全 文 ：林业科学研究 2005, 18(2) : 125~ 132
Forest Research
文章编号: 100121498(2005) 0220125208
杉木人工林生物量变化规律的研究*
段爱国, 张建国* * , 何彩云, 童书振
(中国林业科学研究院林业研究所,国家林业局林木培育重点实验室,北京 100091)
摘要:基于大岗山林区相似立地条件前后 3 次生物量调查研究资料, 结合杉木人工林固定样地长期观测材料对杉木
人工林生物量的变化规律作了较为详尽的研究,得到了如下主要研究结果: ( 1)对于同一林分, 除叶生物量和某些枝
生物量存在一个减小的时期外( 5 a 至8 a时) , 单株和林分各组分生物量均随林龄的增加而增大。在 12 a前的林分
速生期间,叶、枝、干所占比重微弱增加, 致使地上部分比重增加,而根比重减小;在干材期( 12~ 16 a) , 单株各组分所
占比例趋于稳定。( 2)立地指数对单株和林分各组分的生物量、总生物量以及生物量分配比率均存在显著影响, 且
这种影响随着林龄的变化而变化,并受初植密度的制约。( 3)随着初植密度的增大,单株各组分生物量明显减小, 干
生物量分配比率在任一林龄时刻均呈下降趋势;由密度所形成的不同林分生物量间的差距随林龄呈减弱的趋势。
关键词:杉木人工林;生物量;立地;密度;变化规律
中图分类号: S791127 文献标识码: A
收稿日期: 2003209210
基金项目: 国家/ 十五0攻关项目/ 南方主要针叶用材林树种新品种选育及培育技术0
作者简介: :段爱国( 1976 ) ) ,男,湖北荆州人,在职博士生.
* 中国林业科学研究院亚热带林业研究中心在前后几次生物量调查中给予了大力支持与协助,在此深表感谢!
* * 本文通讯作者.
Study on the Change Laws of Biomass of Chinese Fir Plantations
DUAN Ai2guo, ZHANGJian2guo , HE Cai2yun , TONGShu2zhen
(Research Institute of Forestry, CAF; Key Laboratory of Tree Breeding and Cultiation, State Forestry Administrat ion, Bejing 100091, China)
Abstract : Based on study materials of 3 biomass research in the similar site condition ofDagangshan forest region and the observed
materials of permanent sample plots of Chinese fir, this paper made a relatively detailed study on the change laws of biomass of
Chinese fir plantations, and obtained the main results as follows: ( 1)For the same stands, except that biomass of leaves and some
branches have a decreasing duration( from 5 a to 8 a) , biomasses of various parts of mean individual and stand all increase with
the increasing of stands age, during the quick growth years of stands, the proportions of leaves, branches and stem areweakly in2
creasing, with above ground parts increasing and roots decreasing. In stemgrowth stage( 12~ 16 a) , the proport ion of each organ
ofmean individual tends to be stable. ( 2) Site indices have obvious affection on the amount of biomass, biomasses of all parts and
allocation rate of mean individual and stand, the affection varies with stand age, and is restricted by planting density. ( 3)With
the increasing of planting density, the biomass of each organ ofmean individual obviously decreases, the allocation rate of bio2
mass of stem tends to decrease at any age; the discrepancies of biomasses of different stands, caused by planting density, tend to
decrease with the increasing of stand age.
Key words: Chinese fir; biomass; site index; density; change laws
随着科学技术的进步和生产的发展, 人类对林
木各部分的利用日益扩大。为了提高木材的利用
率,过去的那种单纯利用树干已被全树的综合利用
所代替,研究林木生物量的问题日趋重要。我国的
森林生物量研究工作最早是从杉木开始的, 针对杉
木( Cunninghamia lanceolata (Lamb. )Hook. )人工林的
特点,科研人员从生物量测定方法及其与立地类型、
发育阶段、密度大小、生理因素等的关系和产量结构
等不同角度进行了广泛而深入的研究和有益的探
索[ 1~ 5, 9, 10]。然而,由于传统上杉木的主要用途是作
为建筑材,杉木人工林一系列的试验设计也围绕这
一用途而展开, 所研究的指标主要集中在树高、胸径
及材积等一些生长指标上,而对杉木人工林生物量
的变化规律缺乏必要的系统性研究。鉴于杉木在我
国南方乃至于全国造林树种中所占的重要地位, 开
展对杉木人工林生物量变化规律的研究意义重大,
有利于杉木的全树利用, 亦能反映杉木人工林的森
林生产力及固定 CO2 的能力,有助于揭示养分生物
循环规律,而且能为杉木纸浆材林的营造奠定一定
的理论和实践基础。鉴于此, 本文根据同一地点杉
木人工林生物量的 3次调查研究资料及固定样地长
期观测试验材料, 对杉木人工林生物量的变化规律
作了较为系统的研究, 以期为杉木纸浆材的定向培
育提供科学可靠的依据。
1 试验地概况与研究方法
111 试验地概况
试验区设置在江西省分宜县大岗山林区, 属罗
霄山脉北端的武功山支脉, 位于东经 114b30c~ 114b
45c,北纬 27b30c~ 27b50c。气候温暖湿润, 属亚热带
季风湿润类型,年平均温度为 1518~ 1717 e ; 7月平
均最高温度 2818 e , 日最高温度 3919 e ; 1月平均
最低温度为- 513 e ,日最低温度- 813 e 。全年日
照平均时数为 1 657 h, 最高为 2 047 h, 最低为
1 378 h,日照百分率约 37%。太阳总辐射年平均为
48616 kJ# cm- 2。平均蒸发量约为 1 503 mm, 最多为
1 771 mm,最少为 1 274 mm。年平均降水量为 1 591
mm,最多为 2 228 mm, 最少为 1 070 mm。年平均无
霜期为 265 d。本区属地带性低山丘陵红壤、黄壤类
型及其亚类的分布区。
112 固定样地材料
固定样地材料源于大岗山年株林场场部后山的
密度试验林, 该片试验林于 1981年春采用 1年生苗
营造,由 2 m@3 m、2 m@115 m、2 m@1 m、1 m@115
m、1 m@1 m等 5种株行距组成一个不同密度区组,
分别记为A、B、C、D、E,各重复 3次, 记为 a1、a2、a3;
b1、b2、b3; c1、c2、c3; d1、d2、d3; e1、e2、e3, 共 15 个小
区,每个小区面积为 600 m2 ,采用随机区组排列, 并
在每个小区四周各设计两行同样密度的保护带。另
设立了一块面积为 600 m2 的试验林, 株行距均为 1
m, 记为 e4。对每株树挂牌记号作连续观测, 10年生
前逐年调查, 10年生后作隔年调查。各初植密度林
分所对应的立地指数见表 1。
表 1 各初植密度林分所对应的立地指数
区组号 A( 2 m@3 m)a1 a2 a3
B( 2 m@115 m)
b1 b2 b3
C( 2 m@1 m)
c1 c2 c3
D( 1 m@115 m)
d1 d2 d3
E( 1 m@1 m)
e1 e2 e3 e4
初植密度P(株#hm- 2) 1 667 3 333 5 000 6 667 10 000
立地指数Pm 15188 12152 16142 15110 14152 16192 14147 14142 14107 12188 13109 13125 13190 14123 13185 12114
113 资料来源及研究数据的获取
根据不同时期大岗山丘陵区 5、8、13 年生杉木
人工林生物量的调查研究,得到了相应林龄段杉木
人工林林分平均单木各组成成分(包括叶、枝、干、
根)的生物量预测模型[ 6~ 8]。
利用固定标准地的长期观测试验数据以及表 1
所列的3组预测模型,估测出不同初植密度、不同立
地林分平均木在不同年龄时各组成器官的生物量,
进而推算出不同年龄时林分的叶、枝、干、根的生物
总量和林分总生物量, 并对相同立地时不同密度的
林分在同一年龄的生物量进行平均处理。所有数据
均保留 4位小数, 最后结果保留 2 位。利用所得到
的生物量数据, 对不同立地、不同密度、不同年龄林
分平均木及总生物量进行比较分析,探索立地、密度
对杉木人工林生物量动态变化规律的影响。
2 结果与分析
211 不同立地杉木人工林生物量变化规律
21111 不同立地单株生物量变化规律 表 2~ 4列
出了三种密度下不同立地的林分平均木单株生物量
和各部分生物量及占单株生物量百分比。
由 3表可知,对于同一林分,从 5~ 8 a,叶生物量
普遍降低,部分枝生物量也降低,单株其它各部分生
物量均增加, 8 a以后,单株各部分生物量随林龄的增
加而增加。各组分生物量分配率均为干最多, 5 a时,
分配率表现为:干> 叶> 根> 枝,叶所占比重达 30%
126 林 业 科 学 研 究 第 18 卷
以上,在12 a 前的林分速生期间,叶、枝、干所占比重
微弱增加,致使地上部分比重增加,而根比重减小,在
干材期( 12~ 16 a) ,单株各组分所占比例趋于稳定。
这一规律与马尾松人工林生物量的变化规律相一致。
5 a以后,除个别情况外(表 2中 8年生 12立地指数
时) ,干生物量比重都在 60%~ 75%之间变动,地上部
分比重变化范围为 75%~ 90%。
从表中可以发现,当密度相同时,高立地指数林
分单株各部分生物量在任一林龄时均高于低立地指
数林分的单株;立地指数对各组分分配率也存在一
定影响,除 5年生的个别情况外, 在 12年生前,相对
低立地指数,高立地指数的林分单株组分干、枝和叶
的生物量分配率均高, 而根比例要低, 干材期间( 12
~ 16 a) ,立地指数对分配率影响不明显, 这表明, 干
材生长期前,林木单株营养成分用于地上部分生长
的比重随林龄的增加而增强,立地条件越好,这种作
用愈明显。对全株生物量来说,立地指数影响明显,
且不同时期影响程度不一, 表现为:立地指数越高,
全株生物量越大,速生期间(如 8、9、10 a)差异最大,
最大时高出的百分比可达 70%,幼年时期(如5 a)以
及干材期间( 12~ 16 a)差异略小。
表 2 不同立地杉木人工林(株行距: 2 m@3 m)生物量变化规律
立地指数P
m
年龄P
a
平均单株
叶 枝 干 根 地上
kg
全株
kg %
林分
叶 枝 干 根
(t#hm- 2)
全株P
( t#hm- 2 ) %
12 5 2197 1133 3152 1166 7182 9. 48 4. 96 2122 5187 2177 15183
16 5 4138 1183 4183 2104 11104 13108 37179 7131 3105 8105 3140 21181 37179
12 8 2118 1141 14102 3114 17161 20175 3163 2135 23137 5123 34159
16 8 3184 2149 24171 3186 31104 34190 68123 6140 4115 41120 6144 58119 68123
12 9 3108 1199 19180 3148 24187 28135 5113 3132 33100 5180 47125
16 9 5100 3124 32120 4121 40144 44165 57151 8134 5141 53167 7101 74143 57151
12 10 3180 2146 24146 3172 30173 34145 6134 4111 40178 6120 57142
16 10 6117 4100 39167 4147 49184 54130 57164 10128 6166 66114 7145 90153 57164
12 12 5136 6190 38144 6141 50170 57111 8193 11150 64108 10168 95120
16 12 6188 8199 52153 8180 68140 77120 35118 11147 14198 87157 14167 128169 35118
12 14 6100 7178 44150 7144 58129 65172 10101 12197 74118 12140 109156
16 14 8105 10160 61124 10128 79189 90117 37120 13134 17158 101157 17105 149154 36149
12 16 6177 8183 50106 8138 65165 74103 11128 14171 83144 13197 123141
16 16 8163 11142 65147 11100 85152 96152 30138 14124 18184 108103 18115 159125 29105
表 3 不同立地杉木人工林(株行距: 2 m@115 m)生物量变化规律
立地指数P
m
年龄P
a
平均单株
叶 枝 干 根 地上
kg
全株
kg %
林分
叶 枝 干 根
(t#hm- 2)
全株P
( t#hm- 2 ) %
14 5 2114 0199 2159 1136 5172 7108 7114 3129 8163 4154 23160
16 5 3103 1135 3157 1168 7195 9163 36102 10109 4151 11191 5160 32111 36102
14 8 1126 0182 8113 2143 10121 12165 4121 2173 27110 8111 42115
16 8 2129 1148 14171 3103 18148 21151 70105 7162 4194 49102 10110 71168 70105
14 9 1169 1110 10187 2168 13166 16134 5163 3165 36124 8192 54145
16 9 2195 1191 18198 3128 23184 27111 65198 9183 6137 63125 10192 90137 65198
14 10 2111 1137 13156 2187 17104 19191 7103 4155 45120 9158 66136
16 10 3154 2129 22177 3141 28160 32102 60180 11177 7163 75171 11135 106145 60141
14 12 3192 4195 24116 3198 33103 37101 13106 16151 80153 13127 123137
16 12 5106 6150 32129 5136 43185 49121 32195 16179 21154 107108 17178 163118 32127
14 14 4147 5170 27163 4157 37180 42137 14191 19100 92109 15123 141123
16 14 5178 7147 36181 6113 50106 56118 32159 18197 24153 120186 20113 184148 30162
14 16 4193 6132 31106 5115 42132 47147 16145 21107 103152 17117 158121
16 16 6115 7198 38179 6147 52192 59138 25110 20103 25199 126136 21106 193145 22127
127第 2期 段爱国等:杉木人工林生物量变化规律的研究
表 4 不同立地杉木人工林(株行距: 1 m@1 m)生物量变化规律
立地指数P
m
年龄P
a
平均单株
叶 枝 干 根 地上
kg
全株
kg %
林分
叶 枝 干 根
(t#hm- 2)
全株P
( t#hm- 2 ) %
12 5 1151 0168 1173 1104 3191 4195 14190 6169 17115 10128 49103
14 5 1164 0174 1191 1111 4138 5140 9106 16126 7138 19104 11103 53171 9156
12 8 0157 0137 3164 1168 4158 6126 5159 3162 35194 16158 61173
14 8 0172 0147 4163 1181 5181 7162 21185 7113 4162 45188 17192 75155 22140
12 9 0171 0146 4156 1180 5173 7153 7100 4153 45100 17172 74125
14 9 0193 0160 5199 1194 7152 9146 25173 9120 5196 59114 19117 93147 25188
12 10 0189 0158 5174 1192 7121 9113 8170 5164 55197 18174 89105
14 10 1113 0173 7129 2106 9116 11121 22179 11108 7117 71123 20112 109160 23108
12 12 2140 2195 11118 1178 16153 18131 22153 27170 105114 16171 172108
14 12 2171 3136 12162 2102 18170 20172 13117 24167 30154 114182 18139 188143 9150
12 14 2174 3140 13112 2111 19127 21137 25139 31145 121137 19148 197170
14 14 3105 3181 14152 2134 21137 23172 10196 25193 32132 123145 19193 201163 1199
12 16 3106 3182 14141 2133 21130 23163 26187 33150 126137 20139 207113
14 16 3146 4134 16189 2175 24169 27143 16111 26188 33175 131140 21136 213139 3102
将表 2、3、4结合起来考虑,可以发现, 在初植密
度不同的情况下, 立地条件对单株生物量的影响存
在差异。初植密度越低,立地条件对单株各组分生
物量影响的幅度越大。如表 2、3 中, 同样相差一个
立地指数级, A密度时, 干、地上部分及全株生物量
( 16 a时)分别相差 2147、3139、3180 kg,而 B密度时,
分别为 7173、10160、11191 kg, 后者均相当于前者的
3113倍。对全株生物量, 从表中可以明显地看出, 初
植密度低时, 立地指数所导致的差异要大, 也就是
说,立地条件对单株生物量的影响受初植密度的制
约,初植密度越大, 立地条件的作用会受到削弱, 反
而言之,初植密度越小,立地条件的作用越显著。
21112 不同立地林分生物量变化规律 对于同一
林分或同一初植密度的不同林分, 在林分发生自然
稀疏之前,林分生物量变化规律与林分平均木变化
规律表现一致, 与立地条件无关。
在初植密度不同的情况下, 立地条件对林分生
物量与对林分单株平均木的影响存在差异。当初植
密度为 A 时, 从表 2中可以看出, 由于 16指数林分
在14 a时发生了微弱自然稀疏,因此,其林分生物量
较12指数增加的百分率略低于林分单株, 16年生时
亦是如此; B密度时, 从表 3中可以看出, 16指数林
分在 10 a 时发生了自然稀疏,因此,其林分生物量较
14指数增加的百分率自 10 a 后也略低于林分单株;
D密度时,从表 4中可以看出, 12、14指数林分在 5 a
时均开始了自然稀疏, 10 a 前, 14指数林分生物量较
12指数增加的百分率反而略高于林分单株(最大时
为 0155%) , 这可能是因为 10 a前,虽然立地指数高
的林分更有可能发生自然稀疏, 但由于其林木长势
更好,导致稀疏的株数反而要少的缘故; 10 a后, 高
立地指数林分自然稀疏程度激烈增加, 林分株数减
少得更多,致使 14 指数林分生物量较 12指数增加
的百分率大大低于林分单株,而且在干材期间,随着
自然稀疏的加剧,这种作用愈明显。
从表 2~ 4可以看出, 初植密度越低, 立地条件
对林分各组分生物量影响的幅度越大。如表 2、3
中,同样相差一个立地指数级, B密度时,干、地上部
分及林分 16 a 时生物量分别相差 22184、31134、
35124 t#hm- 2 ,而 E密度时,分别为 5103、5129、6126 t
#hm- 2 , 前者相当于后者的倍数分别是 4154、5192、
5163倍。这就表明, 低密度林分要达到较高的生物
量生产水平,其立地指数一定要高。对林分生物量,
从此 3表中可明显地看出, 与低初植密度时的情形
相比较,初植密度高时,高立地指数林分较低立地指
数林分高出的比率要小, 但从林分速生期( 8~ 12 a
以前)到干材期( 12~ 16 a) ,初植密度高时,高低立地
指数间的这种高出比率变化的速率要大。可以看
到, B密度的林分在 10 a 时的这种比率为 60141% ,
12 a 时降到32127% ,及至14 a时的30162% ,而E 密
度的林分在 10 a时的这种比率为 23108% , 12 a时已
降到 9150% ,及至 14 a时的 1199%, 这进而表明, 当
初植密度非常高时(如达10 000株#hm- 2) ,立地对林
分生物量的影响减弱, 对这种高密度的林分,无论其
立地指数的高低( 12、14指数级) , 在 14 a或略前即
128 林 业 科 学 研 究 第 18 卷
可采伐利用。
从以上的分析, 可以得出这样一个结论:立地指
数对单株和林分各组分的生物量、总生物量以及生
物量分配比率均存在显著影响, 且这种影响随着林
龄的增长而有所不同;立地条件对生物量的影响受
初植密度的制约,低密度时立地的影响更为明显, 且
持续的时间长, 高密度时, 立地的影响作用降低得
快,如表 4中 14 a 时两种不同立地的林分生物总量
就仅相差 1199%。作纸浆材时, 如要在 16 a前采伐
利用,无论何种初植密度的林分, 尤其是低密度林
分,其立地指数越高越好。
212 不同密度杉木人工林生物量变化规律
21211 不同密度杉木人工林单株生物量变化规律
表 5~ 7列出了 3种立地条件下不同密度的林分
单株平均木生物量和各部分生物量及其占单株生物
量百分比。从此 3表可以看出, 当立地条件一致时,
随着林分初植密度的增加, 林分单株各组分生物量
及单株总生物量均明显下降, 由于单株总生物量及
其各组分生物量随密度的变化规律是一致的, 因此,
这里就仅讨论一下单株总生物量的变化规律。在立
地为 12指数的条件下, A密度和 B密度林分的单株
生物量分别是 E 密度林分单株生物量的 1192 和
1117倍( 5 a)、3177和 1141倍( 10 a)、3113和 1127倍
( 16 a) ; 14指数时, B密度、C密度和 D密度林分的单
株生物量分别是 E 密度林分单株生物量的 1131、
1125和 0199 倍( 5 a) , 10 a 时分别为 1178、1162 和
1108倍, 16 a时分别为 1173、1146和 1113倍; 16指数
时,A密度林分的单株生物量是 B密度林分单株生
物量的 1136倍( 5 a)、1170倍( 10 a)、1163倍( 16 a)。
这一结果说明:同一立地条件下, 林分密度相差越
大,其单株生物量就相差越大;林分密度对单株生物
量影响最大的时期在林分速生期(如 10 a时)。
表 5 不同密度杉木人工林生物量变化规律( 12指数)
样地 年龄P
a
密度P
(株#hm- 2)
平均单株
叶 枝 干 根 地上
kg
全株
kg %
林分
叶 枝 干 根
(t#hm- 2)
全株P
( t#hm- 2 ) %
a2 5 1 667 2197 1133 3152 1166 7183 9149 91172 4196 2122 5187 2177 15183
d1 5 6 650 1176 0181 2109 1118 4165 5183 17174 11168 5135 13190 7184 38178 144199
e4 5 9 900 1151 0168 1173 1104 3191 4195 14190 6169 17115 10128 49103 209176
a2 8 1 667 2118 1141 14102 3114 17161 20175 231166 3163 2135 23137 5123 34159
d1 8 6 650 0185 0155 5147 2100 6187 8187 41177 5165 3166 36136 13131 58198 70152
e4 8 9 867 0157 0137 3164 1168 4158 6126 5159 3162 35194 16158 61173 78146
a2 9 1 667 3108 1199 19180 3148 24187 28135 276169 5113 3132 33100 5180 47125
d1 9 6 650 1107 0169 6188 2116 8164 10180 43153 7111 4161 45175 14135 71182 51199
e4 9 9 867 0171 0146 4156 1180 5173 7153 7100 4153 45100 17172 74125 57113
a2 10 1 667 3180 2146 24146 3172 30173 34145 277116 6134 4111 40178 6120 57142
d1 10 6 650 1132 0186 8150 2126 10167 12193 41160 8178 5169 56149 15104 86101 49177
e4 10 9 750 0189 0158 5174 1192 7121 9113 8170 5164 55197 18174 89105 55108
a2 12 1 667 5136 6190 38144 6141 50170 57111 211195 8193 11150 64108 10168 95120
d1 12 6 633 2198 3171 15136 2149 22105 24153 34102 19177 24161 101186 16149 162174 70195
e4 12 9 400 2140 2195 11118 1178 16153 18131 22153 27170 105114 16171 172108 80176
a2 14 1 667 6100 7178 44150 7144 58129 65172 207151 10101 12197 74118 12140 109156
d1 14 6 450 3119 3199 16148 2168 23165 26133 23117 20157 25170 106126 17126 169180 54198
e4 14 9 250 2174 3140 13112 2111 19127 21137 25139 31145 121137 19148 197170 80145
a2 16 1 667 6177 8183 50106 8138 65165 74103 213133 11128 14171 83144 13197 123141
d1 16 6 300 3171 4167 18156 3103 26195 29198 26188 23137 29145 116194 19109 188185 53103
e4 16 8 767 3106 3182 14141 2133 21130 23163 26187 33150 126137 20139 207113 67185
129第 2期 段爱国等:杉木人工林生物量变化规律的研究
表 6 不同密度杉木人工林生物量变化规律( 14指数)
样地 年龄P
a
密度P
(株#hm- 2)
平均单株
叶 枝 干 根 地上
kg
全株
kg %
林分
叶 枝 干 根
(t#hm- 2)
全株P
( t#hm- 2 ) %
b2 5 3 333 2114 0199 2159 1136 5172 7108 131112 7114 3129 8163 4154 23160
c123 5 5 000 2106 0194 2147 1132 5147 6179 125163 10128 4172 12135 6158 33193 43173
d23 5 6 667 1162 0174 1190 1110 4126 5136 99121 10181 4190 12165 7135 35172 51134
e123 5 9 944 1164 0174 1191 1111 4129 5140 16126 7138 19104 11103 53171 127156
b2 8 3 333 1126 0182 8113 2143 10121 12165 165192 4121 2173 27110 8111 42115
c123 8 5 000 1119 0177 7166 2128 9163 11191 156122 5196 3186 38131 11141 59154 41125
d23 8 6 667 0175 0149 4184 1189 6108 7197 104153 5102 3125 32125 12161 53112 26103
e123 8 9 911 0172 0147 4163 1181 5181 7162 7113 4162 45188 17192 75155 79124
b2 9 3 333 1169 1110 10187 2168 13166 16134 172165 5163 3165 36124 8192 54145
c123 9 4 989 1156 1101 10105 2147 12162 15109 159150 7180 5105 50115 12132 75132 38133
d23 9 6 667 0195 0162 6114 2104 7171 9175 103105 6137 4112 40193 13159 65100 19139
e123 9 9 878 0193 0160 5199 1194 7152 9146 9120 5196 59114 19117 93147 71167
b2 10 3 333 2111 1137 13156 2187 17104 19191 177154 7103 4155 45120 9158 66136
c123 10 4 983 1193 1125 12139 2163 15157 18120 162128 9160 6122 61177 13112 90172 36170
d23 10 6 617 1123 0179 7189 2118 9191 12110 107187 8112 5126 52123 14144 80105 20162
e123 10 9 772 1113 0173 7129 2106 9116 11121 11108 7117 71123 20112 109160 65116
b2 12 3 333 3192 4195 24116 3198 33103 37101 151152 13106 16151 80153 13127 123137
c123 12 4 944 3164 4159 20104 3128 28127 31155 129114 18101 22168 99103 16121 155193 26139
d23 12 6 542 2185 3154 14145 2133 20185 23118 94189 18165 23116 94154 15126 151160 22189
e123 12 9 099 2171 3136 12162 2102 18170 20172 24167 30154 114182 18139 188143 52173
b2 14 3 333 4147 5170 27163 4157 37180 42137 154100 14191 19100 92109 15123 141123
c123 14 4 827 4107 5115 22158 3171 31180 35151 129107 19163 24187 109100 17192 171141 21137
d23 14 6 333 3132 4116 17112 2179 24160 27139 99154 21104 26135 108144 17164 173147 22182
e123 14 8 505 3105 3181 14152 2134 21137 23172 25193 32132 123145 19193 201163 42176
b2 16 3 333 4193 6132 31106 5115 42132 47147 173104 16145 21107 103152 17117 158121
c123 16 4 551 4154 5179 25160 4123 35193 40116 146139 20166 26134 116135 19121 182155 15138
d23 16 6 175 3175 4173 19157 3120 28106 31126 113196 23118 29123 120186 19177 193104 22101
e123 16 7 800 3146 4134 16189 2175 24169 27143 26188 33175 131140 21136 213139 34188
注: c123表示相同林分年龄的 c1、c2、c3等 3块样地的平均处理, d23、e123以此类推。
表 7 不同密度杉木人工林生物量变化规律( 16指数)
样地 年龄P
a
密度P
(株#hm- 2)
平均单株
叶 枝 干 根 地上
kg
全株
kg %
林分
叶 枝 干 根
(t#hm- 2)
全株P
( t#hm- 2 ) %
a13 5 1 667 4138 1183 4183 2104 11104 13108 35182 7131 3105 8105 3140 21181
b3 5 3 333 3103 1135 3157 1168 7195 9163 10109 4151 11191 5160 32111 47121
a13 8 1 667 3184 2149 24171 3186 31104 34190 62130 6140 4115 41120 6144 58119
b3 8 3 333 2129 1148 14171 3103 18148 21151 7162 4194 49102 10110 71168 23119
a13 9 1 667 5100 3124 32120 4121 40144 44165 64168 8134 5141 53167 7101 74143
b3 9 3 333 2195 1191 18198 3128 23184 27111 9183 6137 63125 10192 90137 21141
a13 10 1 667 6117 4100 39167 4147 49184 54130 69162 10128 6166 66114 7145 90153
b3 10 3 325 3154 2129 22177 3141 28160 32102 11177 7163 75171 11135 106145 17159
a13 12 1 667 6188 8199 52153 8180 68140 77120 56187 11147 14198 87157 14167 128169
b3 12 3 316 5106 6150 32129 5136 43185 49121 16179 21154 107108 17178 163118 26181
a13 14 1 659 8105 10160 61124 10128 79189 90117 60149 13134 17158 101157 17105 149154
b3 14 3 283 5178 7147 36181 6113 50106 56118 18197 24153 120186 20113 184148 23137
a13 16 1 650 8163 11142 65147 11100 85152 96152 62153 14124 18184 108103 18115 159125
b3 16 3 258 6115 7198 38179 6147 52192 59138 20103 25199 126136 21106 193145 21147
注: a13表示相同林分年龄的 a1、a3两块样地的平均处理。
130 林 业 科 学 研 究 第 18 卷
从表 5~ 7中可以看出, 林分初植密度对林分单
株各组分生物量分配比率存在一定的影响。初植密
度对单株叶、枝、根生物量分配比率的影响随林龄的
变化表现出不同的变化趋势, 规律性不明显;而随着
初植密度的增大, 干生物量分配比率在任一林龄时
刻均呈下降趋势, 且密度相差愈大, 下降趋势愈明
显;地上部分生物量分配比率在 12 a前随密度的增
大而下降, 12 a后变化相对稳定。
21212 不同密度杉木人工林林分生物量变化规律
不同密度对杉木人工林林分各组分生物量分配比
率的影响与其对单株(平均木)的影响完全一致。
从表 5~ 7可以看出,随着密度的增大, 林分各
组分生物量及总生物量均呈增大趋势。12指数时,
D密度和 E密度林分总生物量分别是A密度林分总
生物量的 2145和 3110 倍( 5 a)、1150 和 1155倍( 10
a)、1153和1168倍( 16 a) ; 14指数时, C密度、D密度
和E密度林分总生物量分别是 A密度林分总生物
量的 1144、1151和 2128倍( 5 a) , 10 a 时分别为1137、
1121和 1165 倍, 16 a 时分别为 1115、1122 和 1135
倍; 16指数时, B密度林分总生物量是A密度林分总
生物量的 1147 倍( 5 a)、1118 倍( 10 a)、1121倍 ( 16
a)。从这些数据可以清楚地得出:同一立地指数时,
16 a以前,密度越大则林分总生物量越大, 且密度相
差越大,林分生物总量相差越大。
从表 6可知,随着林龄的增大, C密度和 E密度
的林分总生物量为 B密度林分总生物量的倍数明显
下降, 且E 密度林分下降幅度更大, 即,由密度所形
成的不同林分生物量间的差距随林龄有减弱的趋
势,密度差值愈大, 减弱趋势愈明显, 这是因为林分
密度愈大,自然稀疏强度愈大,从而导致林分株数减
少的缘故。表 6 中初植密度相对高的 d23 样地较
c123样地的林分生物量在一些林龄时( 8~ 12 a)要
低,这主要是因为 2样地的立地虽然同属一个指数
级,但后者较前者的立地指数要高出 1115 m 的缘
故,这从一个侧面表明,当初植密度在 5 000到 6 667
株#hm- 2这么一个范围内时,立地的影响表现明显。
结合表5、6、7可以看到, 相对单株而言,密度对
林分生物量的影响强度要弱。如 12指数时, A密度
( a2样地) 16 a生时林分单株生物量是 E 密度( e4样
地)的 3113倍,同一林龄,后者林分总生物量为前者
的1168倍; 14指数时, B密度( b2样地) 16 a 时林分
单株生物量是 E密度( e123样地)的 2173倍,同一林
龄,后者林分总生物量为前者的 1135倍; 16指数时,
A密度( a13样地) 16 a 时林分单株生物量是 B密度
( b2样地)的 1163倍,同一林龄,后者林分总生物量
为前者的 1121倍。
值得注意的是,表 6中 D密度样地 16 a 林分总
生物量为193104 t#hm- 2 ,而表7中, 立地高一个指数
级、初植密度减半(B密度)的样地 16 a 林分总生物
量即已达到 193145 t#hm- 2 ,即,高立地指数、低密度
的林分与低立地指数、高密度的林分在某一林龄时
可达几乎相同的生物总量。这表明,立地指数低时,
欲收获更大的生物量,初植密度就要尽量大,同时,
当立地指数高时, 初植密度相对低的林分也能获得
较高的生物量。考察两林分的单株生物量, 发现 16
a时后者是前者的 1190倍, 这说明, 如经营纸浆材,
两者均可,但如综合考虑其它培育目标(如商品材) ,
则应选择后者。
3 结论和讨论
林分生物量的研究是破坏性取样, 为了解杉木
人工林生物量的动态变化过程又不能连续破坏林
分,本文基于大岗山林区相似立地条件前后 3 次生
物量调查研究资料, 结合杉木人工林固定样地长期
观测材料对杉木人工林生物量随年龄、立地及密度
的变化规律作了较为详尽的研究, 得到了如下主要
结论:
( 1)对于同一林分, 除叶生物量和某些枝生物量
存在一个减小的时期外( 5~ 8 a 时) , 单株和林分各
组分生物量均随林龄的增加而增大。在12 a 前的林
分速生期间,叶、枝、干所占比重微弱增加, 致使地上
部分比重增加,而根比重减小;在干材期( 12~ 16 a) ,
单株各组分所占比例趋于稳定。
( 2)立地对单株和林分各组分的生物量、总生物
量以及生物量分配比率均存在显著影响, 且这种影
响随着林龄的增长而有所不同;立地条件对生物量
的影响受初植密度的制约, 低密度时立地的影响更
为明显,且持续的时间长, 高密度时, 立地的影响作
用在干材阶段( 12~ 16 a)减弱得快, 作纸浆材时, 如
要在16 a前采伐利用,无论何种初植密度的林分, 尤
其是低密度林分, 其立地指数越高越好。当初植密
度非常高时(如达 10 000株#hm- 2) , 无论立地指数的
高低( 12、14指数级) , 在 14 a或略前即可采伐利用。
( 3)随着初植密度的增大,单株各组分生物量明
显减小,干生物量分配比率在任一林龄时刻均呈下
降趋势;林分密度对单株生物量影响最大的时期在
131第 2期 段爱国等:杉木人工林生物量变化规律的研究
林分速生期;同一立地条件下, 16 a 以前, 密度越大
则林分生物量越大, 且密度相差越大,生物量相差越
大,由密度所形成的不同林分生物量间的差距随林
龄有减弱的趋势, 密度差值愈大, 减弱趋势愈明显;
相对单株而言, 密度对林分生物量的影响强度要弱;
立地指数低时, 欲收获更大的生物量,初植密度就要
尽量大。
若培育纸浆材,以追求单位时间内生产的生物
量最大为目标, 根据刘景芳等[ 11] 的研究结果, 杉木
人工林数量成熟龄为16~ 23 a ,且立地指数越大,数
量成熟龄提前, 初植密度越大, 数量成熟龄亦提前,
鉴于此,本文将研究培育杉木纸浆材的年龄范围定
为16 a 以前, 而 16 a 以后, 杉木人工林一般产区的
林分生长已明显减缓, 所以确立的这一年龄是合适
的。从总体上考虑本文的研究结果可以得出: 16 a
前,初植密度越高、立地指数越大, 林分生物量也越
大,则在立地指数较低时 (如 12 指数级) , 宜选择
6 667 ~ 10 000株#hm- 2的高栽植密度;又因立地指
数对生物量的影响受到林分高密度的制约, 且密度
对单株的影响较其对林分的影响更为强烈, 故在立
地指数高时,为充分发挥地力,也不宜选择太高的栽
植密度, 如文中所述, 当密度在 3 333 ~ 6 667 株#
hm- 2的范围内时,立地影响尚明显, 所以高立地指数
时,该范围应为所选, 在此中等偏高的栽植密度下,
既可达到高密度 (如 10 000)林分相差不多的生物
量,又能保证林分单株生长不会太小,从而提高林分
的商品用材价值, 使林分有利于综合性的应用。当
然,培育纸浆材, 除需考虑立地、密度及年龄对生物
量的影响外,林分因子对杉木纤维素的含量及其形
质的影响亦是考虑的因素,因此,欲制定出杉木纸浆
材的有效培育措施,本文也仅是一个初步探索, 尚需
进一步的深入研究。
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