不同杉木林經(jīng)營模式凋落物特征比較

李俊寧

（仙游林業(yè)局，福建 莆田 351200）

凋落物(Litter)是指植物在生長發(fā)育過程中，由地上部分生成并歸還到地表的所有新陳代謝物的總稱，包括林分內(nèi)的枯枝、枯葉、野生動物殘體及糞便等，是降解者物質(zhì)和能量的主要來源，亦稱枯落物[1]。凋落物作為養(yǎng)分的載體，對森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和平衡方面起著重要作用。早在1876年，德國科學家Ebermayer就開始研究凋落物在養(yǎng)分循環(huán)中的作用，至今已有超過140年的歷史[2]，而后國內(nèi)外許多學者對森林凋落物的數(shù)量、分解、養(yǎng)分歸還及其影響因素等方面也做了大量的研究，大大推動了凋落物研究，對森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)揮了重要作用[3]。

杉木是中國最重要的速生豐產(chǎn)用材林之一，對林業(yè)生產(chǎn)、開發(fā)具有舉足輕重的作用[4]。然而由于杉木自身的一些生物學特性，如化感作用，或因經(jīng)營不善等原因，多代連栽杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)常出現(xiàn)生物多樣性降低、地力衰退等問題，嚴重制約了杉木人工林產(chǎn)量、質(zhì)量，影響林業(yè)可持續(xù)發(fā)展[5-6]。關于杉木人工林地力衰退等問題的研究始于20世紀80年代，而近年來，隨著該問題的不斷凸顯，已成為眾多研究人員普遍關注的焦點問題之一[7]。

由于速生豐產(chǎn)杉木林本身歸還給土壤的凋落物較少，且杉木凋落物分解較慢，從而導致養(yǎng)分歸還林地較少，引起土壤養(yǎng)分的收支不平衡，導致土壤酸化，自我增肥能力弱，造成杉木人工林地力衰退[8]。雖然采用人工疏伐、施肥、混交等營林技術，可在一定程度上改善林地凋落物的分解環(huán)境，加塊其分解速度[9]，但對于已經(jīng)郁閉的林分，僅依靠人為經(jīng)營管理，效果常常比較有限。因此，如何通過對杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行有效調(diào)控，改變凋落物數(shù)量、質(zhì)量及其組成，加快凋落物的分解，提高凋落物養(yǎng)分歸還量，達到維護地力平衡的目的，已成為當前杉木人工林地力衰退防治技術體系中的一個重要目標。本研究通過對不同杉木林經(jīng)營模式凋落物進行1年監(jiān)測，比較了凋落物的產(chǎn)量、組分以及動態(tài)特征，并同周邊常綠闊葉林凋落物動態(tài)特征進行比較，以探索亞熱帶地區(qū)杉木人工林的能量循環(huán)，為該區(qū)杉木人工林可持續(xù)經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 研究地概況與方法

1.1 研究地概況

本研究試驗林位于仙游縣西苑鄉(xiāng)，為仙游縣主要林區(qū)，素有“綠色金庫”之稱，地處仙游縣西北部，東經(jīng)118°33′，北緯 25°29′，隸屬戴云山脈，東北與永泰縣毗鄰，西北與永春、德化縣接壤，是莆田市木蘭溪的發(fā)源地。該區(qū)氣候?qū)儆谥衼啛釒ШＱ笮约撅L氣候，日照充足，雨量充沛，年日照總時數(shù)1 815 h，年太陽輻射量102 cal/cm2，年平均溫度16.9℃，年降雨量在1 800～2 500 mm之間，海拔在200～1 800 m之間，研究地坡度一般在25°左右，主要成土母巖是沉積巖和變質(zhì)巖，土壤為黃紅壤，土層較厚。

1.2 研究方法

在該鄉(xiāng)的半嶺村、西苑村、柳園村、嶺峰村、鳳山村建立了5個不同群落類型凋落物收集區(qū)，包括1991年及1993年2代杉木林、老齡杉木林、2代杉木萌芽林、常綠闊葉林。分別在5個不同森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)設置一個10 m×10 m固定樣地，對各樣地的林木狀況、物種組成等群落信息進行調(diào)查和記錄（表1）。

表1 群落類型樣地喬木層物種生長狀況Table 1 Growth situations of tree layer species in samples of each system

采用收集器法對各群落內(nèi)的凋落物動態(tài)變化進行1年監(jiān)測，即在固定樣地兩條對角線上設置5個竹質(zhì)編織筐（1 m×1 m），每月收集一次凋落物，帶回實驗室進行相關研究，監(jiān)測時間從2014年2月至2015年1月。凋落物分為針葉、針枝、針果、闊葉、闊枝、闊果和其他七類，分別進行稱重，然后將分類好的凋落物放到烘箱，70℃烘干至恒重，稱重并粉碎保存以供其他測定分析之用。

2 結(jié)果分析

2.1 各林分類型年凋落物總量及組成

由圖1可以看出，各群落類型年凋落量處于5.178～9.774 t·hm–2之間，處于亞熱帶森林年凋落量(3～11 t·hm–2)的范圍內(nèi)[10]。不同群落類型年凋落量有差異，從高到低為常綠闊葉林＞2代杉木萌芽林＞杉木老齡林＞1991年2代杉木林＞1993年2代杉木林。天然常綠闊葉林為9.774 0 t·hm-2，2代杉木萌芽林為6.626 4 t·hm-2，杉木老齡林為 5.485 9 t·hm-2，1991 年2代杉木林為 5.178 1 t·hm-2，1993年 2代杉木林為4.917 0 t·hm-2。

圖1 不同林分類型年凋落物組成Figure 1 Annual litterconstituents in each forest type

由表2可以看出，在凋落物各組分中，落葉占總凋落物的比例最高，所占比例在53%～74%之間；其次為枝和果，枝的凋落量所占比例在8%～22%之間；果的凋落量所占比例在5%～37%之間；其他類所占比例最小，僅在1%～6%之間。不同森林生態(tài)系統(tǒng)，各組分所占比例大小排序有所不同，常綠闊葉林和2代杉木萌芽林呈現(xiàn)出葉＞果＞枝＞其他，而其他3個杉木林生態(tài)系統(tǒng)則是葉＞枝＞果＞其他。

表2 不同林分類型年凋落物各組分比例（%）Table 2 Proportion of each litter component in each system

從表2還可以看出，同一組分所占比例在不同森林生態(tài)系統(tǒng)之間有所差異，落葉在總凋落物中所占的比例呈現(xiàn)1993年2代杉木林＞杉木老齡林＞1991年2代杉木林＞2代杉木萌芽林＞常綠闊葉林。枝凋落量所占比例最低的是天然常綠闊葉林（8.54%），最高的是1991年2代杉木林；從果實所占比例來看，天然常綠闊葉林和2代杉木萌芽天然更新林較高 （36.01%和15.95%），1993年2代杉木林較低（5.15%）。其他類凋落物所占比例最高為2代杉木萌芽林，最低為1991年2代杉木林。

2.2 不同系統(tǒng)凋落物總量的月度動態(tài)

圖2 各系統(tǒng)總凋落物月變化Figure2 Months change of each system total litter content

從圖2可以看出，各系統(tǒng)總凋落物量的月度變化較為明顯，各系統(tǒng)凋落物總量在1年中均有兩個凋落高峰期，但是各系統(tǒng)高峰期發(fā)生的時間不完全一致。杉木老齡林、1993年2代杉木林、2代杉木萌芽林和常綠闊葉林4個系統(tǒng)凋落物的第一高峰期發(fā)生的時間較一致，均在在4月份，因為3月份氣溫回升，林內(nèi)環(huán)境干燥，于是導致凋落的第1個高峰期的出現(xiàn)；4個系統(tǒng)凋落的第2高峰期發(fā)生的時間也比較統(tǒng)一，都在12月份，這是由于氣溫下降，各系統(tǒng)落葉量的增加導致第2高峰期的發(fā)生；凋落的第1峰值均大于第2峰值，且相差幅度較大，這可能與森林群落的生物學特性和氣候條件等有關。而1991年2代杉木人工林系統(tǒng)凋落物的第一高峰期在6月；第二高峰期在12月；凋落的第一峰值大于第二峰值，但相差幅度較小。

2.3 各組分凋落物量的月度動態(tài)

由圖3可以看出，各系統(tǒng)不同組分凋落量月變化較大，但大致都有兩個凋落量高峰期。1991年2代杉木林中，葉的凋落量在12月達到最大值，月變化差異較大，而枝的凋落最高峰則是在7月，果和其他的月變化較小；1993年2代杉木林中，葉的凋落量有3個高峰期，4月、10月和12月，枝果和其他月變化較小；2代杉木萌芽林葉和枝的凋落量月變化規(guī)律較為一致，它們均在4月和12月達到最大值，且月變化較大，果和其他月變化較小；常綠闊葉林葉和枝的月變化規(guī)律也較為一致，凋落量的最大值都在4月份且變化較大，果和其他的凋落量月變化較小；杉木老齡林葉、枝凋落量月變化較為一致，均在4月、12月最大，單月變化較其他類型杉木林變化更為穩(wěn)定。

圖3 各林分類型凋落物各組分動態(tài)統(tǒng)計Figure 3 Seasonal change of each litter composition in each forest type

2.4 各系統(tǒng)針闊葉類凋落物量的月度動態(tài)

由圖4可以看出，各系統(tǒng)闊葉類凋落物量的月變化較大，差異較明顯。天然常綠闊葉林、杉木老齡林和2代杉木天然萌芽更新林闊葉類凋落物的第一高峰和第二高峰分別為4月和12月，且第一高峰明顯大于第二高峰。而1991年2代杉木人工林和1993年2代杉木人工林闊葉類凋落物的月變化則較不明顯，這可能與杉木人工林僅零星分布少量闊葉樹有關。

針葉類凋落物的凋落量月變化較明顯，但不同系統(tǒng)凋落物高峰期出現(xiàn)的時間不完全一致。杉木老齡林、1993年2代杉木人工林和2代杉木萌芽天然更新林3個系統(tǒng)針葉類凋落物的凋落量的第一和第二高峰分別為4月和12月，且第一峰值小于第二峰值；1991年2代杉木人工林系統(tǒng)針葉類凋落物的凋落量的第一和第二高峰分別為6月和12月，該系統(tǒng)兩個凋落高峰的差別較小；天然常綠闊葉林無針葉類凋落物。

圖4 各系統(tǒng)針闊葉類凋落物凋落量的月變化Figure 4 Seasonal change of needle broad-leaved litter content in each system

3 結(jié)論與討論

杉木林凋落量每年為 4.917 0～6.626 4 t·hm-2，低于天然常綠闊葉林的9.774 0 t·hm-2，各林分年凋落量有明顯的差異，從高到低為常綠闊葉林＞2代杉木萌芽林＞杉木老齡林＞1991年2代杉木人工林＞1993年2代杉木人工林，常綠闊葉林顯著大于杉木林，這與一些學者認為的針葉林凋落量遠小于闊葉林凋落量的觀點一致[11-12]。

在凋落物各組分中，凋落葉占總凋落物的比例最高，所占比例在53%～74%之間；其次為枝和果，枝的凋落量所占比例在8%～22%之間；果的凋落量所占比例在5%～37%之間；其他類所占比例最小，僅在1%～6%之間。不同森林生態(tài)系統(tǒng)，各組分所占比例大小排序有所不同，天然常綠闊葉林和2代杉木萌芽天然更新林呈現(xiàn)出葉＞果＞枝＞其他，而其他3個杉木林生態(tài)系統(tǒng)則是葉＞枝＞果＞其他。杉木老齡林 （71.65%）和1993年2代杉木人工林（73.90%）與綿陽官司河流域柏木林落葉所占比重75.44%接近[13]。2代杉木萌芽林（66.24%）、1991年 2代杉木林（67.24%）與貢嘎山峨嵋冷杉林的落葉比重68.72%[14]相似。

各系統(tǒng)總凋落物量的月度變化較為明顯，各系統(tǒng)凋落物總量在一年中均有兩個凋落高峰期，但是各系統(tǒng)高峰期發(fā)生的時間不完全一致。杉木老齡林、1993年2代杉木人工林、2代杉木萌芽天然更新林和天然常綠闊葉林4個系統(tǒng)凋落物的第一高峰期發(fā)生的時間較一致，均在4月份，4個系統(tǒng)凋落的第二高峰期發(fā)生的時間也比較統(tǒng)一，都在12月份，而1991年2代杉木人工林系統(tǒng)凋落物的第一高峰期在6月；第二高峰期在12月。常綠闊葉林凋落葉以闊葉類為主，2代杉木萌芽林、杉木老齡林闊葉類闊葉樹種較多，凋落葉中闊葉類也有相當比重，而1991、1993年2代杉木人工林闊葉樹較少，闊葉類凋落物的月變化則較不明顯。

常綠闊葉林、2代萌芽林、老齡杉木林內(nèi)闊葉樹較多，因而凋落物組成及月度變化較為類似，常綠闊葉林物種豐富，物種代謝節(jié)律不同，因而凋落物通常較杉木多。杉木凋落物通常以枝條形式脫離樹體，因而葉片、枝的凋落量較多，材用杉木林雖然已到主伐年齡，甚至超過主伐年齡，但由于人工密植等原因，林分環(huán)境不利于果實發(fā)育，因而杉木林內(nèi)果實凋落量較低。混交林經(jīng)營有利于提高杉木林凋落量[15]，這與本文研究結(jié)果一致，同時混交林經(jīng)營還有利于減緩杉木的自毒作用。成熟杉木林凋落量趨于穩(wěn)定[16]，與本文研究結(jié)果相符。本研究結(jié)果可為混交林經(jīng)營、杉木林主伐年齡確定提供理論依據(jù)。