濱海沙地主要造林樹種純林與混交林葉片熱值特征

[摘要] 對福建東南沿海防護林4種主要樹種純林及混交林共8個林分類型成熟和衰老葉片的熱值進行了研究。結果表明，在4種純林中，厚莢相思葉片中熱值最高，濕地松次之，都高于木麻黃和桉樹；木麻黃純林、木麻黃-厚莢相思混交林、木麻黃-濕地松混交林中木麻黃小枝熱值差別不顯著，都高于與桉樹混交的木麻黃小枝；厚莢相思純林和混交林成熟葉及衰老葉熱值都高于濕地松和桉樹；在所有的林分類型中，衰老葉中的熱值都高于成熟葉或差別不顯著。

[關鍵詞] 木麻黃 純林 混交林 熱值

綠色植物通過光合作用將太陽輻射能轉化為化學能以營養物質的形式貯藏在體內，供自身生命活動的消耗和個體生產及積累[1]，這種潛在的化學能以植物熱值含量的高低來表示，它直接反映植物對太陽能的轉化效率，是衡量第一性生產力的重要指標，也是評價植物營養成份的標志之一[2，3]。沿海防護林是沿海地區重要的生態屏障，以具有抗風、耐旱、耐瘠薄等特征的木麻黃（Casuarina equisetifolia）人工林為主的生態系統在我國沿海防風固沙、改善生態環境和促進當地經濟建設等方面發揮著難以替代的作用[4]。濱海沙地屬極度退化立地，適生樹種少，構建可持續經營的人工生態系統難度大[5]。由于厚莢相思(Acacia crassicarpa)有根瘤菌，屬于固氮樹種；桉樹(Eucalyptus)能夠有效利用水肥快速生長；濕地松(Pinus elliottii)具有耐旱、耐瘠薄的特性，因此它們豐富了沿海防護林的樹種，成為木麻黃更新改造的替代樹種。

由于應用能量的概念研究植物群落比單純用干物質測定更能反映出群落對自然資源（特別是太陽能）的利用情況[6]，因此，本研究試圖從能量的角度對上述四種主要樹種純林和混交林不同發育階段葉片的太陽能利用情況進行研究，為全面了解群落特征提供資料，為沿海防護林樹種的選擇和可持續發展提供理論依據。

1 試驗地概況

試驗地設在福建省東山縣赤山林場(118°18′E，23°40′N)，位于福建東南部沿海，屬亞熱帶海洋性氣候，干、濕季節明顯。年平均降水量945 mm，大部分降水集中在5～9月，11月至翌年2月為旱季，年均蒸發量 1 056 mm，年均氣溫為 20. 8 ℃，絕對最高氣溫 36. 6 ℃，絕對最低氣溫 3.8 ℃，終年無霜凍。秋冬多東北大風，8 級以上大風天數約 100 d，夏季多為西南風，臺風多發生在7～8月，年平均4～6次。土壤為潮積或風積沙土，土壤肥力低。試驗地天然植被稀少，林中常見有木豆、鼠刺、牡荊、蔓荊、龍舌蘭、厚藤、莎草等灌木和草本零星或小塊狀分布。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

于2007年9月在福建省東山縣赤山林場采樣。采集的樹種包括木麻黃、厚莢相思、濕地松和桉樹，林分類型包括四種樹種的純林、木麻黃與其它三種樹種的混交林及厚莢相思和桉樹的混交林共計8個，在每個林分類型的樣地中選擇生長狀況較為一致的植株，于樹冠外圍隨機選取成熟葉及老葉。

2.2 測定方法

樣品采集后帶回實驗室清洗干凈，經80℃烘干，磨粉處理后貯存備用，而后用熱量計法測定熱值，樣品熱值以干重熱值（每克干物質在完全燃燒條件下所釋放的總熱量，簡稱GCV）來表示，測定環境溫度20℃左右，每個樣品重復三次，誤差控制在±0.20kJ，每次實驗用苯甲酸對儀器進行標定[7]。

2.3 數據統計分析

應用Excel 2003、SPSS13.0和SigmaPlot 8.0進行數據分析和作圖。

3 結果與分析

3.1 不同樹種純林葉片在不同發育階段的熱值差異

由圖1可見，四種樹種成熟葉片和衰老葉片的干重熱值分別在20.15±0.60～21.10±0.23和20.34±0.16～22.10±0.11 kJ/g之間，其中，成熟葉中的熱值厚莢相思>濕地松>木麻黃>剛果桉，衰老葉中的熱值厚莢相思>濕地松>剛果桉>木麻黃，但無論是成熟葉還是衰老葉，木麻黃和剛果桉之間差別不顯著。總體而言，四種樹種衰老葉中的干重熱值大于成熟葉，這與前人[2]的研究結果不同。厚莢相思葉片中的熱值較高，與張清海等[8]的研究結果相一致，這說明厚莢相思由于固氮效應的存在，改善了養分狀況使光能利用效率升高，這也是其能夠作為木麻黃更新改造替代樹種的重要原因之一，濕地松葉中的熱值較高，則是因為其中含有松脂和松節油[8]，而桉樹盡管能夠有效利用水分和養分，但其光能利用效率與木麻黃相當。

3.2 木麻黃純林及其混交林不同發育階段小枝熱值比較

從木麻黃純林與其在混交林中不同發育階段小枝熱值的比較來看（圖2），木麻黃成熟和衰老小枝的熱值分別在19.90 ±0.04～20.36±0.03kJ/g和19.40±0.78～20.60±0.06kJ/g之間。木麻黃-厚莢相思和木麻黃-濕地松混交林中的木麻黃與純林中的木麻黃成熟及衰老小枝沒有顯著差異（P<0.05），但都高于與桉樹混交的木麻黃，這是由于與木麻黃相比，桉樹生長速度較快，其高大植株遮蔽了部分光照，使木麻黃可用的光能降低，從而導致其小枝中固定的能量減少。另外，在四種林分類型中，衰老小枝中的熱值略高于成熟小枝或差別不顯著。雖然木麻黃小枝在純林與在混交林中的熱值差別不顯著，但由于混交林的生物量顯著提高，比如木麻黃-厚莢相思群落生物量是單一木麻黃群落的3.26倍，是木麻黃-濕地松群落的1.65倍，木麻黃-濕地松群落是單一木麻黃群落的1.97倍[8]，因此混交林的能量現存量高于純林。由于厚莢相思單位面積生物量大且干重熱值（表1）較高，因此其能量現存量最高，是沿海防護林中的最佳混交模式。

3.3 其它樹種純林及混交林葉片中熱值比較

由表1可見，厚莢相思純林和混交林中成熟葉和老葉的熱值都顯著高于濕地松和剛果桉的純林及混交林。這是由于厚莢相思為固氮樹種，其熱值較高可能是由于其養分狀況要優于非固氮樹種濕地松和剛果桉。草地植物或農田在施肥后，特別是施氮肥后，熱值趨于明顯增加，已被許多研究所證實[9～12]。孫國夫等[9]與Long[11]通過試驗發現氮肥對水稻植株熱值存在正效應。楊京平等[10]通過回歸分析發現氮素同水稻植株熱值之間存在極高的相關性，隨著氮素水平的增加，水稻的熱值增加，表明水稻的熱值是一個與水稻生長發育及外界環境因子密切相關的動態變化指標。與純林相比，混交林能有效改善立地條件[13]，盡管濕地松和剛果桉與同為固氮樹種的木麻黃混交，但它們在混交林中葉片的熱值并不比純林中高，而且木麻黃本身熱值也不高（成熟小枝和衰老小枝中最高熱值分別為20.36±0.03和20.60±0.06kJ/g）（圖2）。這說明除了養分條件之外，其他因素，如環境條件、立地類型等也會影響熱值的水平。由表1還可以看出，除了剛果桉混交林成熟葉熱值略高于老葉之外，其他林分類型都表現為老葉高于成熟葉或差異不顯著。

4 討論

植物組分或器官干重熱值的差異主要是受自身組成（所含的營養物質）、結構和功能的影響；其次，還受光照強度、日照長度及土壤類型和植物年齡影響[14]。器官的發育階段同樣會對熱值高低產生影響，林益明等[2]通過對深圳福田幾種紅樹植物繁殖體與不同發育階段葉片的熱值研究后認為，成熟葉的生命活動最旺盛，光合能力最強，光合作用積累的有機物最多，而老葉則處于衰退之中，故成熟葉的干重熱值高于老葉。與前人的研究結果不同，本研究中，有的林分類型熱值成熟葉與老葉差別不顯著，有的老葉高于成熟葉。

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