閩北杉木人工林生物量及其分配的動(dòng)態(tài)變化

丁洪峰 (福建省順昌埔上國(guó)有林場(chǎng)，福建南平 353205)

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閩北杉木人工林生物量及其分配的動(dòng)態(tài)變化

丁洪峰 (福建省順昌埔上國(guó)有林場(chǎng)，福建南平 353205)

[目的]研究杉木生物量及其分配的動(dòng)態(tài)變化。[方法]以閩北杉木林為研究對(duì)象，在典型區(qū)域設(shè)置46塊樣地，采用收獲法測(cè)定46株標(biāo)準(zhǔn)木的生物量，林齡為5～33年。[結(jié)果]建立了閩北杉木器官及整株生物量與測(cè)樹指標(biāo)(胸徑和樹高)的回歸模型；除樹枝和樹葉外，其他器官(樹干、地上和樹根)及整株的回歸效果良好；隨著林齡的增加，器官及整株生物量逐漸增加，在林齡為40年左右時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，同時(shí)構(gòu)建了林木生物量與林齡的回歸模型；隨著林齡的增加，樹干生物量的比例逐漸增加，其他器官生物量的比例逐漸減小，并在林齡為25年左右達(dá)到穩(wěn)定。[結(jié)論]隨著林齡的增加，杉木生物量及其分配呈現(xiàn)可預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)變化。

杉木；生物量；生物量分配；林齡；閩北

植物生物量分配策略是研究植物生活史、植物演化、群落動(dòng)態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)元素循環(huán)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)[1]。植物生物量分配的變化不僅會(huì)影響植物的生長(zhǎng)[2]，而且影響凋落物分解、碳氮固定以及植物和大氣間的氣體交換，進(jìn)而影響陸地生物地球化學(xué)循環(huán)過程[3-4]。然而，目前對(duì)植物生物量及其分配規(guī)律的研究仍然不夠全面，以致難以準(zhǔn)確度量和預(yù)測(cè)環(huán)境變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響程度[5]。

杉木林是我國(guó)特有的森林，其與馬尾松林、柏木林并稱為我國(guó)東部亞熱帶的三大常綠闊葉林，發(fā)揮著重要的木材供給、水源涵養(yǎng)、水土保持等作用[6]。此外，杉木也是東部亞熱帶地區(qū)常見的造林樹種。目前對(duì)杉木林的研究主要集中在林木生長(zhǎng)、生物量、生產(chǎn)力、碳貯量等方面[7]，很少涉及生物量及其分配的動(dòng)態(tài)變化方面的工作。筆者在閩北杉木林的典型林分中設(shè)置46塊樣地，采用收獲法測(cè)定46株標(biāo)準(zhǔn)木的生物量，林齡為5～33年，利用這些樣地的實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，研究杉木生物量及其分配的動(dòng)態(tài)變化，為森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)、森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、林業(yè)碳匯活動(dòng)等研究提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

順昌埔上林場(chǎng)位于福建省南平市順昌縣，地處武夷山脈低山丘陵地帶，海拔為200～400 m，坡度20°～30°；為亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年均氣溫18.5 ℃，極端高溫40.5 ℃，年均降雨量1 880 mm，年均日照時(shí)數(shù)1 699 h，無霜期為260 d以上;土壤以紅壤為主，土層深厚，理化性能良好，腐殖質(zhì)多為中層。植被為天然杉木和毛竹，人工杉木、馬尾松林和針闊混交林，極適宜馬尾松、杉木、常綠闊葉樹的生長(zhǎng)，屬閩北杉木中心產(chǎn)區(qū)。

2 研究方法

2.1 林木生物量的測(cè)定在全面踏查的基礎(chǔ)上，選擇具有代表性的地段，相同林齡至少3個(gè)重復(fù)，設(shè)置20 m×20 m的臨時(shí)樣地共46塊，林齡為5～33年。在樣地內(nèi)每木檢尺，按徑級(jí)記錄株數(shù)，計(jì)算平方平均胸徑，并依此平均胸徑選取1株標(biāo)準(zhǔn)木。將標(biāo)準(zhǔn)木伐倒，地上部分采用Monsi分層切割法,從樹基部開始,依次按0、1.3、2.6、4.6、6.6 m等的順序進(jìn)行樹木解析，樹枝和樹葉采用全稱法。根重測(cè)定：從樹干位置開始向四周小心清除表土，弄清橫向根群的水平伸展范圍，然后從表層開始逐漸向下挖掘，使根系全部露出，最后將根系全部挖出,深度以最深根系為準(zhǔn)。測(cè)定各器官(樹干、樹枝、針葉和樹根)的鮮重，同時(shí)隨機(jī)抽取各器官樣品200 g左右?guī)Щ貙?shí)驗(yàn)室，在85 ℃恒溫下烘干至恒重，計(jì)算各器官的干重及含水率。

2.2 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和預(yù)處理采用Microsoft Excel 2016，回歸分析采用SPSS 20.0，圖形制作采用OriginPro 2016。

3 結(jié)果與分析

3.1 林木生物量模型根據(jù)植物相對(duì)生長(zhǎng)規(guī)律[1]和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，選用廣泛使用的2種模型：W=a·Db和W=a·(D2H)b，其中W為生物量(kg),D為胸徑(cm),H為樹高(m),建立閩北杉木器官生物量與胸徑、樹高的估算模型(表1)。

所有器官生物量回歸模型都達(dá)到顯著性水平(P<0.01)。樹干、地上、樹根及整株生物量回歸模型的決定系數(shù)(R2)都在0.93以上，但樹枝和樹葉的模型相對(duì)較差，尤其是樹葉(表1)。整體上，采用D和D2H建立的器官生物量模型之間存在很小的差異。由于樹高的準(zhǔn)確測(cè)定有一定的困難，故從實(shí)用性和簡(jiǎn)便性的角度考慮，可只采用D估算閩北地區(qū)的杉木生物量。

表1 林木生物量模型

3.2 林木生物量的動(dòng)態(tài)變化采用Logistic生長(zhǎng)模型Y=K/[1+a·exp(b·X)]擬合林木生物量與林齡的函數(shù)關(guān)系，其中Y為器官生物量(kg)，X為林齡(年)，a和b為回歸系數(shù)。隨著林齡的增大，林木及器官的生物量隨之增加，林齡為40年左右達(dá)到穩(wěn)定。樹干、樹枝、樹葉和樹根的最大生物量分別可達(dá)201.2、42.0、6.2和37.4 kg；地上和整株的最大生物量可達(dá)239.3、290.5 kg(表2)。

表2 林木生物量與林齡的回歸模型

3.3 林木生物量分配的動(dòng)態(tài)變化隨著林齡的增加，樹干生物量的比例逐漸增加，其他器官生物量的比例逐漸減小，林齡在25年左右達(dá)到穩(wěn)定(圖1)。

采用羅云建等[8]提出的傳統(tǒng)指數(shù)函數(shù)改進(jìn)型Y=a+b·exp(c·X)擬合林木生物量分配與林齡的函數(shù)關(guān)系，其中Y為某器官生物量占林木總生物量的比例(%)，X為林齡(年)，a、b和c為回歸系數(shù)。結(jié)果表明，樹干、樹枝、樹葉和樹根生物量比例逐漸趨向穩(wěn)定，分別為75.735%、5.147%、4.832%和13.927%(表3)。

圖1 林木生物量分配隨林齡的動(dòng)態(tài)變化

表3 林木生物量分配與林齡的回歸模型

4 結(jié)論

(1)該研究建立閩北杉木器官及整株生物量與測(cè)樹指標(biāo)(胸徑、樹高)的回歸模型，除樹枝和樹葉外，其他器官(樹干、地上和樹根)及整株的回歸效果良好，可用于林分生物量的估算。

(2)隨著林齡的增大，林木及器官的生物量隨之增加，并在林齡為40年左右時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。樹干、樹枝、樹葉和樹根的最大生物量，分別達(dá)201.2、42.0、6.2和37.4 kg；地上和整株的最大生物量達(dá)239.3、290.5 kg。

(3)隨著林齡的增加，樹干生物量的比例逐漸增加，其他器官生物量的比例逐漸減小，在林齡25年左右達(dá)到穩(wěn)定。構(gòu)建了林木生物量分配與林齡的回歸模型，并得到了樹干、樹枝、樹葉和樹根生物量比例逐漸趨向穩(wěn)定，分別為75.735%、5.147%、4.832%和13.927%。

[1] NIKLAS K J,ENQUIST B J. Canonical rules for plant organ biomass partitioning and annual allocation [J]. American journal of botany,2002,89(5):812-819.

[2] CROPPER W P Jr,GHOLZ H L. Evaluating potential response mechanisms of a forest stand to fertilization and night temperatures:A case study ofPinuselliottii[J]. Ecological bulletins,1994,43:154-160.

[3] BIRD J A,TORN M S. Fine roots vs. needles:A comparison of13C and15N dynamics in a ponderosa pine forest soil [J]. Biogeochemistry,2006,79(3):361-382.

[4] FRIEDLINGSTEIN P,JOEL G,FIELD C B,et al. Toward an allocation scheme for global terrestrial carbon models[J]. Global change biology,1999,5(7):755-770.

[5] LANDSBERG J. Modeling forest ecosystems:State of the art,challenges,and future directions [J]. Canadian journal of forest research,2003,33(3):385-397.

[6] 中國(guó)森林編輯委員會(huì).中國(guó)森林：第1卷:總論[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,1997.

[7] 羅云建,王效科,張小全,等.中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)生物量及其分配研究[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2013.

[8] 羅云建,張小全,王效科,等.華北落葉松人工林生物量及其分配模式[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(1):13-18.

Dynamic Changes of Biomass and its Allocation ofCunninghamialanceolataPlantation in Northern Fujian Province

DING Hong-feng (Pushang State Forestry Farm of Fujian Province,Nanping,Fujian 353205)

[Objective] To research the dynamic changes of biomass and its allocation ofCunninghamialanceolataPlantation in Northern Fujian Province. [Method] WithC.lanceolataplantation as the research object,46 sample plots were designed in typical region. Biomass of 46 sample trees was detected by harvesting method. Stand age was within the range of 5-33. [Result]Regression mode betweenC.lanceolataorgan and biomass and the detection indexes (diameter at breast height and plant height) was established. Except leaf and branch,other organs and the whole plant had relatively good regression. With the increase of stand age,biomass of organ and whole plant increased gradually,and reached stable at about 40 stand age. Regression model of wood biomass and stand age was established. With the increase of stand age,percentage of trunk biomass increased gradually; while those of other organs decreased gradually. The stand age was stable at about 25 years. [Conclusion] With the increase of stand age,C.lanceolatabiomass and its allocation show predictable dynamic changes.

Cunninghamialanceolata; Biomass; Biomass allocation; Stand age; Northern Fujian Province

丁洪峰(1972- )，男，福建順昌人，林業(yè)工程師，從事森林培育及經(jīng)營(yíng)等方面的工作。

2016-08-15

S 791.27

A

0517-6611(2016)30-0136-03