秦嶺箭竹生物量分配規(guī)律

朱慧男， 何強(qiáng)利， 范曉東

(陜西太白山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局， 陜西 楊凌 712100)

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秦嶺箭竹生物量分配規(guī)律

朱慧男， 何強(qiáng)利， 范曉東

(陜西太白山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局， 陜西 楊凌 712100)

為探明秦嶺箭竹生物量分布規(guī)律，以太白山保護(hù)區(qū)厚畛子保護(hù)站管區(qū)后溝、云霧溝地區(qū)為研究區(qū)域，對(duì)秦嶺箭竹進(jìn)行了調(diào)查，探討了秦嶺箭竹生物量與海拔高度之間的關(guān)系，并分析了秦嶺箭竹單株生物量在地上和地下的分配格局，結(jié)果表明：秦嶺箭竹個(gè)體水平上在同一海拔高度不同個(gè)體間呈現(xiàn)數(shù)值變異。隨著海拔的升高，同一海拔內(nèi)個(gè)體差異降低。不同海拔秦嶺箭竹生物量差異顯著，隨著海拔的升高，秦嶺箭竹個(gè)體生物量降低；秦嶺箭竹在個(gè)體水平，地上生物量、地下生物量和總生物量的變異系數(shù)均大于1，表現(xiàn)出較大的個(gè)體變異，地下生物量平均值為4.01小于地上生物量6.91。個(gè)體水平上的R/S值在0.2～1,8之間，平均值為0.57，大部分小于1，0.2～0.7之間分布最多；比較選出幾個(gè)關(guān)系模型，建立的模型效果良好。

秦嶺箭竹；生物量；規(guī)律

1 引言

生物量是指單位面積上所有生物有機(jī)體的干重。森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的最基本特征之一，生態(tài)系統(tǒng)的能量和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)的研究首先依賴(lài)于生物量的數(shù)據(jù)，在研究森林生長(zhǎng)和森林生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中，生物量的研究和測(cè)定顯得極為重要，世界各國(guó)廣泛開(kāi)展了對(duì)森林生物量的監(jiān)測(cè)[1,2]。國(guó)外就已開(kāi)始了不同類(lèi)型森林生物量的研究[3]。國(guó)內(nèi)目前在個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、區(qū)域、全國(guó)尺度、生物圈等多尺度上已開(kāi)展了相應(yīng)的生物量研究[4～10]。研究主要集中于油松[11～14]落葉松[15～18]、馬尾松[19～20]、山楊、櫟等樹(shù)種的生物量分配以及模型構(gòu)建方面，關(guān)于秦嶺林區(qū)竹類(lèi)的研究主要集中在主食竹種的資源調(diào)查、分類(lèi)與分布、生物生態(tài)學(xué)特性等方面，對(duì)秦嶺箭竹的單株生物量研究較少。

秦嶺箭竹(Fargesiaqinlingensis)屬禾本科竹亞科箭竹屬，在太白山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，秦嶺箭竹主要分布于海拔1500～2900 m的針闊混交林林內(nèi)，常為單一竹種在林冠下形成優(yōu)勢(shì)層片。對(duì)于高山地區(qū)的水土保持和環(huán)境防護(hù)具有重要的生態(tài)意義[21～26]。但由于人為打筍、采藥等持續(xù)的干擾破壞及竹子開(kāi)花、森林火災(zāi)等自然災(zāi)害的影響，天然秦嶺箭竹林正面臨著面積減少、生長(zhǎng)衰退等問(wèn)題的困擾。研究太白山保護(hù)區(qū)的秦嶺箭竹單株生物量大小及其在地上和地下的分配格局,不僅對(duì)探索秦嶺箭竹生物量與大熊貓棲息地選擇關(guān)系具有重要意義，而且對(duì)評(píng)價(jià)秦嶺大熊貓森林群落質(zhì)量和對(duì)大熊貓棲息地森林群落進(jìn)行科學(xué)管理和經(jīng)營(yíng)具有重要作用，對(duì)于進(jìn)一步研究該區(qū)的碳儲(chǔ)量和碳循環(huán)都有著非常重要的價(jià)值。

本研究以太白山保護(hù)區(qū)厚畛子保護(hù)站管區(qū)后溝、云霧溝地區(qū)為研究區(qū)域，對(duì)秦嶺箭竹進(jìn)行調(diào)查分析，探明秦嶺箭竹生物量與海拔高度之間的關(guān)系，揭示秦嶺箭竹分布規(guī)律，探討秦嶺箭竹單株生物量在地上和地下的分配格局，為確定該地區(qū)秦嶺箭竹的生物量變化規(guī)律提供參考，進(jìn)而為研究森林生產(chǎn)力和碳儲(chǔ)量及碳匯功能的評(píng)價(jià)提供定量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為森林經(jīng)營(yíng)撫育管理提供一定的理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域?yàn)樘咨奖Ｗo(hù)區(qū)厚畛子保護(hù)站后溝-云霧溝區(qū)域，地理位置為東經(jīng)107°22 ′25″～107°51′30″和北緯33°49′30″～34°05′35 ″之間，海拔1598～2480 m；該區(qū)氣候?yàn)榕瘻貛Т箨懶詺夂?，年均氣?.6 ℃，年均降水量751.8 mm，無(wú)霜期158 d，最高氣溫32.8 ℃，最低氣溫-25.5 ℃。最冷月為1月，平均氣溫為-5.0 ℃，最熱月為7月，平均氣溫為19.1 ℃。2002～2007年間，區(qū)域內(nèi)秦嶺箭竹相繼開(kāi)花死亡，此后監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示該區(qū)域內(nèi)大熊貓分布急劇減少，區(qū)域內(nèi)秦嶺箭竹現(xiàn)處于自然更新階段。各樣地基本情況如下表：

2.2 研究方法

2.2.1 樣地調(diào)查

2014年3月～2014年5月，采用樣線調(diào)查和典型樣地調(diào)查法，以太白山自然保護(hù)區(qū)管理局的巡護(hù)樣線16A為調(diào)查樣線，沿樣線海拔每上升100～200 m設(shè)20 m×20 m的樣地，調(diào)查內(nèi)容包括GPS定位點(diǎn)、海拔、坡度、坡向、坡位、林冠層樹(shù)種組成、植被類(lèi)型、林冠郁閉度和竹子總體蓋度。在每個(gè)樣地內(nèi)對(duì)角和中心位置布設(shè)2 m×2 m的小樣方，調(diào)查竹子年齡、高度、基徑、數(shù)量、密度、蓋度等。

表1 各樣地基本情況

2.2.2 生物量測(cè)定

竹子生物量測(cè)定采用收獲法，在調(diào)查樣地內(nèi)隨機(jī)選擇10棵秦嶺箭竹，按器官分別稱(chēng)取其鮮重并取200g鮮樣，樣品帶回室內(nèi)在105 ℃條件下烘干至恒重，計(jì)算各器官含水率，根據(jù)含水率計(jì)算生物量。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同海拔單株生物量變化

從圖1可以看出，在秦嶺箭竹個(gè)體水平上，同一海拔高度不同個(gè)體間呈現(xiàn)數(shù)值變異。隨著海拔的升高，同一海拔內(nèi)個(gè)體差異降低。不同海拔秦嶺箭竹生物量差異顯著，隨著海拔的升高，秦嶺箭竹個(gè)體生物量降低。

由于低海拔地區(qū)光照、溫度、土壤等環(huán)境條件優(yōu)于高海拔地區(qū)，秦嶺箭竹的生長(zhǎng)較好，低海拔內(nèi)秦嶺箭竹個(gè)體生物量積累遠(yuǎn)高于高海拔地區(qū)。在同一海拔高度內(nèi)，外界條件的小范圍變化引起秦嶺箭竹個(gè)體生長(zhǎng)差異，低海拔地區(qū)秦嶺箭竹生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境變化更敏感，而高海拔地區(qū)，環(huán)境條件較差，個(gè)體間差異不明顯。

圖1 不同海拔單株生物量

3.2 秦嶺箭竹個(gè)體水平上生物量分配情況

由表2可以看出，秦嶺箭竹在個(gè)體水平，地上生物量、地下生物量和總生物量的變異系數(shù)均大于1，表現(xiàn)出較大的個(gè)體變異，地下生物量平均值為4.01 g小于地上生物量6.91 g。

表2 秦嶺箭竹個(gè)體水平上生物量分配

結(jié)合圖2可知，個(gè)體水平上的R/S值在0.2～1.8之間，平均值為0.57，大部分小于1，0.2～0.7之間分布最多。

圖2 個(gè)體水平上生物量地上與地下部分之比(R/S)頻數(shù)分布

3.3 地上和地下生物量的相關(guān)生長(zhǎng)關(guān)系

決定系數(shù)R2的大小決定了相關(guān)的密切程度。當(dāng)R2越接近1時(shí)，表示相關(guān)的方程式參考價(jià)值越高；相反，越接近0時(shí)，表示參考價(jià)值越低。F值表示回歸模型的方差與殘差的比值(殘差就是總方差減去回歸模型的方差)，理論上來(lái)說(shuō)F值越大，通過(guò)檢驗(yàn)的可能性就越大?？梢韵胂驠越大，表示殘差越小，模擬的精度越高。P值是統(tǒng)計(jì)學(xué)上結(jié)果真實(shí)程度，p值越大，越不能認(rèn)為樣本中變量的關(guān)聯(lián)是總體中各變量關(guān)聯(lián)的可靠指標(biāo)。在許多研究領(lǐng)域，0.05的p值通常被認(rèn)為是可接受錯(cuò)誤的邊界水平。

對(duì)地上生物量與地下生物量關(guān)系進(jìn)行常見(jiàn)的關(guān)系擬合，可以看出R2最大的是邏輯斯蒂模型，值為0.6992，最小的是指數(shù)函數(shù)模型，值為0.4328，剩余模型R2 均大于0.6，說(shuō)明模型具有參考價(jià)值。P值均為0.0001，認(rèn)為樣本中變量的關(guān)聯(lián)是總體中各變量關(guān)聯(lián)的可靠指標(biāo)。F值均較大，通過(guò)檢驗(yàn)的可能性就較大，幾個(gè)關(guān)系模型效果良好。在野外調(diào)查中，為了方便，可以根據(jù)實(shí)際情況，測(cè)定地上生物量或者地下生物量推算整體生物量，一定程度上節(jié)約了勞動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)量。

表3 地上和地下生物量的相關(guān)生長(zhǎng)關(guān)系模型

注：X1地上生物量X2地下生物量

4 結(jié)語(yǔ)

由于水災(zāi)等自然因素，部分預(yù)設(shè)樣地未發(fā)現(xiàn)秦嶺箭竹分布，后重新布設(shè)5個(gè)樣地，共調(diào)查樣地5個(gè)。調(diào)查結(jié)果表明，秦嶺箭竹個(gè)體水平上在同一海拔高度不同個(gè)體間呈現(xiàn)數(shù)值變異。隨著海拔的升高，同一海拔內(nèi)個(gè)體差異降低。不同海拔秦嶺箭竹生物量差異顯著，隨著海拔的升高，秦嶺箭竹個(gè)體生物量降低。由于低海拔地區(qū)光照、溫度、土壤等環(huán)境條件優(yōu)于高海拔地區(qū)，秦嶺箭竹的生長(zhǎng)較好，低海拔內(nèi)秦嶺箭竹個(gè)體生物量積累遠(yuǎn)高于高海拔地區(qū)。在同一海拔高度內(nèi)，外界條件的小范圍變化引起秦嶺箭竹個(gè)體生長(zhǎng)差異，低海拔地區(qū)秦嶺箭竹生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境變化更敏感，秦嶺箭竹個(gè)體生長(zhǎng)差異很大，而高海拔地區(qū)，環(huán)境條件較差，所有個(gè)體間均生長(zhǎng)不好，個(gè)體間差異不明顯。秦嶺箭竹是秦嶺大熊貓食物的主要來(lái)源，其空間分布和數(shù)量多少在很大程度上決定了大熊貓的生境分布狀況，在海拔1900～2600m秦嶺箭竹生長(zhǎng)最為茂盛的地段，為有效保護(hù)大熊貓及其生境，建議保護(hù)區(qū)在管護(hù)和森林群落經(jīng)營(yíng)管理方面，應(yīng)盡量避免在秦嶺箭竹適宜生長(zhǎng)的地段海拔1900～2600m范圍內(nèi)林冠郁閉度0.6以下的落葉闊葉和針闊混交林中進(jìn)行人為生產(chǎn)及其他干擾活動(dòng)。

秦嶺箭竹在個(gè)體水平，地上生物量、地下生物量和總生物量的變異系數(shù)均大于1，表現(xiàn)出較大的個(gè)體變異，地下生物量平均值為4.01g小于地上生物量6.91g。個(gè)體水平上的R/S值在0.2～1,8之間，平均值為0.57，大部分小于1，0.2～0.7之間分布最多。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，比較選出幾個(gè)關(guān)系模型，建立的模型效果良好。在野外調(diào)查中，為了方便，可以根據(jù)實(shí)際情況，測(cè)定地上生物量或者地下生物量推算整體生物量，一定程度上節(jié)約了勞動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)量。

本文僅對(duì)太白山自然保護(hù)區(qū)后溝—云霧溝區(qū)域秦嶺箭竹單株生物量進(jìn)行了研究，不能代表太白山南坡秦嶺箭竹生物量分布規(guī)律，應(yīng)繼續(xù)擴(kuò)大研究區(qū)域，探明太白山南坡秦嶺箭竹生物量以及其分布規(guī)律。

[1]羅 輯,楊 忠,楊清偉. 貢嘎山森林生物量和生產(chǎn)力的研究[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào),2000(2):191～196.

[2]劉志剛,馬欽彥,潘向麗. 興安落葉松天然林生物量及生產(chǎn)力的研究[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào),1994(4):328～337.

[3]Leith H， Whittaker R H． Primary Productivity of the Biosphere[M]．New York: Springer Verlag． 1975．

[4]馮宗煒,陳楚瑩,張家武,等. 湖南會(huì)同地區(qū)馬尾松林生物量的測(cè)定[J]. 林業(yè)科學(xué),1982(2):127～134.

[5]馬欽彥. 中國(guó)油松生物量的研究[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1989(4):1～10.

[6]Gallis C． Probabilistic assessment of forest biomass storage times and its effect on cost: A beech biomass case study． Forest Products Journal， 2003 ，53 (10): 44～54．

[7]Fang J Y， Chen A P， Zhao S Q，et al． Estimating biomass carbon china ＇s forests: Supplementary notes on report published in science(291 : 2320-2322) by Fang et al[J]． Acta Phytoecologica Sinca， 2002， 26(2): 243 ～249．

[8]吳 剛,馮宗煒. 中國(guó)油松林群落特征及生物量的研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),1994(4):415～422.

[9]方精云,劉國(guó)華,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(5):497～508.

[10]劉玉萃,吳明作,郭宗民,等. 內(nèi)鄉(xiāng)寶天曼自然保護(hù)區(qū)銳齒櫟林生物量和凈生產(chǎn)力研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2001(9):1450～1456.

[11]秦仲燾,李志堅(jiān). 淺析天津市油松生物量測(cè)定方法[J]. 天津農(nóng)林科技,2013(1):1～2.

[12]王 寧,王百田,王瑞君,等. 晉西山楊和油松生物量分配格局及異速生長(zhǎng)模型研究[J]. 水土保持通報(bào),2013(2):151～155+159.

[13]王 明. 森林油松生物量測(cè)定方法[J]. 農(nóng)民致富之友,2013(13):142.

[14]張志明,常帥,張亞珍. 不同類(lèi)型油松林生物量碳密度的研究[J]. 山西林業(yè)科技,2012(3):11～13+24.

[15]郭金堂,姜 鵬,郭凱,谷建才. 針闊混交林華北落葉松生物量模型及碳儲(chǔ)量研究[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2016(2):45～48.

[16]宋相祿. 不同營(yíng)林措施對(duì)日本落葉松生物量的影響[J]. 林業(yè)科技,2003(2):4～6.

[17]閆濤,朱教君,楊凱,等. 遼東山區(qū)落葉松人工林地上生物量和養(yǎng)分元素分配格局[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2014(10):2772～2778.

[18]符利勇,唐守正,張會(huì)儒,等. 東北地區(qū)兩個(gè)主要樹(shù)種地上生物量通用方程構(gòu)建[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2015(1):150～157.

[19]符利勇,曾偉生,唐守正. 利用混合模型分析地域?qū)?guó)內(nèi)馬尾松生物量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2011(19):5797～5808.

[20]樊后保,李燕燕,蘇兵強(qiáng),等. 馬尾松-闊葉樹(shù)混交異齡林生物量與生產(chǎn)力分配格局[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2006(8):2463～2473.

[21]王 瑞,周建云,曹 慶,等. 不同生境秦嶺箭竹人工種群的生長(zhǎng)特性研究[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011(5):110～118.

[22]杜焰玲,張 瑩,董國(guó)華,等. 秦嶺山地秦嶺箭竹群落物種多樣性研究[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013(10):59～66.

[23]吳高潮,李景俠,張國(guó)楨,等. 秦嶺箭竹種群生物量研究[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2014(1):46～50.

[24]馬青青,劉建軍,余 鴿,等. 佛坪國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)秦嶺箭竹克隆結(jié)構(gòu)的SSR分析[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2016(20):1～10.

[25]王小紅,周建云,張文輝,等. 大熊貓棲息地秦嶺箭竹無(wú)性系構(gòu)件形態(tài)研究[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2010(11):93～99.

[26]任 毅，劉明時(shí)，等.太白山自然保護(hù)區(qū)生物多樣性研究與管理[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2006.

2016-08-10

秦嶺大熊貓及其棲息地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)巡護(hù)員能力建設(shè)小額基金項(xiàng)目

朱慧男(1989—)，男，助理工程師，主要從事森林保護(hù)與森林植物群落研究工作。

S795

A

1674-9944(2016)18-0016-03