連栽馬尾松林單株不同器官含水率及生物量的比較

何佩云， 諶紅輝

(1.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽 550001； 2.中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西憑祥 532600)

隨著世界范圍內(nèi)人工林面積的不斷擴(kuò)大，同時(shí)由于人類不合理的經(jīng)營，致使世界范圍內(nèi)人工林地力衰退現(xiàn)象十分嚴(yán)重。我國主要造林樹種杉木[Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.]、落葉松[Larixgmelini(Rupr.) Kuzeneva]、桉樹(Eucalyptusspp.)等存在較明顯的地力衰退[1-4]。馬尾松(PinusmassonianaLamb.)是我國松屬樹種中分布最廣的鄉(xiāng)土工業(yè)用材樹種(102°10′～123°14′E、21°41′～33°56′ N)，廣泛分布于全國17個(gè)省(市、區(qū))，具有適生能力強(qiáng)、速生、豐產(chǎn)、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是南方最主要用材樹種之一[5]。因此，一些學(xué)者對其栽培技術(shù)、合理采伐年齡、優(yōu)化模式等作了較深入系統(tǒng)的研究[6-12]，但有關(guān)連栽后林木不同器官及林分生物量的變化規(guī)律等方面的研究相對較少。因此，本研究以不同栽植代數(shù)(1、2代)、不同發(fā)育階段(8、9、15、20年)的馬尾松人工林為對象，選擇不同栽植代數(shù)林分中的標(biāo)準(zhǔn)木，開展連栽馬尾松林單株不同器官含水率及生物量的比較研究，以揭示連栽馬尾松林木不同器官生物量的變化規(guī)律，進(jìn)而探討馬尾松連栽是否引起林地土壤肥力發(fā)生衰退，這對于今后馬尾松人工林的經(jīng)營、林地養(yǎng)分管理及人工林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性維護(hù)等均具有重要的指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于廣西憑祥市熱帶林業(yè)試驗(yàn)中心伏波實(shí)驗(yàn)場、廣西忻城縣歐洞林場以及貴州龍里林場。伏波實(shí)驗(yàn)場地處106°43′E、22°06′N，海拔500 m，低山，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)；歐洞林場地處108°42′～108°49′ E、24°14′～24°19′ N，位于忻城縣北端，屬丘陵地貌，海拔一般在300～700 m，地處南亞熱帶氣候區(qū)；貴州龍里林場地處106°53′E、26°28′N，氣候?yàn)橹衼啛釒睾蜐駶欘愋?，海拔高度? 213～1 330 m，地貌為山原丘陵[11]。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地的選設(shè)

本試驗(yàn)于2014年5—7月在廣西伏波實(shí)驗(yàn)場、歐洞林場及貴州龍里林場開展野外調(diào)查及采樣工作。試驗(yàn)采用配對樣地法(嚴(yán)格要求所配樣地的立地類型相同、立地質(zhì)量相近)，選擇不同栽植代數(shù)(1、2代)、不同發(fā)育階段(8、9、15、20年)的馬尾松人工林為研究對象，共選取7組配對樣地，分別用A1、A2、B1、B2、…、I1、I2表示，樣地基本概況見表1。

2.2 樣地設(shè)置及樣品采集

在林相基本一致的林分內(nèi)，選擇代表性強(qiáng)的地段設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地，共設(shè)標(biāo)準(zhǔn)樣地7組，標(biāo)準(zhǔn)樣地面積為600 m2，在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)采用樣方調(diào)查方法，進(jìn)行每木檢尺。根據(jù)樣地每木調(diào)查的資料計(jì)算出全部立木的平均胸高斷面積，選出標(biāo)準(zhǔn)木，伐倒后進(jìn)行生物量測定。地上部分采用“分層切割法”測定各器官的鮮質(zhì)量[13-15]。地下根系采用的是樣帶法[16]，樣帶為 100 cm×50 cm×60 cm，根用清水漂洗以去除表面黏附土壤并晾干，同時(shí)分別取枝、葉(當(dāng)年生葉和往年生葉)、干、皮、根樣品分裝并帶回實(shí)驗(yàn)室稱量各部分鮮質(zhì)量，然后將各部分在80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱量各部分干質(zhì)量等。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel、SPSS 13.0、One-way ANOVA等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 連栽馬尾松林單株各器官含水率比較

植物的一切正常生命活動，只有在一定的細(xì)胞含水率狀況下才能進(jìn)行。含水率直接影響植物生命活動的進(jìn)行，植物的光合作用、呼吸作用、有機(jī)物質(zhì)合成和分解等過程都需要水的參與，同時(shí)固態(tài)的有機(jī)物質(zhì)及無機(jī)物質(zhì)只有溶解在水中才能被植物吸收利用[17]。

表1 試驗(yàn)樣地概況

注：A1、A2、B1、B2、…、I1、I2分別代表不同林齡的1、2代配對樣地。

由表2可以看出，連栽對馬尾松林木各器官含水率均產(chǎn)生一定程度的影響?？傮w看，連栽后各器官(葉、枝、干、皮、根)的含水率呈明顯上升趨勢。其葉、枝、干、皮、根平均含水率2代較1代分別上升3.81%、8.68%、2.97%、9.10%、4.72%，且枝、根含水率在1、2代間的差異達(dá)顯著水平。由表2還可看出，1、2代林木枝、干、皮含水率相對較低，而根、葉含水率則相對較高。各器官含水率在1、2代馬尾松林木中變化規(guī)律有所不同，其中在1代林中，各器官平均含水率大小依次為根>葉>皮≈干>枝；而在2代林中，各器官平均含水率大小則依次為根>皮>葉>枝>干。可見，無論是1代還是2代，其根中的含水率最高，這是因?yàn)橹参锔繌耐寥乐胁粩辔账郑⑦\(yùn)輸?shù)街参矬w各個(gè)部分以滿足正常生命活動的需要，同時(shí)植株不同器官和不同組織之間的含水率差異較大，尤其是生命活動較旺盛的部位，如根、葉，特別是根，其含水率相對較多，因?yàn)楦考?xì)胞的生理活動相對要活躍得多，同時(shí)根也是吸收水分和各種礦質(zhì)養(yǎng)分的重要器官[17]，其根部含水率較高，有利于馬尾松林木的生長發(fā)育。

3.2 連栽馬尾松林單株各器官生物量分配比較

森林中的生物產(chǎn)量就其本質(zhì)而言是光合作用固定太陽能的結(jié)果，它隨林齡的變化而產(chǎn)生大量的有機(jī)質(zhì)積累[18-19]。連栽對馬尾松林木單株各器官生物量均產(chǎn)生一定程度的影響，同時(shí)在相同代數(shù)的馬尾松林中，各器官生物量所占比例也有所不同(表3)。由表3可知，在1、2代林中，葉、枝、皮、干、根各器官生物量占單株總生物量比分別為5.35%、15.44%、8.02%、69.04%、2.30%和5.75%、17.51%、6.76%、65.99%、4.69%?？梢?，無論是1代還是2代，干生物量所占比例最大，其他各器官生物量所占比例相對較小，且1、2代林各器官生物量均表現(xiàn)出干>枝>皮>葉>根的變化規(guī)律。

表2 不同代數(shù)馬尾松林單株各器官含水率比較

注：*表示在5%水平差異顯著。表3同。

由表3還可知，1、2代各器官及單株生物量相比，1、2代葉、枝、皮、干、根和單株平均生物量分別為12.36、35.70、18.66、159.63、5.32、231.22 kg/株和11.76、35.79、13.82、134.91、9.59、204.43 kg/株，可見枝、根生物量呈上升趨勢，2代較1代分別上升0.25%、80.26%，而葉、皮、干生物量則呈下降趨勢，2代較1代分別下降4.85%、25.94%、15.49%，且根生物量在1、2代之間的差異達(dá)顯著水平。連栽后，單株平均總生物量總體呈下降趨勢，其2代較1代下降 11.59%，但差異不顯著。

3.3 連栽馬尾松不同林齡單株各器官生物量比較

各器官及單株總生物量在馬尾松不同生長發(fā)育階段不同(圖1至圖6)，總體來看，無論是1代還是2代，其單株總生物量及干生物量所占比例隨林齡的增加而增加，葉、根生物量所占比例隨林齡的增加而減小，而枝、皮生物量所占比例隨林齡增加變化不大。但從圖1可以看出，1、2代單株總生物量相比，在幼齡林、中齡林前期階段，單株總生物量總體表現(xiàn)為2代高于1代，而到中齡林后期階段，單株總生物量呈下降趨勢。

表3 不同代數(shù)馬尾松林單株各器官生物量 kg/株

注：表中根生物量為1個(gè)樣帶(0.3 m3)內(nèi)根的生物量。

干生物量占單株總生物量的絕大部分，通常約占單株總生物量的50%以上，隨著林木的生長，干生物量所占的比例也越來越大。由圖5可知，干生物量所占比例在1、2代林不同生長時(shí)期都比較高，同時(shí)在整個(gè)生長發(fā)育階段，干生物量所占比例在1、2代林差異不明顯，總體表現(xiàn)為1代略高于2代。從圖6可以看出，無論在幼齡階段，還是在中齡階段，根生物量所占比例2代均明顯高于1代，這說明2代林分能更好地吸收、獲取水分和養(yǎng)分，支撐樹體，也有利于2代林的生長發(fā)育。

4 結(jié)論與討論

連栽對馬尾松林單株各器官含水率均產(chǎn)生一定的影響，總體來看，連栽后，各器官(葉、枝、干、皮、根)的含水率呈明顯上升趨勢，且枝、根含水率在1、2代間的差異達(dá)顯著水平；且無論是1代還是2代，其根中的含水率最高，根是吸收水分和各種礦質(zhì)養(yǎng)分的重要器官，其根部含水率較高，有利于馬尾松林木的生長發(fā)育。本研究表明，單株各器官含水率2代>1代，尤其是根，說明2代林根部的生理活動較1代活躍，2代林根吸收、獲取水分和養(yǎng)分的能力要大于1代，也表明2代馬尾松林的生存能力較1代強(qiáng)，2代林的穩(wěn)定性高于1代，這與之前研究得出的2代林分的生長狀況及生產(chǎn)力要好于1代的結(jié)論[20-21]是一致的。

連栽對馬尾松各器官及單株總生物量均產(chǎn)生一定程度的影響，同時(shí)在相同代數(shù)的馬尾松林中，各器官生物量所占比例也有所不同，干生物量所占比例最大，其他各器官生物量所占比例相對較少。1、2代各器官及單株生物量相比，枝、根生物量呈上升趨勢，而葉、皮、干生物量則呈下降趨勢，且根生物量在1、2代之間的差異達(dá)顯著水平。連栽后，單株平均總生物量總體呈下降趨勢，2代較1代下降11.59%，但差異不顯著。各器官及單株總生物量在不同生長發(fā)育階段不同，總體來看，無論是1代還是2代，其單株總生物量及干生物量所占比例隨林齡的增加而增加，葉、根生物量所占比例隨林齡的增加而減小，而枝、皮生物量所占比例隨林齡增加變化不大。

可見，各樣地平均林木單株生物量及各器官生物量所占比例因其林木個(gè)體大小不同而不同。盡管個(gè)體大小的不同，擁有不同的營養(yǎng)空間，但其個(gè)體大小的差異會導(dǎo)致生物量總量的差異，而不會造成樹木各器官的畸形發(fā)展，即擁有不同營養(yǎng)空間的個(gè)體，不會導(dǎo)致樹木各器官質(zhì)量的比例失衡，林木的光合作用無論是強(qiáng)還是弱，所積累的干物質(zhì)是按一定比例分配到各器官中的。所以，無論是1代還是2代，其單株總生物量及干生物量所占比例隨林齡的增加而增加，葉、根略呈下降趨勢，枝、皮變化不明顯，且無論在何林齡，是1代還是2代，均以干生物量所占比例最大。