论文摘要
杉木是我国南方重要的速生用材树种，在我国南方林业生产中具有举足轻重的作用。然而由于多代连栽现象的加剧，杉木人工林生态系统出现了严重的地力衰退现象，已严重制约了杉木人工林的可持续发展，关于杉木人工林地力衰退问题的研究始于上世纪八十年代，近几年来，随研究的不断深入，该问题已成为一个深受众多学者普遍关注的焦点。从目前研究报道情况来看，杉木人工林地力衰退与其凋落物的组成、质量、数量和分解状况有着密切的关系。引起杉木人工林地力衰退的一个重要原因是由于杉木本身归还给土壤的凋落物较少，凋落物比较难以分解，因此导致其养分归还林地比较少，土壤养分的收入和支出产生不平衡，土壤酸化，自肥能力较差。虽然采用疏伐和施肥等营林技术，可在一定程度上改善林地凋落物的分解环境，加速凋落物的分解，但对于已经成长起来的林分，仅采用人为经营管理措施毕竟是有限的。因此，如何通过对杉木人工林生态系统结构进行有效调控，来尽量改变凋落物数量、质量和组成，促进凋落物的分解，增加凋落物养分归还量，达到维护地力的目的，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课题。有鉴于此，多年来课题组针对杉木人工林所存在的各种生态问题，在重视消化吸收国内外学者提出的人工林经营新理论和新方法的基础上，在福建农林大学西芹教学林场建立了四个生态系统模式（包括天然常绿阔叶林模式、老龄杉木林模式、二代杉木萌芽天然更新林模式和93年二代杉木人工林模式）作为杉木林生态系统研究的样地。并采用定位研究方法，着重对杉木林模式中的凋落物特征及其生态功能能进行探讨，同时采用人工模拟的手段，对杉木林模式中凋落物对土壤酸化的缓冲作用和持水性能进行深入研究，为揭示杉木人工林地力衰退机制、建立杉木人工林地力衰退防治技术体系以及杉木林生态系统的恢复和重建技术提供科学的理论依据和实践指导。主要研究结论如下：（1）各系统凋落物的年凋落量在2.89～9.56t/hm2之间，各系统凋落物的年凋落量表现出天然更新常绿阔叶林＞二代杉木萌芽天然更新林＞老龄杉木林＞93年二代杉木人工林的规律。各系统凋落物叶在凋落物中所占百分比最大，叶占凋落物总量的比例在53.16%～83.50%之间，枝占凋落物总量的比例在2.66～18.32%之间，果占凋落物总量的比例在4.57%～36.49%之间，其他组分占凋落物总量的比例在1.84%～16.28%之间。各系统凋落量具有较明显的季节变化规律，其归还方式显现出单峰式和双峰式两种形式，上半年峰值大致出现在5月份，下半年峰值大致出现在11月份。（2）各系统凋落物大量元素养分含量和归还量顺序基本上为：N＞Ca＞K＞Mg＞P，二代杉木萌芽天然更新林、93年二代杉木人工林和老龄杉木林的阔叶和杉叶养分含量较高，枝和果的养分含量较低；天然更新常绿阔叶林叶和其他组分的养分含量较高，果和枝的养分含量较低。4个系统5种元素的年归还量有明显的差异，二代杉木萌芽天然更新林和天然更新常绿阔叶林5种元素的养分年归还量较大，分别为173.78kg/hm2和147.00kg/hm2，93年二代杉木人工林和老龄杉木林5种元素的养分年归还量较小，分别为65.44kg/hm2和90.69kg/hm2。（3）各系统凋落物微量元素含量顺序大致为Mn＞Fe＞Al＞Zn＞Cu，4个系统叶和其他微量元素含量较高，枝、果和其他的微量元素含量较低。4个系统各微量元素的归还量的大小顺序大致为Mn＞Fe＞Al＞Zn＞Cu。各系统微量元素的归还量在一年内有一定的波动性，其归还方式显现出单峰式和双峰式两种形式，上半年峰值大致出现在5月份，下半年峰值大致出现在11月份。（4）各系统现存凋落物现存量最多的是天然更新常绿阔叶林，最少的为93年二代杉木人工林。4个系统凋落物现存量最大的是天然更新常绿阔叶林，二代杉木萌芽天然更新林和老龄杉木林次之，93年二代杉木人工林最小。4个系统凋落物两年中叶的年现存量在0.88～2.10t/hm2之间，枝的年现存量在0.67～1.33t/hm2之间，果的年现存量在0.06～1.61t/hm2之间，其他组分的年现存量在0.09～0.42t/hm2之间。各系统凋落物的现存量高峰期主要在4月，为单峰式。（5）各系统现存凋落物各组分养分含量的基本顺序基本上为：N＞Ca＞K＞Mg＞P。这说明4个系统现存凋落物养分浓度一般以N和Ca为高，K居中，Mg较低，P最低。4个系统5种元素的年归还量有明显差异，二代杉木萌芽天然更新林、天然更新常绿阔叶林和老龄杉木林5种元素的养分年归还量较大，分别为97.39kg/hm2、96.24kg/hm2和76.97kg/hm2。93年二代杉木人工林5种元素的养分年归还量较小，为37.23kg/hm2。除93年二代杉木人工林各元素贮量波动较为平缓外，剩余3个系统现存凋落物养分贮量模式大致为单峰式，峰值出现在4月份。（6）各系统现存凋落物各组分微量元素含量的基本顺序大致为：各系统现存凋落物各组分微量元素含量顺序大致为：Mn＞Al＞Fe＞Zn＞Cu。除93年二代杉木人工林微量元素贮量波动较为平缓外，其余各系统微量元素贮量的模式大致为单峰式，峰值出现在4月份。（7）各系统凋落物分解的周转时间分别为二代杉木萌芽天然更新林（1.25年）、天然更新常绿阔叶林（1.74年）、93年二代杉木人工林（1.98年）、老龄杉木林（2.41年）。二代杉木萌芽天然更新林和天然更新常绿阔叶林凋落物分解较快，93年二代杉木人工林和老龄杉木林凋落物分解较慢。（8）不同系统林下凋落物最大持水率的大小顺序为：天然更新常绿阔叶林>93年二代杉木人工林>老龄杉木林>二代杉木萌芽天然更新林；林下凋落物最大持水量的大小顺序为：天然更新常绿阔叶林>老龄杉木林>93年二代杉木人工林>二代杉木萌芽天然更新林。（9）各系统pH值范围均在4.0～5.0之间，二代杉木萌芽天然更新林和老龄杉木林相对于其他林分会显现出较高的pH值，各系统pH值的大小顺序为：老龄杉木林>二代杉木天然萌芽更新林>天然更新常绿阔叶林>93年二代杉木人工林。各系统凋落物浸提液电导率最大的为天然更新常绿阔叶林，其次是93年二代杉木人工林和老龄杉木林，二代杉木萌芽天然更新林最小；无机离子总含量、电导率、Na+、Mg2+、NO3、K+浸提量最大为天然更新常绿阔叶林，二代杉木萌芽天然更新林和老龄杉木林次之，93年二代杉木人工林最小。Ca2+含量最高为93年二代杉木人工林，其次为二代杉木萌芽天然更新林和老龄杉木林，天然更新常绿阔叶林最小。