杜笑林 ，劉攀峰 ，朱高浦 ，朱景樂

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2. 國家林業(yè)局杜仲工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450003；3. 中國林業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)濟(jì)林研究開發(fā)中心，河南 鄭州 450003）

平原沙區(qū)果園化栽培模式下幼齡杜仲林生物量研究

杜笑林1，2，劉攀峰2，3，朱高浦2，3，朱景樂2，3

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2. 國家林業(yè)局杜仲工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450003；3. 中國林業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)濟(jì)林研究開發(fā)中心，河南 鄭州 450003）

為探索果園化栽培杜仲幼林的生產(chǎn)力水平，創(chuàng)新平原沙區(qū)困難立地條件杜仲人工林培育模式，基于4 a連續(xù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)算出平原沙區(qū)杜仲果園的生物量及相關(guān)計(jì)量參數(shù)。研究結(jié)果表明：果園化栽培模式下建園第1年、第2 年、第 3 年、第 4 年杜仲林生物量迅速增加，分別達(dá) 0.762 ±0.117 t·hm-2、2.576±0.291 t·hm-2、8.717±0.762 t·hm-2和13.003±1.555 t·hm-2；枝葉比以建園第3年的杜仲林最高，達(dá)1.457，枝葉指數(shù)以建園第4年杜仲林最高，達(dá)0.719；建園1～4 a杜仲果園冠根比差異較大，在1.866～3.985之間波動(dòng)；非光合部分生物量與光合部分生物量比值在1.790～3.916之間；建園第4年杜仲生物量最高，地徑、樹高、樹干中間直徑及冠幅平均值分別達(dá)6.83±0.74 cm、2.53±0.21 m、5.78±0.80 cm和1.81± 0.11m，其生產(chǎn)力水平可達(dá)3.26 t·hm-2a-1。果園化栽培模式可作為平原沙區(qū)困難立地條件杜仲人工林的重要栽培模式之一，建議在生產(chǎn)上應(yīng)用。

杜仲；幼齡果園；生物量；生產(chǎn)力

森林生物量是指一定時(shí)空范圍內(nèi)生物個(gè)體或群體的有機(jī)質(zhì)量，通常以干物質(zhì)量作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，主要由林木生物量和林下植被層生物量?jī)刹糠纸M成[1]。森林生物量是度量生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和碳素循環(huán)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)[2]，是森林固碳能力的重要標(biāo)志，不僅是評(píng)價(jià)森林現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力高低和生產(chǎn)潛力大小的重要依據(jù)，也是衡量國家或地區(qū)在某時(shí)段內(nèi)林業(yè)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)的重要指標(biāo)[3]。我國是世界上人工林面積最大的國家，作為新增固碳的重要手段之一，人工林在全球碳循環(huán)中發(fā)揮越來越重要的作用[4]。杜仲是我國特有的重要膠源樹種、木本藥用和木本油料樹種，同時(shí)也是改善生態(tài)環(huán)境、增加碳匯的重要經(jīng)濟(jì)林樹種。杜仲在我國亞熱帶到溫帶的27個(gè)省（區(qū)、市）均有栽培，主要栽培區(qū)域包括河南、湖南、湖北、貴州、陜西、四川、浙江、安徽、云南、江蘇、山東、江西、重慶、福建、甘肅等省份，栽植面積約35.8萬hm2[5]。

果園化栽培是現(xiàn)代杜仲產(chǎn)業(yè)發(fā)展中最主要的栽培模式之一，其主要特點(diǎn)是矮化、密植和集約化管理，有效解決了長(zhǎng)期以來困擾產(chǎn)業(yè)化過程中低產(chǎn)和高成本的問題[6]。國內(nèi)對(duì)杜仲人工林生物量和生產(chǎn)力曾開展過一定研究，多集中在喬林模式[7-12]，也有葉用林模式下杜仲生物量的動(dòng)態(tài)變化研究[13]，對(duì)果園栽培模式下幼齡杜仲林的生物量與生產(chǎn)力尚未開展系統(tǒng)研究。通過研究典型平原沙區(qū)果園化栽培模式下杜仲的生物量分配特征及其潛在生產(chǎn)力，對(duì)于合理經(jīng)營、評(píng)價(jià)當(dāng)?shù)卦耘嗄Ｊ降纳a(chǎn)效率，指導(dǎo)杜仲資源培育，使其發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益以及進(jìn)行杜仲碳儲(chǔ)量預(yù)測(cè)，在理論上和實(shí)踐上都具有重要意義。

1 試驗(yàn)方法

1.1 調(diào)查地概況

本研究杜仲樣株采自于中國林業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)濟(jì)林研究開發(fā)中心河南原陽長(zhǎng)期杜仲示范基地，位于豫北平原，南臨黃河，地理位置113°36′E，34°55′N，為典型平原沙區(qū)。氣候類型為半干旱地區(qū)，大陸性季風(fēng)型氣候，四季分明，溫差較大，年均氣溫14.0 ℃，年均無霜期229 d，年日照2 345 h，年均降水量571.7 mm，降水分布極不均勻，70%左右集中在7～9月，立地條件均具有典型平原區(qū)黃河古道沙地特征。

1.2 生物量數(shù)據(jù)測(cè)定

研究對(duì)象為‘華仲6號(hào)’國審杜仲良種，建園時(shí)間在1～4 a，種植密度為3 m×3 m，定干高度80 cm。樣地大小設(shè)為400 m2，每塊樣地調(diào)查杜仲樣株45株。調(diào)查1～4年生所有杜仲單株的地徑、樹干中間直徑、樹高、冠幅（東西×南北）平均值，在樣地中分別選取8株與地徑、樹干中間直徑、樹高、冠幅（東西×南北）平均值最接近的杜仲單株進(jìn)行生物量測(cè)定。通過全干稱重法求算主干生物量，通過全挖法求算根系生物量，通過分層法求算樹枝和葉片生物量，各部分樣品80℃烘干后稱量干質(zhì)量，精確到0.1 kg[14]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Excel計(jì)算各部分生物量測(cè)定結(jié)果的平均值，林分生物量由林木單株生物量乘以林分株數(shù)求得。林分生物量結(jié)構(gòu)分析參見如下公式：枝葉比（BNR）=W枝/W葉；枝葉指數(shù)（BNI）=（W枝+W葉）/（W枝+W葉+W干）；冠根比（CRR）=（W干+W枝+W葉）/（W根）；非光合器官與光合器官比值（Fc）=（W干+W根+W枝）/（W葉）[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 幼齡杜仲果園生長(zhǎng)差異比較

相關(guān)性分析表明，平原沙區(qū)果園栽培模式下幼齡杜仲林的林齡與地徑、樹干中間直徑、樹高、冠幅均呈極顯著相關(guān)關(guān)系（R2=0.932，P=0.000；R2=0.906，P=0.000；R2=0.917，P=0.000；R2=0.943，P=0.000）。方差分析結(jié)果表明，不同林齡的杜仲地徑(F=649.387，p=0.000)、樹高（F=323.473，p=0.000）、樹干中間直徑（F=549.957，p=0.000）以及冠幅（F=549.957，p=0.000）的差異達(dá)到極顯著水平。多重比較結(jié)果顯示，果園模式下建園第4年杜仲地徑、樹高、樹干中間直徑以及冠幅分別顯著大于其他幼齡杜仲，平均值分別為6.83±0.74 cm、2.53±0.21 m、5.78±0.80 cm和1.81± 0.11 m（見圖1）。

2.2 幼齡杜仲果園單株生物量

果園栽培模式下建園第1年、第2年、第3年、第4年杜仲平均單株生物量表現(xiàn)出隨生理年齡增加而迅速增加的趨勢(shì)，分別達(dá)0.678±0.104、2.290±0.259、7.749±0.677和11.558±1.382 kg（見表1）。在果園栽培模式下，幼齡杜仲果園的樹干、葉生物量比值呈現(xiàn)隨林齡增長(zhǎng)而不斷降低的趨勢(shì)，而枝、根、果實(shí)生物量比值則呈現(xiàn)隨林齡增長(zhǎng)而不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)（見圖2）。

2.3 幼齡杜仲果園林分生物量

圖1 不同幼齡杜仲果園的生長(zhǎng)差異比較Fig.1 Growth comparison of different young-age E.ulmoides orchard

圖2 不同幼齡杜仲果園單株生物量的組成比例Fig.2 Individual biomass structure of different young-age E.ulmoides orchard

表1 果園栽培模式下幼齡杜仲果園的單株生物量Table 1 Individual biomass of young-age E.ulmoides forest under orchard-like system kg

果園栽培模式下幼齡杜仲果園建園第1年、第2年、第3年、第4年杜仲林分生物量積累表現(xiàn)出與單株生物量積累相似的趨勢(shì)，即隨生理年齡增加而迅速增加的趨勢(shì)，分別達(dá)0.762±0.117、2.576±0.291、8.717±0.762 和13.003±1.555 t·hm-2（見表 2 和圖 3）。

2.4 幼齡杜仲果園林分生物量的結(jié)構(gòu)特征

果園栽培模式下杜仲林分生物量結(jié)構(gòu)特征如表3和圖4所示。林分枝葉比、枝葉指數(shù)能反映林木枝、葉在樹冠中的生長(zhǎng)狀況，幼齡杜仲果園枝葉比、枝葉指數(shù)有隨林齡增加而不斷增大的趨勢(shì)，其中枝葉比以建園第3年杜仲林最高，達(dá)1.457；枝葉指數(shù)以建園第4年杜仲林最高，達(dá)0.719。林分的冠根比例，能反映出林分地下部分的支撐能力，以及地上和地下兩部分的異速生長(zhǎng)狀況，果園模式下幼齡杜仲林冠根比在1.866～3.985之間，與樟樹林、楊樹林、馬尾松林等林分相比[16]，處在較低水平，說明果園栽培模式下杜仲林地上、地下部分生長(zhǎng)速度較為接近。而非光合部分生物量與光合部分生物量比值在1.790～3.916之間，并隨林齡增加而不斷增大，說明隨林齡增加林分積累干物質(zhì)能力不斷增強(qiáng)。

表2 幼齡杜仲果園的林分生物量Table 2 Forest stand biomass of young-age E.ulmoides orchard t/hm2

圖3 幼齡杜仲果園不同器官的林分生物量Fig.3 Forest stand biomass of each organ of different young-age E.ulmoides orchard

表3 幼齡杜仲果園林分生物量結(jié)構(gòu)特征Table 3 Forest stand structure of different young-age E.ulmoides orchard

3 結(jié)論與討論

圖4 幼齡杜仲果園林分生物量結(jié)構(gòu)特征Fig.4 Forest stand structure of different young-age E.ulmoides orchard

平原沙區(qū)杜仲幼齡果園生物量積累能力是隨生理年齡的增加而迅速增加，建園第1～4年杜仲林生物量分別為0.762 ±0.117、2.576±0.291、8.717±0.762 和 13.003±1.555 t·hm-2；建園第 4 年地徑、樹高、樹干中間直徑及冠幅平均值也達(dá)到峰值，分別 達(dá) 6.83±0.74 cm、2.53±0.21 m、5.78±0.80 cm和1.81± 0.11 m，表明隨著樹體的生長(zhǎng)發(fā)育其光合能力和養(yǎng)分吸收能力增強(qiáng)。枝葉比以建園第3年達(dá)1.457峰值，枝葉指數(shù)在建園第4年杜仲林達(dá)0.719峰值。冠根比在1.866 ～ 3.985范圍波動(dòng)，與其他樹種相比處于較低水平，說明果園栽培模式下杜仲林地上、地下部分生長(zhǎng)速度較為接近。在光合能力方面，非光合部分生物量與光合部分生物量比值在1.790～3.916之間波動(dòng)；在生產(chǎn)力方面，平原沙區(qū)這種漏水、漏肥的困難立地條件下，果園化栽培模式的生產(chǎn)力水平可達(dá)3.26 t·hm-2a-1，說明此種模式具有一定的應(yīng)用潛力，可作為該立地條件下杜仲人工林以獲取生物量積累為主要培育目標(biāo)的主要栽培模式之一。

杜仲是國家重點(diǎn)鼓勵(lì)與支持發(fā)展的木本糧油樹種之一，也是我國特有的天然橡膠和珍貴中藥材樹種[5,17-18]。杜仲果園栽培模式作為新型栽培模式的經(jīng)營歷史相對(duì)較短，但該種模式已經(jīng)在生產(chǎn)中發(fā)揮出顯著的增產(chǎn)增收效果[19-21]，但對(duì)該模式下杜仲生物量積累和生產(chǎn)力的變化規(guī)律尚缺少深入研究。在當(dāng)前應(yīng)對(duì)全球氣候變化、城市熱島效應(yīng)的背景下，人工林的固碳效益受到了越來越多的重視[22-23]。本研究對(duì)平原沙區(qū)幼齡杜仲果園的生物量、生產(chǎn)力的分配及其變化規(guī)律進(jìn)行解析，可為當(dāng)?shù)囟胖俟麍@的生物量與碳計(jì)量提供技術(shù)支持，為進(jìn)一步了解杜仲果園物質(zhì)生產(chǎn)、分配和積累的過程以及與環(huán)境、培育措施之間的相互關(guān)系，為發(fā)展杜仲固碳育林技術(shù)和可持續(xù)經(jīng)營提供理論依據(jù)。器官生物量比例間的相互關(guān)系反映了林木生長(zhǎng)過程中生物量在器官中積累的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)深入認(rèn)識(shí)樹木在生長(zhǎng)過程中的物質(zhì)分配規(guī)律有重要意義[24]。本研究通過解析林分枝葉比、枝葉指數(shù)、冠根比例以及非光合部分生物量與光合部分生物量之比值等生物量結(jié)構(gòu)特征，初步揭示出果園化栽培模式下不同器官生長(zhǎng)存在相互依賴又相互制約的關(guān)系。在杜仲果園栽培管理過程中，首要考慮到栽培措施在不同器官間的相互影響，并根據(jù)培育目的確定恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)度與頻次。

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Biomass study of young age Eucommia ulmoides forest under orchard-like system in typical sandy soils

DU Xiao-lin1,2, LIU Pan-feng2,3, ZHU Gao-pu2,3, ZHU Jing-le2,3
(1. College of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2. The Eucommia Engineering Research Center of National Forestry Administration, Zhengzhou 450003, Henan, China;3. Non-timber Forest Research and Development Center of CAF, Zhengzhou 450003, Henan, China)

To realize the juvenile plant productivity level of Eucommia ulmoides under the orchard-like system, biomass and related measurement parameters of the 1-4 years E. ulmoides orchard were selected based on the observed data in typical sandy plain areas. On the 1st to the 4th year after orchard establishment the E. ulmoides forest biomass were 0.762 ± 0.117 t·hm-2, 2.576 ± 0.291 t·hm-2, 8.717± 0.762 t·hm-2and 13.003 ± 1.555 t·hm-2in the orchard-like cultivation system, respectively. The branch and leaf ratio of E. ulmoides forest was highest (1.457), and at the 3rd year after orchard establishment, the branch and leaf index was highest (0.719); 1-4 years after orchard establishment the E. ulmoides crown-root ratio was at 1.866 to 3.985; the non-photosynthetic organ biomass and photosynthesis organ biomass ratio value was at 1.790-3.916. The average values of ground diameter, tree height, trunk diameter and crown intermediate were reached to 6.83 ± 0.74 cm, 2.53±0.21 m, 5.78±0.80 cm and 1.81±0.11 m, respectively, and the productivity reached to the 3.26 t·hm-2a-1. The orchard-like cultivation system could be an important planting model in hard sandy plain site conditions and be proposed to apply in E.ulmoides industry.

Eucommia ulmoides; young stage orchard; biomass; productivity

S725.6

A

1673-923X(2016)06-0061-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.06.012

2015-12-04

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD21B0502）

杜笑林，碩士研究生

劉攀峰，博士，助理研究員；E-mail：pfengliu@126.com

杜笑林，劉攀峰，朱高浦，等. 平原沙區(qū)果園栽培模式下幼齡杜仲林的生物量研究 [J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016,36(6): 61-65.

[本文編校：吳 彬]