杉木人工林生态系统长期生产力的定位研究

【摘要】：杉木是我国特有的优良速生用材树种,已有一千多年的栽培历史,因其易繁殖、生长快、材质优、产量高、好管理而深受群众的钟爱。杉木林是我国南方集体林区主要经营的森林类型之一,其栽培范围遍及我国整个亚热带多个省(区),栽培面积约占全国人工林面积的1/4。但由于多代连栽,出现了杉木人工林地力衰退,生产力下降等生态问题,为此,对杉木人工林生物量和生产力变化过程的研究,可为杉木林的长期生产力的维持和可持续发展,提供科学依据,对杉木林的长期经营具有实践指导意义 本文采用空间一致和时间连续的定位研究方法,利用湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站20多年的实测数据,对两个世代杉木人工林速生阶段(7—11a生)、杆材阶段(14—18a生)和成熟阶段(20a生)的生物量和生产力、林下植被、死地被物层和凋落物生物产量进行了对比研究,揭示了杉木连栽两代的代际效应,主要研究结果如下： 1.7a生第2代杉木林的平均单株生物量为13.17 kg,变动范围为11.75—14.69 kg；林分生物量平均为31.10 t·hm-2,变动范围为27.03—38.48 t·hm-2；年平均净生产力为4.44 t·hm-2·a-1,变动范围为3.86—5.50 t·hm-2·a-1。与相同环境同龄第1代杉木林比较,其平均单株生物量下降2.46 kg,下降幅度为15.74%,林分生物量第2代较第1代下降14.18 t·hm-2,净生产力下降2.04 t·hm-2·a-1,下降幅度均达31.47%,干材经济系数下降幅度达40%。 2.11a生第1代杉木林单株生物量为37.54 kg,第2代为34.73 kg,下降了7.49%。第1、2代杉木林分生物量分别为85.60和71.45 t·hm-2,第2代比第1代减少了16.53%。第1代杉木林的平均生产力为7.78t·hm-2·a-1,第2代为6.49 t·hm-2·a-1,下降1.29 t-hm-2·a-1。两代杉木林生物量均以树干最大,分别占林分生物量61.09%和58.22%,其他组分生物量排列顺序依次为树根树叶树枝。 3.14a生第2代杉木林单株生物量、林分生物量和生产力分别为42.07 kg、97.18 t-hm-2和6.95 t·hm-2·a-1,第1代则分别为45.22 kg、104.45t·hm-2和7.47 t·hm-2·a-1,第2代比第1代分别下降3.15 kg、7.27 t·hm-2和0.52 t·hm-2·a-1。 4.18a生第1代杉木单株生物量为63.51 kg,第2代为62.75 kg,第2代较第1代下降1.20%；第1代林分生物量和生产力分别为146.70 t·hm-2和11.88 t·hm-2·a-1,第2代为144.96 t·hm-2和9.49 t·hm-2·a-1,第2代较第1代下降1.19%和20.1%。 5.20a生杉木单株生物量第1代为90.69 kg,林分生物量为209.50t·hm-2,生产力为10.78 t·hm-2·a-1,第2代分别为86.56 kg、199.94 t.hm-2、9.21 t·hm-2·a-1,第2代较第1代分别下降4.55%、4.56%、14.56%。干材经济系数第2代较第1代下降17.12%。 6.杉木连栽生物量和生产力的代际效应：7a生第1、2代单株和林分生物量分别为15.63、13.06kg和45.38、37.90 t·hm-2,第2代比第1代下降16.44%和16.48%；11a生第1、2代分别为37.45、31.11 kg和108.73、90.31 t·hm-2,第2代比第1代下降16.93%和16.94%；14a生第1、2代分别为45.22、42.07kg和104.45、97.18 t·hm-2,第2代比第1代下降7.0%和6.96%；18a生第1、2代分别为63.51、62.75kg和146.70、144.96 t·hm-2,第2代比第1代下降1.20%和1.19%。20a生第1、2代分别为90.69、86.56kg和209.50、199.94 t·hm-2,第2代比第1代下降了4.55%和4.56%。 7-11a生第1代杉木林的生产力是第2代的1.15倍；14-18a生第1代是第2代的1.25倍；18-20a生第1代是第2代的1.17倍。 林分生物量分配格局虽然有波动,但总体上为第2代杉木林的枝、叶、树皮生物量高于第1代林,尤其是根的生物量是第1代林的2-4倍,而树干材第2代林比第1代少20%,表明第2代杉木林的干材经济利用系数小于第1代。 7.两代杉木林从生长发育的速生阶段(7a-11a生)到杆材阶段(14a—18a生)过程中,林下植被生物量均呈现出波动性的变化状态,且规律不一致。在速生阶段,林下植被生物量第1代随林龄的加大而增加,第2代则随林龄的加大而减少；林分在杆材阶段,林下植被生物量第1代随林龄的加大而减少,第2代则随林龄的加大而增加。 杉木林下死地被物层生物量,两代杉木林均表现出随林龄的加大而增加。代际间的表现为：7a生林分的死地被物层生物量第2代较第1代低,但11a、14a、18a生的林分,却为第2代高于第1代的2—3倍。 杉木林凋落物的平均生物量第1代为4479.31 kg·hm-2,第2代为1109.86 kg·hm-2,,第1代为第2代的4倍,这主要是与两代杉木林生长差异有关外,还与同一林龄的连栽林分密度紧密相连,第2代杉木林的密度低于第1代,林木个体间竞争相对较弱,自然整枝没有第1代强烈。 8.在连栽两代杉木人工林生态系统中,生物量均以林木层(杉木层)占据绝对优势地位,第1代杉木层生物量可占系统总生物量的97.21%—97.90%,第2代占91.76%—96.02%；林下植被层第1代占0.28%—0.55%,第2代占1.21%—2.88%；死地被物层第1代占1.55%—2.27%,第2代占0.18%—5.92%。表明林地空间位置为经营目的树种所有。

【关键词】：杉木人工林 生态系统 生物量 空间结构 代际效应
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S718.5
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