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The Effects of Undergrowth on Productivity of Chinese Fir Plantation

林下植被对杉木林地力影响的研究*



全 文 :第 4 卷 第 3 期
1 9 9 1 年 6 )J
林 业 科 学研 究 V o l。
Ju n
4
,
N o
FO R E ST R ESEA R C H
。 ,
1 9 9 1
林下植被对杉木林地力影响的研究 *
姚茂和 盛炜彤
(中国林亚科 学研 究院林业研究所 )
熊 有 强
(中国林业科学研 究院亚热带林业实验中心 )
摘共 本文研究了林下植被对杉木林地力的影响 , 结果表明在正常的经营水平下 , 林下植被
生长迅速 。 0 . 7 的林分郁闭度 , 透~ s 年后生物盆积累达 砚~ s t/ 五a , 营养元素达 5 0 ~ 10 0 k g /五a 。
丰富的林下植被能促进养分的有效化 , 并且在一定程度上能起到改善土澳肥力的作用 , 因此对防
止杉木林地力衰退具有一定的意义 。
关. 词 杉木 , 林下植被 , 生物量
杉木是我国南方一个重要的速生树种 , 近年来的一些研究表明 , 杉木人工林存在着严重
的地力衰退问题 , 对此林业工作者曾先后提出了许多建议和措施 [‘一吕 ] , 但至今仍然缺乏行之
有效的办法 , 因此有必要探索新的维护和提高杉木林地力的措施 。
有关林下植被的研究可以追溯到上个世纪 末 [’’引 , 主要是研究林下植被对立地的指示作
用 。 杉木林下植被的研究始见于50 年代工’J , 80 年代才开始重视林下植被在林分养分循环以及
稳定林分生产力方面的作 用[, ’] 。 本文通过研究杉木林下植被对养分循环和土 壤 肥 力 的影
响 , 试图论证利用林下植被来维护和提高林地地力的可行性 。
1 研究地自然条件及研究方法
1

1 自然派况
研究地点位于江西省分宜县中国林科院亚热带林业实验中心山下林场 , 地处27 0 30 ‘ N ,
1 1 4
0
3 0

E
, 年均气温 1 7 . 9 ℃ , 降水量 1 4 0 0 m m 。 试验地属丘陵山区 , 土壤为山地黄坡 , 成
土母岩多为页岩和沙质页岩。
1
.
2 试脸地林下植被概况
杉木林下植被种类丰富 , 约 140 种80 属45 科 , 以蔗类为主 。从聚类分析结果来看 , 植被大
致可分为五种类型 。
1
.
2一 恢芒其类型 铁芒其 D ier a n o p te , 15 dfc ho t o m a (T hu n b . ) B e r n h . 在该类型中 占绝
对优势 , 此外还有乌蔽 S to n o lo 二 a c hu : a 。。二 (L . ) C hin g 、 铁线蔽 A dia o t u o s p p . , 灌木有桂
本文于 1 9 9 0年 9 月2 4 日收到 。
* 本项研究系国家自然科学墓金资助项 目。 屠星南 、 薛秀康 , 俞 云林参加了部分工作 , 聂 道平提供了衫木养分 含 t 的
资料 , 在此一并致翻 !
3 期 姚茂和等 : 林下植被对衫木林地力影响的研究 2 47
木 L o , o p e ta lu。 。hin e n s。 (R . B r )o liv e r 、映山红R hodo de n d r o n 二a r玄e s sii H e m s l. e t W ils .
等 , 主要分布于立地条件差 、 地位指数小于 14 的林分下。
1

2

2 构眷类型 以狗脊为主 , 尚有渐尖 毛 蔽伪 clo s o , : 5 a c u , in a tu : (H o u tt 。 ) N a ka i、
凸轴蔽万 eta t几。l夕p ter is la x a (F ra n e h . e t Sa v . ) Ch in g 等 , 灌木有红淡 Ad i”a :击 a 二111。-
ttii (H o o k
.
e t A r n
.
) B e n th
. , 拎术 E : r擎a s p p . , 山僵 L f”d er a re flexa H e m sl. , 鼠刺
It ea ch in ”对: H 。。k 。 et A r n . 等 , 主要分布在立地条件较好 、 地位指数在 14 ~ 16 的林 分
下 。
1
.
2
.
3 旋类类型 由多种蔗类和种子植物组成 , 常见的有中华短 肠 蔽 Al lan to dia 动f肚ns is
(B a k
.
) Ch in g
、 狗脊 平的d 留a r d fa j卯 o n fc a (L . f . ) Sm . 、 牛 膝 A c h梦r a 左rho s bid e n ta ra
B I
. 等 , 主要分布于立地条件好 、 地位指数大于18 的林地上 。
1
.
2
.
4 灌木一狗脊类型 植被除有发达的草本层 (以狗脊为主)以外 , 灌木层(以红淡 、 连蕊
茶 c a , 刁Ii a 介at el na H a n ce 、 山僵等为主)也高度发育 , 主要分布于郁闭度小、 林 龄较大 、
地位指数在14 一16 的林分下 。
1. 3 研究方法
本研究共调查了53 块样地。 每块样地首先按常规进行测树因子调查 , 然后以梅花形设置
5 个 I ln 义 l m 的小样方 , 详细记录每个样方内的植物种类 、 株 (丛 )数 、 盖度 、 高度等 , 最后
分灌木和草本两类以收获法测定生物量和死地被量 。 选择具有代表性的样方 , 用土柱法测定
林下植被根系的生物量 , 并分别取样做元素含量分析 。 每个样地至少挖一个正规土壤剖面和
四个辅助剖面进行土壤调查 , 并以机械布点法(共 6 个)采 集 。~ 15 c m 、 15 ~ 30 c m 土层的
样品。
2 结果与分析
2
.
1 营养元素在林下植披中的积累和分配
2
.
1
.
1 营养元素在各林下植被类型中的积 累和分配 各林下植被类型的生物量及营养 元 素
的积累和分配存在着差异 。 在林龄为20 ~ 23 年 , 间伐后 6 ~ 8年 , 郁闭度为0 . 50 ~ 0 . 65 的林分
条件下 , 铁芒其类型平均每公顷生物量为 4 . 49 t , 狗脊类型 5 . 2 t , .灌 木一 铁 芒其 类 型
5
.
7 3 t
, 灌木一狗脊类型 8 。27 t ; 营养元 素的积 累分别为78 。 9 k g 、 1 2 9 。4 比、 1 04 。 1 k g 、
16 5

4 k g (表 1 )。 类型间存在着的差异一方面反映出立地和杉木层对林下植被的影响 , 另一
方面也反映出各植被类型参与养分循环的不同能力。 其中灌木一狗脊类型生物量最大 , 元素
含量积累最多 , 因而对地力的影响也最大 。
表 1 曹养元家在各林下植被类型中的积泉和分配 (单位 : kg / 五a)
植 被 类 型 生 物 量 N Ca M g 合 计
12

7
3 0
.
8
1 3 4
2 马。 2
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.
4
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灌 木一狗 脊
4 4 9 0
5 22 0
5 7 3 0
8 2 7 0
2
.
1
.
2 营养元素在林下植被 中的垂直分布 各林下植被类型根系 (包括根状茎 ) 生物量所占
的比重略有不同 , 狗脊类型根系生物量 占总生物量的46 % ~ 5 % ; 铁芒箕类型 占53 % ~ 65 % ;
林 业 科 学 研 究 4 卷
蔽类类型 占 37 %~ 57 % 。 图 1 是用三
个较有代表性的样方资料绘制而成 , 可
以看出 , 主要营养元素在根系中的积累
占总积累量的43 % ~ 5 1 % 。 由此可见根
系在林下植被的养分循环中占极其重要
的地位。 从图 1 还可看出 , 林下植被主
要分布在距地 表 1 0 0 c m 至地 下 1 0 c m
的空间内 , 因而在地表形成了一个生物
4 8 ·⋯别 ,‘ 2多 4 , ·{月碑沪 一’ “ % }盯l 。 ‘ 曰口; i , ‘ , : % 曰
量和营养元素的富集层 , 该层对林地生产力必将产生深远的影响。
2
.
1
.
3 营养元素在林下植被中积 累的速度 杉木幼林郁闭后林下基本没有植物生 长 , 间 伐
后由于林分通透性的改善 , 林下植被开始生长。 用空间代时间的方法 , 可研究出林下植被在
某一林分下的变化过程 。 以狗脊类型为例 , 在0 。 7的郁闭度下 , 2一3年后每公顷生物量 可 达
I t 左右 , 营养元素积累 3 6 k g ; 4~ 5年后生物量达4 ~ s t , 营养元素1 1 6 k g (表 2 )。 从中可
以看出 , 在0 . 7的郁闭度 (为杉木正常的间伐强度)下林下植被迅速累积 , 从而为利用林 下 植
被来维护林地地力创造了条件。 例如 , 如果每隔4 ~ 5年砍割一次 , 就等于获得 4 ~ 5 t/ h a 的绿
肥 , 相当于使 20 7 k g 硫酸按 、 82 k g 过磷酸钙 、 83 k g 硫酸钾中的养分得以归还 。
衰 2 约, 类组生物扭和 , 养元索的积. (单位 : k g / h a )
间伐时 间( a ) 生物 t 范田 平均生物 t N P C a M g 合 计
0
1 ~ 3
4 ~ 5
> 6
0 ~ 7 5 0
3 90 ~ 2 5 8 0
3 5 60 ~ 5 8 4 0
4 0 00 ~ 9 0 0 0
3 7 5
1 4 8 5
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.
2 9
16 0
.
8 2
2
.
2 曹养元素在林下位被和杉木层中积爪和分配的比较
2
.
2
.
1 营养元紊含童的比较 从表 3 可知 , 林下植被营养元素的含量均高于杉木 , 灌 木层
是杉木层的1 . 45 倍 , 草本层是杉木层的2 。2 倍 , 呈现出草本层 > 灌木层> 杉木层 的 明显 规
律 。
2
.
2
.
2 衫木和林下技被一年积 累的营养元素量的比较 以林龄23 年、 密度 1 4 4 0 株/ h a 、 郁
闭度。. 6 、 平均胸径 18 . 2 c m 、 平均树高 15 . 7 m 杉木林和林下植被营养元素积累与分配比较
作为基础 (表 4 )可知 , 杉木层中营养元素的积累要远远高于林下植被 , 但若以生长期平均每
年营养元素的积累来看 , 林下植被中营养元素的积累却高于杉木层 , 其中N 高出23 % 。 尽管
杉木和林下植被一年积累的营养元素的计算方法值得进一步商榷囚 , 但至少可以看出林下植
被对杉木林养分循环具有很大的影响。 林下植被的数量与质量对下茬杉木林地力的恢复将起
十分重要的作用 。
2
.
3 林下植被曹养元众的归还
林下植被通过雨水淋溶 、 枝叶凋落等来归还其吸收的养分。对复杂短小的林下植被来说 ,
研究其营养元素的归还难度较大 。现以林下植被年生长量(约1 . s t/ h a) 和年积累量 (1 . o t/ ha)
3 期 姚茂和等 : 林下植被对杉木林地力影响的研究 2 49
衰 3 林下橄故和衫木层曹养元索含皿的比较 (单位 : ;‘)
平 均
1
.
1 3 4 9
0

1飞3 毛
0
.
5 6 3 3
0
.
3 6 0 2
0
.
2 5 7 5
0
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,
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0 0 3 5 4
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.
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0
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0 35 8
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4 44 1
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.
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1
.
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杉木层
1
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0

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1 1 8
0
.
2 1 7
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.
6 2 4
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.
2 4 7
1
.
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.
1 8 2
叶枝根
注木层
0
.
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0
.
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0

1 3 7
1

1 4 7
0
.
9 8 7
1

0 6 7
0
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42 0
0
.
2 8 1
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.
3 4 4
3095
,山人U.拓匕.合O,Jgn口
.⋯nUŽ比甘J.二山月几叶很
平 均 1 。 3 07
草本层
表 4 生物l 及曹养元众积滚t (单 位 : k g /h a )
层 给 生 物 量 主 要 营 养 元 素 积 累 和 分 配
次 构 总 量 年均
N P K C a M g 合 计
总量 年均 总量 年 均 总量 年均 总量 年均 总量 年均 总量 年均
内丹介舀
⋯JI一了介」12曰1
.
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杉木层
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.
2 1 5 5
.
9
36
.
9
4 1
.
1
7 8
.
0
注 : 平均每年积累的营养元素量是 用总积累量除 以生长期来计算 的 , 其 中衫木叶以 5 年计 , 枝以1 ~ 12 年计了 其他按
23 年计 , 灌木叶按 2 年计 , 其他按 8 年计 , 草本均按 2 年计 。
的差额推算出林下植被每年凋落量约为 1 0 0 0 k g / h a , 折合归还营养元素67 k g / h a 。 更为重要
的是 , 由于林下植被凋落物的存在 , 加速了杉木凋落物的分解 。 表 5 是凋落物分解三个月的
试验结果 , 从表 5 看出 , 如果在杉木凋落物中加入 30 %的林下植被凋落物 , 分解速度提高了
一倍 。 因此林下植被的存在不仅增加了营养元素归还的数量 , 而且也增加了元 素归 还 的速
度 。
2 5 0 林 业 科 学 研 究 4 卷
衰 5 祠 落 物 分 娜 试 脸
项 目
初始样品重
(g )
分解样品重
(g )
失 重 分解述率 平均过 ,仁
( g ) (% ) (% )

:
确上n,人
纯杉木 漪落物
3 9
.
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.
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.
12
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.
70
3 8
.
5 6
林下植被混合样品
3 2
.
1 0
3 1

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3 3

6 9
1 8
.
2 8
2 0
.
3 6
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.
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8 2
11
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3
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.
1
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杉木 + 3 0% 很合样品
3 1
.
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.
6 9
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杉木 十 50 % 混合样品
3 1
.
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.
6 5
3 0
.
4 9
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.
4 林下桩被对土幼肥力的形晌
2
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4
.
1 林下植被付土攘有机质的影响 为了尽可能减少土壤本身养分变化 , 现分析了植物株
(丛 ) 内与其附近植丛间空地 O~ 5 c m 土层内土壤中有机质含量 , 在所分析的 10 对样品中有 7
对样品的有机质含量为丛内高于丛间 , 丛内样品的平均土壤有机质含量要比丛间高出1 0 . 9 % 。
表 6 是具有代表性的一对样品, 从中也可看出林下植被对土壤有机质的影响。
衰 6 桩丛间和位丛内土城并分含l

有机质 全 N 全 P 全K 水娜N
( % ) (% ) ( % ) (% ) ( p p m )
4
.
9 56 0
.
2 8 0 0
.
0 8 5 1
.
5 8 9 2 0 9
.
9
3
. 名38 0 . 1 4 1 0 . 0 6 4 1 . 8 3 3 17 1 . 9
3
.
5 39 0
.
1 3 6 0
.
0 8 0 1
.
3 7 5 16 9
.
1
2
.
69 2 0
.
1 3 8 0
.
0 6 0 1
.
8 9 0 14 7
.
0
速效 P
( p p m )
速效K
印p m )
代换C a
(m m o l/
10 0 9 土 )
.肠内JQ臼二自O印‘氏3.月人6Zn仙6.⋯.立月1,八U0 ~ 5 C m 丛 内丛 间丛内
丛 间
3
.
0 6 1
1
.
52了
1 4 2
.
8
1 1 8
.
2
0
.
3 5 7
1
.
5 2 8
6 ~ 1 5 e m
0

89 1
1
.
40 0
1 1 4
.
1
7 7
.
3 9
0

5 0 9
1 9 3 5
2
.
4
.
2 林下植被对土壤营养元素含童的影响 丰富的林下植物 , 不仅在一定程度上改变 了
土壤各层次中营养元素含量 , 而且也促进了土壤养分的有效化。 表 6 中。~ 5 c m 土层中土壤
营养元素的含量均高于 6 ~ 15 c m , 但丛 内高出的幅度要比丛间大 , 可见由于林 下植被的作
用 , 使营养元素从土壤下层 向地表集积 , 从而为元素的再次利用创造了条件 。
3 期 姚茂和等 : 林下植被对杉木林地力影响的研究
样地间 0 ~ 15 c m 土层中营养元素含量的变化较大 , 但统计结果表明 , 当林下植被生物
量大于 5 t/ h a 时就能用常规方法检测出林下植被对土壤养分影响的能力。 从表 7 可看出 , 林
下植被生物量大于 5 t/ h a 的样地上 , o 一 15 c m 土层中营养元素含量有增加的趋势 , 速效养
分的增加尤为明显 , 其中水解 N 、 速效 P 、 速效K 比生物量小 于 5 t/ ha 的 样 地分 别 高 出
1 9

6 %

63
.
9 %

17
.
7 %
。 可见林下植被有利于林地养分的改善 , 但只有林下 植被相当丰
富时 , 这种影响才较为明显 。
表 7 不同林下植被生物且林分 O ~ 1 5 o m 土层营养元素的含皿
林下植被
生 物 量
有机质 全N 全 P
(% ) (%) (% )
3
.
9 3 5 0
.
1 5 0 0
.
0 8 0
4
.
2 5 1 0
.
1 8 1 0 1 1 0
3
.
8 7 1 0
.
1 5 8 0
.
0 3 8
3
.
8 1 9 0
.
1 4 6 0
.
0 3 3
2
.
7 7 9 0
.
1 1 9 0
.
0 3魂
全K
(% )
速 效P
(p p m )
速效 K
(PPm )
C a
(m m o l/
1 00 9 土 )
M g
(m m o l/
10 0 9 上 )
‘峨O曰一了U月场一勺2657.⋯资Q甘1儿,曰Ž0Ž匕8拓b941 . 6 7 51 . 62 2) s t / 如a
水解N
(PPm )
1 5 7

9
1 9 0

2
1 9 7

9
1 7 3

3
1 40 8
1
.
7 8 1
3
.
5 7 5
1
.
6 3 5
2

2 7 2
0

9 4 6
1
.
5 2 6
1
.
2 7 7
0
.
5 1 1
0
.
7 6 6
0
.
5 1 2
1
.
5 2 6
6

1 2 9
0
.
2 5 6
0
.
7 6 6
0
.
5 1 2
3
.
7 3 3 0
.
1 51 0
.
0 5 9 1

6 3 6 1 72

0 2

0 4 2 7 7 1 6 0
.
9 1 8 1
.
8 4 0
甲口八叨ŽqOŽU.匕1几QŽ1‘亡口‘住th才UO
.⋯比J,占,’‘上2乙口nl了01阮」Ž勺6‘IQ臼月b.⋯, .一‘怪,O内Ut才SJ块拓匕6厅‘< s t /h a 3
.
2 3 8
2
.
07 7
4
.
4 38
3
.
3 01
4

2 7 0
0
.
1 73
0
.
1 05
0
.
1 后8
0
.
1 2 4
0
.
1 5 3
0
.
0 6 4
0

0 7 3
0
.
0 5 8
0
.
0 3 2
0
.
0 8 4
1
.
6 2 4
2
.
4 4 1
1
.
3 9 2
1
.
6 1 3
1
.
8 8 0
1 3 8
.
2
9 2

2
1 8 2
.
4
1 4 1
.
6
1 6 4

4
1

0 19
1
.
2 67
1

2 73
1
.
3 97
1

2 77
1

2 7 4
1
.
0 1 4
1
.
5 2 8
3
.
9 0 0
3

2 9 9
平 均 3 . 连6 5 0 . 1连5 0 . 0 6 2 1 . 7 9 0 1连3 . 8 1 . 2屯7 6 5 . 5 8 2 . 0 0 3 2 . 4 5 6
林下植被对土壤的影响是多方面的 , 综合的 , 除了上述对土壤有机质和营养元素的影响
外 , 还有拦截和过滤地表通流的作用 , 有利于水土保持 。 由于有机质的增加和根系在地表层
的富集 , 对土壤其他理化性质也有一定的改良作用。
3 讨论与建议
( l) 林下植被对杉木人工林地力具有多种积极的影响。 通过参与林分的养分循环 , 增加
了主要土层中营养元素及有机质的含量 , 促进了林地养分的有效化 。 因此林下植被的存在有
助于杉木林地力的恢复和维护 。
(2 ) 林下植被对地力影响的能力与林下植被生物量的大小及其类型有关 。 生物量愈多 ,
林下植被对地力的影响愈大 , 当生物量大于 5 t/ h a 时 , 就能明显地检测出林下植被维护 和 提
高地力的能力 。
(3 ) 可以通过适当的营林措施 , 促进林下植被尽快生长 。在。。 7的林分郁闭度下 , 林下植被
生物量及营养元素积累迅速 , 4 ~ 5 年后 , 生物量可积累4~ 5 t/ h a , 营养元素80 ~ 10 k g /h a 。
因此 , 通过适当的间伐和人工整枝 , 可以尽快地恢复林下植被 。
(4 ) 由于林下植被恢复快 , 为利用植被创造了条件 。 如果每隔 4 ~ 5 年砍割一次 , 就相
当于施用了 4 ~ 5 t/ h a 的绿肥 ; 若杉木轮伐期为20 ~ 25 年 , 开始间伐年龄为 10 年 , 则共可获
得 10一1 5 t / h a 的绿肥 , 相当于归还硫酸按 83 0~ 1 0 0 0 k g , 过磷酸钙3 3 0 ~ 4 1 0 k g 中的营养
元素量 。
2 52 林 业 科 学 研 究 4 卷
参 考 文 献
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T he E fj
e e ts o f U
o d e r夕r o * th o n P r o d u c tiv‘t夕
o f C hin e s o F i
r P la n ta tio n
Y a o M a o h e S he n g W e ito n g
(T 人。 R e s e a r c h l 。 : t‘tu t。 o f F o r e str y C A F )
X io n g Y o u q ia n g
(T he E x p e r‘, e , ta l C e 。一r e o f T r o p ic al F o r e : tr , C A F )
A b str a e t A P o s s ib ility s tu d y w a s e o n d u e te d fo r e o n tr o llin g the d e g ra d
-
a tio n o f P ro d u e t iv ity o f Ch in e s e F ir p la n ta t io n s b y t h e h e lP o f its u n d e r
-
9 r o w th
.
T h e re s u lts w e r e a s fo llo w s
:
1
.
T h e u n d e r g ro w th d e v e lo Ps q u ie k ly in C h in e s e Fir s ta n d s o f e lo su r e
0
.
7
.
It s b io m a s s a n d n u t r ie n t c a n a e e u m u la te 4 ~ s t / h a a n d 5 0一 1 0 0 k g / h a
re sPe e t iv e ly in 4 ~ 5 y e a r s a n d a PPro x im a te ly 1 0 ~ 1 5 t/ h a o f o r g a n ie m a t te r
e a n b e o b t a in e d d u r in g a ro ta t io n by sla s h c u t t in g te n d in g

2

T h e c o n te n t o f n u tr ie n t in u n d e rg r o w th 15 h ig he r th a n th a t in tr e e s
.
T h e u n d e r g ro w th c o n tr ibu te s m o re to n u t r ie n t e ye lin g in t h e n e a r

m a tu re
a n d m a tu r e st a n d s

3
.
T h e u n d e rg r o w th 15 fa v o r a b le fo r t h e in e r e a s e o f th e 5 0 11 o rg a n ie
m a t te r a n d 5 0 11 n u tr ie n t e o n te n t
, e sPe e ia lly a v a ila b le n u tr ie n t e o n te n t
.
T h e re s u lt s s h o w e d t ha t it 15 Po ss ib le to e o n tr o l the d e g ra d a t io n o f
Ch in e s e F ir p la n ta t io n 3 b y th e h e lP o f u n d e rg r o w th a n d e e o lo g ie a l m a n a g
-
e m e n t a n d se lf

fe r t iliz a t io n o f fo r e s t
.
K e y w o r血 Ch in e s e Fir ; u n d e r g ro w th ; b io m a ss