全 文 ：第 4 卷 第 5 期
1 9 9 1 年1 0月
林 业 科 学研 究
FO R E S T R E S EA R CH
V o l
.
O e t
.
1 9 9 1
按 树 薪 炭 林 混 交 试 验
1
. 林分生物量和能量分配的研究 辛
黄世能 郑海水 何克军
(中国林业科学研究院热带林业研究所 )
关扭词 生物量 , 能量 ; 热值
薪炭林经营与其他林种经营的区别在于寻求能量的最大产出, 林分总能量的输出取决于
组成树木的热值及其生物量 。 通过生物量和能量的研究 , 可以了解薪炭林分生物量和能量的
积累动态 , 为林分的物质循环和能量流动以及林分的开发和利用提供基础资料。
中国按树人工林面积近 40 万 h a , 遍 布南方16 个省(区)的60 0多个县‘) , 在华南地 区的林
业生产和人 民群众的 日常生活中占着非常重要的地位。 但按树纯林多代连续经营 (尤其 以短
轮伐期连续经营 )引起地力衰退 , 导致林分生产力下降以及其他不良的生态后果已为 长 期的
生产实践和科学研究所证实 [’一‘J。 为此 , 我们 自1 9 8 2年始在海南岛琼 海 、 三 亚 、 屯 昌 等县
(市)进行了按树与一些速生固氮树种的混交试验。 本文为该试验的一部分 , 主要研究按树纯
林与混交林的生物量和能量的分配 , 比较纯林与混交林的光能利用率 , 从而对按树与其他树
种混交的合理性作进一步的论证 。
1 材料与方法
1
。
1 试验地概况和试验材料
本文仅研究位于琼海县上桶乡的混交林 , 试验地自然概况 、 参试树种 、 试验林设置 、 树
种和林分代号及其含义等 , 前已有介绍工‘] 。
1
.
2 研究方法
1
.
2
.
1 生物量测定 根据各小区 3 年生林木生长调查材料求得林木按径级分布 序 列 , 按径
级选取标准木 , 伐倒后实测干材(带皮)、 枝、 叶及根系的鲜重。 为求得样木绝干重 , 干材部
分按 l m 区分段锯取圆盘 , 枝 、 叶样品从整个树冠不同部位取混合样; 根系样品则按大 、 小
根比例及层次 (深度 )取样 , 然后将样品置于 1 05 ℃ 烘箱中烘干至恒重。 林分枯落物 测定采用
样方法 , 每小区内随机设置 6 块1 . 5 m Z(1 . 0 m x l . s m , 林内 4 株树间的空地 ) 的样方 收集
枯落物 。 参试树种 3 年生时均未开花结实 , 故无相应的生物量测定。
1
.
2
.
2 热位测 定 干材(带皮 )样品从胸高直径处取得圆盘 , 枝 、 叶 、 根及枯落 物 样品从生
物量样品内分别抽取。 各样品粉碎后过筛 , 称取约1 9 于 85 ℃下烘干 , 先用万分之一分析天
本文于 19 9 0 年 攻月 4 日收到 。
* 本文系国家攻关项目 ‘薪炭林选种引种及栽培经营技水 ”研究 内容之一 , 同时得到加拿大国际发 展 研 究 中心的资
助 。 本所赖汉兴(现 已调离 )、 蔡满堂 同志参加部分工作 , 曹华英同志协助样品热值测定 , 在此一并致谢 。
l) 刘于鹤 , 1 9 8 8 , 序言 , 澳大利亚树种在中国 的栽培和利用国际研讨会论文集 , 6 ~ 7 。
5 4 6 林 业 科 学 研 究 4 卷
平准确称重 , 然后用国产 JR 一2 8 0。绝热式氧弹 热值仪 , 按文献〔5〕所述方法进行 含灰 分 热
值 [al 测定 , 各测定值间误差不得超过 2 % 。
2 结果与分析
2
.
1 不同林分及树种的生物 , 及其分叹
2
.
1
.
1 不同林 分 不 同 树 种 立 木 生物量及分配 不 同林分不同树种 3 年生立木的生 物量
调查结果 : 各器官的生物量在各林分中均以干材为最大 , 占立木总生物量的 5 2 。 5 % ~ 7 1 . 5 % ,
枝 、 叶和根分别占5 。 3 % ~ 19 . 2 % 、 4 . 9 纬~ 12 . 8 %和1 4 。 6 % ~ 2 0 . 2 % (表 1 )。 不 论 纯林
还是混交林 , 雷林 1 号按 (A )和窿缘核( B )的根系生物盈均大于枝条生物量 , 而枝条和叶子
的生物量大小排序 , 不 同林分差异较大。 在 1 : l混交林和纯林中 , 一般是叶子生物 量 > 枝条
生物量 , 在 2 : 1混交林中则相反 。 与两种按树不同 , 大叶相思 (C )和黑荆( D )由 于树干分枝
多 , 枝条生物量一般都高于根系生物量。 唯一特殊的是大叶相思和窿缘按混交时枝条生物量
< 根系生物量 , 可能是窿缘按生长较差 , 且枝条着生部位较低 , 影响大叶相思枝条的伸展所
致。
衰 1 不同林分不同树种立木生物且(绝千盆 )及分砚比
林 分 材 总生物 t
(混 交比) 种 (k g / ha )
32 0 6 4
.
0
6 0 5 3 4
.
2
2 9 C0 3
.
4
4 6 1 4 4
.
6
24 8 0 1
.
9
4 8 4 8 5
.
0
2 9 9 6 5
.
6
3 2 4 5 8
.
3
3 5 1 2 1
.
1
5 9 9 7
.
4
4 8 96 8
.
3
2 4 6 7
.
3
3 5 8 1 6
.
3
2 5 5 5
.
4
6 1 03 3
.
8
6 2 2 3 3
.
4
干
(k g / h a ) (% )
枝
(k g / h a ) (沁)
叶
(k g / h
a ) (% )
根
(k g / h a ) (% )
,一丹甘OU11
.⋯b工jl匕,J一111口才n
.八 x C
( 1
一
1 )
Z A X C
( 2
,
1 )
B x C
( 1
t l )
2 B x C
( 2
.
1 )
A x D
( 1
,
1 )
2八 x D
( 2
一
1 )
B x D
( 1
,
1 )
A
B
2 2 6 7 1
.
3
3 8 1 4 4
.
8
1 6 9 9
.
5
1 0 2 5 3
.
4
5
.
3
1 6
.
9
2 5忆9 . 7
3 0 7 9
.
0
7
。
8
5
.
1
5 1 8 3
.
5
9
.
0 5 7
.
0
.玉1 9 9 10
.
1
2 7 2 4 2
.
1
2 6 0 7
.
0
9 1 0 0
.
2
9
.
0
1 9
.
7
1 9 3 5
。
6
3 4 4 0
.
7
6 7
7
.
5
4 6 1 0
.
7
6 33 1
.
6
比Jn
1 7 0 5 3
.
9
3 1 0 3 1
.
4
1 3 1 0
.
6
5 6 3 3
.
1
1
:
‘
:
1 4 3 6
.
7
3 7 9 6
.
2
5
.
8
7
.
8
5 0 00
.
7
8 0 2 4
.
3 ::
‘
;
1 9 9 9 6
.
9
2 0 5 05
.
0
2 4 9 2
.
6
3 6 9 0
.
2
1
{:
1 7 15
.
7
3 3 0 8
.
5
5
。
7
1 0
.
2
5 76 0
.
4
4 9 54
.
6
1 9
.
3
1 5
.
3
目‘内‘
1752 3 9 5 8
.
8
3 1 5 1
.
5
2 6 3 2
.
6
1 1 5 1
.
9
7
.
5
1 9
。
2
2 5 1 1
.
7
7 83
.
6
7.2
1 3
.
1
6 0 18
.
0
9 1 0
.
4
月山咬口
3 5 02 4
.
8
1 6 0 5
.
7
4 0 7 4
.
3
3 7 7
,
O
1
: :
2 4 04
.
1
12 3
.
4
4
.
9
5
.
0
7 4 6 5
.
1
36 1
.
2 ::
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月‘勺曰
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6
口‘.11匕吕比一才」肠七自卜石b确匕哎曰甲.6翻5
2 4 5 99
.
0
1 3 59
.
6
2 0 3 6
.
6 5
.
7
4 6 5
.
6 1 8
,
2
3 39 0
.
3
3公6 . 7
9
.
4
1 2
.
8
5 79 0
.
4
4 03
.
5 :: ;
4 0 1 6 7
.
2 6 5
.
8 5 1 6 1
.
7 8
.
4 5 2 0 2
.
6 8
.
5 1 0 5 02
.
3 1 7
.
2
4 3 04 1
.
5 6 9
.
2 4 2 5 7
.
9 6
.
8 4 4 09
.
1 7
.
1 1 0 5 2 4
.
9 1 6
.
9
ACBD八
2
.
1
.
2 不 同林分累计生物量及分配 3 年生林分累计生物 盆以 A x C 为 最 高 , 达 9 6 6 8 7 。 1
k g / h a
, 且作薪材用的干 、 枝生物量也是最高的 , 分 gIj 为 6 0 5 16 。一k g / ha 和 1 1 9 5 2 . 9 k g / h a ,
此后排列顺序依次是 ZA x C > B x C > ZB x C > A > B 。 A x D 、 ZA x D 和 B x D 林分由于黑
荆不适宜于当地生长 , 保存率低 (仅 46 . 1 % ) , 因而这 3 个类型林分的生物最比按树纯 林还
小 (表 2 ) 。 从总的趋势看 , 生物量按不同树木器官所占比例排列在按树纯林中为干材> 根系
5 期 黄世能等 : 按树薪炭林混交试验 1 . 林分生物量和能量分配的研究 5 4 7
表 2 不同林分瓜计生物t (绝干重 )及分配比
总生物盘
林分
(k g / h
a
)
千 枝
(k g / h
a
) (% ) (k g / h
a
) (% )
叶
(k g / h
a
) (% )
根
(k g / h a ) (% )
枯 落 物
(k g / h
a
) (% )
76486
nJ姚U2.⋯恤‘,J肠DLJt勺曰月.内七b弓上1.1,二.1A11通67A x CZA x CB x C
Z B x C
A X D
ZA x D
B x D
A
B
9 6 6 87
。
1
8 0 2 0 0
.
2
79 4 6 4
.
7
6 7 8 9 0
.
6
4 4 4 9 6
.
3
54 8 5 7
。
8
4 1 2 3 8
。
4
6 4 5 8 9
。
4
6 5 1 0 0
.
1
6 0 8 1 6
.
1
4 7 15 2
.
2
4 8 08 5
.
3
4 0 50 1
.
9
2 7 11 0
.
3
3 6 6 3 0
.
5
2 5 9 5 8
.
6
4 0 1 6 7
.
2
4 3 0 4 1
.
5
1 1 9 52
.
9
1 1 7 0 7
.
2
6 9 4 3
.
7
6 1 82
.
8
3 7 84
.
5
4 4 51
.
3
2 5 02
.
2
5 1 61
.
7
4 2 57
.
9
:;
5
.
8 4
.
2
6
.
7 6
。
3
6
.
7 7
。
8
马. 1 7 . 4 吕. 0
8
.
5 7 4 7
。
6
8
.
1 4
.
6 6
。
2
6
.
1 9
。
0 6
.
9
8
.
0 8
.
1 5
.
5
6
.
5
5 5 88
.
7
5 3 7 6 3
5 2 3 2
.
9
5 0 2 4
.
2
3 2 9 5
.
3
2 5 2 7
.
5
3 7 1 7
.
0
5 2 0 2
.
6
魂4 0 9 . 1 6 。 8
1 4 2 4 0
。
5
1 0 9奋2 ‘3
1 3 0 2 5
.
0
1 0 7 1 5
.
0
6 9 2 8
.
4
7 82 6
.
3
6 1 9 3
.
9
1 0 5 0 2
.
3
1 0 52 4
.
9
4 0 88
.
9
5 02 2
。
2
6 1 77
。
8
5 46 6
.
7
3 37 7
.
8
3 4 2 2
。
2
2 86 6
.
7
3 5 5 5
.
6
2 86 6
。
7 4
.
4
O艺护舀.了qU几白,人⋯,.,一UO“.0八曰U几七,d,妇月月h尸舀.口匀品卜Uh‘比b品
> 叶子> 枝条 , 在混交林中则是干材> 根系 > 枝条> 叶子 。 枯落物由于成份复杂 , 且其生物
量是 3 年的累计值 , 故无明显的变化规律 。 枯落物量最大的是 B x C 和 ZB x C , 其 次是 ZA
x C 和 A x C , 枯落物量最小的是 B x D 和 B 。
2
.
2 树木各器官及林分枯落物的热值
树木主要由树干 、 枝条、 叶子和根等器官组成。 由于其功能不同 , 细胞构造及其成份尤
其分子中碳氢的比例也不同 , 所以热值也各有异 。 如表 3 所示 , 不论哪个树种 , 都是叶子的
热值最高 , 树干 、 枝条和根的热值近似 , 同一树种内此三者热值间相差不到3 % 。 由 于本研
究采用的是含灰分热值 , 且干材部分包含了树皮 , 故不同器官的热值大小排列不很一致 , 但
总的趋势是叶 > 枝> 干 > 根 。 这和许多人对其他树种的测定结果相似 [ 7 , “ ] 。 不同林分的枯落
物热值差异不大 , 两极值相差不足 6 % 。
裹 3 不同树木摇官及林分枯落物灰分热值 (单位 : J / g)
树 种
树 木 器 官 雷 林 1 号 按 窿 缘 按 大 叶 相 思 黑 荆
( A ) ( B ) ( C ) ( D )
1 9 9 8 4
.
8
1 9 5 0 8
.
9
2 3 2 9 6
.
8
1 9 7 74
.
2
19 9 6 8
。
3
2 0 0 7 6
。
3
2 1 9 8 5
。
8
19 4 2 6
.
3
2 0 2 3 9
.
8
2 0 3 2 9
.
0
2 2 8 8 5
.
8
2 0 5 7 0
.
4
1 9 8 3 3
.
7
1 9 8 8 9
.
2
2 4 4 1 9
.
7
1 9 4 9 4
.
9
千枝叶根
A x C
2 1 3 0 4
.
6
Z A X C
2 1 82 0
.
1
B X C
2 1 3 7 4
.
6
Z B X C
2 1 8 1 3
.
6
A 汉 D
2 1 5 3 7
.
6
Z A x D
2 0 9 2 1
,
6
B x D
2 1 8 1 5
。
0
A
2 2 0 8 4
.
1
B
2 1 6 4 9
.
8
2
.
3 不同林分的总能量及光能利用率
2
.
3
.
1 不同林分的总能量及其分配 林分的总能量实际上就是林分所固定太阳能的数量 。据
树木样品及林分枯落物的热值(表 3 )和对应的生物量资料(表 1 、 2 ) , 计算出林分的总能量
列于表 4 。 在 9 种类型林分中, A x C 总能量最大 , 其 次 分 别是 ZA x C 、 B x C 、 A 、 B 和
ZA x D
,
A x D 和 B x D 的总能量最少 , 其中 ZA x D 、 B x D 和 A x D 混交林的总能量比按
树纯林还低 , 原因如前所述。 从能量的分配看, 干材的总能量最高 , 占57 % ~ 6 6 % , 其 次
是根系 , 占13 % ~ 16 % , 枝条、 叶子和枯落物较小 , 均低于10 % 。 应该指出的是 , 枯 落物
5 4 8 林 业 科 学 研 究 4 卷
的总能量虽小 , 但不容忽视 , 因为一般情况下 (指未被人为等所干扰时) , 这部分能量在林分
内物质循环中起重要作用 , 伴随着有机物的分解 、 矿化和转移 , 成为人工林生态系统内凋落
物分解者—微生物活动的主要能量来源 , 从而加速系统内物质 和能量的循环与利用。
衰 礴 不同林分的总能 , 及其分配
总含能址 干 枝 叶 根 枯 落 物
林分
(1 0 : 0 Jzh
a
) (1 0
‘’ J / h
a ) (% ) (10 ” J/ h a ) (%) (1 0 ’。J / h a ) (% ) (10 ‘。 J/ h a ) (% ) (1 0 ‘。 J/ ha ) (% )
A x C 1 97
.
1 57 6 1 2 2
.
5 1 2 5 6 2
.
2 2 ‘. 1 59 7 1 2 . 3 1 2 . 8 9 3 3 6 . 5 2 5 . 8 5 0 6 1 4 . 7 8 . 7 1 1 2 4 一
ZA x C 1 6 3
.
9 97 3 9 4
.
9 27 7 5 7
.
9 2 3
.
5 8 5 8 1 4
.
4 1 2
.
38 3 7 7
.
5 2 2
.
1 4 1 6 1 3
.
5 1 0
.
9 58 5 6
.
7
B x C I怪含. 2拔 1 9 6 . 86 1 2 5 9 . 7 1 4 . 0 8 2 7 8 . 7 1 1 . 名4 6 6 7 . 3 2 6 . 2 2 0 8 1 6 . 2 1 3 . 2 0 4 8 8 . 1
ZB x C 1 3 5
.
5 8 , 5 a i
.
4 32 5 5 5
. 吕 1 2 . 5 0 6 0 9 . 0 1 1 . 3心3 , 8 . 2 2 1 . 55 2 1 1 5 . ‘ 1 1 . 0 2 一5 5 . 6
A x D 9 0
.
2 7 5 5 5通. 1 3 1 0 5 0 . 0 7 . ‘2 5 9 5 . 2 7 . 7 6 5 0 5 . 6 1 3 . 6 7 通, 1 5 . 2 7 . 2 7 5 0 5 . 0
Z A x D 1 1 0
. ‘0 7 2 7 3 . 18 1 1 6 6 . 3 名. 6 9 5 4 7 . 9 5 . 0 0 2 1 5 . 3 1 5 . ‘6 5 8 1 4 . 0 7 . 1 5 9 8 6 . 5
B x D 吕3 . 5 7 2 2 sl . s1 G , 6 2 . 2 5 . 0 1 4 8 6 . 0 5 . 2 5 2 6 0 . , 1 2 . 0 3 5 2 1 弓. ‘ 6 . 2 5 5 7 7 . 5
A 1 31
.
0 8 3 5
‘
8 0
.
27 3 4
‘
6 1
.
2 1 0
.
0 7 0 0 7
.
7 1 2
.
1 2 0 4 9
.
3 2 0
.
7 6 7 5 1 5
.
8 丫. 8 5 2 2 6 . 0
B 1 3O
.
8 4 1 4 8 5
.
9 4 7 0 6 5
.
7 8
.
5 48 3 6
.
5 9
.
6 9 3 8 7
.
4
·
2 0
.
4 4 6 0 1 5
.
6 6
.
2 0 6 3 4
.
8
2
。
3
。
2 不同林分的光能利用率 据有关资料报道“》, 试验地区的太阳年辐射总量 为 5 1 9 6 9 0
J/ c m
之。 由于该地区属热带北缘 , 林木几乎常年生长 , 故用此数值去除各林分的年均 固定太
阳能量 (总能量 )便能求出林分 的光能利用率(表 5 )。 由表 5 看出 , 林分的光能利 用 率 仍 以
A x C 为最高 , 达 1 。 2 6 4 6 % , 比其余林分高2 。。 2 % ~ 1 36 . 5 % (分别以各林分的能量为 10 0 %
比较 ) , 说明雷林 1 号按与大叶相思采用 1: 1的行间混交模式较好 , 林分结构较合理 , 更 能有
效地利用光能 。 ZA x C 、 B x C 和 ZB x C 的光能利用率也较高 , 比雷林 1 号按纯林高5 . 7 %
~ 25
。
1 %
, 比窿缘按纯林高5 。 9 % ~ 25 . 4 % , 表明此三种混交模 式 也 具 潜力。 而 A x D 、
ZA x D 和 B x D 混交模式因黑荆不适于当地条件 , 生长表现差 , 没有发展前途。
衰 5 不同林分的光住利用率
林 分 A x C Z A x C B 火 C Z B x C A x D ZA x D B x D A
光能利用率(% )
为A 纯林的(% )
为 B 纯林的(% )
1
.
2 6 4 6
1 5 0
.
4
1 5 0
.
7
1
.
0 5 1 9
1 2 5
.
1
1 2 5
.
4
1
.
0 4 0 5 0
.
8 8 8 9
1 0 5 7
1 0 5
.
9
0
.
5 7 9 0 0
.
7 0 8 2 0
.
5 3 4 8
9 9
.
8
1 0 063.7
1 2 3
.
8
1 2 4
.
0
6 8
.
9
6 9
.
0
8 4
.
2
吕4 4
0
.
8 4 0 8
1 00
1 00
.
2
0
.
83 9 2
3 结语
(1) 培育薪炭林 目的在于获取薪材 , 其产量指标为生物量。在参试的 4 个树种中 , 干材生
物量所占比例无论在纯林还是混交林中均为最大 , 其余器官生物量分配则因林分不同而有所
差异。 按树在其纯林及 1 : 1混交林中为根系> 叶子> 枝条 , 在 2 : 1混交林中为根系 > 枝条 > 叶
子 , 大叶相思和黑荆则为枝条 > 根系 > 叶子。 可见 , 不仅不同的树种生物量分配有差异而且
不同的树种比例搭配对林木生物量分配也有一定影响 。
(2 ) 树木的热值因器官的不同而异 。 在参试的 4 个树种中 , 叶的热值最高 , 干 、 枝和根的
热值差别不大 , 其大小排列基本上呈叶> 枝> 干 > 根的趋势。
2) 海南行政区公粉农业 区划委员会等 , 19 8 1 , 海南岛农业 区划报告集 , 1 ~ 35 .
5 期 黄世能等 : 按树薪炭林混交试验 1 . 林分生物量和能量分配的研究 54 9
(3 ) 3 年生林分累计生物量及总含能量以 A x C 为最高 , 达96 68 7 。 1 k g / h a 和 1 . 9 7 1 6 x
1 0 ’Z J/ h a
, 分别比 ZA x C 、 B x C 、 ZB x C 、 A x D 、 ZA x D 、 B 又 D 、 A 、 B 高2 0 。 6 %和 2 0 。2 % 、
2 1
。
7 %和 2 1 . 5 % 、 4 2 。 4 %和 4 2 。3 % 、 1 1 7 。 3 %和 1 1 8 . 4 % 、 7 6 。3 %和7 8 . 6 写 、 1 3 4 。 5 %和
1 3 6
。
5 %
、
4 ,
.
7 %和4 9 。 6 % 、 4 5 。 5 % 和5 0 . 7 % , 其次是 ZA x C、 B x C 和 ZB x C , 它们的
生物量和总含能量均比按树纯林高 , 分配也较合理 , 不仅用作薪材的干 、 枝生物量和能量大 ,
而且留在系统内的生物量和能量也多 , 这对生态系统内能量流动与物质循环都是有利的。
(4 ) 林分结构不同 , 光能利用率也有较大差异 。 在 9 种类型 林分中 , A x C 、 ZA 火 C 、 B X
C 和 ZB x C 的光能利用率均比按树纯林高 , A x D 、 ZA x D 和 B x D 则因黑荆不适 于 当地
条件 , 生长表现差 , 保存率低 , 林分残缺不全 , 故光能利用率比柱树纯林还低 。 混交 比则以
1 : 1较乡1林分结构更紧凑而合理 , 光能利用率高 , 有效地提高林分生产力 。
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