太原市不同林齡油松人工林生物量及其分配特征

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摘要 [目的]研究太原市不同林齡油松人工林生物量的變化規(guī)律。[方法]采用平均標(biāo)準(zhǔn)木法和樣方收獲法獲取不同林齡（12、26、45年）油松人工林喬木層、灌木層、草本層及枯落物層的生物量，分析了各器官及各層次生物量的分配特征。[結(jié)果]不同齡林林分的總生物量隨林齡的增大而增大，12、26、45年生的油松生物量分別為9.79、217.48、276.06 t/hm2。喬、灌、草及枯落物層次分配方面，喬木層生物量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，且隨林齡增大而增大，其次為枯落物層。草本層和灌木層生物量較小，隨林齡增大，有降低趨勢(shì)。不同層次的生物量從大到小依次為喬木層、枯落物層、草本層、灌木層。[結(jié)論]該研究可為促進(jìn)油松人工林合理經(jīng)營(yíng)與利用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 油松；生物量；分配特征

Biomass and Distribution Characteristics of Pinus tabuliformis Plantations at Different Stand Ages in Taiyuan City

SUN Xiang-ning

（Shanxi Academy of Forestry Science， Taiyuan， Shanxi 030012）

Abstract [Objective]To study the biomass changes of Pinus tabuliformis plantations at different stand ages in Taiyuan. [Method]The biomass of tree layer， shrub layer， herb layer and litter layer of Pinus tabuliformis plantation with different stand age （12， 26， 45 a） were obtained by means of average standard wood method and quadrat harvesting method. The distribution characteristics of biomass in different organs and layers of Pinus tabuliformis were analyzed. [Result]The total biomass of different age stands increased with the increase of stand age， and the biomass of 12， 26 and 45 a were 9.79， 217.48 and 276.06 t/hm2， respectively. In the allocation of shrub， grass and litter， the biomass of tree layer was dominant， and it increased with the increase of stand age， followed by litter. The biomass of herb layer and shrub layer was small， and it decreases with the increase of stand age， the biomass of different levels from big to small followed by tree layer， litter layer， herb layer and shrub layer. [Conclusion]The study can provide a scientific basis for promoting rational management and utilization of Pinus tabuliformis.

Key words Pinus tabuliformis；Biomass；Distribution characteristics

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是人類重要的物質(zhì)資源和環(huán)境資源。森林生物量是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能最基本的特征之一，它可以表明森林的生長(zhǎng)水平和資源開發(fā)利用的潛力，又可以反映森林及其生態(tài)環(huán)境在物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)之間的復(fù)雜關(guān)系。生物量的測(cè)定對(duì)研究生態(tài)系統(tǒng)的能量和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)具有重要意義[1-3]，也是研究全球氣候變化和碳平衡的基礎(chǔ)[4]。森林生物量的測(cè)定，對(duì)深入研究森林生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)、碳匯功能、評(píng)價(jià)人工林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力與環(huán)境因子之間的關(guān)系具有重要的科學(xué)價(jià)值[2]。

油松在山西省森林面積中所占比重最大，是山西森林的主要類型。油松是多用途樹種，是良好的用材樹種，其根系發(fā)達(dá)，對(duì)保持水土具有重要作用。油松耐干旱和土壤瘠薄的立地條件，是山西省荒山造林的先鋒樹種。研究不同林齡油松人工林生物量的變化規(guī)律，對(duì)于了解該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累與分布及促進(jìn)人工林合理經(jīng)營(yíng)與利用具有重要意義[5]，也可為評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及進(jìn)一步開展油松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、碳儲(chǔ)量研究提供理論基礎(chǔ)[6]。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于太原市東部，山西省林校試驗(yàn)林場(chǎng)。地理坐標(biāo)為112°41′15″～112°48′45″ E，37°51′00″～38°00′10″ N，林場(chǎng)海拔為1 200～1 700 m。境內(nèi)屬季風(fēng)影響下的暖溫帶大陸氣候，四季分明，年均氣溫8 ℃，日均溫≥10 ℃，年積溫3 000 ℃·d以上，年日照時(shí)數(shù)2 600～2 700 h；無(wú)霜期150 d以上，年蒸發(fā)量約1 800 mm，年降水量500 mm左右。7—9月占全年降水量的60%。土壤種類以褐土為主，兼有少量粗骨土。林場(chǎng)共有喬灌木120余種，草本近350種，植被豐富。有林地中喬木樹種主要有油松（占林分面積的90%）、落葉松、山楊等；灌木主要有黃刺玫、沙棘、虎榛子、繡線菊、山桃、六道木、荊條等；草本有蒿類、禾本科類等10多個(gè)科。

1.2 研究方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查。

2015年在試驗(yàn)地選3個(gè)不同林齡油松人工林，共選取3個(gè)樣地，每個(gè)樣地1 hm2。樣地1和樣地2為油松純林，樣地3包括1.07%的榆樹和2.98%的楊樹。將每塊樣地分為20 m×2 0m的樣方，測(cè)量記錄樣方內(nèi)胸徑（D）≥5 cm的油松的樹高、胸徑、南北方向冠幅、枝下高，對(duì)每株油松坐標(biāo)定位、掛牌標(biāo)號(hào)、標(biāo)名樣地號(hào)及樹號(hào)，便于以后復(fù)測(cè)。樣地基本情況見表1。

1.2.2 生物量的測(cè)定。

1.2.2.1 喬木層。

采用平均標(biāo)準(zhǔn)木法和分層切割法來測(cè)定喬木層的生物量。在樣地每木檢尺的基礎(chǔ)上，求出平均樹高和平均胸徑，在樣地外林分選擇標(biāo)準(zhǔn)木9株。將標(biāo)準(zhǔn)木伐倒，分別在0.3、1.3 m截?cái)啵?.3 m后按2.0 m為區(qū)分段，不足2.0 m到樹梢為最后1段，分段測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)木樹干重量，并在每段底層取樣，取樣后測(cè)定每段樹干圓盤鮮重。樹枝、針葉按樹干—樹梢—枝下高的高度分為上、中、下3部分，分段稱重，并取標(biāo)準(zhǔn)枝，采下針葉，測(cè)定樹枝和針葉的比例。 地上部分樣品取樣500 g左右，帶回實(shí)驗(yàn)室后，于105 ℃先進(jìn)行30 min殺青處理，然后于85 ℃恒溫下烘12或24 h進(jìn)行第1次稱重（直徑10 cm以下樣品和樹皮、針葉樣品烘12 h，直徑10 cm以上樣品烘24 h）。在85 ℃恒溫下繼續(xù)烘烤，每隔2 h稱重1次。當(dāng)最近2次重量相對(duì)誤差≤0.1%時(shí)，可以停止烘烤，將烘干的樣品取出放入玻璃干燥器皿，冷卻至室溫再稱其干重，并記錄所有測(cè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算干重及含水率[7]。地下部分采用全根挖掘法，烘干方法同地上部分。

1.2.2.2 灌木層、草本層及枯落物層。

在不同林齡油松樣地內(nèi)各設(shè)置2 m×2 m小樣方，分別在四個(gè)角及中央共5個(gè)。調(diào)查并紀(jì)錄所有灌木種類、高度、地徑、株叢數(shù)、蓋度。在每個(gè)樣方中央設(shè)置1 m×1 m樣方，調(diào)查并紀(jì)錄草本種類、高度、株叢數(shù)、蓋度。在樣地外選擇與樣方內(nèi)植被類型、立地條件相似的樣方，按照完全收獲法來測(cè)定生物量，包括灌木的枝、葉、花果、根，測(cè)定各器官生物量。每個(gè)樣方測(cè)定3個(gè)重復(fù)，共15個(gè)樣方，取平均值計(jì)算灌木層的總生物量，測(cè)定草本生物量與灌木生物量。

隨機(jī)在樣地內(nèi)取6個(gè)25 cm×25 cm的樣方，取全部枯落物，帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，測(cè)定其生物量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林齡油松人工林喬木層生物量及其分配

油松生物量各組分間存在著緊密聯(lián)系，器官分配比例可以反映其生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。由表2可知，樹干、樹枝、針葉、果實(shí)的生物量分別由12年生的油松人工林的3.21、2.57、2.43和0 t/hm2增長(zhǎng)到45年生的油松人工林的144.83、57.09、22.35和5.02 t/hm2，其中樹干的生長(zhǎng)量增長(zhǎng)速度最快。其次為根系和樹枝的增長(zhǎng)速度，針葉和果實(shí)的生物量的變化趨勢(shì)為先增后減。雖然油松的正常掛果林齡為10 a，但該試驗(yàn)中12年生的油松未發(fā)現(xiàn)掛果，這可能與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境相關(guān)。結(jié)合表1分析，可能密度對(duì)油松生物量的影響大于林齡。

由表3可知，隨著林齡的增長(zhǎng)，油松樹干的生物量占全株生物量的比例呈增加趨勢(shì)。由于樹干在總生物量中所占比例最大，所以樹干的生物量差別也最為顯著，即從12年生的32.79%快速增長(zhǎng)到26年生的45.68%，45年生達(dá)到52.46%。樹枝和針葉所呈現(xiàn)的規(guī)律則相反，其生物量所占比例隨著林齡的增大而減小。樹枝所占全株的生物量比例下降趨勢(shì)較平緩。針葉占全株生物量比例從12年生的24.81%降低到45年生的8.09%。表明油松營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛期為幼齡林和中齡林時(shí)期。幼齡林時(shí)林木還未完全生長(zhǎng)，植物通過針葉來進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生更多有機(jī)質(zhì)，有助于其生長(zhǎng)，因此幼齡林期的枝葉相對(duì)全株比例來說最大。26年生和45年生油松結(jié)果量占總生物量的比例由3.00%下降到1.81%，下降緩慢。根系所占全株生物量比例變化不大，幅度為16.10%～16.93%。

2.2 不同林齡油松人工林各層次生物量及其分配

由表4、5可知，油松人工林總生物量隨林齡的增大而增加。不同層次的生物量隨著林齡的變化，所占總生物量的比例各不相同，但均以喬木層占優(yōu)勢(shì)。林齡增大的同時(shí)，喬木層生物量所占比例也不斷增加。但灌木層則與喬木層相反，生物量所占總比例隨林齡的增大而下降。這是由于隨著林分進(jìn)一步生長(zhǎng)，郁閉度達(dá)到一定程度后，對(duì)林下植被光、熱、水、肥等資源競(jìng)爭(zhēng)加強(qiáng)，從而限制了林下植被生長(zhǎng)。12年生油松生長(zhǎng)緩慢，灌木、草本生長(zhǎng)旺盛。隨著林齡增加，26年生油松林郁閉度增加，林下植被稀疏或增長(zhǎng)緩慢。45年生油松林隨著喬木層生物量的增加，尤其是針葉的增加，枯落物層生物量隨之增加。這與針葉的變化規(guī)律一致，地表枯落物主要是由針葉凋落造成。各層次生物量從大到小依次為喬木層、枯落物層、草本層、灌木層。

3 結(jié)論

（1）隨著林齡的增大，油松人工林無(wú)論是林木總生物量，還是樹干、樹枝、針葉、根系等部位的生物量均出現(xiàn)增加趨勢(shì)。其中以樹干生物量增加最為明顯。12、26、45年生的總

生物量分別為9.79、217.48、276.06 t/hm2，樹干所占比例逐漸增大，分別為32.79%、45.86%、52.46%。樹枝和針葉所占比例隨林齡的增大而降低。果實(shí)為26年生占比例最大，為3.00%。根系所占比例變化不大，為16.10%～16.93%。

（2）各層次生物量所占比例隨林齡的不同而不同。喬木層占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。各層次的生物量從大到小依次為喬木層、枯落物層、草本層、灌木層。

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