羅 佳，田育新，楊 楠，姚 敏

(湖南省林業(yè)科學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

環(huán)洞庭湖不同類型防護(hù)林生物量研究

羅 佳，田育新，楊 楠，姚 敏

(湖南省林業(yè)科學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

以環(huán)洞庭湖的楊樹、馬尾松、杉木等3種防護(hù)林為研究對(duì)象，對(duì)其生物量進(jìn)行研究。結(jié)果表明：3種林分中不同樹種營(yíng)養(yǎng)器官生物量所占比例的大小順序有所差異，各主要造林樹種單株生物量均以地上部分占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，占全株生物量的87%以上。3種林分中，杉木林分生物量最高，為232172.5kg/hm2；馬尾松林的生物量最低，為87420.88kg/hm2。各種林分中喬木層生物量與林分生物總量的排序相同。杉木林的平均凈生產(chǎn)力最高，為16982.66kg/(hm2·a)，楊樹林其次，為13984.90kg/(hm2·a)；馬尾松林最低，為7060.40kg/(hm2·a)。這種差異的產(chǎn)生可能是因?yàn)闃浞N不同其生長(zhǎng)特性不同以及樹葉的光合能力不同所造成的。在3種林分中，均以樹干的凈生產(chǎn)力最大，其次為樹枝。

洞庭湖； 防護(hù)林； 生物量

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在維護(hù)全球氣候系統(tǒng)、調(diào)節(jié)全球碳平衡、減緩大氣中溫室氣體濃度上升等方面具有不可替代的作用[1]。森林生物量和生產(chǎn)力是生態(tài)系統(tǒng)性質(zhì)、狀態(tài)的重要指示特征，也是深入了解森林生態(tài)系統(tǒng)變化規(guī)律的重要途徑[2]。長(zhǎng)期以來(lái)，由于不合理的利用，洞庭湖區(qū)的植被被嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失和衰退[3]。環(huán)洞庭湖防護(hù)林體系建設(shè)項(xiàng)目以改善生態(tài)環(huán)境和發(fā)展農(nóng)業(yè)為目的，從可持續(xù)林業(yè)出發(fā)，創(chuàng)建高水平的營(yíng)造林模式，擴(kuò)大和恢復(fù)森林植被，控制水土流失，改善生態(tài)條件，同時(shí)還保障農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定、高產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)民生活水平的提高和農(nóng)村發(fā)展[4]。我們對(duì)環(huán)洞庭湖3種防護(hù)林的生物量特征進(jìn)行研究，為環(huán)洞庭湖防護(hù)林體系建設(shè)提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于湖南省洞庭湖區(qū)岳陽(yáng)市的岳陽(yáng)縣和華容縣，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°20′46″—113°45′12″、北緯29°03′44″—29°54′05″。該區(qū)與長(zhǎng)江毗鄰，地勢(shì)西高東低，東面屬典型的南方紅壤丘陵崗地，中間為大面積的平坦肥沃的耕地，西面屬低山丘陵區(qū)，海拔20～1260m；屬中亞熱帶北部季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)。區(qū)內(nèi)熱量、水分條件基本相似，熱量豐富，雨量充沛，光照充足，四季分明；年均氣溫16.5～16.9℃，年降雨量1317～1376mm，雨季集中在4—8月，期間雨量占全年總雨量的72.3%，為每年洪水泛濫和洪災(zāi)多發(fā)季節(jié)。區(qū)內(nèi)土壤母巖母質(zhì)以砂巖、板巖、頁(yè)巖和第四紀(jì)紅色粘土為主，兼有少量花崗巖和石灰?guī)r，主要土壤為紅壤、黃紅壤和河谷沖積土[5]。

2 研究方法

2.1樣地設(shè)置

2010年7月，在環(huán)洞庭湖防護(hù)林區(qū)岳陽(yáng)縣和華容縣選擇具有代表性的楊樹、馬尾松、杉木林等3種林分進(jìn)行樣地設(shè)置，每1種林分各設(shè)置面積為20m×20m的標(biāo)準(zhǔn)樣地3個(gè)，共9個(gè)，進(jìn)行每木調(diào)查。3種林分樣地概況見表1。

表1 3種林分樣地概況Tab.1 Thesampleplotsstatusofthreedifferentforesta-tionstands林分類型造林密度(株·hm-2)平均年齡(年)平均胸徑(cm)平均樹高(m)平均海拔(m)楊樹林 5561220.9517.1181杉木林29411214.4214.4878馬尾松林29521210.207.6434

2.2生物量測(cè)定

根據(jù)樣地調(diào)查結(jié)果，在3種林分標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)分別按林木生長(zhǎng)優(yōu)良、中等、較差選擇標(biāo)準(zhǔn)樣木，采用收獲法測(cè)定林分生物量。于各種林分內(nèi)各選取主要造林樹種6株樣木，分干、皮、枝、葉和根等組分測(cè)定鮮重，同時(shí)分別采集各組分的分析樣品，置于85℃恒溫干燥箱中烘至恒質(zhì)量，按公式

W總=W干+W皮+W枝+W葉+W根

計(jì)算樣木各組分的生物量。用相對(duì)生長(zhǎng)法建立楊樹、馬尾松、杉木各組分生物量與胸徑(D)、樹高(H)的回歸方程如下：

(1) 馬尾松回歸方程。

W干=0.049668(D2H)0.836283

W皮=0.009571(D2H)0.820182

W枝=0.009414(D2H)0.877074

W葉=0.028145(D2H)0.656131

W根=0.004927(D2H)0.812206

(2)楊樹回歸方程。

W干=0.0300(D2H)0.8734

W皮=0.0028(D2H)0.9875

W枝=0.0174(D2H)0.8578

W葉=0.4562(D2H)0.3193

W根=0.0040(D2H)0.9035

(3) 杉木回歸方程。

W干=0.0163(D2H)0.9582

W皮=0.0040(D2H)0.9035

W枝=0.0040(D2H)0.9035

W葉=0.0040(D2H)0.9035

W根=0.0040(D2H)0.9035

同時(shí)，在3種防護(hù)林的標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)均按梅花形分別設(shè)置4個(gè)面積為1m×1m的小樣方，對(duì)每1個(gè)小樣方內(nèi)的植物種類進(jìn)行記錄，灌草層、凋落物現(xiàn)存生物量測(cè)定采用“樣方收獲法”。測(cè)定時(shí)首先按小樣方逐個(gè)地統(tǒng)計(jì)該小樣方內(nèi)灌草層植物種類和數(shù)量,然后切割直接稱取鮮重,在各樣方中采集部分樣品,于實(shí)驗(yàn)室在85℃下烘干至恒重,求其干鮮重比,然后將鮮重?fù)Q算成干重,求出每1hm2林地灌草層和凋落物現(xiàn)存量。

3 結(jié)果與分析

3.1不同林分中主要造林樹種單株生物量

對(duì)3種防護(hù)林中主要造林樹種的單株各器官生物量測(cè)定的結(jié)果(見表2)顯示，各樹種都具有各自的生長(zhǎng)特性，不同樹種其不同營(yíng)養(yǎng)器官生物量所占比例的大小順序也有所差異；杉木各營(yíng)養(yǎng)器官生物量所占比例大小順序?yàn)楦?根>枝>葉>皮，馬尾松為干>枝>皮>葉>根，楊樹為干>枝>皮>根>葉?？梢姡鳂浞N干的生物量都明顯高于其他營(yíng)養(yǎng)器官，而皮、枝、葉和根生物量的比例則因樹種不同其大小順序會(huì)發(fā)生改變。生物學(xué)特性不同，即使是同一器官，合成干物質(zhì)的速度和量也不同，因而在相同區(qū)域內(nèi)，年齡相同的各造林樹種的單株生物量也存在著一定的差異。從生長(zhǎng)狀況看，楊樹在該區(qū)有較強(qiáng)的生長(zhǎng)勢(shì)。王百田等[6]認(rèn)為，單株總生物量隨密度的減小而增大，無(wú)論是樹干、樹枝還是葉、果的生物量，均與林分密度呈冪函數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。

表2 不同林分造林樹種單株各器官生物量Tab.2 Bionmssofdifferentorgansofsingletreeindifferentafforestationstands(kg)林分類型干枝葉皮根合計(jì)楊樹林85.9243.238.3722.6815.07175.27杉木林33.328.226.845.457.4661.29馬尾松林13.223.292.252.291.1222.16

3.2不同林分生物產(chǎn)量積累特征

由于樹種不同，形成森林群落的主導(dǎo)因素不同，因此，在相同立地，年齡相近的林分，其生物量的積累會(huì)有明顯的差異。林木生物量積累主要集中表現(xiàn)在干材部分的增大、增重，生物量的積累與樹種、年齡及立地條件等密切相關(guān)。從表3可以看出，3種林分生物量主要以喬木層為主，占總生物量的90%以上，喬木層生物量由大到小的順序?yàn)樯寄玖帧顦淞?、馬尾松林，林分總生物量的排序與喬木層相同。杉木純林的生物量最高，為232172.5kg/hm2，可能與其造林密度小有關(guān)，其喬木層的生物量明顯高出其他類型林分。馬尾松林的生物量最低，為87420.88kg/hm2，但其活地被物的生物量高出杉木純林204.2kg/hm2，說(shuō)明馬尾松林林下植被豐富，可能與馬尾松林郁閉度小有關(guān)。從表3還可以看出，死地被物的生物量差別很大，杉木純林的死地被物比其它林分多，與楊樹純林有較大差異。說(shuō)明太陽(yáng)能的固定主要靠喬木層，而每年針葉林有大量枯落物歸還林地，分解后有改良土壤的效果，更有利于改善環(huán)境條件。干、枝、葉3部分生物量比例以杉木林的樹干所占比例最高，因杉木于量、干材積比例大，有較高的出材率，目前以取木材為目的的經(jīng)營(yíng)主要以針葉樹種為主。

表3 不同林分的生物量Tab.3 Thebiomassofdifferentafforestationstands林分類型年齡(年)造林密度(株·hm2)喬木層(kg/hm2)活地被物(kg/hm2)死地被物(kg/hm2)合計(jì)(kg/hm2)干枝葉皮根楊樹林12 55656040.7228093.00 4881.1715210.09 9900.97420.0 172.0114717.90杉木林122941106957.7026643.1021618.8012987.9435584.40290.58090.0232172.50馬尾松林12295244537.4717314.576675.296077.3610120.09494.72201.487420.88

3.3喬木層各組分生物量相對(duì)分配格局

林木將光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)按一定的比例分配至干、枝、葉、根等主要器官，以維系樹木的有機(jī)整體。由表4可知，3種林分中，各組分生物量相對(duì)分配百分率的大小均表現(xiàn)為：樹干生物量占林木生物量的比例最大，為49.10%以上；樹枝生物量所占的比例其次，為13.07%～24.62%；樹根生物量所占的比例較小，為8.68%～17.46%；樹葉生物量所占的比例最小，僅為4.28%～10.61%。但不同林分各組分生物量分配百分率仍存在一定的差異，如樹干生物量的分配百分率是以杉木林的最高，楊樹林的最低，兩者相差3.47%；樹枝是以楊樹林的最高，杉木林的最低，兩者相差11.55%；樹葉和樹根是以杉木林的最高，楊樹林的最低，樹葉兩者相差6.33%，樹根相差8.78%。表明在杉木林中，林木體內(nèi)光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到樹干的能力更強(qiáng)。這種處于同一立地的不同類型林分所表現(xiàn)出的生物量相對(duì)分配格局上的差異，顯然與樹種特性、林分密度等方面有關(guān)。

表4 不同林分喬木層各組分生物量分配的百分率Tab.4 Relativedistributionofpercentageofbiomassofarborlevelindifferentafforestationstands(%)林分類型干枝葉皮根合計(jì)楊樹林49.1024.62 4.2813.33 8.68100杉木林52.4813.0710.616.3717.46100馬尾松林52.5720.447.887.1711.94100

3.4凈生產(chǎn)力比較

植物群落的現(xiàn)存量并不能全面反映綠色植物通過(guò)光合作用制造有機(jī)物質(zhì)的速率，因此不能用它來(lái)衡量群落制造有機(jī)物的能力，而應(yīng)用生產(chǎn)力的大小作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。綠色植物在單位面積和單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)總量稱為第一性總生產(chǎn)力。第一性總生產(chǎn)力減去同期植物呼吸的消耗量稱為第一性凈生產(chǎn)力。測(cè)定森林生態(tài)系統(tǒng)中的第一性凈生產(chǎn)力，在同齡人工林中可用生物量除以年齡的簡(jiǎn)單方法估算[7]。

由于楊樹為落葉樹種，因此其葉的生物量可作為其葉的凈生產(chǎn)力，其它各器官及杉木、馬尾松器官的凈生產(chǎn)力均用相應(yīng)的生物量除以年齡進(jìn)行估算。

由表5可知，杉木林的平均凈生產(chǎn)力最高，為16982.66kg/(hm2·a)；楊樹林其次，為13984.90 kg/(hm2·a)；馬尾松林最低，僅為7060.40kg/(hm2·a)；最高與最低相差9922.26kg/(hm2·a)。這種差異的產(chǎn)生可能是因?yàn)闃浞N不同其生長(zhǎng)特性不同及樹葉的光合能力不同所造成的。在各種林分中，均以樹干的凈生產(chǎn)力最大，其次為樹枝。

表5 不同林分的凈生產(chǎn)力Tab.5 Netproductionofdifferentafforestationtypes(kg/hm2·a)林分類型干枝葉皮根合計(jì)楊樹林4670.062341.084881.171267.51 825.0813984.90杉木林8913.142220.261801.571082.332965.3716982.66馬尾松林3711.461442.88556.27506.45843.347060.40

4 結(jié)論與討論

(1) 楊樹、馬尾松、杉木等3種林分中各主要造林樹種的單株生物量均以地上部分占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，占全株生物量的87%以上，樹木各器官生物量的大小排序基本上為：樹干>樹枝>樹皮>樹葉>樹根；在相同立地條件下，年齡相同的各造林樹種的單株生物量存在一定的差異。

(2) 3種林分中，杉木林分生物量最高，為232172.5kg/hm2；馬尾松純林的生物量最低，為87420.88kg/hm2。喬木層生物量與林分生物總量的排序相同。

(3) 杉木林的平均凈生產(chǎn)力最高，楊樹林其次，為13984.90kg/(hm2·a)；馬尾松林最低，最高與最低相差9922.26kg/(hm2·a)。這種差異的產(chǎn)生可能是因?yàn)闃浞N不同其生長(zhǎng)特性不同以及樹葉的光合能力不同所造成的。在3種林分中，均以樹干的凈生產(chǎn)力最大，其次為樹枝。

(4) 本研究中沒有測(cè)定枯枝落葉的年凋落量和根系的損失量以及昆蟲、動(dòng)物的啃食量，故凈生產(chǎn)力的估測(cè)值比實(shí)際值要偏低。

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StudyonbiomassofdifferenttypesforprotectionforestsystemareaaroundDongtingLake

LUO Jia, TIAN Yuxin, YANG Nan, YAO Min

(Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China)

The biomass of Three types of protection forest surrounding Dongting Lake were studied with the protection forest ofPopulusdeltoids,PinusmassonianaandCunninghamialanceolata. The results showed that the order of the size of the proportion of biomass for organs of different species for Three stands forestation were different. The biomass of tree aboveground was absolute superiority of the main tree,accounting for 87% of total plant biomass. In the three forestation stands,stand biomass ofC.lanceolatawas highest of 232172.5 kg/hm2and biomass ofP.massonianawas lowest of 87420.88 kg/hm2.The order of biomass of arbor level were as the same as total biomass. The average net productivity ofC.lanceolatawas highest, 16982.66 kg/(hm2·a).P.deltoideswas followed, 13984.90 kg/(hm2·a),andP.massonianawas lowest, 7060.40 kg/(hm2·a). The cause of the differences might be different growth characteristics of different species and different photosynthetic capacity of leaves. In the three forestation stands, the net productivity of the trunk was highest, the branches was followed.

Dongting Lake; protection forest; biomass

2011-09-09

2011-09-23

湖南省林業(yè)廳重點(diǎn)項(xiàng)目(1999-2)；國(guó)家林業(yè)局推廣項(xiàng)目([2006]42號(hào))。

羅 佳(1983-)，女，湖南省長(zhǎng)沙市人，主要從事水土保持學(xué)、生態(tài)學(xué)研究。

S 727.2

A

1003-5710(2011)05-0027-03

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2011. 05. 007

(文字編校：唐效蓉，楊 駿)