不同生長發育階段木麻黃人工林的凋落物動態

[摘要] 以不同發育階段木麻黃人工林為研究對象，測定了凋落物各組分含量的月動態和季節動態。結果表明：幼齡林、中齡林、成熟林向林地輸入的凋落物量分別為4.84t#8226;hm^-2、9.25t#8226;hm^-2和13.33t#8226;hm^-2。不同發育階段各組分所占比例及凋落量變化較大，成熟林分別是中齡林和幼齡林的1.44倍和2.75倍。凋落物的碳素含量季節變化為：冬季>秋季>夏季>春季。

[關鍵詞] 木麻黃 凋落物 碳儲量

森林凋落物是森林生態系統內生物組分產生并歸還林地表面的有機物質的總稱[1]，是森林在生長發育過程中的新陳代謝產物，也是森林植被與環境之間進行物質和能量交換的主要途徑。森林從土壤中吸收的養分，每年又通過凋落物分解作用歸還給土壤，逐漸向土壤中釋放營養元素，這對于維護土壤肥力，保持森林生態系統物質的養分循環和能量流動起著重要作用[2-5]。濱海沙地多屬退化立地，生境條件較為惡劣，生態恢復難度較大，對于構建一個可持續的復合生態系統[8]，凋落物發揮著更為重要的功能。開展沿海防護林凋落物動態研究對于維持林地生產力，實現林地的可持續經營具有重大意義。

另外，森林生態系統作為陸地生物圈的主體，不僅本身維持著大量的碳庫（約占全球植被碳庫的86％以上），同時也維持著巨大的土壤碳庫（約占全球土壤碳庫的73％，因而，森林生態系統土壤碳平衡是全球碳循環中極為重要的組分，在全球碳平衡中起著不可替代的作用。Raich和Nadelhoffer研究表明，凋落物年碳歸還量與土壤呼吸呈顯著的線性相關[6，7]。因此，研究沿海防護林凋落物的動態變化對于深入探討沿海防護林在“碳“調節中的作用具有非常重要的意義。

本文研究了不同林齡木麻黃人工林凋落物的動態變化規律，以期對沿海防護林的可持續經營提供依據，并為開展沿海防護林在全球碳平衡中的作用研究提供參考。

1 試驗地概況

試驗地設在福建省沿海中部惠安縣崇武鎮赤湖防護林場(118°55′ E，24°55′ N)，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫19.8℃；年均降水量1 029mm，年均蒸發量2 000 mm；夏季(7-9月)多臺風和暴雨天氣，秋季東北風強盛，8級以上的大風天達105 d，年平均風速7.0 m#8226;s-1，干濕季明顯。土壤為均一性風積沙土，沙土層厚度

80-100 cm。

2 材料與方法

在惠安不同發育階段的每個樣地內分別設置5個1m×1m凋落物收集筐。每月中旬收集一次凋落物，裝入塑料帶，帶回室內，分類烘干至恒重后稱重，最后換算成單位面積凋落物量，并點繪各組分年積累動態曲線。

對進行生物量調查的同時采集的喬木層不同器官和凋落物層的樣品，經烘干、粉碎、過篩后，用全自動碳氮分析儀測定含碳率；喬木層平均含碳率是各器官含碳率的加權平均值。

3 結果與分析

3.1木麻黃人工林凋落物年產量及組成

木麻黃幼齡林、中齡林、成熟林的年凋落物量分別為4.84t#8226;hm^-2、9.25t#8226;hm^-2和13.33t#8226;hm^-2（見表1），成熟林的年凋落量最大，這主要是由于成熟林生長已處于衰退時期，其年凋落量處于較大時期；而中齡林和幼齡林仍處于生長期間，因此凋落物相對較成熟林小。

不同發育階段的凋落物各組分及總量均有較大差異。但均為落葉所占比重最大，落枝次之，而落果所占比重最小。與譚芳林[8]研究的20年和7年林分相比，這一序列相同。但不同發育階段不同各組分具體所占的比例是不同的：落葉占的比例為：幼齡林(91.94％)>中齡林（83.24%）>成熟林（79.97%），而落枝所占比例為：成熟林（16.65％）>中齡林（10.49%）>幼齡林（2.89%）。落果為：中齡林（6.27％）>中齡林（5.17%）>成熟林（3.38%）。可見幼齡林落葉量所占比例最大，而中齡林落果量所占比例最大，成熟林則為落枝條量最大。

30a 生木麻黃的凋落量13.33t#8226;hm^-2，低于譚芳林[8]1997～1999年的定位觀測的20年生的林分13.973t#8226;hm^-2，稍高于7年生的12.385t#8226;hm^-2。16年生和5年生的凋落量遠遠低于其研究結果。本研究得出木麻黃不同發育階段平均值為9.14t#8226;hm^-2。與亞熱帶林齡相近的其它樹種相比，其年凋落量高于亞熱帶杉木人工林(1.76～5.30t#8226;hm^-2 )[9] 和福建武夷山天然杉木混交林(5.034t#8226;hm^-2)[10]，高于廣西亞熱帶常綠闊葉林(7.99t#8226;hm^-2)[11]也高于福建武夷山51～54齡甜櫧林(2.5870～5.5625t#8226;hm^-2)[12]，與福建九龍江秋茄紅樹林(9208 kg#8226;hm^-2)接近[13]。木麻黃人工林年凋落量介于熱帶雨林(11t#8226;hm^-2)和暖溫帶落葉闊葉林(5.5t#8226;hm^-2 )之間[11]。木麻黃較高的年凋落物量，可能與沿海地區的大風天氣較多有關。在惠安沿海，8級以上的大風天可達100d，臺風平均每年5.1次，大風的作用增加了凋落物量。另外，木麻黃分枝較多，枝葉生物量占全樹生物量的比重較大，這也是木麻黃防護林年凋落量較大的一個原因。

3.2木麻黃人工林凋落量的月動態

． 森林凋落量具有明顯的季節變化規律，其凋落物組分數量在各個月的分布是不均勻的，季節變化模式可以是單峰，也可以是雙峰的或不規則的，但多數是雙峰，少數是單峰的，差異較大，與組成群落的樹種種類結構有關。主要依賴于林分組成樹種的生物學和生態學特性。為了便于討論凋落量在1a中的變化，本研究將當月凋落量高于年平均值30％的稱為峰值。

3.2.1木麻黃人工林落葉量的月動態

森林凋落物是森林物質和能量流動的載體，落葉一般在凋落物中占大多數，是森林凋落物的主要成分。木麻黃人工林的幼齡林、中齡林、成熟林的年落葉量分別為4.45t#8226;hm^-2、7.7t#8226;hm^-2、10.66t#8226;hm^-2，占年凋落量的79.97％～91.94％，所占的比例大于溫遠光等對常綠闊葉林的研究 [15-18]。幼齡林落葉量的變化為雙峰型(見圖1)，主峰出現在7月，次峰出現在9、10月，其余各月的變化比較平緩，成熟林和中齡林落葉量在7～9月出現峰值，其余各月變化比較平緩。木麻黃成熟林和中齡林落葉量最大值均出現在7～9月．主要是由于7～9月是福建惠安沿海臺風的發生季節，造成葉的大量凋落。

3.2.2木麻黃人工林落枝量的月動態

木麻黃不同發育階段的落枝總量分別為0.14t#8226;hm^-2、0.97t#8226;hm^-2、2.22t#8226;hm^-2，幼齡林與中齡林和成熟林差異顯著。幼齡林、中齡林、成熟林平均落枝量占總凋落量的的比例分別為2.89％、10.49％、16.65％，均小于武夷山甜櫧林(20.59％)[12] 、廣西亞熱帶常綠闊葉林(25.2％)[11]、南亞熱帶常綠闊葉林(18.7％)[11]，成熟林落枝占的比例(16.65％)大于九龍江秋茄紅樹林(15.44％)[13]、與滇中常綠闊葉林(16.47％)接近。木麻黃人工林中齡林落枝量的月變化與落葉模式相似，在7～9月出現峰值。而成枝的峰值出現在5月和8～9月，幼齡林在7～9月出現主峰，又在11月出現一個次峰，其動態與落葉的有所不同。從不同發育階段落枝量的平均值看，與落葉相似最大值均出現在7～9月，這樣是木麻黃的葉已退化為針葉，其葉連著小枝一起凋落造成的。成熟林在5月落枝出現一個次峰，這可能是由于4～5月是東南沿海的梅雨季節，連續的降雨造成大量的落枝。 與成熟林和中齡林相比，幼齡林和中齡林的落枝量較小，變化亦較為平緩。

3.2.3木麻黃人工林落果量的月動態

木麻黃人工林幼齡林、中齡林、成熟林的年落果量分別為0.25t#8226;hm^-2、0.58t#8226;hm^-2、0.45t#8226;hm^-2，僅占年凋落量的3.38％～6.27％。成熟林和幼齡林均在8～10月出現峰值。而中齡林有所不同，在3～7月出現峰值。從落果的平均值來看，最大值出現在8～10月，在5、6月亦出現一個次峰，這主要是由于中齡林的落果量較大造成的。總的來看落果的峰值的出現比落葉和落枝滯后，這可能與闊葉樹的生物學特性有關系。

3.2.4木麻黃人工林總凋落量的月動態

不同發育階段木麻黃總凋落量的月變化是不同的，木麻黃人工林幼齡林、中齡林、成熟林的年落量分別為4.84t#8226;hm^-2、9.25t#8226;hm^-2、13.33t#8226;hm^-2。其中，中齡林和成熟林在7～9月出現峰值，成熟林在5月出現一個次峰，而幼齡林則在7月出現一個峰值。不同發育階段木麻黃人工林總凋落量平均值的變化為單峰型(見圖4)，在7～9月出現。這主要是由于7～9月為落葉和落枝的峰值造成的。

3.2.5木麻黃人工林凋落量的季節動態

木麻黃防護林的凋落物及其組分表現為明顯的季節性變化。幼齡林、中齡林、成熟林的凋落物及其各組分的最小值出現在1月、2月或3月，而最大峰值均出現在9月，8月也是木麻黃林分凋落物及各組分產量的高峰期，僅次于9月。可以將凋落物及各組分的產生劃分為3個階段：第一階段為12～3月，凋落物產量最小，分別僅占全年總凋落量的16.88％（幼齡林）、18.64％（中齡林）、17.53％ (成熟林)，該階段新葉和幼枝開始萌動生長，凋落量較小；第二階段為4～6月，凋落物產量略高于第一階段，但仍僅占全年凋落物總量的22.69％（幼齡林）、28.69％（中齡林）、23.23％ (成熟林)，該階段枝葉生長迅速，為一年中木麻黃的主要生長期；第三階段為7～11月，在這一階段，福建省的東南沿海盛行東北季風，大風天氣多，加之在該階段的后期，木麻黃基本停止生長，舊的枝葉在風的動力作用下大量脫落，凋落物大量增加，占全年總量的60.43％（幼齡林）、52.67％（中齡林）、59.24％(成熟林)。

3.2.6木麻黃凋落物碳素含量的季節動態

不同季節的木麻黃凋落物枝、葉中碳素密度的測定結果表明(見表2)，不同發育階段木麻黃凋落物的枝、葉中碳素密度隨季節的變化規律基本一致，均表現為冬季>秋季>夏季>春季。在同一季節，不同發育階段枝、葉間的碳素密度表現為中齡林>成熟林>幼齡林生枝、與喬木層相似，幼齡林和中齡林和成熟林差異顯著。從表2還可以看出，葉的平均碳素密度明顯高于枝的平均密度，幼齡林、中齡林、成齡林葉的平均碳素密度分別為47.91％、50.58％、50.52％，總平均為 49.67％。變異系數分別為4.18％、4.54％、3.73％，總平均為2.08％。木麻黃落枝的平均碳素密度分別為46.13％、48.29％、47.95％，總平均為47.46％。變異系數分別為4.80％、5.31％、4.02％，總平均為2.25％。

3.2.7木麻黃凋落物碳固定量的月動態

凋落物產量與森林碳吸存能力有密切關聯。

木麻黃凋落物的碳固定量等于凋落物的產量與各組分的碳含量的乘積，但每月的碳素含量變化幅度較小，所以木麻黃凋落物的碳固定量受凋落物產量的正相影響，故其月動態變化和凋落產量變化一致。

4 結論

對不同發育階段木麻黃人工林的凋落物的數量、組成及其組分的月動態及碳素含量的季節動態的研究表明：木麻黃人工林的幼齡林、中齡林、成熟林向林地輸入凋落物分別為4.84t#8226;hm^-2、9.25t#8226;hm^-2和13.33t#8226;hm^-2。不同發育階段各組分所占比例變化較大，其中葉占79.97％～91.94％，枝占2.89％～16.65％，果占3.38％～6.27％，不同發育階段間凋落量變化亦較大，成熟林是中齡林和幼齡林的1.44倍和2.75倍。木麻黃不同發育階段凋落物有明顯的凋落節律，凋落量的峰值出現在梅雨季節的5月和臺風的7～9月，以9月凋落量最大；凋落物的碳素含量的季節變化為冬季>秋季>夏季>春季。因為凋落物碳的歸還量主要受凋落量的正相影響，故表現出和凋落量一致的動態變化規律。

與亞熱帶其他森林相比，木麻黃人工林凋落量較大，有利于改良森林土壤，可作為針闊混交樹種。

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