刺槐林地凈生物生產力研究及相關指標測定※

●高 嵩（甘肅省天水市秦州區林業和草原局 甘肅 天水 741000）

公益林以保護和改善人類生存環境、維護生態平衡為主要經營目的，既是國民經濟和社會發展的物質基礎，也是維持生態平衡和改善生態環境的重要保障。據甘肅省天水市秦州區二類資源調查統計，秦州區刺槐（Robinia pseudoacaciaL.）林占全區林地面積的62.8%，是公益林最主要的一個林型。林地生產力是森林生態系統中最基本的數量特征[1]，可以反映林地生物生產能力。評價地力是公益林效益研究的指標之一，其研究與生物量有關，可反映固碳釋氧量，評價林地固碳釋氧效益能力。本文通過對林地生物生產力的研究，以期為公益林生態效益監測項目的生態效益評估提供理論依據。

1 試驗材料

試驗地位于秦州境內的西秦嶺山地，屬土石山地，是2005年人工所植刺槐林地。試驗區域土壤為黃土，土壤厚約50 cm，年平均降水530 mm，年均氣溫8.6 ℃，海拔約1996 m，坡度31°，15年林齡，林分密度1863株/hm2，是甘肅省公益林生態效益監測項目秦州區監測點所選的典型林地，2017～2019年持續監測，并作統計。

2 研究方法

依托甘肅省公益林生態效益監測項目，在秦州區公益林地內，根據不同森林類型，選擇代表性林分建立固定標準地0.08 hm2及調查樣地0.08 hm2。固定標準地與調查樣地條件相近，固定標準地只調查林木生長情況（樹高、胸徑、冠幅生長量等），避免調查時人為對林木生長環境造成破壞；調查樣地作為輔助樣地，對灌木、草本、土壤、枯落物、樹干徑流、降水穿透量等進行調查。通過對刺槐典型林分進行連續監測，持續對林木、灌木、草本和其他生物量進行測定，獲取生物量基礎數據，研究生物生產力和其他相關指標[2]。

2.1 林木生物量監測

2.1.1 樹干生物量的測定在固定標準地內，對樹木進行每木檢尺，計算標準木。在樣地內選擇與標準木一致或樹高、胸徑相差5%以內的樹木，將選取樹木從根頸處伐倒，以1 m的區分段，采用中央斷面區分求積法，公式為為第i圓盤的直徑，Dn+1為梢底直徑，Hn+1為梢長)，計算各解析木實際材積，求得選取標準木材積[3]。同時在樣木下、中、上各取一段，每段截取圓盤，稱每圓盤鮮重；對其兩端截取圓盤，烘干，測含水量，求干重，獲取生材體積與干重的關系（即基本密度）；最后通過樹干材積和生材體積與干重的關系，可求得樹干生物量。

2.1.2 枝和葉生物量測定采用標準枝法測定枝葉生物量[2]。標準木伐倒后，測定所有枝的基徑（d0）和枝長（L），求二者的平均數選擇標準枝，以各±3%為標準，選取3個標準枝，同時要求標準枝上的葉量應符合中等水平。分離所選標準枝上的葉，枝和葉分別稱鮮重[3]，再分別在80～105 ℃溫度下烘烤至恒定質量，確定枝、葉干重，以此推算出每公頃林地上的枝、葉干重，即每公頃枝、葉生物量[4]。

2.1.3 根生物量測定由于樹體不是很大，土壤較深層為石質，根系分布有限，以測定一株或幾株樹木的根量推定單位面積根的生物量[3]。在調查樣地內，選取胸徑、樹高與標準木相近的5株樹木，相鄰樹以中線為界，挖出根，盡量收集分布于土壤中的毛細根，清洗泥土，用水沖洗后陰干至初始狀態，稱鮮重，烘干求得干重，求得單株根系量，并根據樣方株數，推導出每公頃株數，從而測定出每公頃根部生物量[4]。

2.2 灌木和草本生物量調查

在調查樣地內，根據草木類型及分布狀況，取典型樣方（1 m×1 m）5個，挖出后分地上和地下兩部分，地下部分洗凈泥土，分別稱量地上、地下兩部分質量，即鮮重。然后在恒溫烤箱70～80 ℃烘烤8 h以上，稱量其質量即為干重。推算每公頃林地上的灌木和草本生物量[4]。

2.3 其他生物量的測定

在樣地內的四角、對角線的交點共5個位置，設立5個監測點，設置樣方1 m×1 m，在植物停止生長后，提取樣方內物質，在實驗室內對植物生殖器官（種子、花等）、動物糞便、昆蟲尸體等進行烘干、稱重，測量其生物量。

2.4 刺槐生材材積和干重關系測定

在大燒杯中加入適量水，滴定至準刻度線，讀取數據。然后將樹干解析時所截獲的圓盤放入燒杯水中，如漂浮，用細長針頂壓，使其不要浮出水面，標下刻度，然后倒掉水和圓盤，加水至刻度線，用量筒量取水容積，測取圓盤體積。再烘干，求取干重，測算刺槐生材材積和干重關系。

3 結果與分析

3.1 樹干生物量監測結果

見表1、表2。

表1 平均標準木林分蓄積量

表2 樣木干重

由表1、表2可知，在樹干下部、中部、上部區分段各截取2個圓盤，共6個，稱鮮重，用排水法求圓盤體積，再在恒溫烤箱105 ℃烘烤24 h，稱取干重。經計算，標準木樹干總干重為18.0566 kg。樣木樹干生物量總干重為2690.4334 kg，由此推算，每公頃樹干生物量干重為33 630.4175 kg。

3.2 標準木枝、葉生物量監測結果

見表3。

表3 標準木枝、葉生物量監測結果 單位：kg

由表3可知，標準木枝、葉生物量分別為2.0716 kg、2.1559 kg，可依次推出樣方林分枝、葉生物量分別為308.6684 kg、321.2291 kg，每公頃枝、葉生物量為3858.355 kg、4015.2838 kg。

3.3 根部生物量監測結果

見表4。

表4 根部生物量監測結果

由表4可知，樣木根干重為2.8026 kg，由此推算出樣方根干重為417.5874 kg，每公頃根生物量為5219.8425 kg。

3.4 灌木、草本生物量監測結果

見表5。

表5 灌木、草本生物量監測結果 單位：g/m2

由表5可知，灌木、草本干質量平均監測 值 分 別 為25.362 g/m2、135.688 g/m2， 則 推算每公頃灌木、草本生物量分別為253.62 kg、1356.88 kg。

3.5 其他生物量監測結果

見表6。

表6 其他生物量結果 單位：g/m2

根據監測，主要樹木生殖器官、動物糞便、尸體（昆蟲）等生物量每平方米平均干重為1.9532 g，則每公頃其他生物量為19.532 kg，見表6。

3.6 公益林主要林型刺槐林地上生物量匯總結果

公益林15年刺槐林型典型林地上生物量監測結果，見表7。

表7 公益林15年刺槐林型典型林地上生物量監測結果 單位： kg/hm2

4 結論與分析

4.1 林地生物生產力

林地生產力是林地上一定時間內的單位面積上生產的生物量。因此，根據生物量監測結果（表7），采用公式S為林地平均凈生產力、W為單位面積總生物量、N為林齡、Wi為林地上各部分生物量，得出林地年平均凈生產力為3223.60 kg/hm2。林地生產力的研究，反映這一立地條件和林木生長階段下的林地生產狀況，評價立地條件，也可以作為相近立地條件的刺槐林地生物生產力的參考值。

4.2 林地固碳釋氧量效益

固碳釋氧量及效益研究，與生物量有關系，可以研究單位林地面積固碳釋氧量及效益。根據固碳量U碳=1.63×R碳×A×B年×C碳[U碳為林分年固碳價值（元/年）；A為林分面積（hm2）；C碳為固碳價格（元/kg）,參照 Titus（1992）得出的純碳成本為0.038 美元/kg，按現行匯率計算1美元約合7元人民幣，純碳價格約為0.266元/kg；R碳為CO2中碳的含量，為27.27%；B年為林分凈生產力（kg/hm2）]。釋氧量U氧=1.19×C氧×A×B年（U氧為釋放氧氣價值，C氧為純氧價格，為0.377 85元/kg，A、B年同上）[5,6]。根據研究，固碳效益每年為381.15元/hm2，釋氧效益每年為1449.46元/hm2，年均刺槐林地固碳釋氧效益1830.61元/hm2。

4.3 刺槐樹木的基本密度（公定容重）

基本密度是木材鮮重狀態下單位體積木材的絕對干重。根據刺槐生材材積與干重之間的監測結果（表2），采用公式式中M為基本密度、n為樣本數、Gi為樣本干重、Vi為樣本體積。計算得出西秦嶺山地地區刺槐林木材基本密度（公定容重）為0.685 g/cm3。這一研究可對高大樹木在測量生材材積的同時確定干重，很大程度減輕監測工作量，為持續的生態效益監測提供參考。

4.4 刺槐林分單株生物量模型（各部分重量比）

根據生物凈生產力監測研究中生物量臨測結果（表7），采用公式式中Fi為標準木樹體各部分占樹體總重量的百分比、Wi為標準木樹體各部分生物量、W為標準木樹體總生物量。計算得出樹干、樹枝、樹葉及樹根占總質量百分比分別為71.977%、8.258%、8.593%、11.172%。也就是在上述條件下刺槐林木單株生物量模型，可以在今后持續的森林生態效益監測中做工程效益評估運用，這一數據亦可在相鄰地區或立地和密度相近條件作評估參考。