天目山自然保護區典型森林植被喬木層生物量研究

藺恩杰，江 洪,3*，趙明水，宋新章，陳云飛

（1. 浙江農林大學林業與生物技術學院，浙江 臨安 311300；2. 天目山國家級自然保護區管理局，浙江 臨安 311311；3. 南京大學國際地球系統科學研究所，江蘇 南京 210093）

生物量是指生態系統中單位面積上有機物質數量，可以表征生態系統生產力的積累。農田系統生物量可以等同為收獲的干物質量，對于森林而言生物量表明森林的狀況和利用價值。森林生物量的分布格局和動態變化，能夠反映森林生態生產力水平和物質循環能量流動的復雜關系，一定程度上反映系統的健康水平[1~2]。自然保護區植被無人為干擾，完全處于自然的更新演替狀態，對其進行生物量調查還可以反映保護區內植被狀況和森林的更新過程。目前，對森林生物量都是通過樣地調查的方法，調查一定面積典型的樣地上植物的樹種、胸徑、枝下高、冠幅數據，生物量計算的方法有，皆伐實測法、標準木法、相關曲線法、構建模擬法[3~5]。本文根據浙江省重點公益林樣地調查構建的生物量模型[6]，計算各個森林類型的喬木層生物量。

本研究的區域為天目山國家級自然保護區，天目山自然生態環境優越，擁有著典型的中亞熱帶森林植被類型。在第四季冰川，天目山成為大量植物的庇護所，至今很多標本植被出自天目山，天目山的森林植被資源在亞熱帶乃至全國都著重要地位，因此，對天目山森林的本底調查也更顯緊迫重要。

1 研究區域概況

研究區天目山自然保護區位于浙江省臨安市，119° 24′ 11″ ~ 119° 28′ 21″ E，30° 18′ 30″ ~ 30° 24′ 55″ N，地處浙江省西北部，面積4 284 hm2，海拔300 ~ 1 556 m，具有典型的中亞熱帶的森林生態系統和森林景觀。天目山自然保護區年均降水量1 822.2 mm，無霜期220 d左右，年日照時數1 550 ~ 2 000 h，四季分明，年均溫度15.8 ~ 8.8℃。據2004年天目山管理局森林資源調查，天目山自然保護區有林地915 hm2，其中毛竹林81 hm2，苗圃地151 hm2，森林覆蓋率98%，活立木總蓄積量達20.08×104m3。

2 研究方法

2.1 樣地設定

2010-2011年在保護區內選擇林齡和林分密度適中，具有代表性的植被類型，且受人為干擾較少交通又相對方便的地方設置永久樣地。每種森林類型設樣地一個，面積20 m×20 m。用全站儀平距放樣，長寬均為20 m，再在將樣地分為4個10 m×10 m的小樣地。對樣地內的喬木層每木進行其樹高、胸徑、冠幅、枝下高的測量。

2.1.1 胸徑測量與標記 對樣地內的喬木樹種進行每木檢尺（起測胸徑1 cm），同時掛牌記錄樹種名稱，計算平均胸徑，起算胸徑5 cm。

2.1.2 樹高及枝下高測量

2.1.3 冠幅測定 采用最長冠徑乘以與最長冠徑相垂直的冠徑表示，單位為m。

2.2 模型的建立

本文根據袁位高等[6]研究浙江重點生態公益林大量樣地調查已得到的生物量計算模型計算樣地生物量（表1）。模型利用浙江省樹木各分量生物量之間的相對生長關系，喬木以樹高、胸徑、冠長為變量構建各分量生物量模型通式，構建松類、杉類、硬闊（Ⅰ、Ⅱ）、軟闊、毛竹組主要樹種（組）生物量模型，模型測算因子簡單易得，與實測數據具有較好的擬合精度和預估水平。然后將本次樣地調查數據，分樹種代入模型，分別得到各類型森林的生物量。

表1 浙江省重點公益林不同樹種生物量模型Table 1 Biomass model for different tree species of key ecological forest in Zhejiang province

表1續

3 結果與討論

森林植被垂直分布明顯，不同海拔地帶上依植被垂直帶譜，形成以常綠闊葉林、常綠落葉闊葉林混交林、落葉闊葉林和落葉矮林4個明顯的森林植被類型，并有毛竹、杉木林、馬尾松林等林型穿插其間。樣地類型見表2。

表3中列出了8種樣地類型的統計數據。從表3可知，林分年齡杉木林最小35 a，常綠落葉闊葉林最老為350 a；保護區內郁閉度較大都在0.85 ~ 0.9，林分密度在3 150 ~ 7 250株/hm2。其中起測胸徑為1 cm，常綠闊葉林中有很多叢生細葉青岡，因此林分密度較大；除此落葉矮林密度最大，樹種也最多。平均胸徑計算是5 cm起算，以針闊混交林最大，為19.1 cm，落葉矮林最小為5.7 cm。

表2 標準樣地概況Table 1 The general situation of standard plots

表3 樣地調查統計數據Table 3 Data from sample plots

圖1 8種森林類型生物量與樹種數量間的關系Figure 1 Relationship between biomass in eight types of forest communities and tree species

從圖1可知，8種森林類型生物量，常綠落葉混交林 > 落葉闊葉林 > 針闊混交林 > 杉木林 > 常綠闊葉林 > 馬尾松林 > 毛竹林 > 落葉矮林。8中森林類型從海拔上來看，在海拔1 000 m以下，5種森林類型生物量相差不大；在海拔1 000 m以上，生物量隨海拔升高而降低。海拔升高，氣溫降低，植被生長期縮短，影響群落的生產力，在山頂的落葉矮林生物量最小為 61.84 t/hm2。常綠落葉混交林生物量最大達到 424.66 t/hm2，在亞熱帶該林型為主要群落類型，在能量利用和物質循環上都有優勢，使其生物量最大，優勢樹種為常綠闊葉樹種交讓木（Daphniphyllummacropodum）。3種典型純林類型的杉木林、馬尾松、毛竹生物量比較接近，并以毛竹最小100.1 t/hm2。總體上看，天目山的森林喬木層生物量遠大于浙江重點公益林的生物量[7~9]，這是因為天目山自然保護區保護較好，幾十年來無重大林火及自然災害，同時林分年齡較長，積累了大量的生產力，對于區域的固碳釋氧意義重大。

在喬木層物種數量上，毛竹林為純林只有毛竹，因毛竹發達的地下竹鞭，對水分和礦物質有很強的爭奪能力，杉木及闊葉樹種很難生存。接近純林的杉木林和馬尾松林中都有不同的樹種生長，其中馬尾松林中的樹木種類要高于杉木林，這說明在天目山馬尾松林更適宜混交種植。物種最豐富的為海拔1 455 m的落葉矮林，達到 41種。海拔最高的落葉矮林擁有更多的樹種，可能與天目山獨特的地理環境和地質演變過程有關。在海拔1 000 m以上的3個森林類型，樹種隨海拔升高而增加，這與其生物量與海拔關系恰好相反。北京山地植物的多樣性垂直分布研究[10]，喬木層在中海拔的800 ~ 1 700 m有較大物種豐富度；低海拔和山頂物種豐富度要小。秦嶺酉水河天然針葉林物種多樣性的垂直格局[11]研究，在海拔800 ~ 3 000 m的分布范圍上，喬木層物種豐富度隨海拔先增加后下降。天目山喬木層在海拔1 200 ~ 1 400 m物種豐富分布，與其他地區同海拔物種的豐富數量分布相似，這是由于人為干擾和海拔高度共同影響的結果。

4 結論

研究結果表明，天目山8中森林類型的生物量大小關系為常綠落葉混交林 > 落葉闊葉林 > 針闊混交林 >杉木林 > 常綠闊葉林 > 馬尾松林 > 毛竹林 > 落葉矮林。在海拔1 000 m以下的5種森林類型，生物量變化不大；而在海拔1 000 m以上的3種森林類型，隨海拔升高生物量下降，物種則增加。

需要指出的是，本文應用經檢驗的生物量計算模型并沒有實測標準木再次構建模型，可能會有存在誤差，并且在樹高和枝下高測量上也會有偏差。另外，樣地側重計算生物量，樣地面積對于統計物種數量可能達不到最小群落面積，因此森林類型的物種統計可能不夠精確。樣地調查應在數量和面積上進一步擴大，以進一步完整數據，準確估算生物量和分析其他相關關系。

致謝：浙江農林大學楊爽、袁建、孫成碩士等參與樣地調查和數據整理，特此致謝！

[1] 薛立，楊鵬. 森林生物量研究綜述[J]. 福建林學院學報，2004，24（3）：283-288.

[2] 胥輝，張會儒. 林木生物量模型研究 [M]. 昆明：云南科技出版社，2002.

[3] 殷才，趙春暉，鄭秀梅. 森林生物量的估測方法[J]. 林業勘察設計，2000（3）：35-40

[4] 李業清，沈德慧. 森林生物量的調查方法[J]. 黑龍江科技信息，2011（34）：266-267

[5] 董宇. 我國森林生物量估測方法研究進展[J]. 安徽農業科學，2011，39（34）：21 105-21 106.

[6] 袁位高，江波，葛永金. 浙江省重點益林生物量模型研究[J]. 浙江林業科技，2009，29（2）：1-5.

[7] 錢逸凡，伊力塔，鈄培民，等. 浙江縉云公益林生物量及固碳釋氧效益[J]. 浙江農林大學學報，2012，29（2）：257-264.

[8] 張駿，袁位高，葛瀅. 浙江省生態公益林碳儲量和固碳現狀及潛力[J]. 生態學報，2010，30（14）：3 839-3 848.

[9] 浙江省林業廳. 浙江省重點公益林建設與效益年報[R]. 杭州：浙江省林業廳，2007.

[10] 邢韶華，崔國發，林大影，等. 北京山地植物物種多樣性的垂直分布規律[J]. 北京林業大學學報，2010，32（1）：45-51.

[11] 劉金虎，王得祥，王宇超，等. 秦嶺酉水河天然針葉林物種多樣性的垂直格局[J]. 西北林學院學報，2011，26（3）：6-11.