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杉木套种山苍子模式的结构与生物量初步研究



全 文 :福建林学院学报 199 1, 1 1 ( 4 ) : 3 41~ 3 48
Jo妞 皿 . 1 o f uF j i a 皿 C o l l e g e o f F o r e s t r y
杉木套种山苍子模式的结构与
生物量初步研究 ’
杨玉盛 林先富 俞新妥 邹双全
( 福建林学院 )
摘要 对衫木套种山苍子模式及对职 ( 未套种 ) 的林分 ( 5 年生 ) 地上部分 结
构和根系及生物量的研究结果表明 , 套种林分中的山苍子枝叶 处于 上 层 , 0 . 90 ~
1
.
25 m处衫木和 山苍 子的枝叶相互交叉 ; 山苍子根系向水平方向扩展 , 垂直方向和
衫木根系分层分布 , 从而提高林地光能利用率和土壤养分利用率 。 套种模式林分中
衫术单株生物量是对照的1 . 18 倍 , 林分的生物量是对照的 1 . 43 倍 。 衫木套矜山苍子
是一种结构合理 、 生产力较高的南方山地杉木混农林业模 式 。
关健饲 模式结构 , 生物量 , 衫木 , 山苍子
中图分类号 5 7 2 5 . 2 , 5 7 1 5 . 5 5 6
杉木 ( C u n n玄n g h a二玄a l a n e e o la t e ) 是我国南方主要用材树种 。 山苍子 (又名山鸡椒 )不玄t s e 。
。 。 b的。 是较为著名的芳香油料植物 , 属 中性偏阳的浅根性落叶小乔木或灌木 。 目前 , 以杉木
为目的树种 , 幼林时套种山苍子的复合经营模式在闽北山区发展较为迅速〔’一 3〕 。作者于 1 9 9 0
年 4 月选择 5 年生杉木套种 山苍子模式林分 , 在山苍子处于结籽盛期时 , 对该模式结构和生
物量进行了深入研究 , 试图揭示该模式结构特点 , 为推广与开发新型模式提供理论依据 。
1 调查地概况
调查地位于福建省西北部的建 甄 县 龙 村 乡 擎 天岩 村 苦 竹 下 ( 建 阪县 位 于 东经
1 17
0
5 5
` 4 5 ,’ ~ 1 2 5

5 7
’ 1 2“ , 北纬 2 6 0 3 5 ’ 5 4 “ ~ 2 7 “ 2 0 ` Z e l, ) 。 本区属中亚热带海洋性季风气候 ,
年均降水量为 1 8 9 o m m , 年蒸发量 1 3 2 7 . 3 ~ 1 6 0 5 . 4 m m , 年均气温 15 ~ 17 ℃ , 年均相对 湿度
80 %
。 母岩为片麻岩 , 土壤为山地黄红壤 , 属中山地貌。 调查 地平均海拔约 61 o m , 坡度 3铆
左右 , 坡向西偏北约巧 。 , 处在中上部 ,小区地形呈 “ 凸 ” 形 。 林下植被主要为芒其等联类植
物。
· 本文 为 《 福建 山地农林业模式研究与开发 》 系列成果之一 。
收稿 日期 1 9 9 1一飞0一飞码
DOI : 10. 13324 /j . cnki . jfcf . 1991. 04. 001
福 建 林 学 院 学 报 1 1卷
2 研究方法
2
.
1 标准地设置 -
作者于 1 9 9。年 4月在龙村乡擎天岩村苦竹下 1 98 6年营造的杉木套种山苍子林分 (简称模
式林分 )和杉木纯林 (对照 )内 , 分别不同坡位 ( 上 、 中二下 ) , 每个坡位套种林分 2 块 、
对照 1块 , 共设立 9 块 2 0 x 2 0m “的标准地 。 实测标准地内的杉木和山苍子树高 、 胸径 ( 山苍
子为地径 ) 及冠幅等。
2
.
2 研究方法
2
.
2
.
1 生物且皇护2, 以林分平均树高和胸径 ( 山苍子为地径 ) 为标准在各标准 地林分内选
择平均木 , 并要求平均木上述两个指标与林分平均值的误差不超过5 % 。
按照 M o n s i 分层切割法 , 直接测定每一平均木的干材 、 干皮 、 枝 、 叶 、 根 ( > 10 m m 的骨骼
根 、 5~ 10 m m 的中根 、 2~ s m m的小根 , < Z m m 的细根 , 2~ 10 m m 归为粗根 ) 各组织鲜重
及 山苍子鲜果重 , 按照随机原则各抽取部分样品用于测定含水量 , 求算各部分组织生物量及
总生物量 ( 以下表格中生物量数据除山苍子籽实外 , 均为烘干重 ) 。 采用 “ 样方收获法” 测
定地被物生物量 。
2
.
2
.
2 根 t 调查 用土柱法 (6 ,了〕调查林分 ( 均在平均木树下或附近进行 )根量的垂直分布 ,
土柱的设置实行机械布点 。 纯林 6 块样方 , 行间各 3 块 ; 杉木套种山苍子林 12 块 , 杉木行内
和山苍子行 内各 3 块 , 杉木行在南 、 山苍子行在北的行间和杉木行在北 、 山苍子行在南的行
间各 3 块 。 土柱的规格为长宽各50 “ m , 深 1。。“ m , 并按如下 层次分层掘出土壤 : o ~ 10 “ m ,
1 0~ 2 0 “ m , 2 0一 3 0“ m 、 3 0~ 4 o c m 、 4 0 ~ 5 0 C m 、 s o C m 以上 。 将各层所有的根全部拣千净 , ’ 并
按土柱层次分别装袋带回室内 , 在孔径。 . l m m 的筛中仔细地把根上所附着泥土冲洗净 。 风干
后再按树种分类 。 每个树种的根系按直径分为四级 : < Zm m 、 2一 s m m 、 5~ l o m m 、 > l o m m 。
在气干状态下称其重量 。 < Zm m的细根 , 2 ~ 10 m m为粗根 , 二者之和为全根 。 > 10 m m 的另
作统计 。 对各林分各级根分别测其含水量 , 计算单位体积内各级根的干重 。 用土柱根量推算
标准地根量 , 并与标准木法所得的根量进行比较 。
根系形态和分布状况调查按照平均木结合生物量测定进行 , 即伐倒标准木后 , 从伐桩由
内向外谨慎地逐层掘出土壤 , 使整个根系暴露出来 。 然后用方格纸按树根的长度 、 粗度和延
伸方向绘制纵横断面图 。 形态观察完毕 , 掘出全部根系称其重量 , 因挖掘法会损 失大 部 分
< Zm m 细根 , 故标准木全根量需加上 “ 土柱法” 中< Z m m 的细根量为标准木实际全根量 ,
标准木全根量乘以密度即为林分根量。
3 结果与分析
.31 林木生长状况
, 、二 _模式结构直接影响模式对光能利用率及对土壤营养与水肥的吸收状况 , 从而影响模式的
4期 杨 玉盛等 :杉木套种山苍子模式的结构与生物量初步研究 3 43
生产力 。 套种 山苍子的林分中 5年生的杉木树冠较杉木纯林扩展 , 无论树高或胸径 , 模式林
分均大于杉木纯林 , 树高大 0 . 10 m , 胸径大 o . 08 c m ( 表 1 ) , 但经方差分析树高和胸径差异
均未达到显著水平 , 说明杉木套种山苍子后 , 模式林分中生态环境有利于 目的树种生长 。
表 1 5 年生模式林分林木生长状况
T a b l e 1 T h e g r o w t h e o n d i t i o n o f e h i n e s e f i r o n t h e p a t t e
r n s t a n d
林 分 类 型
模式林分 杉 木
山苍子
纯 林 杉 木
密 度
(株 / h nr , )
平均胸径
( e m )
平均树高
( m )
平均冠层高
(m )
平均冠幅 (m )
东西 南北
2 3 2 5 1

1 7 1

4 5 1

3 5
1 5 7 5
3

9 7
4
.
2 2补
2

1 2
2

8 7
3 0 0 0 3

8 9 2

0 2
2

1 6
1

2 8
2

3 0
1

4 0
2

4 1
1

3 0
山苍子为地径
据调查 , 闽北地区林农已形成一套经营杉木山苍子混农林业模式的技术 。 一般栽植杉木
密度 为 1 8 0 0一 2 4 0 0株 / h m “ , 山苍子与杉木的比例为 4 , 3。 炼山后萌发的 山苍子苗 , 在移栽 、
疏伐时每隔一定距离保留一株雄株作为授粉树 ( 12 0一 1 50 株 / h m “ ) 。 这样既有利于 山苍 子
生长 、 促进结实 、 提高结实率 、 增加 山苍子籽实产量 , 又有利于杉木生长 。
3
.
2 模式林分水平和垂直结构
混农林业模式中种群组成和结构是 人为有 目的选择而确定的 , 但它也处于不断运动和发
展的过程中 (l, 8 , 的 。 由于采用不 同经营管理方法 , 使群落结构差异较大 。 为了使模式林分 有
较高的生产力 , 人们根据模 式林分结构状况的变化进行不断调整 , 保持模式林分的优化结构 。
3
.
2
.
1 套种模式林分地上部分结构 杉木 山苍子组成林分 , 第 1 年幼林个体基本 上 占据各
自营养空间 , 随后 山苍子枝条迅速 占据林地较大营养空间 , 模式林分比对照提早 1 ~ 2 年郁
闭 。
5 年生杉木套种山苍子模式中 ,
山苍子 枝 叶 绝 大部分居林冠上层 ,
而且 山苍子树冠较为扩 展 , 占据 大
部分林地 空 间 ( 如图 1 ) , 其 郁 闭
度达 0 . 90 , 而 杉木纯林 郁 闭 度 仅
为 0 . 80 。 同时 , 在一 定 高 度 ( 距 地
面 0 . 9 0~ i . 2 5m ) 处 , 山苍子枝条和
杉木枝条相互交叉 ( 如图 1 ) , 表明
模式林分地上部分空间占有率比对照
高 。 据测定 , 模式林分 日均气温比对
照低。 . 4℃ , 相对湿度大 2 % 。 对幼林
时较为耐荫的衫木而言 , 模式林分内
艺…馨…{杉木套种山苍子
杉木纯林 .率碎 . … _
水 平结构 垂直结构
图 1 杉木套种山苍子 ( 5 年生 )
地上部分结构图 ( 1 / 1 0 0)
F 19
.
1 T e x t u r e o n t h e g r o u n d o f e h i n e s e f i r
i n t e
r
P l a n t e d w i t h L i t s e a e u b e b拼
院 学 报 11卷
的小气候比较有利其生长 。
再从叶面积指数和光能利用率方面比较两种林分的差异 。 模式林分的叶面积指数 ( 1. 56 2 )
是对照叶面积指数 ( 0. 7 46 )的 1.6 1倍 。模式林分内光照强度 ( 皿 . sk Lx )比对照 ( 16 . o k Lx )
的小 , 这是由于模式林分多层次吸收利用太阳的直射光 、 反射光和透射光的缘故 。 同时模式
林分中树冠水平方向扩展和垂直方向重叠 , 再加上较大的叶面积 , 自然会提高幼林地光合作
用效率 , 这些对林分生长率的提高都十分有利 。
3
.
2
.
2 根系的垂直分布与水平分布
3
.
2
.
2
.
1 根 系的垂直分布 模式林分中山苍子根系主要分布在 o 一 2 0c m 土层中 , 该层根系
占全根量的97 . 92 % , 2 0c m 以下的土层根量仅占2 . 08 % 。 杉木根系主要分布在 20 一 4 0c m 土
层 内 , 该层的根量占全根量的7 5 . 5 6% ( 图 2 ) , 说明模式林分的根系具有分层分布的特性 。
这对分层利用土壤中水分和养分 , 泥进深层土壤的改 良起着积极作用 , 从而在一定程度上提
高土壤养分利用率 。
杉术 根量 / g 山苍子根量 / g 衫木 根量厄
5 0 0 4 00 3 0 0 2 0 0 ] 00 1 00 2 0 0 3 00 4 0 0 5 0 0 3 00 2 0 0 1 0 0 0
深度 / c m
哭澎臻撼滋撼
衫木套种山苍子 试寸照
图 2 模式林分中林木根系垂直分布
F 二9 . 2 T h e v e r t i e a l d i s t r i b u t i o n o f t h e r o o t s y s t o m o f p a t t e r ` s t a “ d
杉木纯林中其根系主要分布在 10 一 4 c0 m 土层中 , 该层根量占全根量的 85 . 01 % · ( 图 3 ) ,
表明套种山苍子后促进杉木根系向底层分布 , 一方面可 以避免同山苍子根系在表层争夺水分
和养分 , 另一方面底层土壤肥力比对照高 , 这对模式林分内杉木根系在该层分布有利 , 从而
促进模式林分内杉木生长〔1〕。
3
.
2
.
2
.
2 根 系的 水平分布 通过对平均木根系调查研究结果表明 ,杉木和山苍子的主根都不
明显 , 但 5 年生的山苍子的侧根比杉木的发达 , 其水平分布幅度为 1 . 6 ~ 2 . 45 m , 而杉木 为
1
.
5 6一 1 . 92 二 ( 图 3 ) , 山苍子密集的根群基本分布于土表 ( o ~ 2 c0 m ) , 对 表 层 土 壤 起
着 良好穿插挤压作用 , 明显增加土壤孔隙度 。 可 以预估 , 杉木林郁闭后 ( 7 ~ 9年生 ) , 山苍
子因光照不足 枯死后 , 表层土壤会有大量山苍子根系腐烂 , 形成腐殖质 , 增加孔隙量 , 增强
土壤通气性 , 改善土壤物理性状 , 这对杉木林后期生长较为有利 。 杉木的侧根虽不如山苍子
魂期 杨玉盛等 , 杉木套种山苍子模式的结构与 生物量初步研究
发达 , 但杉木与山苍子的根系无相互排斥现象 , 沿行间和行内扩展的山苍子侧根插入杉木根
群中 , 犹如地上部分枝叶交错一样 . 根系在两树中间地带交织在一起 ( 图 3 ) 。 这可能与杉
木 、 山苍子根系的嗜肥性能和根系 分泌物不同有关 。
` 二二又, , ~ 二抓气
、 ~ 、 厂
— 衫木根
比列尺 “ 一 山苍子根
` ~ ~ 一~ - -几一~ 一 . .目 曰` - J . ~一一 ~ -一一曰` - -~ ~ ~ ~ ` - . , ~ 曰 . ` .0 1 一 2 3 刁 5 汽 7 8 9 10 1 1 1 2 13 1 4 1 5 1 6 17
图 3 杉木套种山苍子林木根系水平分布
F 19
.
3 T h e h o r i z o n t a l d i s t r i b u t i o n o f r o o t s y s t e m o f
e h i n e s e f i r i n t e r P l a n t e d w i t il L i t s e a e u b e b a
模式林分根系的水平扩展与垂直分布的变化 , 对土壤结构稳定性和土壤空隙状况具有较
大的改 良作用 。 5 年生套种地表层土壤 > o . 2 5 m m 水稳性团粒结构比未套种地增加 5 . 2 3% ,
结构体破坏率减少 4 . 10 % , 土壤容重比对照的减少 0 . 0 16 % , 非毛管孔 隙及通气度 分别 比未
套种增加 1 . 09 %和 5 . 8 % 。 底层土壤 ( 20 一 4 c0 m ) 结构和孔隙度亦有一定程度 的改善 , 因此
模式林分所特有的根系水平和垂直结构 , 对该混农林业模式的稳定性及模式林分生产力提高
起着积极作用 。
3

3 林分生物量
3
.
3
.
1 林分各树种单株生物皿 及根盘 不 同结构的混农林业模式 , 由于其环境质量不 同 , 从
而影响群落中个体的生长 。 模式林分中衫木单株生物量是对照的 1 . 8倍 ( 表 2 ) 。 衫木的 树
干 、 树冠 、 根系等部分生物量均比对照的高 , 说明模式林分中 , 杉木的长势比对照的好 。
从表 2 还可 以看出 , 杉木平均单株生物量大于山苍子 , 说明在相同立地条件下 , 5 年生
杉木单株生物量比同龄的山苍子生物量大 。 其中 , 树干部分生物量是山苍子的 2 . 06 倍 ( 不包
括籽实 ) , 山苍子枝条是杉木的2 . 06 倍。 杉木各组分所占比例 ( 干重 ) 为干材 ( 干 十 皮 ) >
叶> 骨骼根> 枝 > 根系 , 而山苍子各组分所占比例 ( 干重 ) 为枝> 主干 > 骨骼根> 叶> 根系 。
念 46 福 建 林 学 院 学 报 11卷
表 2模式林分和纯林乔木层单株生物且 ( k g)
T a b l e 2T h ei n d i v i a ua l b i o m a o s s fth a e rb o o r n P a t te rn sta n d a n d o ne tro l
地上部分 小计
干材 皮 枝 叶 籽实
地下部分林 分 类 型 小计 合计骨骼根
模式林 杉 木
山苍子.
纯 林 杉 木
1

34 0 2
.
2 26 0

6 0 70

76 3一 2, 9 1 1 0 . 6 4 2 0 。 9 9 5 3 。 9 0 6
0
.
6 6 3 0

0 9 8 1
.
2 4 8 0

3 1 1 1

0 0 3 2
`
32 0 0

6 6 5 0

9 6 0 3

2 8 0
1
,
1 4 9 0

2 0 4 0

5 2 8 0

6 1 3 一 2 . 4 9 4 0 。 5 3 6 0 。 8 2 7 3 。 3 2 1
系5329根.03.0
山苍子生物量 不含籽实重 量 ( 表 中籽实 为鲜重 )
模式林分中杉木单株的全根量是对照的 1 . 2 1倍 , 单株细根量是对照的1 . 17 倍 。 模式林分
中杉木细根量占全根量 2 9 . 1 8% , 而对照的杉木细根量占全根量的2 5 . 09 % 。
根量的多少是植物生长发育状况的最重要指标之一 , 特别是直径 < 2 m m 的细根 , 由于根
毛多 , 吸收表面积大 , 吸收水分和养分能力强 。 而且细根更新快易腐烂 , 这对土壤结构的改
良及深层土壤空 隙 、 有机质 以及营养 贮量的增加十分有利 。 比如套种地底层 ( 20 一 40 o m )土
壤有机质含量为3 . 6 61 % , 比对照的增加 0 . 39 2% 。
模式林分杉木的细根 、 小根和 中根占全根的比例相差不大 , 分别为29 . 18 % 、 4 0 . 5 1% 和
3 0
.
37 %
, 而山苍子中根 ( 5一 l o nr m ) 占全根 7 1 . 19% , 细根占2 6 . 7 5% ( 表 3 ) 这可能与 山
苍子和杉木营养吸收特性及处于不同生长发育阶段有关 。
表 3 模式林分和纯林的根 t 比较
T a b l e 3 T h e r o o t a m o u n t o f P a t t e r n s t a n d a n d e o n t r o l e o tn p a r e d
林 分 类 型 根量
( k g /株 )
细根 小根 中根
全 根
( k g )
细根 占全根的%
模式林分 杉 木
山苍子
0

1 0 3
0
.
0 7 9
0

1 4 3
0

0 0 6

1 0 7 0

3 5 3 2 9

1 8
0

2 1 0 0

2 9 5 2 6

7 8
纯 林 杉 木 0 . 7 3 0 . 1 2 7 0 . 0 9 1 0 . 2 9 1 2 5 . 0 9
3
.
3
.
2 林分生物盆 模式林分的总生物量是纯林的 1 . 43 倍 , 模式林分的凋落物量为 o . 4 2 8( 山
苍子落叶 占9 8 . 8 3% ) t/ h m “ , 而对照的基本无枯落物 ( 表 4 ) 。 每年山苍子 枯枝叶归还 幼
林地 , 增加地表覆盖 , 既使土壤有机质增加 , 又可起到一定程度的水源涵养 , 保持水土作用 。
从表 4 还可 以看出 , 模式林分地下部分占总生物量的2 5 . 08 % , 而对照的杉木地下部分 生 物
量 占林分总生物量的 2 3 . 23 % , 较大的地下根系也是导致模式林分杉木 生长优 于杉木纯林的
重要原因之一 。
`期 杨玉盛等 : 杉木套种山苍子模式的结构与生物量初步研究 3 4 7
表 4 模式林分和纯林的生物 t ( th / m“ )
T ab l e4 Th eb io ms ao s fth eP at t r en st an dan dth o e en t r o l
林 分 类 型 地上部分 地下部分 凋落物 小 计 地被物 合 计
模式林分 杉 木 6。 6 782 。 3 1 3 0 。 0 0 5 9。 0 86
0

5 75 1 5
.
2 5 0
山苍子
纯 林 杉 木

65 4肠 1 . 5 1 2

4 82 2

4 81
0

4 2 3 5
.
5 89
0

0 0 4 9

9 6 0 7

71 5 1 0

62 8
山苍 子生物盈 不含籽实重 量
4 小结与建议
杉木幼林地套种 山苍子后 , 由于山苍子第 l ~ 2 年 比杉木生长快 , 且树冠在水平方向扩
展较大 , 稀疏的枝叶对杉木幼树起到侧方遮荫作用 , 有利于杉木幼树的生长 。 每年山苍子有
一定数量落叶归还林地 ( 模式林分中山苍子 凋落物为 4 2 3 k g h/ m “ ) , 以及部分根系死亡 , 土
壤有机质含量得到提高 , 适当耕垦亦有利于土壤 良好结构的形成 。 因此 , 模式林分中杉木树
高和胸径都比纯林大 ( 但经方差分析均未达到显著水平 ) 。 模式林分的生物量亦比纯林高 ,
模式林分中 5年生杉木的单株生物量是杉木纯林的 1 . 18 倍 , 林分的生物量 ( 不含 山苍子籽实
量 ) 是纯林的 1 . 43 倍 。
模式林分地下部分根系分层分布互相穿插 、 交织在一起 , 充分利用不 同层次的土壤养分 。
山苍子树冠扩展较快 , 林分郁 闭度较纯林的大 , 山苍子稀疏枝叶处于杉木上层 , 同时枝条互
相交叉 , 分层利用光能 ; 林分叶面积指数亦比未套种的大 , 林地光能利用率得到提高 , 不但
能增加短期收益 , 达到以耕代抚 , 而且有利于杉木生长 , 是一种结构优良的山地混农林业模
式 , 模式林分内杉木和山苍子比例对模式林分的效益影响较大 , 有待于进一步研究 。
参 考 文 献
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息峨色 福 建 林 学 院 学 报 11卷
A S t u d y on t h e Pa t t e r n T e xt u r e a n d Bi om a s s of h Cin e s e
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5 t a n d w e r e o n t h e u p p e r l e v e l s
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w e r e i n t e r s e e t i n g e a e h o t h e r a t a h e i g h t o f 0
.
9 0 t o 1
.
2 5 m
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b i o m a s s o f e h i n e s e f i r b e i n g 1
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h a s p r o v e d t o 七 e o n e o f t h e e h i n e s e a g r o f o r e s t r y p a t t e r n w h i C h h a s th e h任g h
r e a s o n a b le t e x t u r e a n d h i g h p r o d u e t i o n i n t h e s o u th m o u n t a i n a r e a s
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K e y w o r d s p a 七 t e r n t e 工 t u r e , b i o m a s s , e h i n e s e f i r , L玄考s e a c “ b e 6 a