巒大杉與杉木人工林生物量研究

高 楠

(福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012)

巒大杉與杉木人工林生物量研究

高 楠

(福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012)

以福建省國有來舟林業(yè)試驗場24年生的巒大杉與1.5代杉木對比試驗的人工林為研究對象，選取樣木進(jìn)行分層取樣測定不同器官生物量，對巒大杉與杉木的生物量進(jìn)行比較。結(jié)果表明：巒大杉和杉木樣木單株各器官生物量差異極顯著或顯著。生物量模型W=aDbHc對巒大杉和杉木生物量模擬效果較好。巒大杉和杉木各器官生物量在垂直結(jié)構(gòu)分布上表現(xiàn)出相同的變化趨勢，樹干、樹皮各區(qū)分段的生物量隨樹干高度的升高而呈明顯減小的趨勢，樹枝、樹葉各區(qū)分段的生物量隨高度的升高呈現(xiàn)出先增加而后又逐漸減少的變化趨勢。在相同的立地質(zhì)量條件下，巒大杉林分生物量為185.20 t·hm-2，杉木林分生物量為133.73 t·hm-2，巒大杉林分表現(xiàn)出的生產(chǎn)力高于1.5代杉木林分的生產(chǎn)力。通過研究初步揭示巒大杉生物量的分布規(guī)律，為巒大杉人工林的科學(xué)經(jīng)營提供參考。

巒大杉；杉木；生物量；差異比較

巒大杉(CunninghamiakonishiiHayata)又稱香杉、臺灣杉木，為杉科杉木屬喬木[1]。巒大杉天然分布于臺灣北部至中部山脈的高海拔山地，垂直分布在海拔1300～2000 m的山地，是臺灣高山地區(qū)的主要造林樹種[2-4]。巒大杉在福建省及我國南方高海拔地區(qū)長勢良好，已被大量引種種植，作為最普遍、重要的商品材，廣泛用于建筑、橋梁、家具等方面[5]。目前巒大杉的研究主要集中于引種試驗、扦插試驗、木材解剖分析、生長規(guī)律研究等方面[6-11]，對巒大杉生物量方面的研究尚未見報道。本次試驗對福建省國有來舟林業(yè)試驗場24年生巒大杉人工林和1.5代杉木人工林的生物量及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，旨在了解巒大杉與杉木的生物量差異及巒大杉人工林的生產(chǎn)力，以期對其合理經(jīng)營提供參考[12]。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)在福建省國有來舟林業(yè)試驗場的林坑工區(qū)，地形為低山，位于北緯26°38′、東經(jīng)117°57′，海拔100～160 m，土壤為山地紅壤，土層厚度大于100 cm，較肥沃，與巒大杉在臺灣的分布中心區(qū)緯度大致相差2°30′。該地屬中亞熱帶東南季風(fēng)型氣候，年均氣溫19.4 ℃，極端最高氣溫41 ℃，極端最低氣溫-6.5 ℃，年無霜期290～310 d，年均降水量1800 mm左右，年均相對濕度80%以上；林下植被主要為亞熱帶常綠闊葉樹種和蕨類植物[13]。

2 研究方法

2.1 試驗材料

試驗材料取自24年生巒大杉與1.5代杉木對比試驗林。試驗林是由從臺灣省引進(jìn)的巒大杉種子和福建省國有來舟林業(yè)試驗場1.5代杉木種子園的種子培育的苗木，于1988年3月造林，造林密度為2500株·hm-2。在不同坡位設(shè)計4次重復(fù)，每個重復(fù)小區(qū)面積20 m×20 m，種植100株，巒大杉、1.5代杉木各50株；每個重復(fù)設(shè)置小小區(qū)，每個小小區(qū)內(nèi)隨機(jī)種植巒大杉或杉木。造林后連續(xù)撫育3 a，每年撫育2次，分別于4—6月間進(jìn)行塊狀松土除草、8—9月間進(jìn)行全面除草松土。造林后第4年幼樹基本郁閉，于當(dāng)年9月全面劈草1次。試驗林分別于1994年、2002年進(jìn)行撫育間伐，強度均為25%[5，14]。

2.2 試驗方法

對4塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)所有巒大杉、杉木進(jìn)行每木檢尺，調(diào)查林木的胸徑、樹高、枝下高和冠幅。每塊標(biāo)準(zhǔn)地按徑級大小選取6株樣木進(jìn)行生物量調(diào)查(巒大杉、杉木各3株)，其中2株為優(yōu)勢木(巒大杉、杉木各1株)，共調(diào)查24株樣木[15]。樣木伐倒后，在地上部分以2 m為區(qū)分段，測定干、皮、枝、葉鮮重并分別取樣，地下部分挖全根測定鮮重分別取樣，樣品并于80 ℃烘至恒重，測定樣品含水率和生物量。

3 結(jié)果與分析

3.1 單株生物量比較

對巒大杉、杉木的各器官生物量進(jìn)行調(diào)查，其結(jié)果詳見表1。巒大杉單株樹干、樹皮、樹枝、樹葉、樹根和全株的平均生物量分別為75.414、17.383、7.148、5.323、18.698和123.967 kg，杉木單株樹干、樹皮、樹枝、樹葉、樹根和全株的平均生物量分別為54.464、11.444、5.230、3.753、13.500和88.392 kg，巒大杉單株各器官及全株的生物量明顯大于杉木單株各器官及全株的生物量。方差分析結(jié)果表明，巒大杉與杉木間，樹干、樹皮和全株生物量差異極顯著，樹枝、樹葉和樹根生物量差異顯著。

表1 各器官生物量統(tǒng)計表 kg

3.2 生物量模型的建立、選擇與比較

根據(jù)巒大杉和杉木樣木胸徑、樹高和單株生物量的實測數(shù)據(jù)(表1)，分別選用生物量模型W=a(D2H)b和W=aDbHc進(jìn)行模擬，對參數(shù)a、b、c進(jìn)行求解[16]。

從表2可以看出，利用生物量模型W=a(D2H)b可以很好地模擬巒大杉樹干、樹葉和全株的生物量以及杉木樹干和全株的生物量，其復(fù)相關(guān)系數(shù)R2均大于0.9，但對杉木樹枝和樹葉模擬效果很不理想；利用生物量模式W=aDbHc可以很好地模擬巒大杉樹干、樹皮、樹葉和全株的生物量及杉木的樹干和全株的生物量，其復(fù)相關(guān)系數(shù)R2均大于0.9。對2種生物量模型進(jìn)行比較，W=a(D2H)b模型沒有反映出樹木生長的變異性，對巒大杉和杉木生物量的模擬效果不是很理想；W=aDbHc模型對W=a(D2H)b模型進(jìn)行了有效的改進(jìn)，將胸徑和樹高的相互關(guān)系分開，充分體現(xiàn)了樹木生長的變異性。用W=aDbHc模型對巒大杉和杉木生物量進(jìn)行模擬，精度有所提高，模擬效果得到了全面提升。

2種生物量模型擬合結(jié)果均表明，除樹根外，其它各組分所對應(yīng)的生物量模型均呈現(xiàn)巒大杉生物量模型精度高于杉木生物量模型。產(chǎn)生這種結(jié)果，主要是由于巒大杉在生長過程中變異性較小，分化程度較低，巒大杉試驗林的林相比杉木試驗林的林相更整齊。

表2 巒大杉與杉木人工林生物量估算模型

圖1 巒大杉地上部分生物量垂直分布圖

3.3 單株生物量的垂直分布比較

圖2 杉木地上部分生物量結(jié)構(gòu)圖

3.3.1 巒大杉單株生物量的垂直分布 巒大杉各區(qū)分段樹干、樹皮的生物量主要集中在樹體下層，樹干、樹皮各區(qū)分段的生物量均隨高度的升高而呈明顯減小的趨勢，成“金字塔”形；樹枝、樹葉各區(qū)分段的生物量在垂直上的分布偏于樹冠頂端，開始隨垂直高度的增加而逐漸增加，在12～14 m段達(dá)到最大值，分別為1.567 kg、1.495 kg，后隨高度的增加而逐漸減少，呈“中間大，兩頭小”的變化趨勢。巒大杉整株各器官生物量分配規(guī)律遵循的原則為：樹干>樹皮>樹枝>樹葉；10 m以下各區(qū)分段各器官生物量分配規(guī)律基本上遵循的原則為：樹干>樹皮>樹枝>樹葉；10～14 m各區(qū)分段各器官生物量分配規(guī)律基本上遵循的原則為：樹干>樹枝>樹葉>樹皮；樹梢各區(qū)分段各器官生物量分配規(guī)律基本上遵循的原則為：樹葉>樹枝>樹干>樹皮(圖1)。

3.3.2 杉木單株生物量的垂直分布 杉木各區(qū)分段樹干、樹皮的生物量主要集中在樹體下層，樹干、樹皮各區(qū)分段的生物量均隨高度的升高而呈明顯減小的趨勢，成“金字塔”形。樹枝、樹葉的生物量在垂直上的分布偏于樹冠頂端，先是隨垂直高度的增加而逐漸增加，樹干高在12～14 m段時達(dá)到最大值，分別為1.458 kg、1.221 kg，之后隨高度的增加而逐漸減少，呈“中間大，兩頭小”的變化趨勢。杉木整株各器官生物量分配規(guī)律為：樹干>樹皮>樹枝>樹葉；10 m以下各區(qū)分段各器官生物量分配規(guī)律為：樹干>樹皮>樹枝>樹葉；10～12 m各區(qū)分段各器官生物量分配規(guī)律為：樹干>樹枝>樹葉>樹皮；12～14 m各區(qū)分段各器官生物量分配規(guī)律為：樹枝>樹葉>樹干>樹皮；樹梢各區(qū)分段各器官生物量分配規(guī)律為：樹葉>樹枝>樹干>樹皮(圖2)。

3.3.3 巒大杉與杉木單株生物量垂直分布的比較 在垂直結(jié)構(gòu)上，除樹枝在10～12 m段，樹葉在4～6 m、6～8 m、10～12 m段外，巒大杉各器官的各區(qū)分段生物量均大于杉木各器官的各區(qū)分段的生物量。

3.4 林分生物量的分布比較

從表3可以看出，巒大杉與1.5代杉木林分生物量的分布有著相似的規(guī)律，巒大杉各器官的林分生物量均略大于杉木的各器官的林分生物量，各器官林分生物量分配遵循的規(guī)律為：樹干>樹根>樹皮>樹枝>樹葉。

密度為1494株·hm-2的24年生巒大杉人工林總生物量為185.20 t·hm-2，地上部分總生物量為157.27 t·hm-2，林分凈生產(chǎn)力為6.55 t·hm-2·a-1；密度為1513株·hm-2的24年生1.5代杉木人工林總生物量為133.73 t·hm-2，地上部分總生物量為113.30 t·hm-2，林分凈生產(chǎn)力為4.72 t·hm-2·a-1。在相同的立地質(zhì)量條件下，巒大杉林分的生產(chǎn)力高于1.5代杉木林分的生產(chǎn)力。

表3 林分生物量的分配

4 小結(jié)

巒大杉與杉木單株生物量表現(xiàn)出一定差異。對巒大杉與杉木的樹干、樹皮、樹枝、樹葉、樹根及全株生物量進(jìn)行方差分析可知，樹干、樹皮及全株的生物量差異極顯著，樹枝、樹葉及樹根的生物量差異顯著。采用W=a(D2H)b和W=aDbHc2種生物量模型對巒大杉和杉木各器官和全株生物量擬合效果進(jìn)行比較，總體上，模型W=aDbHc對巒大杉和杉木生物量擬合效果較好。巒大杉與杉木各器官生物量在垂直結(jié)構(gòu)分布上表現(xiàn)出相同的變化趨勢，樹干、樹皮生物量隨樹干高度的升高而呈明顯減小的趨勢，枝、葉生物量隨高度的升高呈“小—大—小”的變化趨勢。各器官林分生物量分配規(guī)律遵循的原則為：樹干>樹根>樹皮>樹枝>樹葉。

在實際的撫育間伐過程中，巒大杉與1.5代杉木的林分保留密度出現(xiàn)了細(xì)微的不一致，分別為1494株·hm-2、1513株·hm-2?？紤]到林分密度差別較小，不考慮密度因素對林木生長的影響，當(dāng)林分均為理論保留株數(shù)1406株·hm-2(2次強度為25%的撫育間伐)時，巒大杉的林分生物量174.30 t·hm-2，杉木的林分生物量為124.28 t·hm-2。

[1]張紀(jì)卯，陳文榮，陳能德，等.巒大杉扦插生根及生長[J].浙江林學(xué)院學(xué)報，2001，18(2)：139-143.

[2]黃財聲.臺灣巒大杉引種及經(jīng)營密度研究[J].福建林業(yè)科技，2006，33(4)：8-12.

[3]賴文勝，鄒高順，張紀(jì)卯，等.臺灣杉木幼樹側(cè)枝扦插試驗初報[J].福建林業(yè)科技，1996，23(增刊)：58-61.

[4]劉業(yè)經(jīng).臺灣木本植物志[M].臺灣：國立中興大學(xué)農(nóng)學(xué)院出版委員會，1981：84-85.

[5]張璐穎，康永武，林智勇，等.巒大杉人工林生長規(guī)律研究[J].福建林業(yè)科技，2013，40(3)：8-13.

[6]潘金貴，徐應(yīng)善，黃俊明，等.紅檜臺灣扁柏巒大杉在遂昌的造林試驗[J].浙江林學(xué)院學(xué)報，1994，11(3)： 324-326.

[7]方妙輝.巒大杉引種造林試驗[J].林業(yè)科技開發(fā)，2001，l5(6)：20-21.

[8]黃道恩.臺灣巒大杉不同造林密度效果分析[J].亞熱帶水土保持，2011，23(4)：28-31.

[9]梁文英.臺灣巒大杉扦插育苗及其栽培[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究，2010，6(4)：217-221.

[10]徐俊森，羅美娟，危孝棋.臺灣杉屬的木材比較解剖學(xué)研究[J].福建林學(xué)院學(xué)報，1999，19(4)：361-364.

[11]羅建平.臺灣巒大杉胸徑與樹高生長相關(guān)模型研究[J].亞熱帶水土保持，2013，25(1)：24-26.

[12]楊宗武，譚芳林，肖祥希，等.福建柏人工林生物量的研究[J].林業(yè)科學(xué)，2011，36(?？?)：120-124.

[13]張紀(jì)卯.伯樂樹人工林生長規(guī)律研究[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究，2011，7(1)：22-25.

[14]康永武，張璐穎，林智勇，等.杉木與巒大杉人工林杉木生長規(guī)律研究[J].西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，33(3)：56-61.

[15]佟金權(quán).不同地位指數(shù)不同密度杉木人工林生產(chǎn)力的比較[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，37(4)：369- 373.

[16]黃賢松，吳承禎，洪偉，等.2種杉木人工林密度與立木生物量的研究[J].福建林學(xué)院學(xué)報，2011，31(2)： 102-105.

Research on the Biomass ofCunninghamiakonishiiHayata and Chinese fir Plantations

GAO Nan

(Forestryacademyofsciences，F(xiàn)uzhou350012，F(xiàn)ujian，China)

Selecting sampling trees and taking samples from different stratums of the sample plots to determine the biomass of different organs，compare the biomass ofCunninghamiakonishiiHayata with that of 1.5 generation of Chinese fir in 24-year-oldCunninghamiakonishiiHayata and Chinese fir plantation，located in Laizhou National Forestry Trial Farm.The result indicated that：The difference of each organ′s biomass was extremely significant or significant.The biomass modelsW=aDbHccan fit the biomass ofCunninghamiakonishiiHayata and Chinese fir better than the biomass modelsW=a(D2H)b.With the increasing of height，the biomass of trunk and bark decreased，and the biomass of branch and leaf increased and then decreased.On the basis of similar site condition，the biomass ofCunninghamiakonishiiHayata was 185.20 t·hm-2，and the biomass of Chinese fir was 133.73 t·hm-2.On the basis of similar site condition，the productivity ofCunninghamiakonishiiHayata stand was higher than the that of 1.5 generation Chinese fir stand.The article revealed the distribution regularity of the biomass，which provided the theory basis forCunninghamiakonishiiHayata plantation′s scientific management.

CunninghamiakonishiiHayata；Chinese fir；biomass；difference comparison

2014-06-23；

2014-07-28

省屬公益類科研院所基本科研專項(2011R1013-2)

高楠(1982—)，男，遼寧丹東人，福建省林業(yè)科學(xué)研究院工程師，碩士，從事森林生態(tài)學(xué)研究。E-mail：gaonanln@126.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.02.010

S718.55+6

A

1002-7351(2015)02-0046-04