東南沿海木麻黃人工林生物量和生產力的緯度格局及影響因素

黃云鵬，黃雍容,，葉功富,，徐偉強，聶森,，林智勇

( 1.福建省林業科學研究院，福建 福州 350012；2.福建省木麻黃工程技術研究中心，福建 福州 350012)

森林生物量和生產力是衡量森林群落結構和功能最基本的數量特征，是判定和評價生態系統修復、穩定性與可持續性的基礎[1]。森林生物量反映了森林利用自然潛力的能力，是衡量森林群落生產力的重要指標，同時也是量化陸地生態系統碳儲量和碳匯量的核心指標[2]。定量研究植被生物量及其在環境梯度上的變化有助于掌握不同環境條件下生態系統有機質積累、轉化以及能量流動的規律,提高生態系統碳儲量和碳匯量的預測精度[3],認識植被適應性以及生態系統結構與功能的空間差異及其成因[4]。研究表明，氣候是影響植物生物量分配格局的因素之一，生物量與氣候因素之間存在顯著關系[5]，特別是降雨量和溫度是影響生物量分配的重要環境因子[6]。植被生物量在緯度梯度上的變化規律及其成因是揭示植被結構特征與環境相互作用的重要途徑。緯度梯度上氣候、土壤和植被等非生物、生物因素及其相互作用都會發生不同程度的變化[7]。有關木麻黃人工林生物量和生產力在緯度梯度上的分配格局研究較少，影響木麻黃人工林生產力的主要環境因子有哪些，不同年齡木麻黃人工林生產力是否受相同環境因子調控，這些問題都值得深入研究。

本研究以東南沿海不同緯度5個省份(海南、廣東、廣西、福建和浙江)8個地區的不同齡組木麻黃人工林為研究對象，采用平均木法計算木麻黃人工林的生物量和凈初級生產力，對比中齡林和成熟林生產力及其與主要環境因子的相關性，有助于預測未來氣候變化下木麻黃人工林的生態功能，為制定木麻黃人工林適應氣候變化的質量精準提升措施提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

本研究以東南沿海不同緯度5個省份(海南、廣東、廣西、福建和浙江)8個地區的木麻黃人工林為研究對象，于2007年10月—2008年7月對其生物量進行調查，開展生產力測算研究，各研究地概況見表1。

表1 木麻黃人工林樣地基本概況

1.2 樣地設置及調查

選擇林相、地形及林分生長較一致，有代表性的林分布設樣地。每個試驗點分別設置3個10 m×10 m樣方，共調查30個樣方。調查林分的郁閉度、植被狀況，采用每木檢尺法，對樣地內胸徑>4 cm的所有喬木進行編號，調查林木的胸徑、樹高、枝下高和冠幅等指標。

1.3 生物量測定

采用平均木法進行生物量的測定。平均木法是采伐最接近林分平均胸高斷面積和平均高的樹木，根據平均木質量外推整個林分的生物量。浙江4個林分、福建東山2個林分、海南文昌24年生林分各采伐1株平均木，其他木麻黃林分根據等株徑級平均木法，把林木大小劃分3個徑級，各徑級選取1株平均木進行生物量測定。本研究總共采伐16株標準木，劃分為干(莖)、枝、小枝(木麻黃真正的葉退化成小鱗片狀，圍繞于小枝節上)、根四大組分進行生物量的測定。地上部分采取分層截取法(福建東山2個林分除外)，按2 m分層，再按不同組分現場稱量其鮮質量。地下部分(根系)采取全挖法，以樹干為圓心，1 m為半徑，將其內的根系全部挖出。各組分稱鮮質量后獨立混合抽樣100～200 g，帶回室內用烘箱105 ℃烘至恒質量，測定含水率，每株標準木的取樣個數為4個。另外，在進行生物量測定同時，還測量了每2 m段樹干中部的直徑，最后不足2 m的末段測量其基部直徑，以此來求算單木樹干材積。樹干材積采取中央斷面區分求積法求算[8]。

1.4 生產力計算

本文采用平均凈初級生產力作為生產力的估測指標，即以林分或各組分的生物量被年齡所除之商[9，10]，用下式求算：

NPP=w/a

2.1 HER-2蛋白在3組中的表達 在80例OC患者、40例良性卵巢腫瘤組織、20例正常卵巢組織的石蠟組織切片中，HER-2蛋白表達陽性率分別為 42.5%（34/80）、0.25%(1/40)、0.00%（0/20）， 卵巢癌患者與良性卵巢組織以及正常卵巢組織表達有明顯的差異，有統計學意義（P＜0.05）（如表 1），而良性卵巢組織和正常卵巢組織表達差異（P＞0.05）。

式中：NPP代表年平均凈初級生產量，w為林分或組分生物量，a為林分年齡。

因凋落物層、花、果生物量及被動物或昆蟲采食部分未作測定，故本文所測算的生產力值較正常生產力水平低[11]。

1.5 數據處理

數據分析采用Microsoft Excel 2003整理，用SPSS 13.0統計軟件進行胸徑和樹高的方差分析。

2 結果與分析

2.1緯度梯度上不同齡組木麻黃人工林單木生物量格局

緯度梯度上不同齡組木麻黃單木胸徑、樹高和生物量有一定差異(表1、表2)。木麻黃中齡林和成熟林的單木，胸徑分別為11.2～15.1 cm和14.1～23.5 cm，樹高分別為12.1～17.5 m和14.0～22.3 m，全樹生物量為73.94～131.39 kg和152.81～463.35 kg。

表2 木麻黃人工林單木生物量 單位：kg

木麻黃中齡林的樹高和生物量均隨緯度升高而降低，其中海南文昌和廣東電白木麻黃中齡林的樹高、胸徑和生物量顯著大于福建、東山和浙江溫州的林分，但海南文昌和廣東電白的木麻黃中齡林各指標無顯著差異。生物量在各器官間的分配不同地理位置表現出高度一致，均為干>根>枝>小枝。

木麻黃成熟林單木生物量在緯度梯度上呈無規則變化。廣西欽州木麻黃成熟林胸徑和生物量顯著小于其他研究區，海南文昌的木麻黃成熟林樹高和生物量顯著大于其他省份。除廣西欽州外，其他地區木麻黃成熟林生物量在各器官間的分配表現一致，為干>根>枝>小枝。

2.2緯度梯度上不同齡組木麻黃人工林生物量格局

木麻黃中齡林和成熟林生物量在緯度梯度上未形成規律性變化(表3)。木麻黃中齡林林分生物量為130.30～171.91 t·hm-2，平均為153.11 t·hm-2；成熟林生物量為193.40～297.59 t·hm-2，平均為242.65 t·hm-2。

表3 木麻黃人工林的林分生物量

廣東電白木麻黃中齡林具有較高林分生物量，浙江溫州木麻黃中齡林林分生物量遠低于其他地區。廣東電白木麻黃中齡林林分生物量在器官上的分配異于其他研究區，表現為干>枝>根>小枝，其他研究區表現為干>根>枝>小枝。

浙江玉環和福建東山木麻黃成熟林林分生物量遠大于其他研究區，廣西欽州的林分生物量遠低于其他研究區。各研究區木麻黃成熟林生物量在各器官的分配表現一致，均為干>根>枝>小枝。

2.3 緯度梯度上木麻黃人工林生產力格局

隨著林齡的增長，木麻黃人工林生產力呈下降趨勢(表4)。木麻黃中齡林生產力為9.31～14.30 t·hm-2·a-1，平均值為12.40 t·hm-2·a-1；成熟林生產力為8.41～10.77 t·hm-2·a-1，平均為9.74 t·hm-2·a-1。較高緯度的浙江溫州木麻黃中齡林生產力顯著低于其他研究區；各研究區木麻黃成熟林的生產力較一致，差異不顯著。

表4 木麻黃人工林生產力格局

2.4緯度梯度上木麻黃人工林生產力與主要環境因子的相關性

各地區木麻黃中齡林和成熟林的生產力(修正生產力)分別與所在地區的年均溫、年均降水量、實際蒸散量的關系擬合模型見表5。不同林齡(中齡林和成熟林)林分的生產力與熱量、水分的相關程度差異較大。木麻黃中齡林的生產力與年均溫、年均降水量、實際蒸散量擬合效果較好，相關系數分別為0.977 4、0.994 8、0.983 0，可見木麻黃中齡林生產力與3種環境因子呈顯著相關。木麻黃成熟林生產力與年均溫、年均降水量、實際蒸散量擬合的相關系數分別為0.336 6、0.796 6和0.335 8，效果較差，可見成熟林生產力與主要環境因子的相關性不顯著。

表5 木麻黃人工林生產力與主要環境因子關系擬合模型

3 討論和結論

3.1 木麻黃中齡林和成熟林單木胸徑、樹高和生物量隨緯度變化有差異。中齡林的樹高和生物量均隨緯度升高而降低，低緯度地區的胸徑大于高緯度地區。木麻黃成熟林單木生物量在緯度梯度上呈無規則變化。除廣西欽州外其他研究區中齡林和成熟林生物量在各器官間的分配不同地理位置表現出高度一致，均為干>根>枝>小枝。成熟林中，海南文昌林分單木生物量大約是欽州的3倍，是浙江舟山、福建東山林分的2倍多，是浙江臺州、玉環林分的2倍。海南文昌表現出較高的單木生物量可能與其所處的地理氣候條件有關，該地區是典型的熱帶海洋季風氣候區，水熱資源豐富，有機質分解迅速，養分循環利用快[12]。廣西欽州23年生林分單木生物量只有152.81 kg，該研究區林下植被稀少，林帶內只零星分布著一些草本植物，林木的根系裸露；土壤表層粗沙含量多，并夾帶貝殼，盡管當地水熱資源較豐富，因林地處于最大高潮線下，林分經常遭受臺風、風暴潮的襲擊，導致林木生長緩慢。

3.2 木麻黃中齡林和成熟林生物量在緯度梯度上未形成規律性變化。廣東電白木麻黃中齡林具有較高的林分生物量，廣西欽州木麻黃成熟林林分生物量遠低于其他地區；除廣東電白外，各研究區木麻黃成熟林生物量在各器官的分配表現為干>根>枝>小枝。

3.3 隨著林齡的增長，木麻黃人工林生產力呈下降趨勢，中齡林生產力大于成熟林。較高緯度的浙江溫州木麻黃中齡林生產力顯著低于其他研究區；各研究區木麻黃成熟林的生產力較一致，差異不顯著。

3.4 木麻黃中齡林和成熟林林分的生產力與熱量、水分的相關程度差異較大。中齡林的生產力與年均溫、年均降水量、實際蒸散量相關性強；成熟林則相反，擬合效果較差，其生產力與主要環境因子的相關性不顯著。不同年齡林分的生產力與熱量、水分的相關程度的差異及相關的生態學問題有待深入研究。