紅花爾基沙地天然樟子松林生物量研究

張曉琳　孫亞娟　王家軍

摘要 為了解樟子松天然林的生物量，對(duì)紅花爾基的樟子松生物量進(jìn)行了測(cè)定和分析，結(jié)果表明：樟子松葉面積指數(shù)一般為4.3～5.2，最高為7.7，最低為0.673 6。在年齡相同、郁閉度相同條件下，單位面積生物量隨平均胸徑的增加而增加。樟子松地上生物量與地下生物量的比值隨年齡增加而增加，比值為3.3～4.55，平均為3.92;根系生物量是全部生物量的1/5。樟子松的根系主要分布在0～15 cm土層，占全部根系的62.788%，>15～40 cm土層根系占14%，40 cm以下占23.78%。地上平均凈生產(chǎn)力最高為2 665.7 kg·hm·a，最低為149.5 kg·hm·a。全部生物量最大凈生產(chǎn)力為2 394.8 kg·hm·a。葉面積與葉干質(zhì)量比隨年齡增加而下降。樟子松枝、葉、干、根的含水率平均為51.766%～55.35%，2年生球果含水率平均76.366%。

關(guān)鍵詞 紅花爾基;樟子松天然林;生物量

中圖分類號(hào)：S791.253 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.04.020

Biomass of Natural Pinus sylvestris var. mongolica stand in Honghuaerji Sandy Land

Zhang Xiaolin Sun Yajuan Wang Jiajun

（1.Hulun-Beir Honghuaerji Forestry Bureau，Hulun-Beir 021112，Inner Mongolia;2. Qiqihar Branch，Heilongjiang Academy of Forestry Sciences，Qiqihar 161005，Heilongjiang）

AbstractIn order to understand the biomass of natural Pinus sylvestris var. mongolica stand，the biomass of P. sylvestris var. mongolica of Honghuaerji were determined and analyzed，the results indicated that the leaf area index was between 4.3-5.2，which the highest value was 7.7 and the lowest value was 0.6736. Under the same age and canopy density，biomass per unit area increased with the increase of mean DBH. The ratio of aboveground biomass to underground biomass increased with age，ranging from 3.3 to 4.55，with an average of 3.92. The root biomass was 1/5 of the total biomass. The roots were mainly distributed in 0-15 cm soil layer，accounting for 62.788% of the total roots，and the roots accounted for 14% over 15-40 cm soil layer，and 23.78% below 40 cm. The highest aboveground net productivity was 2665.7 kg·hm·a and the lowest was 149.5 kg·hm·a. The maximum net productivity of total biomass was 2394.8 kg·hm·a. The ratio of leaf area to dry leaf mass decreased with age. The average moisture content of branches，leaves，stems and roots ranged from 51.766% to 55.35%，and average water content of 2-year cones was 76.366%.

Key wordsHonghuaerji;natural Pinus sylvestris var. mongolica stand;biomass

內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市紅花爾基沙地樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）林是我國(guó)最大的樟子松種子林基地。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，森林面積不斷擴(kuò)大，每年為生產(chǎn)提供大量種子。為科學(xué)經(jīng)營(yíng)好樟子松林，達(dá)到最有效地利用光能、土地資源，提高產(chǎn)量，需要對(duì)樟子松生物量的生長(zhǎng)規(guī)律，特別是樟子松的生長(zhǎng)同結(jié)實(shí)的關(guān)系進(jìn)行研究。通過(guò)建立有關(guān)生物量的數(shù)學(xué)模型，找出影響樟子松生長(zhǎng)與結(jié)實(shí)的影響因子，并通過(guò)這些因子對(duì)樟子松生長(zhǎng)及結(jié)實(shí)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于紅花爾基林場(chǎng)施業(yè)區(qū)內(nèi)。地理位置47°54′—48°54′ N，119°46′—120°30′ E，海拔600～900 m。屬半干旱的大陸性氣候，冬夏氣溫相差懸殊。冬季嚴(yán)寒干燥，多西北、西南風(fēng)，且常受寒流侵襲。年平均氣溫為2.4 ℃，1月平均氣溫-28.3 ℃，絕對(duì)最低氣溫-49.3 ℃，冬季時(shí)間達(dá)8個(gè)月之久。全年積雪不多，僅11～16 mm。4月以后氣溫開(kāi)始回升。7月平均氣溫20.8 ℃，極端最高氣溫達(dá)40.1 ℃。無(wú)霜期110 d。年平均降水量322.8 mm。年蒸發(fā)量1 403.8 mm，大于降水量的3倍。凡樟子松叢林所占據(jù)的沙包，全為干燥的沙土，即松林沙土，腐殖質(zhì)含量較低，僅為1%左右，透水性大，持水性低。地形屬山地丘陵，相對(duì)高差低于300 m，坡度較小，過(guò)渡平緩。森林植被以樟子松為主，其次為白樺（Betula platyphylla）、山楊（Populus davidiana）。林下灌木主要有柳葉繡線菊（Spiraea salicifoliab）、野刺玫（Rosa davurica）、山丁子（Malus baccata）、柳（Salix spp.）類。草本植物有地丁（Corydalis bungeana）、莎草（Cyperus rotundus）、細(xì)葉鳶尾（Iris tenuifolia）、寸草苔（Carex duriuscula）、唐松草（Thalictrum aquilegiifolium var. sibiricum）、白頭翁（Pulsatilla chinensis ）、羊草（Leymus chinensis）、委陵菜（Potentilla chinensis）。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地選擇

2018年6月在樟子松林內(nèi)選擇林相完整、郁閉度在0.5左右、結(jié)實(shí)良好、不受病蟲危害或危害較輕的地段作為標(biāo)準(zhǔn)地。標(biāo)準(zhǔn)地面積200～600 m。

2.2 林分因子測(cè)定

對(duì)所選標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行每木檢尺，利用加權(quán)平均法計(jì)算平均胸徑。按徑階測(cè)樹(shù)高，計(jì)算平均高。按照平均胸徑和平均高，以平均樹(shù)高±5%、平均胸徑±5%為標(biāo)準(zhǔn)，選擇標(biāo)準(zhǔn)木1株。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)木的樹(shù)高、胸徑。林分因子見(jiàn)表1。

常規(guī)生物量調(diào)查：將樹(shù)冠平均分為3層，在每層內(nèi)取樣，并取一定量的葉進(jìn)行面積測(cè)定，共取27個(gè)樣。

根系生物量調(diào)查：以根樁為中心，2 m為直徑，深1 m作為根量調(diào)查的范圍。將根系分3層取樣：第1層0～15 cm;第2層>15～40 cm;第3層>40～100 cm。將每層內(nèi)的根按直徑大小分3級(jí)（特大根：>5.0 cm;大徑根：2.0～5.0;中徑根：<2.0 cm），稱取全部根的質(zhì)量并分級(jí)取樣、標(biāo)記，稱取樣品質(zhì)量[1]。在105 ℃恒溫下烘干至恒質(zhì)量，約8 h，稱取樣品質(zhì)量，計(jì)算樣品的含水率[1]。

采用方差分析及數(shù)學(xué)模型擬合的方法[2]對(duì)生物量變化進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 樟子松的葉面積指數(shù)

葉面積指數(shù)是指葉表面積與林地面積之比值。由表2可知，葉面積指數(shù)最小值為0.673 6，最大值為7.742 5，一般葉面積指數(shù)為4.3～5.2之間，表明天然林的變異性較大。最小值所對(duì)應(yīng)凈生產(chǎn)量為4 558.3 kg·hm，最大值對(duì)應(yīng)凈生產(chǎn)量為37 281.3 kg·hm，葉面積指數(shù)在4.3～5.2之間，對(duì)應(yīng)生物量為15 537.9～23 924.0 kg·hm，表明葉面積指數(shù)越大，生物量也隨之增大。

3.2 樟子松不同年齡生物量及其變化趨勢(shì)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地林木年齡及其所對(duì)應(yīng)的林分平均胸徑、樹(shù)高，計(jì)算各部分生物量。由表3可知，15～27年生的樟子松林分，其地上部分生物量隨年齡增長(zhǎng)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，其他干、枝、葉、果的生物量隨年齡增長(zhǎng)也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

樟子松地上生物量與地下生物量之間的關(guān)系，可通過(guò)地上生物量與地下生物量比值及地下生物量與全部生物量的比值反映出來(lái)。

從表4可看出，地上生物量與地下生物量在14～23年范圍內(nèi)最大比值為7.8，最低為3.3。除18年生比值7.80和23年生比值3.37兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)木外，其他標(biāo)準(zhǔn)木的比值差異不大，且隨著年齡增大而增大。這說(shuō)明隨著年齡的增加，地上部分生物量的增加快于地下。比值的范圍在3.30～4.55之間，平均為3.92（兩個(gè)個(gè)別比值除外）。

根與全部生物量之比，有隨年齡增加的趨勢(shì)，最大值為0.229，最小值為0.114，平均為0.208，即根系大約是全部生物量的1/5。

3.3 樟子松根系按年齡變化在各層次的分布情況

從表5可看出，不同土壤層次樟子松根系生物量隨年齡變化無(wú)明顯規(guī)律性，0～15 cm平均為62.787%，>15～40 cm為14.00%，>40～100 cm為23.78%。這種分配結(jié)果可作如下解釋：0～15 cm是營(yíng)養(yǎng)成分集中的層次，凝結(jié)水豐富，根的趨肥、趨水性導(dǎo)致這種分配。>15～40 cm營(yíng)養(yǎng)少、含水率又低，而40 cm以下含水率又有所增加，因此，>40～100 cm土層根的分布量高于>15～40 cm主要是由于水分的變化引起。在沙地，樟子松根系由于營(yíng)養(yǎng)與水分的變化常呈現(xiàn)層狀分布。

3.4 樟子松的生產(chǎn)力

樟子松林分凈初級(jí)生產(chǎn)力受溫度和降水的綜合影響，凈初級(jí)生產(chǎn)力與氣候因子的關(guān)系屬于溫度敏感型，在人工林條件下，生產(chǎn)力較高[3]。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地凈生產(chǎn)力進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果表明，第88-10號(hào)標(biāo)準(zhǔn)地地上平均凈生產(chǎn)力最高，為2 665.7 kg·hm·a。最低為88-5號(hào)標(biāo)準(zhǔn)地，地上平均凈生產(chǎn)力為149.5 kg·hm·a。從現(xiàn)有材料看，根系的最大凈生產(chǎn)力為518.8 kg·hm·a，最低為110.5 kg·hm·a。全部生物量最大凈生產(chǎn)力達(dá)2 394.8 kg·hm·a。

3.5 葉面積與葉干質(zhì)量回歸式的建立及不同年齡全葉量的比較

本試驗(yàn)共測(cè)9個(gè)株樣，將樹(shù)冠分為上、中、下3個(gè)層次，共27組數(shù)據(jù)，對(duì)統(tǒng)計(jì)到的數(shù)據(jù)以干質(zhì)量（W）作自變量，葉面積（S）作因變量，以方程S=aW+b形式進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果為：S=5 597.302 W+22 901.501 3，相關(guān)系數(shù)為0.57。通過(guò)葉的質(zhì)量就可以估算葉的表面積。

對(duì)88-9號(hào)標(biāo)準(zhǔn)木的葉按不同年齡進(jìn)行測(cè)定，2～3年生10 g鮮葉測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可見(jiàn)，同一株樹(shù)的2年生、3年生葉單葉平均長(zhǎng)度及直徑都在增加。一束葉的表面積3年生為2年生的1.5倍。葉面積與葉干質(zhì)量比隨年齡增加而下降。

3.6 樟子松不同器官含水率分析

將樟子松樣木分別以平坦、緩坡、高崗3種不同地形統(tǒng)計(jì)含水率，通過(guò)方差分析表明，樟子松各器官含水率在3種不同立地（地形）下差異不顯著，樟子松的不同器官的含水率有所差異，2年生球果的含水率和3年生球果的含水率差異顯著。枝、葉、樹(shù)干和樹(shù)根之間的含水率差異不顯著，但它們與2年生及3年生球果之間差異都顯著。從平均值看，樹(shù)體含水率在50%以上，而2年生球果在6月含水率為76.366%。

4 結(jié)論

4.1 在所調(diào)查地區(qū)樟子松葉面積指數(shù)一般為4.3～5.2，最高為7.7，最低為0.673 6。葉面積指數(shù)受單株冠幅、密度及單株葉面積的影響。冠幅越大，單株葉面積越大，密度越大，則葉面積指數(shù)越大。

4.2 樟子松林分生物量與林分平均樹(shù)高、胸徑呈正相關(guān)關(guān)系，通過(guò)擬合方程，可以估算林分的生物量;在15～27年內(nèi)樟子松生物量呈現(xiàn)指數(shù)上升趨勢(shì)。樟子松地上生物量與地下生物量的比值隨年齡而增加，比值為3.30～4.55，平均為3.92;根系生物量是全部生物量的1/5。樟子松不同年齡階段結(jié)實(shí)量不同，一般隨著年齡增加而增加，林緣木單株結(jié)實(shí)良好。

4.3 樟子松的根系主要分布于0～15 cm的土層中，占全部根系的62.788%，>15～40 cm占14%，40 cm以下占23.78%。

4.4 地上平均凈生產(chǎn)力最高為2 665.7 kg·hm·a，最低為149.5 kg·hm·a。從現(xiàn)有材料看，根系的最大凈生產(chǎn)力為518.8 kg·hm·a，最低為110.5 kg·hm·a。全部生物量最大凈生產(chǎn)力達(dá)2 394.8 kg·hm·a。

4.5 一束葉的表面積，3年生為2年生的1.5倍。葉面積與葉干質(zhì)量比2年生為102.10 cm·g，3年生為79.09 cm·g，隨年齡增加而下降。

4.6 樟子松的枝、葉、干、根各器官之間含水率無(wú)顯著差異，但都與2年生及3年生球果的含水率差異顯著。在14～27年內(nèi)，不同年齡的各器官含水率差異不顯著。

參考文獻(xiàn)：

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