不同杉木林经营模式凋落物特征比较

李俊宁

（仙游林业局，福建 莆田 351200）

凋落物(Litter)是指植物在生长发育过程中，由地上部分生成并归还到地表的所有新陈代谢物的总称，包括林分内的枯枝、枯叶、野生动物残体及粪便等，是降解者物质和能量的主要来源，亦称枯落物[1]。凋落物作为养分的载体，对森林生态系统养分循环和平衡方面起着重要作用。早在1876年，德国科学家Ebermayer就开始研究凋落物在养分循环中的作用，至今已有超过140年的历史[2]，而后国内外许多学者对森林凋落物的数量、分解、养分归还及其影响因素等方面也做了大量的研究，大大推动了凋落物研究，对森林生态系统的稳定发挥了重要作用[3]。

杉木是中国最重要的速生丰产用材林之一，对林业生产、开发具有举足轻重的作用[4]。然而由于杉木自身的一些生物学特性，如化感作用，或因经营不善等原因，多代连栽杉木人工林生态系统常出现生物多样性降低、地力衰退等问题，严重制约了杉木人工林产量、质量，影响林业可持续发展[5-6]。关于杉木人工林地力衰退等问题的研究始于20世纪80年代，而近年来，随着该问题的不断凸显，已成为众多研究人员普遍关注的焦点问题之一[7]。

由于速生丰产杉木林本身归还给土壤的凋落物较少，且杉木凋落物分解较慢，从而导致养分归还林地较少，引起土壤养分的收支不平衡，导致土壤酸化，自我增肥能力弱，造成杉木人工林地力衰退[8]。虽然采用人工疏伐、施肥、混交等营林技术，可在一定程度上改善林地凋落物的分解环境，加块其分解速度[9]，但对于已经郁闭的林分，仅依靠人为经营管理，效果常常比较有限。因此，如何通过对杉木人工林生态系统结构进行有效调控，改变凋落物数量、质量及其组成，加快凋落物的分解，提高凋落物养分归还量，达到维护地力平衡的目的，已成为当前杉木人工林地力衰退防治技术体系中的一个重要目标。本研究通过对不同杉木林经营模式凋落物进行1年监测，比较了凋落物的产量、组分以及动态特征，并同周边常绿阔叶林凋落物动态特征进行比较，以探索亚热带地区杉木人工林的能量循环，为该区杉木人工林可持续经营提供理论依据。

1 研究地概况与方法

1.1 研究地概况

本研究试验林位于仙游县西苑乡，为仙游县主要林区，素有“绿色金库”之称，地处仙游县西北部，东经118°33′，北纬 25°29′，隶属戴云山脉，东北与永泰县毗邻，西北与永春、德化县接壤，是莆田市木兰溪的发源地。该区气候属于中亚热带海洋性季风气候，日照充足，雨量充沛，年日照总时数1 815 h，年太阳辐射量102 cal/cm2，年平均温度16.9℃，年降雨量在1 800～2 500 mm之间，海拔在200～1 800 m之间，研究地坡度一般在25°左右，主要成土母岩是沉积岩和变质岩，土壤为黄红壤，土层较厚。

1.2 研究方法

在该乡的半岭村、西苑村、柳园村、岭峰村、凤山村建立了5个不同群落类型凋落物收集区，包括1991年及1993年2代杉木林、老龄杉木林、2代杉木萌芽林、常绿阔叶林。分别在5个不同森林生态系统内设置一个10 m×10 m固定样地，对各样地的林木状况、物种组成等群落信息进行调查和记录（表1）。

表1 群落类型样地乔木层物种生长状况Table 1 Growth situations of tree layer species in samples of each system

采用收集器法对各群落内的凋落物动态变化进行1年监测，即在固定样地两条对角线上设置5个竹质编织筐（1 m×1 m），每月收集一次凋落物，带回实验室进行相关研究，监测时间从2014年2月至2015年1月。凋落物分为针叶、针枝、针果、阔叶、阔枝、阔果和其他七类，分别进行称重，然后将分类好的凋落物放到烘箱，70℃烘干至恒重，称重并粉碎保存以供其他测定分析之用。

2 结果分析

2.1 各林分类型年凋落物总量及组成

由图1可以看出，各群落类型年凋落量处于5.178～9.774 t·hm–2之间，处于亚热带森林年凋落量(3～11 t·hm–2)的范围内[10]。不同群落类型年凋落量有差异，从高到低为常绿阔叶林＞2代杉木萌芽林＞杉木老龄林＞1991年2代杉木林＞1993年2代杉木林。天然常绿阔叶林为9.774 0 t·hm-2，2代杉木萌芽林为6.626 4 t·hm-2，杉木老龄林为 5.485 9 t·hm-2，1991 年2代杉木林为 5.178 1 t·hm-2，1993年 2代杉木林为4.917 0 t·hm-2。

图1 不同林分类型年凋落物组成Figure 1 Annual litterconstituents in each forest type

由表2可以看出，在凋落物各组分中，落叶占总凋落物的比例最高，所占比例在53%～74%之间；其次为枝和果，枝的凋落量所占比例在8%～22%之间；果的凋落量所占比例在5%～37%之间；其他类所占比例最小，仅在1%～6%之间。不同森林生态系统，各组分所占比例大小排序有所不同，常绿阔叶林和2代杉木萌芽林呈现出叶＞果＞枝＞其他，而其他3个杉木林生态系统则是叶＞枝＞果＞其他。

表2 不同林分类型年凋落物各组分比例（%）Table 2 Proportion of each litter component in each system

从表2还可以看出，同一组分所占比例在不同森林生态系统之间有所差异，落叶在总凋落物中所占的比例呈现1993年2代杉木林＞杉木老龄林＞1991年2代杉木林＞2代杉木萌芽林＞常绿阔叶林。枝凋落量所占比例最低的是天然常绿阔叶林（8.54%），最高的是1991年2代杉木林；从果实所占比例来看，天然常绿阔叶林和2代杉木萌芽天然更新林较高 （36.01%和15.95%），1993年2代杉木林较低（5.15%）。其他类凋落物所占比例最高为2代杉木萌芽林，最低为1991年2代杉木林。

2.2 不同系统凋落物总量的月度动态

图2 各系统总凋落物月变化Figure2 Months change of each system total litter content

从图2可以看出，各系统总凋落物量的月度变化较为明显，各系统凋落物总量在1年中均有两个凋落高峰期，但是各系统高峰期发生的时间不完全一致。杉木老龄林、1993年2代杉木林、2代杉木萌芽林和常绿阔叶林4个系统凋落物的第一高峰期发生的时间较一致，均在在4月份，因为3月份气温回升，林内环境干燥，于是导致凋落的第1个高峰期的出现；4个系统凋落的第2高峰期发生的时间也比较统一，都在12月份，这是由于气温下降，各系统落叶量的增加导致第2高峰期的发生；凋落的第1峰值均大于第2峰值，且相差幅度较大，这可能与森林群落的生物学特性和气候条件等有关。而1991年2代杉木人工林系统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，但相差幅度较小。

2.3 各组分凋落物量的月度动态

由图3可以看出，各系统不同组分凋落量月变化较大，但大致都有两个凋落量高峰期。1991年2代杉木林中，叶的凋落量在12月达到最大值，月变化差异较大，而枝的凋落最高峰则是在7月，果和其他的月变化较小；1993年2代杉木林中，叶的凋落量有3个高峰期，4月、10月和12月，枝果和其他月变化较小；2代杉木萌芽林叶和枝的凋落量月变化规律较为一致，它们均在4月和12月达到最大值，且月变化较大，果和其他月变化较小；常绿阔叶林叶和枝的月变化规律也较为一致，凋落量的最大值都在4月份且变化较大，果和其他的凋落量月变化较小；杉木老龄林叶、枝凋落量月变化较为一致，均在4月、12月最大，单月变化较其他类型杉木林变化更为稳定。

图3 各林分类型凋落物各组分动态统计Figure 3 Seasonal change of each litter composition in each forest type

2.4 各系统针阔叶类凋落物量的月度动态

由图4可以看出，各系统阔叶类凋落物量的月变化较大，差异较明显。天然常绿阔叶林、杉木老龄林和2代杉木天然萌芽更新林阔叶类凋落物的第一高峰和第二高峰分别为4月和12月，且第一高峰明显大于第二高峰。而1991年2代杉木人工林和1993年2代杉木人工林阔叶类凋落物的月变化则较不明显，这可能与杉木人工林仅零星分布少量阔叶树有关。

针叶类凋落物的凋落量月变化较明显，但不同系统凋落物高峰期出现的时间不完全一致。杉木老龄林、1993年2代杉木人工林和2代杉木萌芽天然更新林3个系统针叶类凋落物的凋落量的第一和第二高峰分别为4月和12月，且第一峰值小于第二峰值；1991年2代杉木人工林系统针叶类凋落物的凋落量的第一和第二高峰分别为6月和12月，该系统两个凋落高峰的差别较小；天然常绿阔叶林无针叶类凋落物。

图4 各系统针阔叶类凋落物凋落量的月变化Figure 4 Seasonal change of needle broad-leaved litter content in each system

3 结论与讨论

杉木林凋落量每年为 4.917 0～6.626 4 t·hm-2，低于天然常绿阔叶林的9.774 0 t·hm-2，各林分年凋落量有明显的差异，从高到低为常绿阔叶林＞2代杉木萌芽林＞杉木老龄林＞1991年2代杉木人工林＞1993年2代杉木人工林，常绿阔叶林显著大于杉木林，这与一些学者认为的针叶林凋落量远小于阔叶林凋落量的观点一致[11-12]。

在凋落物各组分中，凋落叶占总凋落物的比例最高，所占比例在53%～74%之间；其次为枝和果，枝的凋落量所占比例在8%～22%之间；果的凋落量所占比例在5%～37%之间；其他类所占比例最小，仅在1%～6%之间。不同森林生态系统，各组分所占比例大小排序有所不同，天然常绿阔叶林和2代杉木萌芽天然更新林呈现出叶＞果＞枝＞其他，而其他3个杉木林生态系统则是叶＞枝＞果＞其他。杉木老龄林 （71.65%）和1993年2代杉木人工林（73.90%）与绵阳官司河流域柏木林落叶所占比重75.44%接近[13]。2代杉木萌芽林（66.24%）、1991年 2代杉木林（67.24%）与贡嘎山峨嵋冷杉林的落叶比重68.72%[14]相似。

各系统总凋落物量的月度变化较为明显，各系统凋落物总量在一年中均有两个凋落高峰期，但是各系统高峰期发生的时间不完全一致。杉木老龄林、1993年2代杉木人工林、2代杉木萌芽天然更新林和天然常绿阔叶林4个系统凋落物的第一高峰期发生的时间较一致，均在4月份，4个系统凋落的第二高峰期发生的时间也比较统一，都在12月份，而1991年2代杉木人工林系统凋落物的第一高峰期在6月；第二高峰期在12月。常绿阔叶林凋落叶以阔叶类为主，2代杉木萌芽林、杉木老龄林阔叶类阔叶树种较多，凋落叶中阔叶类也有相当比重，而1991、1993年2代杉木人工林阔叶树较少，阔叶类凋落物的月变化则较不明显。

常绿阔叶林、2代萌芽林、老龄杉木林内阔叶树较多，因而凋落物组成及月度变化较为类似，常绿阔叶林物种丰富，物种代谢节律不同，因而凋落物通常较杉木多。杉木凋落物通常以枝条形式脱离树体，因而叶片、枝的凋落量较多，材用杉木林虽然已到主伐年龄，甚至超过主伐年龄，但由于人工密植等原因，林分环境不利于果实发育，因而杉木林内果实凋落量较低。混交林经营有利于提高杉木林凋落量[15]，这与本文研究结果一致，同时混交林经营还有利于减缓杉木的自毒作用。成熟杉木林凋落量趋于稳定[16]，与本文研究结果相符。本研究结果可为混交林经营、杉木林主伐年龄确定提供理论依据。