火 力楠两个树 种利用营养 的空间差异性 杉木 以利用较深的营养空 间为主，而火力捕
以利用较浅的营养空间为主 从某种程度上也可以说明这两个树种在混交林 中搭配 的台理性 死细根的分
布仍 火力楠纯林 的层次性最强一其次为杉木纯林，而混交林的死细根分布层次最差 ，30~45cm 的死细根
生物量反而tLzo~30era这一层 多(图lb) 混变林中死细根 的分布与活细根分布的不一致现象，还有待于
进 一步观察
2．2 细根的分解
影响森林凋落物分解 的因素有很多，其中相对 比较重要 的影响因子为温度、湿度和凋落物本身 的质
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344 生 态 学 报 19卷
岛1 ocm B 20era 皿30era 圈45
图 1 细根在 3个韩 分 中的垂 直分 市
Fig．1 Vertical dNtribution o fine root in three stands
地。。 。森林凋落物的质地叉由凋落物的 C／N 比、养分含量的富寡(其中最主要的是 N的含量)、难分解物质
如纤维素、木质素含量等 困素决定的[] 圳。
本文研究了杉木 、火力捕细根的 C／N 比．执图2可知，杉木细根的初始 C／N 比较火力楠高51．9 ，而且
在一年的分解试验过程 中，杉木细根 的 C／N 比始终明显高于火力捕细根。正是杉木和火力捕细根的 C／N
比差异，决定了它们分解的速率快慢 。从图3可以看出，火力楠细根分解重量残留百分率 明显低于杉木细根
(p<0．05)，说明火力捕细根分解速度明显快 于杉木细根．杉木细根 一年的分解率为32．78 ，而火力捕为
57．7O％(图3)。而在同一林分条件下用 尼龙网袋做分解实验得到的杉木和火力捕枯枝落叶的一年分解速
率分别为25．8 和25．6 ，这样看来杉木和火力捕细根分解速度要 比其枯枝落叶快 得多。
图2 杉末 (a)火力精(b)细根分解过程中C／N 比变化 图3 杉术(a)火力楠(b)细根分解的失重率变化
Fig．2 Variation O C：N ratio O d~omposir,g ~itte rOOt Fig．3 W eight loss of fitte rOOt decomposition of C
0 C．1anceola~a(a)and M ．荆 rei(b) lanc~olata(a)and r (b)
凋落物的初始养分含量高低也是决定该凋落物分解快慢的因素之 一 一。从图4可以看出，火力捕细
根的养分含量比杉木细根丰富得多。除 ca以外 ，火力捕细根的 N，P，K，Mg的初始含量分别比杉木细根高
53．0 ，131．o ，595．9 和447．5N。这也是杉木、火力捕细根分解快慢的重要影响困素。
杉木、火力捕细根分解过 程中养分含量的动态变化是研究其 养分归还所必需的。N的含量在整个实验
阶段 ，两个树种都表现为富集，这与细根中的 C／N 比仍较高有关 。一般认为，C／N 比降至25以下 ，N 的释放
才加快0 。细根 分解过 程中ca的含量变化，两个树种表现 出相似的趋势 ，即在分解的初期有所升高 ，随后
逐渐下降。Mg的含量变化两个 树种 的趋势则有所不同，杉木细根 分解初期有所增高 ，随之逐渐下降；而火
力捕细根在分解初期有一个急剧下降的过程 ，在60d之后才缓慢 下降 对于 K，P的含量 ，两个树种所表现
的趋势基本相似，即在一年的分解过程中不断下降，但火力捕细根 K含量的下降幅度要比杉木急剧得多
(图4a．b)。这些现象与许多地上凋落物的研究结果基本一致
据报道 ，两种或两种 以上地上凋落物复合分解时 ，其中某一种凋落物的分解速度会受到另一凋落物的
促进而加快E 叫 曾假设在混交林 中各树种 的根系凋落物在分解过程中也可能产生类似的作用 。表1中杉
木与火力捕细根复合分解 的观测值是杉木与火 力楠 细根按50 的 比例充分 混和在一起分解 所得到 的结
果，而预测值是根据杉木与火力捕根单独分解的值 ，是按下式计算而来：“ “]
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3期
廖利平等 ：杉木(c g la~ceoLato)、火力楠 ("“heliu
mucclurei)纯林及其混交林细根分布 、分解与养分归还 345
；
{
时间 Time (d)
囤4 杉木(a)虫 力情(b)细恨分解的养分元素古量变化
Fig．4 Variation of nutrlem elelTtents Df decomposing fine rOOt
a．C ⋯ ⅡfⅡ b．M ． 口f urei
杉木与火力捕复合分解的预测值 一(杉木单独分解的值 +火力捕单独分解的值)／2
从表1可以看出．观测值与预测值接近，既不存在促进作用。也无抑制影响。对这种现象的可能解释是 ．
根系分解的地下环境条件不象地上凋落物分解那样所处的环境 条件有利于凋落物之间形成供物质流动的
菌丝桥 。据观察 。当两种分 解速度不同的叶凋落物混合在一起进行分解 时，往往有菌丝生成跨于这两种 叶
凋落物间 。作者推测是分解慢的叶凋落物中的养分源源不断地通过菌丝桥输送到分解相对较快的叶凋落
物这一端。这样易分解的碉落物便会促进难分解的凋落物的分解。
2．3 养分 归还
从表 2可以看 出．细根分解 的 当年 。N．P，
K。Ca，Mg的归还量 以火 力楠纯 林最大 ，杉木
火 力楠混交林次之 ．杉木纯 林晟小 与地 上凋
落物枯枝落 叶的养分 归还相 比，在混交林 中，
细根分解 的 N，P，Ca的 归还 量分别 为枯 枝落
叶归还量的33．38 。5．82 和34．12 。而 K．
Mg的归还量 比枯枝落叶高得多．分 别为2．69
和 3．76倍 (表2) 这 说明细根在混交林的物质
周转与循环 中占有不可忽视的地位。而 杉木纯
林 细根的养分归还量 比火力捕纯林和混交林
相对较小。这主要与杉木细根的养分丰富度 比
火 力捕细根较低有关 。
3 结论
3．1 3个林分活细根分 布的表层性 火力捕
纯 林最强，杉木火 力捕混交林次 之。杉木纯 林
最差 ；而死细根分布的表层性强弱依次为火力
捕纯林。杉木纯林和混交林 。
3．2 火力捕细根的矿质养分含量高。且 C／N
比低；而杉木细根的矿质养分含量低，且 C／N
比高。因此火力捕细根分解速率比杉木细根快
得多。火力捕细根年分解率 为57．7O ．而杉木
为32．78 。
表 1 杉木 、火力楠 细根复合分解时 第1年分解速率的观
测值与预测值
Table 1 Observed and expected dec om position rate of
root mixture of C 1anceolata and M ．macclurei
表2 杉术、火力楠纯林及混交林细根分解过程中的养分
归还(kg!hm ·a)
Table 2 Nutrient return through fine root decom position
in pure and mixed siands
林分类型 拥落物类型
Stand cype L L cype
P Mg c K
杉木纯林
Pure lanceo14fⅡ
火力楠纯林
Pu㈣ M maccluref
混交林
Mixed
细根 0．007 0 83 0 58 0．52 0 32
枯枝落叶 0．51 0．78 3 93 0．78 4．05
细根 0．05611 361_g1 8 03 3．16
枯枝落叶 1 72 6 14ii．39 6．7819 62
细根 o．046 7 86 1_87 6．06 2．59
枯枝落叶 0 79 2 Og 5 48 2．25 7．76
①Fiur root}②Tw and】ea
3．3 3个林分的细根分解养分归还量多少顺序依次为 ：火力捕纯林>杉木火力捕混交林>杉木纯林。与杉
木纯林和火力捕纯林相 比。混交林中细根的养分归还量占地上枯枝落叶的养分归还量 比重相对较大 ．尤以
K。Mg的归还量最突出。
L
m
g a I
目 坳。 ． l_
{ =蠢
响
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346 生 态 学 报 19卷
3 4 细根在3十林分的物质循环与周转中起着不可忽视的作用．在混交林中显得更为重要。
参 考 文 献
1 Fahey T J＆ Hughes J W ．Fine to07 dynamics in a nor?bern hardwood[ores!ecosystem ．Hubbard Brook Experimental
Forest—NH．Journal ofEcology·1 994·s2·533～548
2 Gerier C C一 Biomass distribution and above—and below—ground produ~tio~in young attd mat— A6ies“ Mn6
ZODe ecosystem oftheW ashington Cascade Can． ．For．Res．一1 981—1l：I 55～ 167
3 Ghothz H L一 Ⅱ Organic matter dynamics of fine n)。¨ in plantations of slash pine(Pimps ellioctii)in north Florida．
( “．J FoJ Rr ．．1 986．16 529～ 538
4 McClaugherty C A．etⅡ The role of fine T啪 ts in the organlc mⅡ『Ier and nitrogen budgets of[wo forested~COSyS一
~erls．虽 ologv一1 982．63：l 481～ 1490
S 冯宗炜．等 一种高生产力和生志协谓的亚热带针阔混交林——杉木 、火力楠混 交林的研究．植物生志学 与地 植物学
学报 ，1988，12(3) 1 65～1 8O
6 张家武．等 杉术和^力楠树种及其林分热量的研究．生卷学杂志，1 988，7：26~29
7 陈楚莹．等 杉木、火 力楠混交林生态系统中营养元素的积累、分配和循环时研究 生志学杂志．1988．7(4)：7～13
8 陈楚莹．等 改善杉木^工林林地质量和提高生产力时研究．应用生态学报 ．1990，1 c2，：97～109
9 李振l ．等．杉木、^ 力楠混交林根采的研究．生态学杂志，1 993．12(1)；20～24
1 0 廖利平．等 杉术、^ 力楠纯林及混交林细根周转的研究 应用生态学报，1995．6(1) 7～lO
Il Swift M J．et“ (eds)．Decomposition in ter[es~rim yst— S~udiesⅢ Ecology，1979一S{l1 8～ 256
1 2 Killkam K ＆ FosterR(eds)SoilE【olo~v．C．ambrldgejUniversity press．1 991
1 3 O’Connell A M —E／feet of legume understorey 0n decomposition 。nd nutrient coDteDI of e— typt{orest litter．Plant
_H Soil．1 98fi一92：235～ 248
l4 廖利平．等 森林凋落物复台分解的研究 I 缩微实验 应用生芯学报 ．1 997，s(5) 459~464
1 5 Chapman K，et“ ．M etabolic and faunal activity in litters of three m：xt compared with pure stands．Agric．Ecosys．
EH ．24 33～ 40
l目 lneson P＆ Mcder~nK Decomposition offoliarlitter mixtures：a microcosm experiment．In：Teler A el a1．(eds)．
Response of F~est E~osystem．~ E船i~nmentM C~qnges Barking·Elsevier Applied Sc heme·703～706
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