杉木是我国南方亚热带地区特有的优良速生乡土用材树种,已有近千年的栽培历史,杉木林是我国南方集体林区主要经营的森林类型之一。目前,我国南方人工林生态系统的脆弱性、不稳定性和失衡性、地力衰退,生产力下降等问题十分突出。长期定位监测杉木林的生物产量,对于维持杉木林持续的林地生产力,实现杉木林的可持续经营具有重要的理论和实践意义。本文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年长期定位观测数据,对两个世代杉木人工林速生阶段(7-11年生)和杆材阶段(14～18年生)和近成熟阶段(20a生)的生物量和生产力进行了比较研究,探讨杉木林生物量和生产力的连栽代马尔效应。主要研究结果如下：1.杉木不同器官生物量分配结构特征。两代不同林龄杉木各器官生物量分配都有明显差异,立地条件对不同林龄第一代杉木各器官生物量分配影响较大,对第二代杉木影响不大。随着林龄的增大,第一代杉木树干在7a-18a间其生物量比例呈上升趋势,从20 a生开始下降。树叶的在7a-20a阶段呈下降趋势。树根的在7a～18a阶段总体上呈下降趋势,20 a时开始上升。树枝的在7a-20a阶段呈下降趋势,但下降幅度不大,除7a生杉木外,其它林龄段生物量所占比例在7%左右。树皮的生物量比例在速生期维持在8%左右,在干材阶段维持为12%。第二代杉木树干生物量在7a-20a生长比率呈上升趋势,但上升速率逐渐降低；树叶在7a-20a阶段呈下降趋势,但下降速率逐渐降低；杉木树根生物量在7a-14a间递增,在14a-20a间生物量递减；树皮在7a～18a上升幅度逐渐减少,到20a时开始下降。树枝在7a-20a阶段的变化没有规律性。两代杉木单株生物量在近成熟阶段差异缩小2.杉木人工林地被物与凋落物生物量。1-5a杉木林内,草本植物生物量为0.75～6.929 t hm-2；灌木层总生物量为1.048～7.773 t hm-2,各组分生物量的分配规律为根>茎>叶。凋落物量(1987年12月造林)13年间(1995-2007),年平均为1109.86(±117.27)kg·hm-2。凋落物中针叶、小枝、落果和碎屑所占比例不同,针叶占54.39%～75.06%,小枝占17.55%～31.52%,落果占的3.15%-13.5%,平均碎屑占2.19%。凋落物量具有明显的凋落节律,并表现为不规则型,凋落峰值有3个,分别出现在2月(90.42 kg·hm-2)、6月(111.42 kg·hm-2)、8月(108.84 kg·hm-2)。凋落物随林龄呈显著的二次曲线关系：y=-10.06x2+361.1x-1747,R2=0.920,P<0.001。凋落物中小枝、针叶、落果与林龄呈显著相关,而碎屑与林龄相关性不显著。3.杉木人工林生态系统生物量比较。随着林龄的增大,连栽杉木林间林分生物量差异逐渐减小。7a生第二代杉木人工林生物量37.90 t hm-2,较第一代(45.38 t hm-2)下降16.48%；11a生为第二代为90.31 t hm-2,较第一代(108.73 t hm-2)下降16.94%；14a生第二代为97.18thm-2,较第一代(104.45 thm-2)下降6.96%；18a生和20a生时,两代连栽杉木人工林系统生物量差异不大,18a生二者在系统生物量总量上的差异仅为1.74 t hm-2,差异值不足其生物量的1.20%,20 a生二者生物量之差占系统生物量的不足5%左右。从杉木不同生长级(Ⅰ级到V级)看出,第一代林分各生长级的生物量均大于第二代林分。4.杉木人工林生态系统生物生产力比较。与第一代杉木人工林年均生产力相比,7a生第二代林年均生产力下降16.38%,11a生年均生产力下降17.29%,14a生年均生产力下降6.96%,18a生年均生产力上升12.95%,20a生年均生产力降幅为8.93%。不同林龄下林分生产力均是以树干生产力为最大,是林分生产力的主要贡献者。5.杉木人工林不同立地类型对生物生产力的影响。7a生杉木林的生物量大小排序为山麓>山坡下部>山坡中部>山洼中部>山洼中上部；11a生为山谷型(33.6 kg/株)>山麓型(30.3 kg/株)>山坡型(16.4 kg/株)。11a生杉木林的生产力大小排序为山谷型(9.89 thm-2 a-1)>山麓型2 (8.35 thm-2 a-1)>山麓型1 (8.33 thm-2 a1)>山坡型(6.43 thm-2 a-1)。山谷型和山麓型林分生产力分别是山坡型的1.54倍1.30倍。6.不同密度和经营措施对杉木人工林生物生产力的影响。林分密度从1501-2000株hm-2到2001～2500株hm-2,从2501～3000株hm-2到3001～3500株hm-2生物量随林分密度增大而增加。当密度从2001～2500株hm-2到2501-3000株hm-2时,林分生物量有所下降。同一立地类型4个不同密度的11a生杉木林单株生物量是不同的,其中以3690株hm-2密度的林分单株生物量最高。11a生林分在密度为2750株hm-2、3120株hm-2、3550株hm-2时,树干生物量所占比例依次为61.08%、59.05%、55.10%,是依次下降的。其余14a生、16a生时树干生物量所占比例也是随着密度增大而依次下降的,甚至下降幅度有所增加。在林分密度相近的条件下,山谷型林分生物量大于山麓型的,山坡型的林分生物量最小在50%和30%两种间伐强度处理下树干生物量所占比例较为接近,分别为55.37%、54.82%、55.38%；在16a生时,在3种间伐强度处理下树干生物量所占比例分别为62.21%、64.24%、65.03%。11a生时50%和30%间伐强度下单株生物量分别是对照处理的130.11%和89.25%；而16a生时间伐处理分别是对照处理的167.48%和120.28%。山麓立地条件下,11a生时40%、30%和20%间伐强度下单株生物量分别是对照处理下生物量的122.27%、125.39%和119.53%；而16a生时间伐处理较对照处理下生物量分别是145.39%、153.40%和142.23%。在山麓型立地条件下,11a生时相对生物量排序为125.4(30%间伐)>122.3%(40%间伐)>119.5%(20%间伐)>100.0%(对照),而16a生的排序为153.4%(30%间伐)>145.4%(40%间伐)>142.2%(20%间伐)>100.0%(对照)。不同间伐强度杉木林生态系统生物量的影响。在三种立地条件下,林分的生物量均是以树干生物量最大。在山坡型立地条件下,11a生杉木林树干生物量占林分生物量的比例在54.99%～55.22%之间,树根生物量占林分生物量比例在22.51%-23.43%之间。表明间伐强度对树干生物量与树根生物所占林分总生物量比例几乎没有影响。但在山谷型立地条件下,11a生时树干生物量与树根生物量占林分生物量的比例分别是59.23%～59.31%与23.82%～23.97%内；在山麓型条件下,二者的比例变化在60.08%～64.54%和19.89%～21.59%范围内变化。在林分速生阶段(11a生时),较高强度的间伐(40%和50%)导致林分乔木层生物量有一定的减少,减少的程度因立地条件不同而异。16a生时,山坡型立地50%与30%间伐后二者林分生物量较为接近,山谷型立地40%与20%间伐二者林分生物量较接近,且均较对照低。在山麓型立地条件下16a生林分采取不同间伐强度措施后林分生物量变化情况较为多样化。在40%间伐强度下,林分生物量较对照区林分生物量稍低；在30%间伐强度下,林分生物量为对照区的112.3%；在20%间伐强度下,林分生物量为对照区的116.8%；30%和20%间伐处理下林分生物量是相当的,说明这两种处理对林分生物量的影响效果是近似的。