浙江中部4種類(lèi)型公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力研究

錢(qián)逸凡陳國(guó)富余樹(shù)全吳昊沈娜娉

（1 國(guó)家林業(yè)局華東林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院 浙江杭州 310019；2 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江臨安 311300）

浙江中部4種類(lèi)型公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力研究

錢(qián)逸凡1陳國(guó)富1余樹(shù)全2吳昊1沈娜娉1

（1 國(guó)家林業(yè)局華東林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院 浙江杭州 310019；2 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江臨安 311300）

利用浙江中部517個(gè)公益林固定小班監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)浙江中部4種公益林的凈初級(jí)生產(chǎn)力進(jìn)行研究。結(jié)果表明，浙江中部公益林植被恢復(fù)成效顯著，松林、杉木林、針闊混交林和闊葉林群落的凈初級(jí)生產(chǎn)力達(dá)到5.52 t·hm-2·y-1、6.47 t·hm-2·y-1、7.09 t·hm-2·y-1、8.56 t·hm-2·y-1，高于浙江省的整體水平。密度是影響當(dāng)前公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力大小關(guān)鍵。在較低的水平下，密度每增高1000株·hm-2，松林、杉木林、針闊混交林、闊葉林群落的凈初級(jí)生產(chǎn)力平均增長(zhǎng)1.56 t·hm-2·y-1、1.22 t·hm-2·y-1、0.93 t·hm-2·y-1、和1.45 t·hm-2·y-1。公益林群落生物量與凈初級(jí)生產(chǎn)力具有較高相關(guān)性，但利用這個(gè)關(guān)系在大尺度上推算生產(chǎn)力有著較大的不確定性，因此采用本地的參數(shù)和按類(lèi)型分類(lèi)進(jìn)行詳盡的統(tǒng)計(jì)，得到的生產(chǎn)力估算值更可靠，對(duì)公益林經(jīng)營(yíng)管理具有更高的指導(dǎo)意義。

公益林；生物量；凈初級(jí)生產(chǎn)力；浙江中部

由于人類(lèi)的過(guò)度利用，浙江典型的亞熱帶森林群落遭到巨大的破壞，帶來(lái)了許多生態(tài)問(wèn)題。為此，浙江省于2001年起全面啟動(dòng)實(shí)施“200×104hm2生態(tài)公益林”計(jì)劃，而浙江中部地區(qū)承接南北、區(qū)域面積大，且原始植被幾乎完全毀壞，因此公益林的建設(shè)備受社會(huì)各界的關(guān)注[1、2]。近年來(lái)，關(guān)于浙江省公益林的研究也逐漸增多，主要集中在群落結(jié)構(gòu)特征、及公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能等方面，公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力的研究雖有涉及但普遍存在著樣本少、缺乏系統(tǒng)性等問(wèn)題，尤其目前尚無(wú)對(duì)浙江省中部區(qū)域尺度的專(zhuān)項(xiàng)研究。因此，本研究的開(kāi)展利于了解浙江中部公益林的凈初級(jí)生產(chǎn)力現(xiàn)狀，為加快公益林恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

浙江中部面積廣闊，包括金華市的全境以及紹興市、衢州市、臺(tái)州市和麗水市的絕大部分地區(qū)。該地區(qū)開(kāi)發(fā)歷史悠久，經(jīng)歷了幾千年人類(lèi)活動(dòng)和干擾，原生森林植被大多已破壞無(wú)遺，特別是近百年來(lái)幾乎完全毀壞。20世紀(jì)50年代以來(lái)，浙江省經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，人為活動(dòng)頻繁，環(huán)境再一次被破壞。為此，浙江省于2004年完善了森林分類(lèi)區(qū)劃，界定了公益林，建立了森林生態(tài)效益補(bǔ)償制度，政府每年投入巨大的資金對(duì)公益林進(jìn)行補(bǔ)償，中部地區(qū)森林恢復(fù)迅速，其公益林面積達(dá)165.46萬(wàn)公頃，占浙江省公益林總面積260.70萬(wàn)公頃的63.47％，是浙江省的生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

根據(jù)浙江省行政區(qū)劃，選取可代表中部五市平均質(zhì)量的縣市進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)，設(shè)置包括嵊州市(紹興地區(qū))、東陽(yáng)市(金華地區(qū))、仙居縣(臺(tái)州地區(qū))、縉云縣(麗水地區(qū))、江山市(衢州地區(qū))在內(nèi)的公益林固定監(jiān)測(cè)小班[3]，共設(shè)監(jiān)測(cè)小班517個(gè)[4]，在對(duì)所有固定監(jiān)測(cè)小班進(jìn)行全面踏查的基礎(chǔ)上，每個(gè)小班選擇典型地段設(shè)置固定樣地(20 m×20 m)進(jìn)行調(diào)查。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 森林生物量

研究采用平均生物量法，即利用野外數(shù)據(jù)獲得的單位生物量乘以該類(lèi)型群落的面積，推算浙江中部各個(gè)森林群落生物量[5]。

2.2.2 凈初級(jí)生產(chǎn)力

凈初級(jí)生產(chǎn)力是植物光合作用后減去所有呼吸后的剩下的所有組織產(chǎn)物。其公式如下：

式中，MABI為生物量年增量(Mean annual biomass increment)，為群落生物量與林齡的比值。

3 結(jié)果與分析

3.1 公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力

通過(guò)對(duì)群落生產(chǎn)力的研究發(fā)現(xiàn)，浙江中部4種生態(tài)公益林群落凈生物量、增長(zhǎng)量(MABI)、年凋落物量(L)、凈初級(jí)生產(chǎn)力的差異均為顯著(p＜0.05)。其中MABI由高到低為杉木林＞針闊混交林＞闊葉林＞松林；L由高到低為闊葉林＞針闊混交林＞松林＞杉木林；凈初級(jí)生產(chǎn)力由高到低為闊葉林＞針闊混交林＞杉木林＞松林，表明目前中部地區(qū)公益林群落中的松林凈初級(jí)生產(chǎn)力低、年均凈增生物量最少，年凋落物量較低，地力衰退的風(fēng)險(xiǎn)較大，特別是浙江省中部地區(qū)松林面積達(dá)到37.58％，影響了公益林各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能的有效發(fā)揮，見(jiàn)表3.1。

表3.1浙江中部公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力

對(duì)比浙江省公益林的平均水平發(fā)現(xiàn)，浙江省中部地區(qū)各公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力均高于浙江平均水平[6]，其中松林(5.52 t·hm-2·y-1)高出浙江平均水平（4.85 t·hm-2·y-1）的13.81％；杉木林(6.47 t·hm-2·y-1)高出浙江平均水平（4.57 t·hm-2·y-1）的41.36％；針闊混交林(7.09 t·hm-2·y-1)高出浙江平均水平(6.59 t·hm-2·y-1)的7.59％；闊葉林(8.56 t·hm-2·y-1)高出浙江平均水平(8.35 t·hm-2·y-1)的2.51％，這表明浙江中部在公益林的植被恢復(fù)上是領(lǐng)先的。但與方精云等對(duì)中國(guó)相同群落類(lèi)型平均水平的估算相比，浙江中部公益林均較低，其中松林、杉木林、針闊混交林和闊葉林的估算結(jié)果分別為8.56 t·hm-2·y-1、8.41 t·hm-2·y-1、11.26 t·hm-2·y-1和10.43 t·hm-2·y-1，這主要是由于方精云等采用的是生產(chǎn)力和生物量的關(guān)系進(jìn)行生產(chǎn)力的估算，沒(méi)有考慮林齡的因素[7]。此外，本研究與Zhang等在2007年的研究方法均采用MABI與L之和的估算方法相同[8]，表明在省級(jí)尺度上采用本地的參數(shù)和按類(lèi)型分類(lèi)進(jìn)行詳盡的統(tǒng)計(jì)，得到的凈初級(jí)生產(chǎn)力估算值更可靠。

3.2 林齡、密度與凈初級(jí)生產(chǎn)力

由于林木生長(zhǎng)習(xí)性的不同，其生長(zhǎng)速度應(yīng)林木種類(lèi)而存在差異，分為速生樹(shù)種、中生樹(shù)種和慢生樹(shù)種，而相同樹(shù)種在不同的年齡階段生長(zhǎng)速度差異也很大。包括松林、杉木林、針闊混交林和闊葉林在內(nèi)的4種公益林群落的凈初級(jí)生產(chǎn)力隨林齡的增長(zhǎng)表現(xiàn)出微小的降低趨勢(shì)，凈初級(jí)生產(chǎn)力與林齡之間均未表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。表明在短期內(nèi)林齡的增長(zhǎng)，并不會(huì)對(duì)浙江中部公益林的凈初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)生較大的影響，這也表明公益林生物量將在未來(lái)較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍保持快速的增長(zhǎng)。

林分密度是單位面積上的個(gè)體數(shù)量、種類(lèi)、分布對(duì)立地的利用程度，林分生產(chǎn)力是在某一定的立地上的生長(zhǎng)量，是由該立地上現(xiàn)有林木的數(shù)量、種類(lèi)和分布決定的。4種公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力與喬木密度滿足指數(shù)模型關(guān)系，均隨著密度的增加形成指數(shù)型增長(zhǎng)，其中松林密度每增長(zhǎng)1000株·hm-2，凈初級(jí)生產(chǎn)力平均增長(zhǎng)1.56 t·hm-2·y-1；杉木林、針闊混交林、闊葉林則分別增長(zhǎng)1.22 t·hm-2·y-1、0.93 t·hm-2·y-1、和1.45 t·hm-2·y-1。高密度的群落在中幼齡林階段利于提高凈初級(jí)生產(chǎn)力，但隨著林齡增長(zhǎng)森林群落結(jié)構(gòu)不斷改善，密度過(guò)高的森林群落會(huì)出現(xiàn)自疏現(xiàn)象，林齡≥40a之后未發(fā)生演替的群落其密度會(huì)逐漸穩(wěn)定，松林、杉木林、針闊混交林和闊葉林群落的平均密度分別下降穩(wěn)定至1033株.hm-2、1818株.hm-2、1110株.hm-2和2075株.hm-2。受群落密度的影響，群落平均生產(chǎn)力也逐漸下降穩(wěn)定在5.39 t.hm-2.y-1、5.85 t.hm-2.y-1、5.89 t.hm-2.y-1和8.20 t.hm-2.y-1。將密度分為6個(gè)等級(jí)對(duì)公益林群落生產(chǎn)力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表3.2。不同密度等級(jí)下4種公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力差異顯著；相同密度等級(jí)下（D＜4000），闊葉林具有最高的凈初級(jí)生產(chǎn)力，達(dá)到11.24 t·hm-2·y-1，表明密度更高、由更多耐陰性樹(shù)種構(gòu)成的闊葉林在凈初級(jí)生產(chǎn)力上更具有優(yōu)勢(shì)。

表3.2不同密度等級(jí)凈初級(jí)生產(chǎn)力的差異

3.3 群落生物量與凈初級(jí)生產(chǎn)力

森林生物量是森林群落結(jié)構(gòu)與組成的綜合反映，其中植物體年齡和數(shù)量特征是影響生物量大小的重要因子；而凈初級(jí)生產(chǎn)力是反映森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)劣和功能高低的重要指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，松林、杉木林、針闊混交林和闊葉林4種公益林群落生物量與生產(chǎn)力的相關(guān)系數(shù)為0.704、0.451、0.626和0.703；均為極顯著(p＜0.01)，群落生物量與生產(chǎn)力滿足對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，即隨著群落生物量的增加凈初級(jí)生產(chǎn)力逐漸增加并趨于穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)4種公益林群落生物量與凈初級(jí)生產(chǎn)力之間存在極顯著的相關(guān)性(p＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.732、0.502、0.572和0.706。因此群落凈初級(jí)生產(chǎn)力與群落生物量有著較高的一致性，常被應(yīng)用于大尺度上的區(qū)域凈初級(jí)生產(chǎn)力估算。但這種估算方法過(guò)分的強(qiáng)調(diào)了密度因子對(duì)生產(chǎn)力的作用，并沒(méi)有考慮林齡變化過(guò)程中群落生產(chǎn)力的變化特征。因此，應(yīng)用生物量與生產(chǎn)力的關(guān)系推算群落生產(chǎn)力方便、快捷；但存在較大的誤差，難以滿足小尺度上森林凈初級(jí)生產(chǎn)力的估算。而生物量積累與生產(chǎn)力提升具有一致性，顯然對(duì)公益林經(jīng)營(yíng)管理具有較高的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)浙江中部公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力的研究發(fā)現(xiàn)，密度是當(dāng)前影響各公益林凈初級(jí)生產(chǎn)力大小關(guān)鍵。本研究表明，在150-5350株·hm-2的范圍內(nèi)，密度每增長(zhǎng)1000株·hm-2，松林、杉木林、針闊混交林、闊葉林群落的凈初級(jí)生產(chǎn)力平均增長(zhǎng)1.56 t·hm-2·y-1、1.22 t·hm-2·y-1、0.93 t·hm-2·y-1、和1.45 t·hm-2·y-1。此外，林齡對(duì)現(xiàn)階段公益林的凈初級(jí)生產(chǎn)力影響并不十分明顯，中部地區(qū)的公益林的生物量將在未來(lái)較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng)。但松林、杉木林的凋落物量較少，不利于土壤自肥、保水與改良及進(jìn)一步植被恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)，其生態(tài)效益相對(duì)較低。因此，在土壤十分痔薄、闊葉樹(shù)不易生長(zhǎng)的生境上可以保留馬尾松林，而在有一定土壤條件的地方可以對(duì)其進(jìn)行改良，增加闊葉樹(shù)成分。

浙江中部公益林植被恢復(fù)成效顯著，松林、杉木林、針闊混交林、闊葉林群落的凈初級(jí)生產(chǎn)力達(dá)到5.52 t·hm-2·y-1、6.47 t·hm-2·y-1、7.09 t·hm-2·y-1、8.56 t·hm-2·y-1，高于浙江省的整體水平。公益林群落植被生物量與凈初級(jí)生產(chǎn)力具有較高相關(guān)性，但利用這個(gè)關(guān)系在大尺度上推算凈初級(jí)生產(chǎn)力有著較大的不確定性，因此采用本地的參數(shù)和按類(lèi)型分類(lèi)進(jìn)行詳盡的統(tǒng)計(jì)，得到的凈初級(jí)生產(chǎn)力估算值更可靠，對(duì)公益林經(jīng)營(yíng)管理具有更高的指導(dǎo)意義。

[1]錢(qián)逸凡，韓冰園，伊力塔，等. 浙江中部地區(qū)公益林的群落結(jié)構(gòu)[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)， 2013, 30(6): 830-838.

[2]余樹(shù)全. 浙江淳安天然次生林演替的定量研究[J]. 林業(yè)科學(xué)， 2003, 39(1): 17-22.

[3]錢(qián)逸凡，伊力塔，張超，等. 浙江省中部地區(qū)公益林生物量與碳儲(chǔ)量[J].林業(yè)科學(xué)，2013,49(05):17-23.

[4]錢(qián)逸凡，伊力塔，鈄培民，等. 浙江縉云公益林生物量及固碳釋氧效益[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào). 2012, 29(2): 257-264.

[5]袁位高，江波，葛永金，等. 浙江省重點(diǎn)公益林生物量模型研究[J]. 浙江林業(yè)科技，2009, 29(2): 1-5.

[6]方精云，徐嵩齡. 我國(guó)森林植被的生物量和凈生產(chǎn)量[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，1996, 16(5): 497-508.

[7]Zhang J, Ge Y, Chang J, et al. Carbon storage by ecological service forests in Zhejiang Province, subtropical China[J]. Forest Ecology and Management. 2007, 245(1): 64-75.

S758.5

B

1004-7743（2014）02-0036-03

2014-04-15