火后興安落葉松人工林生物量的估算1)

黃德權 胡海清

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

王仲巍

(青島市園林環衛技術學校)

孫 龍

(東北林業大學)

林火是北方森林的主要干擾因子之一，在很大程度上決定著該區域森林生態系統的碳平衡［1］。大興安嶺是我國北方森林的集中分布區，也是森林火災發生最為頻繁的區域之一。統計數據表明，過去30 a間，黑龍江省大興安嶺地區共發生森林火災959次，過火面積2.89×106hm2，其中林地面積1.47×106hm2。火燒之后林火跡地的植被恢復，是人們面臨的一個重要問題［2］。大面積的火燒跡地主要依靠自然更新進行生態恢復，但是針對一些重度火燒跡地，則根據區域特點，主要選擇興安落葉松進行了人工造林。但造林后對于生態系統的恢復狀況研究的較少，尤其是生物量和生產力恢復的數據非常缺乏。關于興安落葉松林生物量和生產力的研究開展得較早，主要集中于天然林［3－7］和人工林［8－11］兩方面，具體內容包括:單木生物量測定［12］、林分生物量［13－14］及生產力［4，6，8－10，13－15］測定、利用模型手段進行生態系統水平的生產力以及區域生產力模擬［15］等方面的研究，對于不同干擾下生態系統生產力動態變化的研究較少。本文選擇黑龍江省大興安嶺地區火后不同年代興安落葉松造林地為研究對象，通過樣地設置、野外采樣以及室內分析，研究了火后興安落葉松(Larix gmelini)造林地的生物量和生產力動態變化，為進一步認識火燒跡地碳匯恢復過程，有效開展火燒跡地生態恢復研究提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究地點位于黑龍江省大興安嶺林區(50°10'～53°33'N，121°12'～127°00'E)，面積為 8.35 ×106hm2。該區屬寒溫帶季風氣候，年均氣溫－2℃，最低氣溫－52.3℃，最高氣溫39.0℃。年降水量350～500 mm，降水集中于7—8月份。相對濕度70%～75%。積雪期達5個月，林內雪深30～50 cm。土壤以棕色針葉林土和暗棕壤為主。全區山勢比較平緩，海拔為300～1 400 m。大興安嶺林區屬于寒溫帶針葉林區。森林類型以興安落葉松(Larix gmelinii)林、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)林、興安落葉松—白樺(Betula platyphylla)林和白樺林為主。由于大面積火燒跡地多集中于1987年大興安嶺5·6特大森林火災后，因此，本文選擇的火燒跡地造林年份最早為1989年。鑒于火燒跡地造林年份不長，本文還選取了另外兩種造林地類型(荒地造林和濕地造林)作為對比。研究地概況見表1。

1.2 野外取樣和室內測定

分別選取大興安嶺加格達奇、新林、塔河、漠河林業局立地條件相似的興安落葉松人工林造林樣地。每個年份的造林地設置3個樣地(20 m×30 m)，分別在喬木層、灌木層、草本層及地被物層進行取樣，測定其生物量。喬木生物量應用異速生長方程進行估算［9］42，其他各層次應用收獲法進行估算。數據處理及分析采用Excel、SPSS等統計分析軟件。

2 結果與分析

2.1 火后不同時期興安落葉松人工林喬木生物量及生產力

在所選擇的樣地中，火燒跡地人工林中林齡最大為21 a，其喬木生物量為55.19 t/hm2，除12年生和19年生的興安落葉松林生物量稍有降低外，總體呈增加趨勢。19年生興安落葉松喬木生物量下降較為顯著，原因主要是土壤相對較薄(僅10 cm)，養分條件較差。1～10、11～15、16～21年生興安落葉松人工林喬木平均生物量分別為 5.85、14.96、40.53 t/hm2，在火后恢復時間內，呈逐漸增加趨勢，16～21年生的喬木平均生物量最大。

表1 研究樣地概況

由表2還可以看出，興安落葉松在幼齡林階段生物量積累較慢，生產力較低，其原因主要來自于火燒后初期。這一時期，火燒跡地陽光充足，林下灌木草本大量繁殖，生長較快，且大量先鋒樹種白樺侵入跡地，在所調查的樣地中白樺侵入率達到了30%，對落葉松的生長起到了一定的抑制作用。后期隨著林分的發展，郁閉程度增加，部分林下陽性灌草退出生態系統，喬木生物量及生產力開始快速增加。

表2 火后不同林齡人工林喬木生物量

2.2 火后不同時期興安落葉松人工林灌草及地被物載量

為更好地體現灌草和地被物的變化，以23 a以上的非火燒跡地人工林灌草和地被物載量作為對照，如表3所示:1～10 a，林內陽光充足，林地土壤比較貧瘠，有利于林下植被尤其是耐貧瘠的灌木及草本類植被生長，生物量較大，平均值為13.79 t/hm2，遠大于喬木生物量，占林分生物量的86.0%，地被物載量也較小;11～20 a，隨著林木的生長，郁閉度逐漸增大，部分草本及灌木生長受到抑制，因而其生物量呈下降趨勢，平均生物量為5.85 t/hm2，占該階段林分平均生物量的15.54%，地被物開始積累并逐漸增加，平均載量為4.07 t/hm2，占該階段林分平均生物量的10.8%;21 a以后，在非火燒跡地人工林中灌草生物量處于極低的水平，地被物積累量增加顯著，平均載量可達17.57 t/hm2，占該階段林分平均生物量的7.6%。故灌草生物量占林分生物量的比例隨林齡的增加而減少。

表3 火后不同林齡興安落葉松人工林灌草及地被物載量

綜合分析林分水平的生物量可以看出:1、9、10年生興安落葉松人工林林下灌木及草本生物量較大，平均為13.79 t/hm2;12年生的興安落葉松人工林樣地中，地被物載量較高，為22.20 t/hm2，遠大于喬木生物量3.39 t/hm2。最大的林分生物量為火后21年生興安落葉松林，為60.93 t/hm2，其年平均生產力為2.90 t·hm－2·a－1;1～10、11～15、16～21 年生興安落葉松人工林林分平均生物量分別為17.69、29.25、53.90 t/hm2。綜上所述，在所調查的樣地中，1～10年生興安落葉松人工林的林分生物量主要以灌木和草本的生物量為主，其占林分生物量的比例最大，為86.0%，喬木生長非常緩慢;23～30年生興安落葉松人工林的地被物載量最大，平均值為17.57 t/hm2。

3 討論

火燒跡地21年生人工林喬木生物量可達55.19 t/hm2，年均生產力達 2.63 t·hm－2·a－1，其林分生物量可達 60.93 t/hm2，年均生產力達 2.90 t·hm－2·a－1，與以往的研究結果比較，本文21年生落葉松人工林林分生物量(60.93 t/hm2)低于劉世榮［9］在帽兒山人工林實驗站測定的同齡落葉松人工林林分生物量(145.62 t/hm2)，原因主要來自于研究區域的差異。與國內其它興安落葉松研究相比，本文21年生落葉松人工林林分生物量(60.93 t/hm2)與劉志剛［4］測定的內蒙古大興安嶺地區興安落葉松天然林幼齡組地上生物量結果相近(61.31 t/hm2)，根據興安落葉松人工林和天然林林齡組劃分(人工林20 a以下，天然林40 a以下)，可知人工林林分生產力大于天然林林分生產力;26年生興安落葉松人工林喬木生物量(119.28 t/hm2)與韓銘哲［8］測定的27年生興安落葉松人工林喬木生物量結果相近(121.36 t/hm2)。

根據中國人工林的固碳能力的平均值(1.91 Mg/(hm2·a))［16］，可推算出中國人工林的平均生產力約為 3.82 t·hm－2·a－1，高于本文測定的21年生興安落葉松人工林林分年均生產力(2.63 t·hm－2·a－1)，說明火后興安落葉松人工幼齡林的生產力還有待改善，應加強撫育措施。由于在火燒跡地上種植人工林的年代有限，從現有的幼齡人工林樣地無法得知其喬木生產力隨林齡的總體變化趨勢，有待進一步研究。

如表4所示，13、14、19、21 a的興安落葉松林人工林中，非火燒跡地與火燒跡地喬木年均生產力差值最大為4.40 t·hm－2·a－1，平均為 2.88 t·hm－2·a－1;林分年均生產力差值最大為 5.09 t·hm－2·a－1，平均為 3.05 t·hm－2·a－1。可知，同齡非火燒跡地人工林林分生產力平均為火燒跡地人工林林分生產力的2.05倍，其中同齡非火燒跡地人工林喬木生產力平均為火燒跡地人工林喬木生產力的2.76倍。

表4 同齡不同造林地類型林木生產力比較 t·hm－2·a－1

非火燒跡地(濕地和荒地)人工林的林分生產力和喬木生產力均大于火燒跡地，原因可能是火燒跡地土壤較為貧瘠，養分狀況決定了林分生產力水平;而非火燒跡地，特別是濕地上的人工林，多為壟臺造林，地勢較高，不受濕地含水率過高的影響，因此比火燒跡地人工林生長更為迅速。建議加大火燒跡地人工林的撫育措施以及林地養分管理，以有效地提高林分生產力水平。

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