木荷人工林生物量及生產力研究

韋昌幸，張黨權，王鳳琴，嚴 理，秦武明

（1.廣西國有高峰林場，南寧 530001；2.中南林業科技大學 林業生物技術湖南省重點實驗室，湖南長沙 410004；3.廣西大學林學院，南寧 530004）

森林生物量是指在特定的時間范圍內，單位面積內實存生活的某個或某幾個生物物種或一個整體生物群落中的有機物質干重[1]。木荷（Schima su?perba）為山茶科（Theaceae）木荷屬常綠大喬木，又名荷木、荷樹；廣泛分布于我國安徽、廣東、湖南、貴州、廣西等地，屬東亞亞熱帶常綠闊葉樹種；因其鮮葉含水率高，不易燃燒，是我國南方地區主要防火樹種之一。李志輝等[2]將木荷列為珍貴樹種，因其具有較高的經濟價值和生態價值。

目前，對木荷的研究主要集中在育苗[3]、造林技術[4]、生態群落和功能[5-7]、病蟲害防治[8-9]、群落生物量[10]等方面。對木荷人工林生物量及其生產力的研究還未見報道。本文從生物量及生產力入手，研究48年生木荷人工林的生長情況，為木荷人工林科學、快速發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西國有高峰林場六里分場10林班36 小班（108°21'E，22°58'N），年均溫度21.8℃，極端高溫40℃，極端低溫-2℃，≥10℃年積溫約7 200℃，年均降水量1 350 mm，主要降雨月份為5—9月，年日照時數1 450～1 650 h，蒸發量1 250～1 620 mm，空氣相對濕度79%。土壤類型主要為赤紅壤，厚度80 cm 以上，腐殖質層約15～20 cm，持水能力、保肥能力均較好。木荷人工林造林苗木為實生苗，株行距約3 m×3 m，調查時林齡為48年，林分郁閉度為0.7，林分保存密度為976株/hm2。

1.2 研究方法

1.2.1 林分調查與解析木選取

對試驗林進行實地踏查后，按照典型選樣原則選取木荷人工林臨時標準樣地4 塊，每塊樣地400 m2（20 m×20 m）。測量所有木荷的冠幅、胸徑、樹高、枝下高等數據，挑選8株能代表樣地實際胸徑平均水平的樣木作為解析木（標準木），這些解析木必須是生長正常且不斷梢的。

1.2.2 生物量與生產力測定

單株標準木生物量測定。單株標準木生物量為地上部分生物量和根系部分生物量的總和。地上部分生物量為樹干、樹皮、樹枝和樹葉生物量的總和。根系部分生物量為根蔸、粗根、中根和細根生物量的總和。對地上部分各器官和地下部分各器官進行采收后，現場分別稱量記錄鮮重，各取樣500～1 000 g 帶回實驗室，放入烘干箱用85℃恒溫烘干至重量不變，計算各器官的含水率和干質量，最后推算木荷各器官的生物量，求算木荷單株總生物量。其中根系部分采用全根挖掘方法，粗根直徑≥2.0 cm、中根直徑0.5～2.0 cm、細根直徑＜0.5 cm。

喬木層生物量測算。建立生物量模型是研究森林生物量最主要的方法，也是比較準確而有效的方式[11]。根據各徑階標準木各器官的生物量，計算各徑階標準木總生物量。根據木荷標準木生物量數據，分別建立樹干、樹皮、樹枝、樹葉、根兜、粗根、中根、細根各器官及單株生物量的回歸模型。將樣方實際測量所得的樹高和胸徑數值帶入公式逐一計算，得出木荷林樣方生物量總和，最后推算林分總生物量。

林下層生物量測定。每個標準地內各設置6個小樣方，每個小樣方的面積為1 m2（1 m×1 m），分別記錄小樣方內植物的種類、數量、高度和覆蓋度等數據。由于木荷人工林郁閉度大，林下層植被量少，收獲時采取混合采收的方法。采用樣方收獲法，分別采收灌草層植物和凋落物，現場測定并記錄，各取樣200～500 g帶回實驗室，放入烘干箱用85℃恒溫烘干至重量不變，分別求算灌草層、凋落物層的含水率和干質量，最后求算出木荷林下層總生物量。

生產力的測算。采用生物量年平均生長量指標對48年生木荷人工林生產力進行估算，各器官生產力為各器官的生物量除以各器官生長年限所得數值。48年生木荷生長年限長，因新陳代謝等原因，各器官的生長年限實際有所不同。參照灰木蓮（Manglietia glauca）人工林生物量和生產力的研究[12]、廣西英羅港5種紅樹植物群落的生物量和生產力[13]研究方法，本文按48年計算樹干、樹皮和根蔸的生長年限，按20年估算粗根、大枝、側枝的生長年限，按5年估算樹葉、中根、細根的生長年限。因無法統計測算木荷林中被蟲食的生物量和已凋落分解的生物量，所以由此方法估算出的林分生產力比真實值稍偏小。

2 結果與分析

2.1 木荷生物量估算模型

根據測定所得標準木生物量，以及各器官生物量結果，以關系式W=aDb和W=a（D2H）b，對木荷人工林生物量與胸徑（D）和樹高（H）的關系借助計算機進行擬合，篩選最優生物量估算模型。結果表明，木荷各器官和單株生物量擬合以單株生物量的估算模型效果最理想，擬合相關系數達0.988 7（表1）。

表1 各器官和單株生物量回歸模型Tab.1 Regression models of biomass for individual and each organ

2.2 木荷單株生物量的分布

木荷單株生物量為81.61～576.12 kg，最大徑階單株生物量是最小徑階的7.06 倍；12 cm 徑階的單株生物量為81.61 kg，16 cm 徑階為137.68 kg，20 cm徑階為230.89 kg，24 cm 徑階為303.01 kg，28 cm 徑階為391.13 kg，32 cm 徑階為576.12 kg；單株各器官生物量隨徑階的增長而增長；不同徑階生物量在各器官的分配呈現一致的規律，表現為樹干＞樹根＞樹皮＞樹枝＞樹葉（表2）。

表2 木荷人工林不同徑階單株生物量分布Tab.2 Individual biomass distribution of different diameter classes of Schima superba plantation

2.3 木荷人工林林分生物量分析

木荷人工林喬木層生物量為268.71 t/hm2，占林分總生物量（281.79 t/hm2）的95.36%，其中地上部分和地下部分生物量分別為205.45和63.26 t/hm2，占喬木層比重分別為76.46%和23.54%，占林分總生物量比重為72.91%和22.45%（表3）。喬木層各器官生物量占林分總生物量比重排序為樹干（45.70%）＞根篼（16.03%）＞樹皮（13.32%）＞樹枝（11.43%）＞粗根（4.43%）＞樹葉（2.46%）＞中根（1.70%）＞細根（0.29%）。

木荷人工林林下層總生物量為13.08 t/hm2，僅占林分總生物量的4.64%。其中凋落物層、灌草層的生物量分別為8.42和4.66 t/hm2，分別占林分總生物量的2.99%和1.65%。

表3 木荷人工林生物量分布Tab.3 Biomass distribution of Schima superba plantation

2.4 木荷人工林生產力

與生物量不同，生產力主要衡量生物量的累積速率。木荷人工林總生產力為7.89 t·hm-2·a-1，喬木層生產力為7.77 t·hm-2·a-1，占總生產力的98.48%；灌草層生產力為0.12 t·hm-2·a-1，占比1.52%；生產力在地上部分、地下部分、灌草層的分布情況為地上部分（81.75%）＞地下部分（16.73%）＞灌草層（1.52%）；喬木層各器官生產力順序為樹干（34.49%）＞樹枝（20.72%）＞樹葉（17.76%）＞根篼（12.10%）＞樹皮（10.04%）＞粗根（3.34%）＞中根（1.29%）＞細根（0.26%）（表4）。

表4 木荷人工林生產力分布情況Tab.4 Productivity and distribution of Schima superba plantation

3 結論與討論

木荷人工林生物量地上部分（205.45 t/hm2）與地下部分（63.26 t/hm2）的比值為3.25，相比其他樹種偏小，如貴州西部光皮樺（Betula luminifera）的比值為6.75[14]，15年生桉樹（Eucalyptus）的比值為5.24[15]，原因主要為木荷地上部分生長相對緩慢，地下根系生長較發達。木荷人工林根蔸和粗根的生物量占地下部分生物量的91.15%，中根與細根的生物量很少，說明木荷主根系發達，側根不發達。

結果顯示，木荷人工林95.36%的生物量來自喬木層，林下層僅為4.64%。李春葉[16]在研究細葉云南松（Pinus yunnanensisvar.tenuifolia）生物量與生長規律中指出，細葉云南松喬木層生物量為461.95 t/hm2，占林分總生物量的95.79%，與本研究結果一致。木荷人工林喬木層生物量占比大而林下層生物量占比特別小的原因為喬木層郁閉度過高，林下層光線嚴重不足，形成了林下相對陰涼的小氣候，林下植被在小氣候中無法很好的生長和發育，其所累積的生物量也嚴重偏少。在實際生產經營活動中，可通過適當的間伐撫育降低林分郁閉度，讓林下陽光更充足，增加林下植被量，從而增加林下生物量的累積。

木荷人工林總生產力為7.89 t·hm-2·a-1，相對其他樹種偏小，如50年生青岡櫟（Cyclobalanopsis glau?ca）林分總生產力為18.57 t·hm-2·a-1[17]，主要原因為木荷林早期造林時管護相對粗放，生長過程中未進行間伐撫育管理，以及在生長的過程中受到人為因素和自然因素的影響等。同時木荷在林業經營中普遍作為防護樹種來經營，江雪梅等[18]在探討茂名市防火林帶樹種選擇時指出，木荷的防火能力隨樹齡的增大而增強；吳家星[19]在生物防火林帶樹種選擇及其營造技術研究中指出木荷是主要防火樹種之一，所以在實際經營管理過程中，更重視木荷的防火作用，忽視了木材的產量，不重視良種育苗、施肥撫育、間伐管理等技術措施。在木荷人工林營造中，應結合木荷林的種植目的，采取必要的技術手段，讓木荷人工林發揮更好的經濟效益和社會效益。