洞庭湖區(qū)短輪伐期楊樹人工林生物量調(diào)查

王海風(fēng)， 肖興翠， 付 潔， 彭立新， 龔細(xì)娟，3

(1.湖南泰格林紙集團(tuán) 茂源林業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 岳陽(yáng) 414002； 2.四川省林業(yè)科學(xué)研究院， 四川 成都 610081；3.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

洞庭湖區(qū)短輪伐期楊樹人工林生物量調(diào)查

王海風(fēng)1， 肖興翠2， 付 潔1， 彭立新1， 龔細(xì)娟1，3

(1.湖南泰格林紙集團(tuán) 茂源林業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 岳陽(yáng) 414002； 2.四川省林業(yè)科學(xué)研究院， 四川 成都 610081；3.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

為實(shí)現(xiàn)楊樹人工林的分類經(jīng)營(yíng)，提高楊樹人工林的經(jīng)濟(jì)效益，采用標(biāo)準(zhǔn)木法對(duì)洞庭湖區(qū)楊樹人工林中不同徑階林木生物量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明：7年生楊樹人工林的徑階集中分布在14～20 cm。不同徑階楊樹單株不同器官生物量均遵循樹干>樹枝>樹根(含樁)>樹皮>樹葉的分配規(guī)律；隨著徑階的增長(zhǎng)，樹干在單株、林分內(nèi)所占的比例均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；小于5 cm的主干、樹枝和根的生物量與地上部分的胸徑和樹高均成冪函數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.839 4、0.940 5和0.994 7。

楊樹； 人工林； 徑階； 生物量； 分布規(guī)律

楊樹(Populus)具有分布廣泛[1-3]、適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速且用途廣、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，是用材林、防護(hù)林和“四旁”(宅旁、村旁、路旁、河旁)綠化的主要樹種，是世界上最有利用價(jià)值的樹種之一[4-8]。以往，楊樹采伐剩余物都被拋棄。隨著科技的發(fā)展和楊樹生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，其木材的加工利用分得更細(xì)。其中小頭直徑大于12 cm的木材用作旋切材，8～12 cm的木材作為紙漿材，5～8 cm的木材作為枝椏材；直徑小于5 cm的梢頭、樹枝和樹根則可以用作生物質(zhì)能源材料。作者研究了洞庭湖區(qū)楊樹人工林不同徑階的生物量，可為楊樹分類經(jīng)營(yíng)、采伐剩余物的充分利用以及總體經(jīng)營(yíng)效益的提高提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于常德市澧縣七里湖。該區(qū)氣候?qū)儆谀蟻啛釒虮眮啛釒н^度的季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均氣溫16.5 ℃，年均降雨量1 447.9 mm，年均濕度82%。試驗(yàn)地屬于河湖沖擊島嶼，土壤為河湖沖積物形成的潮土，pH值8.0～8.5，土層厚度1 m以上，土壤較為肥沃。造林時(shí)間為2005年3月，株行距為3 m×4 m(即833株/hm2)，采用鋼釬打孔扦插方法，扦插深度為70 cm。楊樹品種為魯山楊，造林用苗為2年根1年桿無(wú)根苗，苗高≥4 m，地徑≥3 cm。調(diào)查時(shí)間是2012年7月，樹齡7年。

2 研究方法

采用標(biāo)準(zhǔn)木法對(duì)楊樹人工林的單株和林分生物量進(jìn)行測(cè)定。

2.1地上部分生物量的調(diào)查

分別選取徑階為6、8、10、12、14、16、18、20、22、24 cm的標(biāo)準(zhǔn)木各3株，伐倒后實(shí)測(cè)樹高及胸徑，以2 m為區(qū)分段進(jìn)行分層切割，分別測(cè)定徑階為6、8、10、12、14、16、18、20、22、24 cm各段的樹干、樹枝、樹皮、樹葉的鮮質(zhì)量，并分別取混合樣200 g(樹干、樹皮的取樣方法均是分別在每1段取200 g，再進(jìn)行均勻混合，然后四分法取樣；樹枝的取樣方法是從樹冠的4個(gè)方向分別取粗細(xì)樹枝各200 g，再分段混合均勻，隨機(jī)取樣；樹葉的取樣方法是在混合均勻的樹葉堆里取樣800 g，再采取四分法取樣)帶回實(shí)驗(yàn)室，置于105 ℃恒溫箱內(nèi)烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算含水率及各器官的干質(zhì)量。

2.2根系調(diào)查

地下部分采用全挖法[3-4]，以樹樁為中心，向外挖1個(gè)半徑為2 m寬的圓形剖面，然后將根系及泥土一起挖出，揀出所有根系并清理干凈泥土后稱量樹根鮮質(zhì)量。取大小根系混合樣200 g，帶回實(shí)驗(yàn)室，置于105 ℃恒溫箱內(nèi)烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算含水率及干質(zhì)量。

2.3數(shù)據(jù)分析

以小于5 cm的主干、樹枝及樹根鮮質(zhì)量與林木的樹高、胸徑測(cè)定值進(jìn)行回歸分析[9]，建立回歸模型：

W=a(D2H)b[10-12]。

式中：W——小于5 cm的主干、樹枝或根系鮮質(zhì)量(kg/株)，

D——胸徑(m)，

H——樹高(m)。

模型擬合采用SAS(Statistial Analysis Sys-tem)軟件的REG過程[13]。利用鮮質(zhì)量數(shù)據(jù)和相對(duì)生長(zhǎng)模型W=a(D2H)b對(duì)標(biāo)準(zhǔn)木實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得出單株各組分的回歸方程，并對(duì)各器官的生物量與根系生物量的比例進(jìn)行比較。

3 結(jié)果與分析

3.1楊樹林分徑階分布及林分與不同徑階林木單株樹干鮮質(zhì)量

不同徑階楊樹樹干不同規(guī)格樹干鮮質(zhì)量及其分布見表1。

從表1中可以看出：7年生楊樹人工林的徑階分布集中在14～20 cm，該類徑階林木的株數(shù)占林木總株數(shù)的72.63%。楊樹林分中，小頭直徑大于12 cm的樹干鮮質(zhì)量最大，為77.61 t/hm2，占樹干總鮮質(zhì)量的66.48%；其次是8～12 cm的，為24.69 t/hm2，占21.15%；5～7 cm及小于5 cm的最小，合計(jì)為14.43 t/hm2，合計(jì)占12.36%。由于不同徑階的木材價(jià)格不同，可根據(jù)市場(chǎng)需求，進(jìn)行分類經(jīng)營(yíng)，將大于12 cm的木材作為旋切材出售，8～12 cm的木材作為紙漿材銷售，而對(duì)于5～7 cm及小于5 cm的干材、梢頭、樹枝可打成片作為生物質(zhì)材料出售，以提高楊樹木材的利用率及經(jīng)濟(jì)效益。

3.2不同徑階楊樹單株生物量及其分配

不同徑階楊樹單株生物量分配見表2。

由表2可見：7年生楊樹人工林中不同徑階楊樹各器官的生物量均以樹干占單株總生物量的比例最大，占49.12%～74.83%，說明單株生物量的積累主要是樹干生物量的積累；其次是樹枝的，占8.42%～23.20%；樹根的占9.73%～16.72%；樹葉生物量所占比例最小，僅為0.87%～4.41%。其生物量分配規(guī)律是：樹干>樹枝>樹根(含樁)>樹皮 >樹葉。隨著徑階的增長(zhǎng)，樹干在楊樹單株生物量中所占的比例也大致呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。隨著科學(xué)的發(fā)展和楊樹加工工藝水平的提高，現(xiàn)在林分內(nèi)小于5 cm的主干、枝梢以及樹根都可以加以利用，這3項(xiàng)的生物量合計(jì)約占林分總生物量的30%。從表2還可以看出，10個(gè)不同徑階的楊樹根系生物量占林分總生物量的11.83%；各個(gè)徑階平均單株根系生物量不同，占單株生物量的9.73%～16.72%，隨著徑階的增大，單株根系生物量迅速增加。根樁和粗根生物量是根系生物量的主要組成部分，占根系生物量的87%以上。

表1 楊樹林分徑階分布及林分與不同徑階林木單株樹干鮮質(zhì)量Tab1 Thediameterdistributionofdifferentsizeorderpopulustreeandtimberfreshweightofforeststandanddifferentspecificationanditsdistribution徑階(cm)林分中分布株數(shù)(株/hm2)單株樹干鮮質(zhì)量(kg/株)林分樹干鮮質(zhì)量(t/hm2)>12cm8～12cm5～7cm<5cm合計(jì)>12cm8～12cm5～7cm<5cm合計(jì)24113138331832351973499834503500300238522142468336173922422893334605100500340520106179752800900325220001905297095034233218189136003525925310183602570666175059347016201101003250218581516350203065343916432861410942153635145027595754593961580301044124722332783101714761801051310480072901092233312332473813215113023351847543101741519750260480200936176983401038012006018合計(jì)77612469109634711674

表2 不同徑階楊樹單株各器官平均生物量Tab2 Theaveragebiomassofeachorganallocationofdifferentsizeorderpopulusperplant徑階(cm)樹高(m)樹干樹枝樹葉樹皮樹根干質(zhì)量(kg)比例(%)干質(zhì)量(kg)比例(%)干質(zhì)量(kg)比例(%)干質(zhì)量(kg)比例(%)干質(zhì)量(kg)比例(%)單株總干質(zhì)量(kg)242201371472489491796226119948501223811831892222215113357483842127624216082254214749731514820197750859441686213036328788870317431380126321819673246353131015105084419167951269110111527161715854623913201239282301848903116112379384141603531594917551041189318521878653110059351213921576314154552803008730990439311513417101171234599213652810542631607783301602206081106995974129215102420310186019616711170678347491223201640111510679451181672707平均537066381251101219323855869095711838090 注：表中“比例”指占單株總質(zhì)量的比例。

3.3不同徑階楊樹生物量的結(jié)構(gòu)特征

生物量結(jié)構(gòu)特征是指林木或林分各組分質(zhì)量之間或各組分質(zhì)量與總生物產(chǎn)量以及它們與林地面積的比值[14]。包括：

A=W枝/W葉；

B=(W枝+W葉)/W總；

C=W葉/W總；

D=W干/W地上部分。

式中：W枝、W葉、W干分別為樹枝、樹葉和樹干各器官的生物量；W地上部分為樹地上部分各器官的生物量之和；W總為全樹所有器官的生物量之和；A為枝葉比；B為枝葉指數(shù)；C為光合器官與非光合器官比值；D為干材與地上部分生物量比值。

7年生不同徑階楊樹生物量結(jié)構(gòu)特征見表3。由表3可見，不同徑階的楊樹枝葉比變化較大，當(dāng)徑階為6 cm和12 cm時(shí)，其枝葉比分別達(dá)到16.72和16.88，隨著徑階的變化變化較大，自然整枝的程度也較高。干材與地上部分生物量的比值(D)呈現(xiàn)隨徑階的增大而增大的趨勢(shì)。

表3 7年生不同徑階楊樹人工林生物量結(jié)構(gòu)特征Tab3 Thebiomassstructurecharacteristicsindifferentsizeorderofseven?year?oldpopulusplantation徑階(cm)ABCD24743011001082225260100020832079901900207018296018004071164400160030711455502100306712168801600107110506016003072894401800206961672026001058

3.4不同徑階楊樹根系生物量與地上部分生物量的相關(guān)比

根系是樹木從土壤中吸取養(yǎng)分和水分的重要器官，并為林木的地上部分提供固定和支撐作用[15]。根量的多少直接影響到地上部分的生長(zhǎng)發(fā)育，而地上部分又為根系的生長(zhǎng)發(fā)育提供有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量，兩者之間相互影響又相互聯(lián)系。地上部分各器官(干、枝、皮、葉)的生物量與樹根生物量的相關(guān)比見表4[10，16]。由表4可以看出：隨著徑階的增大，楊樹生物量干根比呈增大趨勢(shì)；枝根比在徑階為14時(shí)達(dá)到最大，為1.60，可能是由于密度以及自然整枝等原因所致。

表4 不同徑階地上各器官生物量與地下器官(樹根)生物量的相關(guān)比Tab4 Comparisononbiomassofdifferentorgansanddif?ferentdiameterundergroundorgan徑階(cm)樹高(m)干根比枝根比皮根比葉根比24220613080042010222157690870560162019743112205102118196577119072040161715041070730241416054116008002912139549134079007101173740850490168110357077051012678294139057009平均501111061018

對(duì)不同徑階楊樹單株小于5 cm的主干、樹枝及樹根與其樹高、胸徑因子D2H進(jìn)行回歸分析，得出相應(yīng)的回歸方程，結(jié)果見表5。

表5 小于5cm的主干、樹枝及樹根生物量與樹高和胸徑的回歸方程Tab5 Theregressionequationsofbiomassandtreeheightanddiameteratbreastheightoflessthan5cmofmainstem，branchandrootbiomass因子回歸方程樣本數(shù)相關(guān)系數(shù)R小于5cm的主干W=35493(D2H)01443 1008394樹枝W=446230(D2H)075271009405樹根W=669180(D2H)081571009947

從表5可以看出，小于5 cm的主干、樹枝及樹根的生物量與胸徑和樹高均呈冪函數(shù)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為0.839 4、0.940 5和0.994 7。根據(jù)回歸方程可以有效地計(jì)算出楊樹各器官的生物量，以為生產(chǎn)實(shí)際提供依據(jù)。

4 結(jié)論與討論

(1)7年生楊樹人工林單株各器官生物量分配規(guī)律是：樹干>樹枝>樹根(含樁)>樹皮>樹葉。不同徑階楊樹各器官生物量中，樹干占楊樹單株生物量的比例均最大，占單株生物量的49.12%～74.83%，且隨著徑階的增長(zhǎng)，樹干在單株、林分內(nèi)所占的比例均大致呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。樹枝和樹根占單株生物量的24.34%，可作為生物質(zhì)能源材料開發(fā)利用。

(2)7年生楊樹小于5 cm的主干、樹枝及樹根的生物量與胸徑和樹高均呈冪函數(shù)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為0.839 4、0.940 5和0.994 7。利用所得的回歸方程可以通過林木的樹高、胸徑來推算出單位面積內(nèi)小于5 cm的主干、樹枝及根系的生物量。這在林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)及科研中有一定的應(yīng)用價(jià)值。

(3)本文生物量估測(cè)數(shù)據(jù)是根據(jù)7年生、造林密度為833株/hm2的楊樹人工林生物量數(shù)據(jù)來推算的。若林分超過7年生，應(yīng)用前應(yīng)進(jìn)行適合性檢驗(yàn)，并確定校正值。

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ThebiomassinvestigationofshortrotationperiodofpopulusplantationinDongtingLakearea

WANG Haifeng1， XIAO Xingcui2， FU Jie1， PENG Lixin1， GONG Xijuan1，3

(1.Tiger Forest & Paper Group Co.， LTD.， Yueyang 414002， China； 2.Forestry Science Research Institute of Sichuan Province， Chengdu 610081， China； 3.Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China)

In order to realize the classification of populus plantation management，improve the economic benefits of populus plantations，using the standard wood method of Dongting Lake on artificial order different diameter trees in the forest biomass was determined.Results show that the trees diameter distribution of seven-year-old of populus plantation is concentrated in the order of 14 cm to 20 cm.Different size order different organ biomass per plant populus are trunk > branches > roots(including pile)> bark > distribution regularity of leaves.Trunk diameter with the increase of tree age，stage of growth within the plant，plantation proportion showed a trend of increase.Less than 5 cm of the trunk，branches and aerial parts of the root biomass and a power function relationship with diameter at breast height and tree height，the correlation coefficient was 0.839 4，0.940 5 and 0.994 7，respectively.

populus； plantation； diameter grade； biomass； distribution law

2015-12-04

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃課題(2011 BAD 38BO7)。

王海風(fēng)(1980-)，男，河南省范縣人，工程師，本科，主要從事森林培育及森林保護(hù)的研究。

S 718.5

A

1003 — 5710(2016)02 — 0087 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2016. 02. 016

(文字編校：唐效蓉)