全 文 ：不同密度杉木幼林系统生产力和生态效益研究 3
方 奇
k中国林业科学研究院林业研究所 北京 tsss|tl
摘 要 } 杉木幼林系统是由 w个不同密度级处理系列小区组成 o栽植密度分为 tyyx !vvvs !w||x和 yyys株r
«°uk以下分别用 „ !… !≤ 和 ⁄代替l ∀这些小区土壤质地及地形别无二致 o都是用 t年生实生苗 t|{z年春天
定植 ∀{年生时调查了这些幼林系统林木生长 !冠层厚度 !枝下高以及生态效益等 ∀随着密度由 „增加到 ⁄}
平均胸径生长量从 {1t¦°降到 y1y¦° ~平均树高生长量由 x1| °降至 x1w ° ~平均冠层厚度自 w1| °变薄到
v1v ° ~平均枝下高由 t1s °上升到 u1v ° ~这些系统生产力从 „ 到 ⁄分别为 }w1y !z1v !|1x和 ts1v·r«°u#¤∀
不同密度系统迳流系数 !液体迳流与固体迳流等 o在 „密度区依次为 t1vx h !t|1w °°r«°u#¤和 vvw®ªr«°u#
¤~在 …密度区分别是 s1xu h !{1t °°rr«°u#¤及 tv{®ªr«°u#¤~在 ≤ 密度区先后是 s1y| h !{1| °°rr«°u#¤
与 t|y®ªr«°u#¤~在 ⁄密度区顺序为 s1zx h !tt1{ °°rr«°u#¤和 u{w®ªr«°u#¤o…与 ≤ 密度区生态效益比较
好 ∀最后根据 x个项目中 tx个类目值排序综合评价 o得分结果从大到小的次序是 }≤ 密度得 xs分 o…密度得
wv分 o⁄密度得 vy分 o„密度得 ut分 ∀
关键词 } 密度级 o生态效益 o液体迳流 o固体迳流 o经济效益 o生产力
收稿日期 }t||{2s{2ux q
3 本课题同中国林业科学研究院亚热带林业实验中心共同完成 ∀
ΣΤΥ∆Ψ ΟΝ ΠΡ Ο∆ΥΧΤΙςΙΤΨ ΑΝ∆ ΕΧΟΛΟΓΙΧ ΒΕΝΕΦΙΤΣ ΟΦ ΨΟΥΝΓ ΓΡ ΟΩΤΗ
ΧΗΙΝΕΣΕ ΦΙΡ ΠΛΑΝΤΑΤΙΟΝΣ ΣΨΣΤΕ ΜΣ ΙΝ ∆ΙΦΦΕΡΕΝΤ ∆ΕΝΣΙΤΙΕΣ
ƒ¤±ª ±¬
( Τηε Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστρψ, ΧΑΦ Βειϕινγtsss|t)
Αβστραχτ : ≤«¬±¨ ¶¨ ©¬µ≈ Χυννινγηαµιαλανχεολαταk¤°¥ql‹²²®q ³¯¤±·¤·¬²±¶¼¶·¨°¶º µ¨¨ ¤¶¨µ¬¨¶ ¬¨³¨µ2
¬° ±¨·³¯²·¶¦²±¶¬¶·¨§²©©²∏µ§¨ ±¶¬·¼·µ¨¤·° ±¨·¶}tyyx·µ¨ ¶¨r«°u ovvvs·µ¨ ¶¨r«°u ow||x·µ¨ ¶¨r«°u ¤±§yyys
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第 vy卷 专刊 tu s s s年 t 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤ „∞
∂ ²¯1vy o≥³qt
¤± qou s s s
Κεψ ωορδσ: ⁄¨ ±¶¬·¼ ¯¨ √¨¯ o∞¦²¯²ª¬¦¥¨ ±¨ ©¬·o¬´∏¬§µ∏±²©©o≥²¯¬§µ∏±²©©o∞¦²±²°¬¦¥¨ ±¨ ©¬·o°µ²§∏¦·¬√¬·¼
杉木≈ Χυννινγηαµια λανχεολατα k¤°¥ql‹²²®q 是我国亚热带地区主要用材树种 o长期以来都以
单位面积蓄积量最大时的株数理解为合理密度 ∀杉木幼林系统功能也是多样性的 o因此本试验除系统
生产力外 o对生态效益 !养分利用 !经济效益等都予以重视 o并以这些因素对不同密度进行排序综合评
价 o根据得分多少选取最适宜的初植密度 o成年林应按杉木林间伐处理k吴中伦 ot|{wl ∀
t 自然概况和试验内容
试验区建于江西分宜亚热带林业实验中心山下试验林场 o位于北纬 uzβwsχ !东经 ttwβvsχ左右 o属中
亚热带湿润型江南气候区 ∀
111 气候特征
根据对照区无林地 t|{z ∗ t||v年观测平均值 }年降雨量 tv{t1x °° o年气温 t{1x ε o相对湿度
{{1v h ~z月是全年高温季节 o月均温 vs1w ε o相对湿度 {v1| h o月降雨量 {|1x °° o常有暴雨出现 ~tu
月至翌年 u月为低温阴湿天气 ot月均温 y1w ε o降雨量 tts1y °° o相对湿度 |v1z h ∀
112 母岩与土壤
母岩以砂岩为主 o砂质页岩和砂砾岩等次之 o形成连片的丘陵红壤 ∀根据试验地 w个土样分析结
果 }tss¦°土层以上 ³‹ 值 x1y ∗ w1v o有机质含量 x1w h ∗ v1u h o重壤土质地 o容重为 t1sv ∗ t1vzªr
¦°v o全量 ‘!°与 Ž等 {种养分元素含量为 ut1|uwªr®ª∗ uz qwywªr®ª∀
113 试验小区与密度
试验小区建于海拔 tss ∗ txs °之间丘陵地东南坡 o坡度 vsβ ∗ vtβ o土壤质地和地形起伏基本一致 ∀
整个试验区面积为 s1|«°u o自东往西并列 w个小区 o除保护行外每区实用面积 s1u«°u ~等高带状
整地松土 us ∗ ux¦° o带间距 u1s ° !带宽 s1{ ∗ t qs ° ∀t|{z年春用 t年生实生苗定植 o密度分为 tyyx !
vvvs !w||x和 yyys株r«°u w个密度级k以下依次用 „ !… !≤ 与 ⁄代替l ∀
114 观测内容
每个试验区都观测气温 !湿度 !土壤温度ks ∗ us¦°l与含水量ks ∗ tss¦°l o林内降雨以及 uss °u迳
流场内液体迳流和固体迳流 ~地被物 !凋落物与林木生长等每年冬季调查 ~林内降雨 !温湿度和地温等 o
与对照无林地同步观测 ~林内外水质和 w个迳流区养分输出量 o均同时取样分析监测 ∀
115 生物量等调查
杉木人工林系统 {年生进行生物量调查 o每个密度级取平均木 t株 ~地被物每区沿对角线选取 w°u
样方 v个调查草 !灌生物量和凋落杉木枯枝叶 ∀各器官各取样 xssªo在 {x ε 恒温下干燥备用 ∀
u 密度对小气候的影响
w个试验区虽然近在咫尺 o但因密度大小悬殊 o引发林内小气候 !林下土壤温度及水文等都有不同
程度的差别 ∀这里只举 t月与 z月林内外气温和相对湿度 !地温及土壤含水量的月平均值予以说明 ∀
211 1 月气候林内外变化
t月是 t年中低温 !多雨 !阴湿非生长季节 o其特征是 }ktl林内蒸发散量小 o平均气温和地温分别比
对照区无林地高 s1t ε 和 s1y ε o但不同密度间差别不明显 ~kul对照区无林地相对湿度比试验林内平
均值低 u1x h o密度愈大愈显著 ~kvl土壤含水量随密度增加而上升 o相邻密度间约差 t h ∀
212 7 月气候林内外差别
z月是 t年中高温季节 o林木仍能生长 }ktl对照区无林地升温快 o气温与地温平均值依次比林内高
出 s1y ε 和 s1z ε ~kul对照区无林地相对湿度比林内平均值低 t1v h o密度越大相对湿度越高 ~kvl高温
季节植物蒸腾量大 o林下土壤含水量随着密度增加而下降 ow个密度级间变幅最大为 v h ∀
213 初现防护作用
试验林虽然处于幼林阶段 o但是仍然显示出森林气象效应 }ktlt月林下土壤含水量随着密度增加
|u 专刊 t 方 奇 }不同密度杉木幼林系统生产力和生态效益研究
而上升 ow个密度平均达到 ux1t h o表现出低温非生长季节林木蒸发散量小 o因此密度愈大空气流通量
愈小土壤含水量愈高 ~kulz月高温季节林木蒸发散量大 o土壤含水量随着密度增加而下降 ow个密度平
均只有 t| h o季节性的水分供应不足 o可能是密度增加影响林木生长的原因之一 ~kvlt月对照区无林
地气温和地温都低于 w个密度相应的平均值 o而 z月则相反 o分别表现出幼林系统在极端条件下的微
量增温及清凉作用 ~kwl相对湿度不论在 t月还是 z月 o对照区无林地都比 w个密度林内平均值依次低
u1s h和 t1v h o显示出杉木幼林系统初具提高大气湿度功能k表 tl ∀
表 1 不同密度 5 年生杉木林系统对小气候的影响
Ταβ .1 Ινφλυενχε οφ 5 − ψεαρ − ολδ Χηινεσε φιρ ιν ϖαριουσ δενσιτιεσ ον µιχροχλιµατειν τηε φορεστ σψστεµ
月份
 ²±·«
气候因子
≤ ¬¯°¤·¨ ¨¯¨° ±¨·
对照区
≤²±·µ²¯ ³¯²·
试验区 ∞¬³¨µ¬° ±¨·¤¯ ³¯²·
„ … ≤ ⁄ 平均 „√ µ¨¤ª¨
气温 „¬µ·¨°³¨µ¤·∏µ¨k ε l y qx y qy y qy y qx y qy y qy
t月 地温 Šµ²∏±§·¨°³¨µ¤·∏µ¨k ε l { qs { qy { qx { qx { q{ { qy
¤±∏¤µ¼ 相对湿度 • ¨¯¤·¬√¨«∏°¬§¬·¼k h l |u qx |v qx |w qs |w qs |y qx |w qx
土壤含水量 ≥²¬¯ °²¬¶·∏µ¨k h l p uv q{ uw qz ux qx uy qx ux qt
气温 „¬µ·¨°³¨µ¤·∏µ¨k ε l vs q{ vs qs vs qw vs qv vs qu vs qu
z月 地温 Šµ²∏±§·¨°³¨µ¤·∏µ¨k ε l vt qw vs q{ vs q{ vs q| vs qw vs qz
∏¯¼ 相对湿度 • ¨¯¤·¬√¨«∏°¬§¬·¼k h l {s qs {s qt {s qy {s qx {v qs {t qv
土壤含水量 ≥²¬¯ °²¬¶·∏µ¨k h l p us q{ t| qv t{ qt tz q{ t| qs
v 试验林生长与经济效益
在近似的林地条件下密度增加 o意味着每木可能获得的生活资料相应减少 o因此株间竞争力度随
之加剧 o其激烈程度可以从林木形态 !干形 !枝下高以及冠层厚度等形态特征表现出来k表 ul ∀
311 密度对生长的影响
表 2 8 年生不同密度杉木人工林生长 ≠
Ταβ .2 Αν αϖεραγε γροωτη οφ 8 − ψεαρ − ολδ Χηινεσε φιρ πλαντατιονσιν διφφερεντ δενσιτιεσ
调查因子
≥∏µ√ ¼¨ ¨¯¨° ±¨·
密度级 ⁄¨ ±¶¬·¼ ¯¨ √¨¯¶
„ … ≤ ⁄
平均胸径 „√ µ¨¤ª¨ ⁄…‹k¦°l { qt ? t qv z qy ? t qx z qw ? s q| y qy ? t qs
胸径极差 ⁄…‹ ¬¨·µ¨ °¨§¬©©¨ µ¨±¦¨k¦°l tu qx p w qs € { qx ts qz p v qs € z qz ts qy p v qz € y q| y qy p t qs € x qy
干基面积 …µ¨¤¶·«¨¬ª«·¶¨¦·¬²±¤¯ ¤µ¨¤k°ur«°ul | qt| tz quv uu q|v uv q{w
平均树高 „√ µ¨¤ª¨ ·µ¨¨«¨¬ª«·k°l x q| ? t qy y qs ? t qt x q{ ? s q{ x qw ? s q{
树高极差 ×µ¨¨«¨¬ª«·¨ ¬·µ¨ °¨§¬©©¨ µ¨±¦¨k°l { qu p v qt € x qt { qt p v qy € w qx z qx p v qx € w qs z qy p v qx € v qt
平均枝下高 „√ µ¨¤ª¨ «¨¬ª«·∏±§¨µ¥µ¤±¦«k°l t qs t qu u qs u qv
冠层厚度 ≤µ²º± ¦²√ µ¨¤√ µ¨¤ª¨ ·«¬¦®±¨ ¶¶k°l w q| w qx v q{ v qv
径r高 ⁄¬¤° ·¨¨µr‹ ¬¨ª«· trzv trzy trz{ tr{u
≠ t1 调查株数 o„ p {s株 o…p ttt株 o≤ p tss株 o⁄p tts株 ~u1 平均值按株数加权计算 ∀ t q ‘²q²©·µ¨ ¶¨¬±√ ¶¨·¬ª¤·¨§o „ p {s·µ¨ ¶¨o
…p ttt·µ¨ ¶¨o ≤ p tss·µ¨ ¶¨o⁄p tts·µ¨ ¶¨~u q„√ µ¨¤ª¨ √¤¯∏¨ º¤¶¦¤¯¦∏¯¤·¨§¥¤¶¨§²± º ¬¨ª«·²©·µ¨¨±∏°¥¨µ¶q
试验已经证明在一定的条件下 o过稀与过密都影响林木生长 o从 „密度增至 ⁄密度的结果是 }ktl
平均胸径生长量由 {1t¦°降到 y1y¦° o胸径极差从 {1x¦°减至 x1x¦° o密植能使径级集中 ~kul平均树
高生长量从 x1| °降至 x1w ° o树高极差由 x1t °减到 v1u ° o密植使树高接近 o…密度有利高生长 ~kvl
林木尖削度从 trzv减到 tr{u o密植林木干形饱满 ~kwl冠层厚度由 w1| °变薄到 v1v ° o与此同时林木
枝下高从 t1s °上升到 u1v ° ~kxl干基面积由 |1t| °ur«°u上升到 uv1{w °ur«°u o株数增加是 t !u !v !w
倍 o而干基面积只呈 t !t1{ !u1x !u1y倍增长 o⁄密度比 ≤ 密度株数增加 vv1v h o而干基面积仅增加 w
h o事实表明在实验条件下 ⁄密度接近最大限度 ∀
312 密度的经济效益
营林综合成本与密度大小直接相联系 o根据试验区相同密度和同一地位级研究结果k刘景芳等 o
t||yl o计算出从 „密度到 ⁄密度的育林投资 !收益r支出百分数 }ktlw个密度育林综合成本分别为
|wx !ttsz !tuy|和 tv{|元r«°u ~kul现存蓄积净产值依次为 tv| !ysv !tsvu和 y{y元r«°u ~kvl收益r支
sv 林 业 科 学 vy卷
出百分数相应密度为 us h !xx h !{t h及 xs h ∀间伐前的测算估计 ≤ 密度的经济效益最好 o… !⁄和 „
密度效益逐渐次之 ∀
w 试验系统生物量
密度试验结果表明 o系统生物量积累和器官生物量组成都与密度紧密相联 ∀合理密度能使经济生
物量增加 o针叶生物量比例下降 o因此不同密度杉木林系统间生物量积累与分布差别显著k方奇 ot||z ~
方任佐等 ot||xl ∀
411 生物量层间分布和生产力变化
杉木幼林系统只有乔木层和地被物层两层结构 }ktl乔木层的生物量随着密度增加而增多 o从 „密
度的 vw1vx·r«°u增至 ⁄密度的 z|1tt·r«°u o增幅约为 xz h ~kul地被物层的生物量因上层密度增加而
下降 o由 „密度的 u1ty·r«°u降至 ⁄密度的 t1|y·r«°u o降幅约为 |1v h ∀w个密度杉木林系统生产
力 o因密度增加而提高 }从 „密度到 ⁄密度依次为 w1y !z1u !|1x和 ts1t·r«°u#¤o愈密增幅愈小k表 vl ∀
表 3 8 年生不同密度杉木林系统生物量(τ/ ηµ 2)和生产力(τ/ ηµ 2#α)
Ταβ .3 Τηε βιοµασσ(τ/ ηµ 2) ανδ τηε προδυχτιϖιτψ (τ/ ηµ 2#α) οφ 8 − ψεαρ − ολδ Χηινεσε φιρ πλαντατιονσσψστεµσιν τηε διφφερεντ δενσιτψ
各层植物器官
× «¨ ³¯¤±·²µª¤± ²© ¤¨¦« ¤¯¼ µ¨
密度级 ⁄¨ ±¶¬·¼ ¯¨ √¨¯
„ … ≤ ⁄
木材 ׬°¥¨µ ty qu| uy q{z vy qvv v{ qvy
树皮 …¤µ® u q{w w qyw x q{t x q{t
乔木层 针叶 ‘¨ §¨¯¨ { qu| tv qtv tw qux tz qtw
„µ¥²µ¨²∏¶ ¤¯¼ µ¨ 球果 ≤²±¨ s qs{ s qtu s qtt s q|s
根系 • ²²·¶ u q|y v q{w z qsz z qt|
枯枝叶 ¬··¨µ v q{| z quz ts qvv | qww
合计 ײ·¤¯ vw qvx xx q{y zv q|s z| qtt
枯茎叶 • ¬·«¨ µ¨§ªµ¤¶¶ t qux t qs{ t qs| t qsy
地被物层 草根 Šµ¤¶¶µ²²· s q|t s q|| s q|z s q|s
Šµ²∏±§¦²√ µ¨¯ ¤¼ µ¨ 合计 ײ·¤¯ u qty u qsz u qsy t q|y
系统总量 ≥¼¶·¨°¤·¬¦·²·¤¯ ¤°²∏±· vy qxt xz q|v zx q|y {t qsz
系统生产力 ≥¼¶·¨°¤·¬¦³µ²§∏¦·¬√¬·¼ w qy z qu | qx ts qt
412 针叶量与其它生物量关系
杉木针叶是林冠层重要成分 o其合成物质未被呼吸耗尽部分是生物量增长来源 o所以单位重量叶
量占包括本身在内生物量多少 o就成为该密度形成最佳光合作用环境的标志k • q拉夏埃尔 ot|{sl ∀
根据 w个试验区叶量统计 }ktl单位重量叶量占有包括自身在内生物量 o从 „密度到 ⁄密度分别为
w1t !w1v !x1u和 w1y·r«°u ~kul针叶和木材的比例 o„密度针叶与木材各占 uw1t h和 wz1w h o…密度分
别为 uv1x h和 w{1z h o≤ 密度依次是 t|1v h和 w|1u h o⁄密度各占 ut1z h和 w{1{ h o以上系列数据表
明 o针叶比例大的密度木材比例并不高 ~kvl≤ 密度形成的生境适宜针叶合成作用 o针叶量小 o消耗合成
物少 o木材生物量积累的比例高 ∀
x 试验系统养分运行状况
这里养分术语是指杉木针叶等 x个器官的 ‘!° !Ž!≤¤! ª!ƒ¨! ±与 ±等 {种养分元素的全量 o
并对其积累 !分配及利用等予以必要的讨论 o不涉及生理上是否需要等问题 ∀
511 样品采集和养分含量
杉木 !枯枝叶和地被物等分析样品 o都是从 w个试验区里采集的混合样 }ktl杉木各器官养分总含
量为 {1yywy h o是 v次分析的平均值 o针叶养分含量最高木材最低 o依次占养分总量的 vz1uy h 和
u1xx h o{种元素中 ≤¤!‘和 Ž共占总量 |s1| h o其余 x种元素只占 |1t h ~kul枯枝叶养分总含量只有
t1uuzx h o是两个混合样的平均数 oŽ!‘与 ≤¤共占其总量 zv1t h o其余 x种元素只有 uy1| h o由于枯
tv 专刊 t 方 奇 }不同密度杉木幼林系统生产力和生态效益研究
枝叶样品分解程度不同 o分析时养分含量不完全代表原有成份的比例k方 奇等 ot||wl ~kvl地被物养
分含量为 u1wyxt h o是一个混合样品分析结果 o其中 ‘!≤¤和 Ž约占现有养分含量的 {v1v h o其余 x种
元素共占 ty1z h ∀总之杉木系统大部分养分在非木质器官里 o≤¤!Ž与 ‘v元素占有量最多 o约占系统
元素总量的 |x1z h o而其中 ° ! ª!ƒ¨! ±及 ±等 x种只占 w1v h k表 wl ∀
表 4 杉木器官与地被物养分含量
Ταβ .4 Τηε νυτριεντ χοντεντ οφ Χηινεσε φιρ οργαν ανδ γρουνδ χοϖερ( %)
植物器官
°¯ ¤±·²µª¤±
养分元素 ‘∏·µ¬¨±·¨ ¯¨ ° ±¨·
‘ ° Ž ≤¤  ª ƒ¨  ± ±
合计
ײ·¤¯
木材 • ²²§ s qswxs s qsttv s qsuts s qtuss s qstus s qsss| s qsszv s qssvt s quusy
树皮 …¤µ® s qwxus s qswts s qs|ws t qutss s qszss s qss{v s qsuvs s qsswy t q|su|
乔木层 针叶 ‘¨ §¨¯¨ t qtvss s qszzz s qxtus t qvuyy s qts{s s qssux s qsxzz s qstws v quu{x
×µ¨¨ ¤¯¼ µ¨ 球果 ≤²±¨ s qzzss s qtsts s qxx{s s qu{vs s qs|ts s qssvs s qstws s qssys t q{uys
根系 • ²²·¶ s qwszs s qsytt s qvuts s qztxs s qsxzs s qssvv s qss{y s qssvy t qw{yy
合计 ײ·¤¯ u q{sws s qu|ut t qwtys v qyxwy s qvv{s s qst{s s qttsy s qsvtv { qyywy
枯枝叶 ¬··¨µ s quvss s qsvvw s qw|tt s qtzys s qts|t s qszys s qs||| s qstus t quuzx
地被物层 Šµ²∏±§¦²√ µ¨¯ ¤¼ µ¨ t qt||s s qtuyz s qvwtv s qxtv{ s qtzwt s qsxyt s qsxs| s qssvu u qwyxt
512 养分积累和分配
养分积累同生物量增长紧密相联系 o从系统生物量及其养分含量即知 }ktlw个密度杉木林系统积
累的养分 o从 „到 ⁄密度分别为 wus1zt !yv|1vz !z|u1y|及 {xs1uu®ªr«°u#¤~kul养分层间分配 o密度
由 „增加到 ⁄乔木层贮存的养分 o从占系统总量的 {z h上升到 |w h o其中针叶和树皮依次占贮存量的
wz h和 tx h ~kvl地被物层积累的养分由 „密度区占系统总量的 tv h o降至 ⁄密度区的 y h o乔木层密
度增加影响地被物生长 ~kwl从 „到 ⁄密度 w个杉木林系统里枯枝叶 !球果与地被物贮存可归还的养分
量 o依次约占系统总量的 vt h !uu h !uv h和 us h o因此密度愈大可归还的养分愈少 ∀
表 5 8 年生不同密度杉木林系统养分积累
Ταβ .5 Τηε νυτριεντ αχχυµ υλατιον οφ 8 − ψεαρ − ολδ Χηινεσε φιρ πλαντατιονσσψστεµσιν τηε διφφερεντ δενσιτψ
k®ªr«°ul
植物器官
°¯ ¤±·²µª¤±
密度级 ⁄¨ ±¶¬·¼ ¯¨ √¨¯
„ … ≤ ⁄
平均
„√ µ¨¤ª¨
木材 • ²²§ vx qw{ x| qtt z| q|v {w q|| yw q{{
树皮 …¤µ® xv q|v {{ qtt tts qvv tts qvv |s qy{
乔木层 针叶 ‘¨ §¨¯¨ t{w q{z u|u q{s vtz qz{ v{u quu u|w qwt
„µ¥²µ¨²∏¶ ¤¯¼ µ¨ 球果 ≤²±¨ t qwy u qt| u qst t qyw t q{u
根系 • ²²·¶ ww qsu xy q|x tsx qtv tsy q|u z{ quy
枯枝叶 ¬··¨µ wz qzv {| qus tuy qzx ttx q{v |w q{{
合计 ײ·¤¯ uyz qw| x{{ qvy zwt q|v {st q|v yux q|v
地被物层 Šµ²∏±§¦²√ µ¨¯ ¤¼ µ¨ xv quu xt qst xs qzy w{ qu| xs qys
系统总量 ≥¼¶·¨°¤·¬¦·²·¤¯ ¤°²∏±· wus qzt yv| qvz z|u qy| {xs quu yzx qxv
513 养分利用效率
杉木生长在不同密度系统里 o养分利用效率也有一定差别k方 奇 ot||zl o考察 w个密度杉木林系
统 o每公斤养分可供生产生物量的数量是不同的 }从 „到 ⁄分别为 |x1uy !|z1vy !tsv1vw和 tst1xv®ªr
«°u ∀试验结果表明 ≤ 密度形成的环境条件适宜杉木生长 o养分利用效率高k表 xl ∀
y 密度的水文效应
不同密度杉木林系统 o冠层高度 !厚度 !枝叶重叠程度 !干基面积和地被物覆盖度等都出现明显的
差别 o因此引起林地水文很大的变化 o由于树干迳流与胸高直径相关联 o穿透雨量与干基面积呈紧密相
关 o在生长季节干基面积每下降 w °ur«°u o穿透雨增加约为总降雨量的 v h k„¥§¨ ±¥¬‹¤±¦«¬ ετ αλqo
t||z ~≥·²ª¶§²¯¯ot|{|l ∀
uv 林 业 科 学 vy卷
611 林内降雨量
自然降雨被林冠层再分配后 o除截留量外其余部分穿过林冠或沿树干流到地面这一部分为林内降
雨k孔繁智等 ot||sl ∀根据 z !{年生试验林两年观测结果 o正常降雨林内降雨量与杉木林密度呈紧密
或极端负相关 o这里用二元平方根方程式表示如下 }
Ψα = {u .uvxy − x .ty|s Ξ , ρ = − s .zwxt
Ψβ = y| .twty − w .wttx Ξ , ρ = − s .|vwy
Ψχ = yx .uxyz − w .u|tw Ξ , ρ = − s .|txz
Ψδ = z| .vvy| − x .tzyy Ξ , ρ = − s .|uxv
式中 o Ξ代表自然降雨量 , Ψ代表林内降雨量r自然降雨量的百分数 ∀一次正常 vs °°降雨过程 ow个
密度杉木林的林内降雨量依次是自然降雨量的 xw h !wx h !wu h和 xt h o林内降雨量从 „ 区到 ⁄区依
次为 }ty1u !tv1x !tu1y和 tx1v °° ∀
612 水在系统运行中质量变化
自然降雨 !林内降雨 !液体迳流和固体迳流等样品 o分别采自对照区和 w个密度试验区的混合样
品 o所得数据都是两次分析的平均值 ∀
表 6 水在杉木林系统运行过程中质量变化 ≠
Ταβ .6 Τηε θυαλιτψ ϖαριατιονσ οφ τηε ωατερ ιν τηε χουρσε οφ Χηινεσε φιρ πλαντατιονσσψστεµατιχ χψχλε
k°ªr®ªl
养 分
‘∏·µ¬¨±·
自然降雨
‘¤·∏µ¤¯ µ¤¬±©¤¯¯
林内降雨
• ¤¬±©¤¯¯¬± ³¯¤±·¤·¬²±¶
液体迳流
¬´∏¬§µ∏±²©©
固体迳流
≥²¯¬§µ∏±²©©
酸度 ³‹ y qzx z qsu y qzv z qws
有机质 ’µª¤±¬¦°¤··¨µ p p p xuvss
氮 ‘ t qt|tx | qwssy u qzttt tw|s
磷 ° s qstxx s qsyss s qszvu szws
钾 Ž s qtsss v qs{ss t q{s{| uw{vs
钙 ≤¤ v qswz{ x q{xts tu quxt| ttx{s
镁  ª s qysyy t qtzvu t q|zws xsts
铁 ƒ¨ s qssys s qwwws s qwvss uzyss
锰  ± s qsuwx s qs|ys s qu{|x suzs
锌 ± t qyv{x y q{xux s qswsy su|s
合计 ײ·¤¯ y qyvsw uy q|xzv t| qxz|u zt{ts
≠合计不含 ³‹ 与有机质 ∀ ׫¨ ·²·¤¯ §¬§±²·¬±¦¯∏§¨ ³‹ √¤¯∏¨ ¤±§²µª¤±¬¦°¤··¨µq
水在系统循环过程中 o酸度和养分含量都发生显著的变化 }ktl自然降雨水质呈微酸性 o养分含量
只有 y1yvsw °ªr®ªo其中 ≤¤!±与 ‘的含量较高 ~kul林内降雨溶解或淋洗了植物分泌物及渗透物 o水
质呈微碱性养分浓度大幅度提高达到 uy1|xzv °ªr®ªo是自然降雨浓度的 w倍多 o其中 ‘!±和 Ž等浓
度增加显著 ~kvl液体迳流是林内降雨到达地面未渗入土壤部分 o混杂了大量粘土矿物和有机质等水质
呈微酸性 o部分养分被土壤所截留 o水的养分含量降至 t|1xz|u °ªr®ªo比林内降雨养分下降 uz h ~kwl
固体迳流是液体迳流中沉淀的泥砂部分 o其质呈微碱性 o有机质含量达到 xu1vªr®ªo{种养分元素含量
高达 zt{ts °ªr®ªo由此可知系统里绝大部分养分是从固体迳流中输出的 ∀所以森林更新保留地被物
和采伐剩余物 o用来覆盖林地拦截迳流 o是维护土壤肥力的有效措施k表 yl ∀
z 密度的水土保持功能
不同密度杉木林系统的液体迳流 !迳流系数和固体迳流等年平均值差别显著 }„ 密度区依次为
t|1w °°r«°u#¤!t1vx h和 vvw®ªr«°u#¤~…密度区分别是 {1t °°r«°u#¤!s1xu h和 tv{®ªr«°u#¤~≤ 密
度区先后为 {1| °°r«°u#¤!s1y| h和 t|y®ªr«°u#¤~⁄密度区顺序是 tt1{ °°r«°u#¤!s1zx h和 u{w
®ªr«°u#¤∀从 v个迳流类目衡量 w个密度杉木林系统的水土保持功能 o… !≤ 密度比较有效的维护了林
地水土肥力 o对林业可持续发展提供了保证k表 zl ∀
vv 专刊 t 方 奇 }不同密度杉木幼林系统生产力和生态效益研究
表 7 不同密度杉木林系统 5 年生水土保持效应 ≠
Ταβ .7 Τηε εφφεχτσ οφ σοιλ ανδ ωατερ χονσερϖατιον οφ 5 − ψεαρ − ολδ Χηινεσε φιρ πλαντατιονσσψστεµσιν διφφερεντ δενσιτψ
密度
⁄¨ ±¶¬·¼
降雨与迳流
• ¤¬±©¤¯¯¤±§µ∏±²©©
观测年月 Œ±√ ¶¨·¬ª¤·¬²± §¤·¨
t|{z qw
∗ t|{{ qv
t|{{ qw
∗ t|{| qv
t|{| qw
∗ t||s qv
t||s qw
∗ t||s qts
年平均
„±±∏¤¯ ¤√ µ¨¤ª¨
年降雨 „±±∏¤¯ µ¤¬±©¤¯¯ tzut qw twvu qw tw|s qz xtx qz twzw qv
液体迳流 ¬´∏¬§µ∏±²©© vs qs us q{ tv q{ v qu t| qw
„ 迳流系数 • ∏±²©©¦²¨ ©©¬¦¬¨±· t qzwv t qwxu s q|uy s qyus t qvx
固体迳流 ≥²¯¬§µ∏±²©© {xx uvx w| vs vvw
液体迳流 ¬´∏¬§µ∏±²©© tx qs { qv w qz s qw { qt
… 迳流系数 • ∏±²©©¦²¨ ©©¬¦¬¨±· s q{zt s qxz| s qvtx s qsz{ s qxu
固体迳流 ≥²¯¬§µ∏±²©© vx{ zx ty vy tv{
液体迳流 ¬´∏¬§µ∏±²©© ts qx | qv z qs v qy { q|
≤ 迳流系数 • ∏±²©©¦²¨ ©©¬¦¬¨±· s qyus s qyw| s qwzs s qy|{ s qy|
固体迳流 ≥²¯¬§µ∏±²©© x{v zx ts t| t|y
液体迳流 ¬´∏¬§µ∏±²©© tx qz tt qx tv qw s qt tt q{
⁄ 迳流系数 • ∏±²©©¦²¨ ©©¬¦¬¨±· s q|tu s q{sv s q{|| s qst| s qzx
固体迳流 ≥²¯¬§µ∏±²©© {uu ts{ w| tw u{w
≠降雨量 !液体迳流 !迳流系数与固体迳流计量单位分别为 °°r«°u#¤!°°r«°u#¤!h及 ®ªr«°u#¤∀× «¨ ° ¤¨¶∏µ¨ ∏±¬·²©¤±±∏¤¯ µ¤¬±2
©¤¯¯¤±§ ¬¯´∏¬§µ∏±²©©¤±§µ∏±²©©¦²¨ ©©¬¦¬¨±·¤±§¶²¯¬§µ∏±²©©¬¶°°r«°u#¤!°°r«°u#¤!h !¤±§®ªr«°u#¤oµ¨¶³¨ ¦·¬√¨¯¼ q
711 养分流失情况
从林地养分流失过程分析 }ktl定植当年比较严重 o地被物恢复后第 u !v年固体迳流平均输出量 o
分别只有头一年的 t| h与 x h左右 o植被发挥了拦洪作用 ~kulw个密度区养分输出总量为 {v1t||®ªr
«°u#¤o固体迳流和液体迳流养分输出量 o依次占总量的 {z h与 tv h o另有 xv®ªr«°u#¤有机物也随固
体迳流输出林地 ~kvl{种养分元素流失比例 }ƒ¨!Ž!≤¤! ª和 ‘依次占 vw1u h !vt1w h !ut1x h !z1w h
及 v1y h o° ! ±与 ±共占 t1| h o其中 ƒ¨和 ≤¤元素约比未经火烧林地高出 z h k方 奇 ot||sl ~kwl
试验区养分输出量由多到少的顺序是 }„ 密度区是 u{1ywy®ªr«°u#¤o⁄密度区为 ux1wvt®ªr«°u#¤o≤
密度区为 tx1u|w®ªr«°u#¤o…密度区为 tv1{u{®ªr«°u#¤∀总之 o… !≤ 密度可以形成保持水土的优良系
统k表 {l ∀
表 8 不同密度 5 年生杉木林系统养分输出量
Ταβ .8 Τηε νυτριεντ ουτπυτ αµουντ οφ 5 − ψεαρ − ολδ Χηινεσε φιρ πλαντατιονσσψστεµσιν τηε διφφερεντ δενσιτψk®ªr«°u#¤l
养分
‘∏·µ¬¨±·
固体迳流与密度 ≥²¯¬§µ∏±²©©¤±§§¨ ±¶¬·¼ 液体迳流与密度 ¬´∏¬§µ∏±²©©¤±§§¨ ±¶¬·¼
„ … ≤ ⁄ 合计 ײ·¤¯ „ … ≤ ⁄ 合计 ײ·¤¯
总计
≥∏°
有 机 质 ’µ2
ª¤±¬¦°¤··¨µ us qws z qzv tt q{t tw qsx xv q|| p p p p p xv q||
氮 ‘ s qx{v s quw| s quwx s qwx{ t qxvx s qyvw s qt{| s quss s qwyz t qw|s v qsux
磷 ° s qwyw s qs{z s qs|| ²qt{y s q{vy s qsts s qssx s qssy s qstx s qsvy s q{zu
钾 Ž { qwux w quyy w qv{| { qtsx ux qt{x s qwst s quu{ s qtxz s qtvt s q|tz uy qtsu
钙 ≤¤ v qssu u qtzz u qt|s v q|zv tt qvwu v qtsy t quxu s q|zt t qusz y qxvy tz q{z{
镁  ª t qysx s q{s| s q||t t qyzx x qs{x s qxu| s qut| s qttt s qutx t qszw y qtxw
铁 ƒ¨ | qxvz w qt|v x qzzu { qzss u{ qusu s qs|| s qswt s qsvv s qsxx s quu{ u{ qwvs
锰  ± s qs|w s qsw{ s qsw| s qs{v s quzw s qswv s qstz s qsvy s qsw| s qtwx s qwt|
锌 ± s qtsw s qswy s qsws s qtsw s qu|z s qsts s qssu s qssx s qssx s qsuu s qvt|
合计 ײ·¤¯ uv q{tw tt q{zx tv qzzx uv qu{z zu qzxt w q{vu t q|xv t qxt| u qtww ts qww{ {v qt||
{ 综合评价与结论
试验数据表明 w个密度杉木林系统没有一个密度具有全面的功能 o又因计量单位不同难以直接比
较 o这里按一定方法排序从中选取功能比较齐全的密度 ∀
811 类目性质和排序
wv 林 业 科 学 vy卷
选取 x个重要项目中 tx个类目进行排序 o所有类目在每个密度杉木林系统里都有一次出现机会 o
利于生产和生态环境的类目 o排序时从小值到大值 o反之由大值到小值分别予以从 t到 w序号 o最后将
每个密度级 tx个类目序号相加作为每级得分数 o选择其中得分最多的为合理初植密度k表 |l ∀
表 9 不同密度杉木林系统功能综合评价
Ταβ .9 Α χοµ πρεηενσιϖε εϖαλυατιον οφ Χηινεσε φιρ πλαντατιονσσψστεµατιχ φυνχτιον ιν διφφερεντ δενσιτψ
项目
Œ·¨°¶
类目
≤¤·¨ª²µ¬¨¶
密度与得分 ⁄¨ ±¶¬·¼ ¤±§¯¨ √¨¯
„ … ≤ ⁄
平均高 „√ µ¨¤ª¨ ·µ¨¨«¨¬ª«· x1| v x1z u y1s w x1y t
林木生长 干基面积 ⁄…‹ ¥¤¶¤¯ ¤µ¨¤ |1t |t tz1uv u uu1|v v uv1{w w
×µ¨¨ªµ²º·« 生产力 °µ²§∏¦·¬√¬·¼ w1y t z1v u |1x v ts1v w
年积累 „±±∏¤¯ ¤¦¦∏°∏¯¤·¬²± xu1y t z|1| u ||1t v tsy1v w
养分状况 年归还 „±±∏¤¯ µ¨·∏µ± tu1z t t{1u u uu1z w us1x v
‘∏·µ¬¨±·¶·¤·∏¶ 利用效率 ˜¶¨ ©¨©¬¦¬¨±¦¼ |x1uy t |z1vy u tsv1vw w tst1xw v
迳流系数 • ∏±²©©¦²¨ ©©¬¦¬¨±· t1vx t s1xu w s1y| v s1zx u
迳流 固体迳流 ≥²¯¬§µ∏±²©© vvw t tv{ w t|y v u{w u
• ∏±²©© 液体迳流 ¬´∏¬§µ∏±²©© us1| t {1z w |1w v tu1{ u
总输出 ≥∏° ²∏·³∏· u{1y t tv1{ w tx1v v ux1w u
养分输出 固体迳流输出 ≥²¯¬§µ∏±²©©²∏·³∏· uu1{ u tt1| w tv1{ v uv1v t
‘∏·µ¬¨±·²∏·³∏· 液体迳流输出 ¬´∏¬§µ∏±²©©²∏·³∏· w1t{ t u1s v t1x w u1t u
综合投资 ≥¼±·«¨·¬¦¬±√ ¶¨·° ±¨· |wx w ttsz v tuy| u tv{| t
经济效益 {年产出 ’∏·³∏·©²µ{ ¼ ¤¨µ¶ t|v t ysv u tsvu w y{{ v
∞¦²±²°¬¦¥¨ ±¨ ©¬· 收r支 • √¨ ±¨∏¨ r ¬¨³¨ ±§¬·∏µ¨k h l us t xx v {t w xs u
密度得分 ⁄¨ ±¶¬·¼ ¶¦²µ¨¶ p ut p wv p xs p vy
812 初步结论
试验结果充分说明 }ktl杉木幼林系统具有相当大的自控能力 o随着营养空间变化种群可以改变其
形态和层次结构等特征来适应 ~kul≤ 密度得分最多标志着适应能力强功能好 o…密度得分与 ≤ 密度接
近 o有很好的水土保持效应 o选择 … !≤ 之间密度兼顾到系统生产力 !生态及经济效益 o有利于林业可持
续发展 ~kvl急需小径材可选 ⁄密度经营 o由于间伐材带走养分多 o水土流失严重 o应以缓坡高地位级林
地栽培为宜 o但不要高密度连续经营 ~kwl„或 „ !…之间密度林木营养空间大 !高粗生长快 o地被物层生
长好 o利用低地位级林地栽培 o既能提高土壤肥力 o又能及时成材得到较好的经济收益 ∀
参 考 文 献
方 奇 1 从生产力资源利用和养分循环综合评价杉松混交组合 1 林业科学 ot||z ovvkyl }xtv ∗ xuz
方任左等 1 水杉人工林树冠结构和生物产量的研究 1 应用生态学报 ot||x oykvl }uux ∗ uvs
方 奇等 1 杉木枯枝叶在分解过程中养分元素变化的研究 1 森林环境持续发展学术讨论会论文集 o盛炜彤等主编 1 北京 }中国林业出
版社 o第一版 ot||w }{z ∗ |t
方 奇 1 加强土壤和地被物管理对杉木生态系统生物量能量利用与养分循环的影响 1 林业科学 ot||s ouykvl }ust ∗ us{
孔繁智等 1 林冠截留与大气降水关系的数学模型 1 中国应用生态学报 ot||s otkvl }ust ∗ us{
刘景芳等 1 杉木林经营新技术 1 世界林业研究 o专辑 | o林业部科学技术委员会 o林业部科技情报中心 ot||y }w{ ∗ yz
吴中伦主编 1 杉木 1 第十章杉木林间伐 o刘景芳等著 1 第一版 q北京 }中国林业出版社 ot|{w }wwu ∗ wzx
„¥§¨ ±¥¬‹¤±¦«¬ετ αλq≥·¨°©¯²º §¨·¨µ°¬±¤·¬²±¬± ©²µ¨¶·¶·¤±§qƒ²µq∞¦²q¤±§ °¤±qot||z o|zkvl }uvt ∗ uvx
≥·²ª¶§²¯¯ • • q • ¨¯¤·¬²±¶«¬³ ¥¨·º¨¨ ±·«µ²∏ª«©¤¯¯¤±§¶·¤±§§¨ ±¶¬·¼¬± ¤ Πινυστεαδα ³¯¤±·¤·¬²± qƒ²µq∞¦²qot|{| ou| }tsx ∗ ttv
• q拉夏埃尔著 1 植物生理生态学 o李博等译 o北京 }科学出版社 o一版 ot|{s }uy ∗ vv
xv 专刊 t 方 奇 }不同密度杉木幼林系统生产力和生态效益研究