武陵山區(qū)小流域不同年齡結(jié)構(gòu)杜仲人工林生物量研究

羅 佳 ，周小玲 ，田育新 ，陳建華，李錫泉 ，姚 敏

（1.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2.湖南省林業(yè)科學院，湖南 長沙 410004）

武陵山區(qū)小流域不同年齡結(jié)構(gòu)杜仲人工林生物量研究

羅 佳1,2，周小玲2，田育新2，陳建華1，李錫泉2，姚 敏2

（1.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2.湖南省林業(yè)科學院，湖南 長沙 410004）

為給杜仲林的經(jīng)營管理提供科學依據(jù)，采用收獲法，以武陵山區(qū)小流域不同年齡結(jié)構(gòu)杜仲人工林作為研究對象，對其生物量進行研究。結(jié)果表明：在立地條件基本相同的情況下，杜仲人工林生物量隨年齡增大而增加。27年生杜仲人工林單株生物量顯著高于5年生杜仲人工林，單株各器官按照生物量由高到低排序均為干、根、枝、皮、葉；在林分生物量組成中，喬木層所占比例最大（74.04%），枯落物層次之（15.92%）。27年生杜仲人工林喬木層生物量為510 741.82 kg/hm2，明顯高出5年生杜仲人工林；27年生杜仲人工林年平均凈生產(chǎn)力為26 782.13 kg/(hm2·a)，高于其它年齡段杜仲人工林，在各林分中以樹干的凈生產(chǎn)力最高，樹皮最低。

杜仲；生物量；不同年齡結(jié)構(gòu)；武陵山區(qū)；小流域

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中面積最多、最重要的自然生態(tài)系統(tǒng)，在維護全球氣候系統(tǒng)、調(diào)節(jié)全球碳平衡等多方面發(fā)揮著無法替代的作用[1]。森林生物量作為森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能最根本的特征之一，生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)與能量循環(huán)研究首先依賴于生物量數(shù)據(jù)，因此，國內(nèi)外關(guān)于森林生物量的研究有較多報道[2-12]。

杜仲Eucommia ulmoides，為落葉喬木，杜仲科植物，為國家二級保護植物，具有食用價值（含銅、鋅、鐵等微量元素及氨基酸）、工業(yè)價值（樹皮能分泌杜仲膠可用于代替橡膠）、藥用價值（樹皮能入藥）。生長快，生態(tài)適應性好，能適應喀斯特山地土壤；萌芽能力強，根系較為發(fā)達，固持土壤的能力強，是長江防護林建設過程中主要造林樹種之一。關(guān)于杜仲的相關(guān)研究，曹云等對杜仲林的水文過程進行了較為系統(tǒng)的定位監(jiān)測[13]，宋留高等[14]研究探討了杜仲幼樹的生長規(guī)律，針對其生物量的研究，僅有潘攀[15]等對四川西部和北部丘陵、低山地區(qū)的杜仲人工林生物量和生產(chǎn)力進行了研究，以及周政賢[16]等對貴州遵義、湖南慈利26～27年生杜仲人工林進行2 a的生物量研究，然而，針對杜仲中幼齡人工林生物量及其分布格局的系統(tǒng)研究，國內(nèi)外鮮見報道。

本文中選取武陵山區(qū)小流域主要生態(tài)經(jīng)濟型樹種——杜仲作為研究對象，通過對其中幼齡人工林生物量及其分配格局進行系統(tǒng)研究，以期為杜仲林的經(jīng)營管理提供科學依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗區(qū)位于張家界市慈利縣。慈利縣作為我國第二大杜仲林生產(chǎn)基地，擁有豐富的杜仲資源，杜仲種植面積超過2. 67萬hm2，是全國最大的杜仲基地縣。試驗標準樣地設置在湖南省林業(yè)科學院慈利生態(tài)定位試驗研究站（29°30′N，100°10′E），此站地處武陵山脈腹地，位于慈利縣零陽鎮(zhèn)兩溪村女兒寨小流域，距離慈利縣西北大約12 km，最高峰為917.4 m，母巖以砂頁巖為主，土壤為山地紅壤及黃壤。試驗地位于亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，年均降水量達1 347.0 mm，年均氣溫為16.7 ℃，無霜期達269 d。小流域主要林地類型有：馬尾松Pinus massoniana林、杉木Cunninghamia lanceolato林、杜仲人工林、油桐Vernicia fordii人工林、柑桔Citrus reticulataBanco及雜灌林，其中主要以杜仲人工林為主。

2 研究方法

2014年，根據(jù)杜仲人工林不同林齡各設置20 m×30 m的標準樣地3個，共9個。林地生境條件基本相同，杜仲人工林標準地概況詳見表1。

表1 標準地概況Table 1 General situation of the sample plots

對標準地立木進行每木調(diào)查，選擇5株平均木。將樣木伐倒做生物量測定，以2 m為區(qū)分段按區(qū)分法進行樣木分段，用“分層切割法”測定樹干、樹枝、樹皮、樹葉及樹根的鮮質(zhì)量并分別混合取樣1.0 kg，殺青后（105 ℃，5 min）在85 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，計算各器官干質(zhì)量，根據(jù)林分密度進行單位面積各林分器官的生物量及總生物量推算。在標準地分別按對角線設置2 m×2 m小樣方5個，并記下各小樣方內(nèi)植物的種類與數(shù)量。采用“全體收獲法”收割各小樣方內(nèi)所有灌木和草本植物及枯落物，各取1.0 kg烘至恒質(zhì)量，算出干濕比后，推算各單位面積干物質(zhì)質(zhì)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林齡杜仲人工林單株生物量

不同林齡杜仲人工林單株各器官生物量見表2。由表2可知，27年生杜仲人工林中單株生物量（151 330.91 g）明顯高于5年生杜仲人工林（5 304.95 g），不同年齡段杜仲人工林單株各器官生物量排序由高到低均為干、根、枝、皮、葉，其中樹干生物量分別高達2 394.00、14 225.97、90 340.0 g，占各自單株總生物量的比例分別為45.13%、46.25%、59.70%，樹葉生物量最低。不同年齡樹種其不同營養(yǎng)器官生物量所占比例略有不同，其中差異最大的是樹皮，10年生杜仲人工林單株樹皮占單株總生物量的3.59%，而27年生杜仲人工林占10.87%。

3.2 中幼齡杜仲人工林林分生物量

林分生物量的大小在一定程度上反映了該樹種生產(chǎn)力的高低。該研究區(qū)域杜仲人工林絕大部分尚處于中、幼齡階段，枯枝較少，本研究中對此年齡段林分生物量進行了研究，結(jié)果見表3。由表3可知，在林分生物量組成中，喬木層所占比例（74.04%）最大，枯落物層次之。杜仲林內(nèi)濕蔭，相對濕度較大，林下草本種類少，發(fā)育也不好，故草本層生物量均低。

表2 不同林齡杜仲人工林單株各器官生物量Table 2 Biomass of different organs of single trees in E. ulmoides plantations at different age stages

表3 中幼齡杜仲人工林林分生物量Table 3 Biomasses of middle and young E. ulmoides plantations

3.3 不同林齡杜仲人工林喬木層生物量組成

喬木層作為森林群落中的主體部分，整個群落絕大部分的生物量來自于此層。光合作用的產(chǎn)物主要用于呼吸消耗，此外其積累的有機物質(zhì)按一定比例分配到各器官及組織。不同林齡杜仲人工林喬木層生物量組成見表4。由表4可知，27年生杜仲人工林喬木層生物量為510 741.82 kg/hm2，明顯高出5年生杜仲人工林。不同年齡段杜仲人工林喬木層各器官生物量排序由高到低均為干、根、枝、皮、葉，樹干所占比例最大，樹葉所占比例最小。

表4 不同林齡杜仲人工林喬木層生物量組成Table 4 Biomass composition of tree layers in E. ulmoides plantations at different age stages

3.4 不同林齡杜仲人工林凈生產(chǎn)力

植物群落現(xiàn)存量并不能完全反映綠色植物通過光合作用制造有機物質(zhì)的速率，所以不能用此來計算群落制造有機物的能力的大小，而應該采用生產(chǎn)力大小作為評價的標準。以綠色植物通過光合作用在單位時間及單位面積內(nèi)所得到的有機物質(zhì)量作為第一性總生產(chǎn)力。第一性凈生產(chǎn)力是第一性總生產(chǎn)力減掉同期植物呼吸的消耗量。森林生態(tài)系統(tǒng)中估算第一性凈生產(chǎn)力的方法是在同齡人工林中用生物量除以年齡[17]。

由于杜仲為落葉樹種，所以葉的生物量可作為其葉的凈生產(chǎn)力，其它各器官的凈生產(chǎn)力均用相應的生物量除以年齡進行估算。

不同林分的凈生產(chǎn)力見圖1。由圖1可見，27年生杜仲人工林年平均凈生產(chǎn)力為26 782.13 kg/(hm2·a)，明顯高于其它年齡段，在各林分，以樹干的凈生產(chǎn)力最高，樹皮的最低。

圖1 不同林齡杜仲林分單株各器官的凈生產(chǎn)力Fig. 1 Net productions of each organs of single plants in E.ulmoides plantations at different age stages

4 結(jié)論與討論

（1）在立地條件基本相同的情況下，杜仲人工林生物量隨年齡增大而增加。27年生杜仲人工林中單株生物量（151 330.91 g）明顯高于5年生杜仲人工林（5 304.95 g）。不同年齡杜仲人工林單株各器官按照生物量由高到低排序均為干、根、枝、皮、葉。該研究區(qū)域杜仲人工林絕大部分尚處于中、幼齡階段，枯枝較少，本研究中對此年齡段林分生物量進行了研究。在林分生物量組成中，喬木層所占比例最大，枯落物層次之。杜仲林內(nèi)濕蔭，相對濕度較大，林下草本種類少發(fā)育較差，故草本層生物量均低。27年生杜仲人工林喬木層生物量為510 741.82 kg/hm2，明顯高出5年生杜仲人工林。不同年齡杜仲人工林喬木層各器官按照生物量由高到低排序均為干、根、枝、皮、葉。27年生杜仲人工林年平均凈生產(chǎn)力為26 782.13 kg/(hm2·a)，明顯高于其它年齡段，在各林分，以樹干的凈生產(chǎn)力最高，樹皮最低。

（2）本研究中未統(tǒng)計枯枝落葉年凋落量及根系的損失量和動物的啃噬量，因此凈生產(chǎn)力的估測稍微低于實際值。

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Biomasses ofEucommia ulmoidesplantations with different age structures at small watershed of Wuling Mountain Region

LUO Jia1,2, ZHOU Xiao-ling2, TIAN Yu-xin2, CHEN Jian-hua1, LI Xi-quan2, YAO Min2
(1.Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to offer a scientific basis for operating and management ofEucommia ulmoidesforest, biomasses of theE. ulmoidesplantations with different age structures at small watershed of Wuling Mountain Region were studied by using harvest method. The results showed that in the basically same site conditions, biomasses ofE. ulmoidesplantations were increased with age. Biomass of single 27-year-old plant inE. ulmoidesplantations was significantly higher than that of single 5-year-old plant. The order of different organs based on single plant biomass from high to low was stem, root,branch, peel, leaf. In the case of stand biomass composition, tree layer accounted for the largest proportion, and litter layer was the second. Biomass of tree layer inE. ulmoidesplantations at 27 years old was 510 741.82 kg/hm2, which was obviously higher than that inE. ulmoidesplantations at 5 years old. Annual average net production ofE. ulmoidesplantations at 27 years old was 26 782.13 kg/(hm2·a), which was higher than the plantations at the other age stages. Net production of stem was the highest, and that of bark was the lowest.

Eucommia ulmoides; biomass; different age structures; Wuling Mountain Region; small watershed

10.14067/j.cnki.1003-8981.2015.03.017 http: //qks.csuft.edu.cn

2015-04-05

國家十三五科技支撐計劃課題“長江防護林質(zhì)量調(diào)控與高效經(jīng)營技術(shù)研究與示范”（2015BAD07B04）；湖南省林業(yè)科學院青年科研創(chuàng)新基金項目（2013LQJ11）；湖南省林業(yè)廳外資辦項目“湖南近自然森林經(jīng)營試驗與示范”（2012-HNLYKY-01）。

羅 佳，助理研究員，博士研究生。

陳建華，教授，博士，博士研究生導師。E-mail：cjh11135@sina.com

羅 佳,周小玲,田育新,等.武陵山區(qū)小流域不同年齡結(jié)構(gòu)杜仲人工林生物量研究[J].經(jīng)濟林研究,2015,33(3):99－102.

S60；S567.1＋9

A

1003—8981(2015)03—0099—04

[本文編校：聞 麗]