孫 楠 李亞洲 吳 瑤

(黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所，哈爾濱 150081)

凋落物是指在生態(tài)系統(tǒng)中，由地上植物組分產(chǎn)生并歸還到地面，作為分解者的物質(zhì)和能量來源，借以維持生態(tài)系統(tǒng)功能的所有有機(jī)質(zhì)的總稱[1]。森林凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)過程的重要環(huán)節(jié)，是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅對(duì)涵養(yǎng)水源和水土保持具有重要意義，而且還能對(duì)森林資源的保護(hù)和永續(xù)利用起著重大作用。雜種落葉松是日本落葉松與本地落葉松雜交的新品種，其生長速度，抗病蟲害能力及抗寒性都有明顯優(yōu)勢(shì)[2]，黑龍江省正在推廣該品種的大面積栽植，目前對(duì)該樹種的研究尚屬起步階段，關(guān)于凋落物方面的研究還沒有報(bào)道。本文主要研究不同造林密度雜種落葉松的年凋落量及其分解速率，分析造林密度對(duì)凋落物分解速率的影響，為撫育間伐提供參考，以提高雜種落葉松人工林的土壤肥力。

1 研究區(qū)域概況

實(shí)驗(yàn)地位于黑龍江省牡丹江市所轄寧安市境內(nèi)的江山嬌實(shí)驗(yàn)林場，地理坐標(biāo)為東經(jīng)128°53′16″至129°12′43″，北緯43°44′54″至43°54′12″。該區(qū)屬亞寒帶大陸性氣候，年平均氣溫3.5℃，年≥10℃的活動(dòng)積溫在2 200℃左右，年降水量450～550mm，主要集中在6—8月份，全年無霜期在116～125d。該林場地處張廣才嶺南端，山脈東西走向，整個(gè)地勢(shì)東高西低，北高南低，屬低山丘陵地區(qū)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1998年?duì)I造四種造林密度(2 500株/hm2、3 300株/hm2、4 400株/hm2、6 600株/hm2)的雜種落葉松20hm2。2008年按照不同的造林密度設(shè)置4個(gè)典型樣地，每塊樣地放置4個(gè)凋落物收集器(1m×1m×0.25m)，距離地面10cm水平放置，每2個(gè)月收集一次，將每次收集的凋落物裝入塑料袋，帶回實(shí)驗(yàn)室，在65℃條件下烘干至恒重，用精度為0.01g的電子天平立即稱重，以收集器面積的凋落物重量換算成每公頃的凋落量，計(jì)算各時(shí)期的森林凋落物量，相加得林分年總凋落物量。將11月份收集框收集到的枯枝落葉進(jìn)行分解試驗(yàn)。凋落物分解采用常規(guī)的分解袋法,分解袋分兩種，一種是上層為2mm，下層為1mm尼龍網(wǎng)制成的異孔袋，一種是上下層均由1/300mm尼龍網(wǎng)制成的同孔袋，兩種凋落袋大小均為20cm×20cm。將凋落袋平鋪地面，埋于凋落層和腐殖質(zhì)層之間(小孔面接觸地面)，每兩個(gè)月取一次，將凋落袋內(nèi)的枯枝落葉在80℃條件下烘干至恒重。

2.2 計(jì)算方法

凋落物分解動(dòng)態(tài)采用失重率法(沈海龍等，1996)，公式為：

式中：Wi為第i個(gè)月凋落物干重；Wi-1為第(i-1)個(gè)月凋落物干重。

凋落物的年分解動(dòng)態(tài)可用指數(shù)衰減模型Olson來擬合，也可用它來估算凋落物的半衰期t0.5(凋落物分解50%時(shí)所需年限)和t0.95(凋落物分解95%時(shí)所需年限)。公式為：

y=1-e-kt

式中：y為枯枝落葉失重率；k為分解系數(shù)；t為時(shí)間。

則：凋落物分解50%時(shí)所需年限t0.5=ln0.5/(-k)，凋落物分解95%時(shí)所需年限t0.95=ln0.05/(-k)

3 結(jié)果與分析

3.1 造林密度對(duì)年凋落量的影響

11齡雜種落葉松人工林的凋落量隨著造林密度的增加而降低，其中，造林密度為3 300株/hm2和4 400株/hm2的林分年凋落量相差不大，而造林密度最大林分的凋落量較造林密度最小的林分要低23.22%。雜種落葉松的凋落量具有明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，其主要的凋落量集中在9—11月份，占全年凋落量的50%以上，造林密度為2 500株/hm2的林分，9—11月的凋落量超過全年凋落量的64.81%；5—7月的凋落量最少，低于全年凋落量的5%，造林密度為6 600株/hm2的林分，5—7月的凋落量僅占全年凋落量的2.34%。這是由于該地區(qū)雜種落葉松在每年的5月份左右開始發(fā)葉，7月末至8月初林木生長達(dá)到最大，這期間的凋落物非常少；進(jìn)入9月份后，氣溫下降，林木開始木質(zhì)化，枯葉、枯枝開始大量凋落，所以這期間凋落量較大(見表1)。

表1 不同造林密度凋落物量的季節(jié)變化

3.2 造林密度對(duì)失重率的影響

在凋落物分解的過程中，同孔袋中枯枝落葉的分解程度要高于異孔袋，經(jīng)過兩年的分解，同孔袋中枯枝落葉的失重率在45%以上，而異孔袋平均失重率為33.41%。說明分解袋在枯枝落葉分解的過程中起到了非常重要的作用，同孔分解袋改變了袋內(nèi)枯枝落葉的溫度、水分、土壤微生物等微生境條件，加快了枯枝落葉的分解速度。兩種分解袋內(nèi)的枯枝落葉在2009年的5—7月之間枯枝落葉的降低幅度較大，這是因?yàn)榉纸獬跗谥饕翘妓衔锖退苄晕镔|(zhì)，因此失重率較大。方差分析結(jié)果顯示，造林密度不同，對(duì)分解袋內(nèi)枯枝落葉的失重率也有顯著影響。造林密度較大的林分(4 400株/hm2和6 600株/hm2)，分解袋內(nèi)枯枝落葉的失重率就越高，分解兩年后，異孔袋中枯枝落葉的失重率分別為37.38%和37.86%，同孔袋則達(dá)到了47.85%和50.00%，與造林密度小的林分之間存在顯著差異(圖1和圖2)。

3.3 造林密度對(duì)分解速率的影響

凋落物分解是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換的主要途徑，分解速率決定用于植物再生長養(yǎng)分的可利用性，成為影響森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的一個(gè)重要因素。凋落物分解速率還是森林地表層生物量和養(yǎng)分含量的主要決定因素，同時(shí)還對(duì)土壤的理化性質(zhì)有顯著影響。

由2009年5月，7月，9月，11月和2010年5月，7月和10月7次枯枝落葉的殘留量和分解時(shí)間建立雜種落葉松凋落物同孔袋和異孔袋的分解模型，得到同孔袋和異孔袋的分解速率K，各分解模型相關(guān)系數(shù)的平方均在0.96以上，說明模擬效果比較好，可以在計(jì)算枯枝落葉的分解周期中進(jìn)行應(yīng)用。隨著雜種落葉松人工林造林密度的增加，異孔袋中凋落物的半衰期和分解周期都逐漸減小，造林密度為2 500株/hm2的林分，異孔袋的半衰期將近4年，分解周期為17.12年，而造林密度為6 600株/hm2的林分，異孔袋的半衰期僅為3.04年，分解周期僅為13.14年；同孔袋中凋落物的半衰期和分解周期較異孔袋要低很多，其中，造林密度為2 500株/hm2林分同孔袋中凋落物的半衰期和分解周期最小，半衰期還不到2年，分解周期僅為8.61年，半衰期最大的為2.27年，分解周期最大的為9.79年(3 300株/hm2)(見表2)。由此可見，選擇適宜的造林密度，能促進(jìn)雜種落葉松人工林凋落物的分解，加快營養(yǎng)元素的歸還速率，使土壤肥力得到改善。

表2 雜種落葉松凋落物分解模型及其分解周期

4 結(jié)論

11齡雜種落葉松人工林的年凋落量隨著造林密度的增大而減少，四種造林密度的年凋落量分別為5 285.68kg/hm2，4 639.87kg/hm2，4 558.74kg/hm2和4 058.41kg/hm2。

在分解的過程中，同孔袋中枯枝落葉的分解速度較異孔袋快，雜種落葉松異孔袋中枯枝落葉分解周期隨著造林密度的增大而減小，而同孔袋則是最大和最小造林密度的林分分解速度較快。用Olson指數(shù)衰減模型估算，四種造林密度下異孔袋中的枯枝落葉的分解周期分別為17.12年，16.28年，14.98年和13.14年，同孔袋中的枯枝落葉的分解周期分別為8.61年，9.79年，9.19年和9.13年。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鳳友.森林凋落物量綜述研究[J].生態(tài)系統(tǒng)學(xué)進(jìn)展,1989,6(2):95～102.

[2]孫楠.雜種落葉松纖維用材林優(yōu)化栽培模式研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

[3]沈海龍,丁寶永,沈國舫，等.樟子松人工林下針闊葉凋落物分解動(dòng)態(tài)[J].林業(yè)科學(xué)，1996，32(5)：393～402.