異速生長(zhǎng)模型估算不同林齡杉木人工林生物量

蘇瑞蘭

(三元區(qū)林業(yè)局，福建 三明 365001)

異速生長(zhǎng)模型估算不同林齡杉木人工林生物量

蘇瑞蘭

(三元區(qū)林業(yè)局，福建 三明 365001)

在福建省三明市三元區(qū)城東鄉(xiāng)荊東村，采用樹(shù)干解析法對(duì)不同林齡(10、24、40 a)的杉木人工林生物量及其分配模式進(jìn)行測(cè)定，并采用回歸模型：W=a(D2H)b進(jìn)行生物量擬合。結(jié)果表明：W=a(D2H)b可作為3個(gè)年齡序列的杉木人工林不同器官生物量的估算模型。杉木人工林不同器官生物量隨林齡的增加呈遞增趨勢(shì)，幼齡階段葉片和枝增長(zhǎng)較快，中齡階段樹(shù)干增長(zhǎng)較快，從中齡林向成熟林過(guò)度階段生物量積累速率減慢。在不同生長(zhǎng)階段，杉木人工林不同器官對(duì)總生物量的相對(duì)貢獻(xiàn)明顯不同，其中樹(shù)干所占比例最大(50.0%～73.4%)，且隨種植年限呈遞增趨勢(shì)，而根系所占比例隨林齡的增加呈遞減趨勢(shì)，說(shuō)明樹(shù)干是杉木人工林生物量積累的重要組成部分。

杉木人工林；年齡序列；生物量；分配模型

森林生物量和生產(chǎn)力是森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，我國(guó)亞熱帶地區(qū)常綠闊葉林是中國(guó)重要的碳匯林[1]。過(guò)去幾十年里，我國(guó)南方大面積的常綠闊葉林被砍伐營(yíng)造杉木人工林，因此，杉木是分布在南方最主要的人工林之一。隨著全球變暖日益加劇，森林的固碳能力顯得尤為關(guān)鍵。由于森林生產(chǎn)力大小直接反映森林固碳能力，因此準(zhǔn)確估算亞熱帶森林碳匯能力是我國(guó)森林碳匯功能研究的重要工作。

目前森林群落的生物碳庫(kù)估算方法包括相對(duì)生長(zhǎng)方程、生物量-蓄積量方程、生物量估算參數(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)等[2]。研究認(rèn)為通過(guò)采伐樣木建立相對(duì)生長(zhǎng)方程，從而計(jì)算整個(gè)林分生物量，能夠在小尺度上精確估算森林植被生物量[3]，因此，采用單株生物量相對(duì)生長(zhǎng)方程方法，建立不同樹(shù)木生長(zhǎng)階段的回歸模型[4-5]，有利于精確定量亞熱帶地區(qū)杉木人工林生物量，為精確估計(jì)我國(guó)亞熱帶地區(qū)人工林植被碳庫(kù)提供支持。為此，本研究在福建三明地區(qū)選取3個(gè)不同年齡的杉木人工林為研究對(duì)象，采用標(biāo)準(zhǔn)木結(jié)合相對(duì)生長(zhǎng)方程法建立不同林齡杉木人工林的異速生長(zhǎng)方程，估算不同年齡序列杉木人工林地上地下生物量，從而闡明福建三明地區(qū)不同生長(zhǎng)階段的杉木人工林生產(chǎn)力水平和固碳潛力。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于福建省三明市三元區(qū)城東鄉(xiāng)荊東村境內(nèi)，區(qū)域內(nèi)分布著大面積的杉木人工林，該區(qū)域?qū)儆谏降厍鹆?，地貌類型以低山、高丘為主，海?00～1301 m，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，具有冬冷夏熱、水熱同季、濕潤(rùn)多雨的特點(diǎn)。全年氣候溫和，年無(wú)霜期約350 d，年均氣溫19.3 ℃，年均降水量1669 mm，年均相對(duì)濕度83%，年均日照時(shí)間1706 h。地帶性土壤為山地紅壤，成土母質(zhì)為變質(zhì)花崗巖。地帶性植被多以米櫧為主的常綠闊葉林，代表性的植物包括米櫧，木荷，栲樹(shù)等。

在荊東村境內(nèi)選取3個(gè)不同林齡的杉木人工林作為樣地，分別位于城東鄉(xiāng)林業(yè)基本圖中的29林班4大班40小班、31林班4大班20小班、27林班1大班4小班。3個(gè)樣地林齡分別是10、24、40 a，在每個(gè)林分內(nèi)分別選取30 m×40 m標(biāo)準(zhǔn)樣方3個(gè)，進(jìn)行每木檢尺。海拔200～500 m，坡向均為西坡，立地質(zhì)量等級(jí)均為2級(jí)(較肥沃)；林下植被主要有狗脊(Woodwardiajaponica)、觀音座蓮(Angiopterisfokiensis)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、芒箕(Dicranopterislinearis)等。

1.2 單株生物量測(cè)定

于2012年11月采用相對(duì)生長(zhǎng)法[6]對(duì)10、24、40 a的杉木人工林喬木層生物量進(jìn)行測(cè)定。首先根據(jù)杉木人工林樣地初步調(diào)查資料，測(cè)定樹(shù)高、胸徑等樣地基本情況(表1)。解析木的選擇按照徑級(jí)法選取4個(gè)徑級(jí)，4～8、8～12、12～16、16～24 cm，每個(gè)胸徑選取3株杉木標(biāo)準(zhǔn)木，共12株。每株標(biāo)準(zhǔn)木從基部伐倒后先測(cè)量樹(shù)高、胸徑、冠幅，枝葉剪除全部稱量，樹(shù)干采用分層切割法，在胸高1.3 m處截取圓盤(pán)，1.3 m以上部分按每間隔2 m為一個(gè)區(qū)分段截取圓盤(pán)，同時(shí)對(duì)圓盤(pán)和樹(shù)干分段稱重，獲得樹(shù)干總鮮重。枝葉鮮重全部測(cè)定后，選取其中5%～10%，摘除樹(shù)葉，換算枝葉比例。根采用全根挖掘法，分別主根(含根樁)、側(cè)根及>2 mm的細(xì)根分別稱重并取樣。枝(帶皮)從粗枝到細(xì)枝按比例取樣，葉混合取樣包括不同大小及不同林齡的葉片，樹(shù)干混合所有圓盤(pán)取樣。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室在75 ℃恒溫下烘干至恒重，計(jì)算含水率，最后計(jì)算所有樹(shù)木各器官及地上地下部分生物量。地上地下總生物量由所有器官生物量相加所得。

表1 試驗(yàn)地基本特征

1.3 回歸方程擬合

采用的回歸模型：W=a(D2H)b，式中：W為不同器官生物量干重；D為胸徑；H為樹(shù)高；a、b分別為常數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 17.0軟件進(jìn)行分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林齡序列杉木人工林的異速生長(zhǎng)方程

解析木的胸徑為5.6～25.7 cm，樹(shù)高為6.5～17.3 m，葉子質(zhì)量為0.6～17.3 kg，樹(shù)枝質(zhì)量為1.9～45.6 kg，樹(shù)干質(zhì)量為9.1～87.4 kg，樹(shù)根質(zhì)量為1.6～29.5 kg。不同徑級(jí)標(biāo)準(zhǔn)木的葉片、枝條、樹(shù)干和樹(shù)根的平均變異系數(shù)分別為0.15、0.32、0.22、0.16。

表2 不同林齡序列杉木各器官的回歸方程

根據(jù)解析木的測(cè)定結(jié)果對(duì)3個(gè)林齡序列的杉木人工林不同器官生物量進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，不同器官生物量的回歸方程擬合度均較高，R2均在0.9以上，且達(dá)極顯著水平(P<0.001)。從R2來(lái)看，10 a的杉木人工林各器官生物量的擬合度相對(duì)較高(R2>0.95)；此外，樹(shù)干生物量的回歸擬合度均相對(duì)較高。說(shuō)明回歸模型：W=a(D2H)b可作為3個(gè)林齡序列的杉木人工林不同器官生物量的估算。

2.2 不同林齡序列杉木人工林地上地下生物量

從圖1可以看出，不同器官生物量隨杉木林齡增加呈增大趨勢(shì)。樹(shù)干生物量占據(jù)總生物量的主要部分，根生物量次之，枝生物量最小。24 a杉木林總生物量是10 a杉木林的2.8倍，40 a杉木林生物量分別是10 a、24 a的3.8倍、1.4倍。杉木林在幼齡階段葉、枝和根增長(zhǎng)速率較快，中齡階段杉木樹(shù)干增長(zhǎng)速率最快，從中齡到成熟林過(guò)度階段生物量增長(zhǎng)速率相對(duì)較慢(表3)。

表3 杉木不同器官生物量的增長(zhǎng)速率

圖1 不同林齡序列杉木人工林不同器官生物量圖2 不同器官生物量的分配比例

2.3 不同林齡序列杉木人工林不同器官生物量的分配模式

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，杉木不同器官生物量在不同生長(zhǎng)階段分配模式存在明顯差異。從杉木生長(zhǎng)階段來(lái)看，葉生物量所占比例在幼齡階段較高；枝生物量分配比例基本相當(dāng)；樹(shù)干生物量分配比例隨林齡增長(zhǎng)呈遞增趨勢(shì)，由50.0%增至73.4%；根生物量所占比例呈遞減趨勢(shì)，由28.7%降至11.1%。說(shuō)明不同器官在不同生長(zhǎng)階段對(duì)總生物量的相對(duì)貢獻(xiàn)存在差異，種植年限增加可能會(huì)導(dǎo)致林木退化。

3 小結(jié)

本試驗(yàn)結(jié)果表明，回歸模型W=a(D2H)b可作為3個(gè)林齡序列的杉木人工林不同器官生物量的估算模型。不同生長(zhǎng)階段的杉木人工林不同器官生物量隨林齡增長(zhǎng)呈遞增趨勢(shì)，樹(shù)干生物量占重要部分。杉木不同器官在不同生長(zhǎng)階段生物量的相對(duì)積累速率也存在差異，幼齡階段葉、枝和根積累較快，中齡階段樹(shù)干生物量積累較快。不同器官對(duì)總生物量的相對(duì)貢獻(xiàn)明顯不同，樹(shù)干生物量所占比例最大，且隨林齡增長(zhǎng)呈遞增趨勢(shì)；而根系生物量隨林齡增長(zhǎng)呈遞減趨勢(shì)，說(shuō)明樹(shù)干對(duì)于杉木人工林生物量積累具有重要貢獻(xiàn)。

[1]溫達(dá)志，魏平，孔國(guó)輝，等.鼎湖山錐栗+黃果厚殼桂+荷木群落生物量及其特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1997(5)：47-54.

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[4]楊同輝，宋坤，達(dá)良俊，等.中國(guó)東部木荷-米櫧林的生物量和地上凈初級(jí)生產(chǎn)力[J].中國(guó)科學(xué)：生命科學(xué)，2010(7)：610-619.

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Allometric Equations to Estimate Biomass of Different Age-sequence of Chinese fir (Cunninghamialanceolata) Plantations

SU Ruilan

(ForestrybureauofSanyuandistrict，Sanming365001，F(xiàn)ujian，China)

Destructive measurements of the patterns and biomasses of above-and below-ground components were performed on different age-sequence (10，24 and 40-year-old) of Chinese fir plantations in Jingdong Village，Chengdong town，Sanyuan District，Sanming City，F(xiàn)ujian Province.We used the regression model (W=a(D2H)b) to assessment the total biomass.Our results indicated that the model (W=a(D2H)b) is best fit for biomass estimation.The biomass of different components of Chinese fir increased with the ages of plantation；the leaves and branches grew faster in young stage，and the stem grew faster in mature stage；the accumulation rate of biomass became slowly from mature stage to over-mature stage.The contribution of different components to the total biomass was significantly different with each other during the processes of tree growth；the contribution of the stem was the biggest，which accounted for 50.0% to 73.4% of the total biomass；and the contribution increased with the ages while the contribution of the root to the total biomass decreased with the ages.These results demonstrate that the stem is an important part in the Chinese fir plantation of biomass accumulation，which could play a vital role for the management of plantation in the future.

Chinese fir plantations；age-sequence；biomass；distribution pattern

2017-01-16；

2017-03-06

蘇瑞蘭(1972—)，女，福建惠安人，三明市三元區(qū)林業(yè)局工程師，從事林業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)技術(shù)和森林病蟲(chóng)害防治研究。E-mail：150274009@qq.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.02.021

S791.27；S758.62

A

1002-7351(2017)02-0105-04