近自然化改造對馬尾松和杉木人工林生物量及其分配的影響

明安剛, 劉世榮, 李 華, 曾 冀, 孫冬婧, 雷麗群, 蒙明君, 陶 怡, 明財?shù)?/p>

1 中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)實驗中心,憑祥 532600 2 中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所,北京 100091 3 廣西友誼關森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站,憑祥 532600

近自然化改造對馬尾松和杉木人工林生物量及其分配的影響

明安剛1,2,3, 劉世榮2,3,*, 李 華1,3, 曾 冀1,3, 孫冬婧1,3, 雷麗群1,3, 蒙明君1,3, 陶 怡1,3, 明財?shù)?,3

1 中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)實驗中心,憑祥 532600 2 中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所,北京 100091 3 廣西友誼關森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站,憑祥 532600

近自然化改造作為森林新增碳匯的最有希望的選擇之一,將如何通過改變林分結(jié)構影響林分生物量和生產(chǎn)力進而影響林分固碳能力和潛力目前尚不清楚,因此,了解近自然化改造對人工林生物量及其分配的影響,對人工林生態(tài)系統(tǒng)碳管理具有重要意義。以馬尾松近自然化改造林(P(CN))、馬尾松未改造純林(P(CK))、杉木近自然改造林(C(CN))和杉木未改造純林(C(CK))4種人工林為研究對象,采用樣方調(diào)查和生物量實測的方法,分析4種林分生物量差異,旨在揭示近自然化改造對馬尾松和杉木人工林生物量及其分配的影響。結(jié)果表明：馬尾松杉木人工林近自然化改造通過調(diào)整林分結(jié)構顯著提升馬尾松和杉木人工林生物量和生產(chǎn)力,8a后馬尾松和杉木林分生物量分別增加46.71%和37.24%。喬木層生物量在林分生物量總量中占主導地位(95.48%—98.82%),并對林分生態(tài)系統(tǒng)總生物量變化起決定性作用。林分生物量和生產(chǎn)力的增加主要因為近自然化改造改變了林分群落結(jié)構,進而提高了喬木層生產(chǎn)力。研究結(jié)果表明,合理的經(jīng)營措施不僅可以改善林分結(jié)構,提升林分生產(chǎn)力,并可為增強植被固碳能力創(chuàng)造有利條件。

近自然化改造；馬尾松和杉木人工林；生物量；生產(chǎn)力；分配

生物量和生產(chǎn)力是反映人工林群落結(jié)構組成的重要指標,較高的林分生物量和生產(chǎn)力是人工林生態(tài)系統(tǒng)健康和活力的重要體現(xiàn)。同時,生物量和生產(chǎn)力也是研究人工林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的基礎,是評估人工林固碳潛力的主要內(nèi)容和反映人工林生態(tài)系統(tǒng)的服務功能的重要指標之一[1- 2]。因而,準確測算人工林生物量與生產(chǎn)力,對人工林的健康經(jīng)營和生態(tài)系統(tǒng)碳管理具有重要意義。

當前,人工林生物量受到國內(nèi)外廣泛關注[3- 5],國外近些年報道的樹種有輻射松(Pinusradiata)、美洲栗(Castaneaamericana)、肯寧南洋杉(Araucariacunninghamii)、夏櫟(Quercusrobur)、藍桉(Eucalyptusglobulussubsp.globulus)、狄氏黃膽木(Naucleadiderrichii)和綿白楊(Populustomentosa)等[6- 12]；國內(nèi)對人工林生物量和生產(chǎn)力早期研究的樹種主要是馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、桉樹(Eucalyptussp.)等一些用材樹種[13- 16],最近10年來報道的主要樹種既包括較多的松、杉、桉等傳統(tǒng)造林樹種[17- 18],還有樟樹(Cinnamomumcamphora)[19]、小黑楊(Populusnigra)[20]、楠木(Phoebezhennan)[21]、紅椎(Castanopsishystrix)[22]、米老排(Mytilarialaosensis)[23]、格木(Erythrophleumfordii)[24]等鄉(xiāng)土闊葉樹種。

我國南亞熱帶地區(qū),人工林主要以馬尾松、杉木和桉樹等短周期樹種為主導[25],其中,針葉純林占72%。人工針葉純林的樹種結(jié)構單一,徑級結(jié)構和垂直結(jié)構簡單,再加上不合理的經(jīng)營方式,不僅造成生物多樣性銳減,而且降低人工林生物量和生產(chǎn)力,進而影響人工林的固碳能力和潛力[26- 28]。因而,通過疏伐補植的措施將針葉純林改造成針闊異齡混交的近自然林,正逐漸成為替代大面積針葉人工純林最有希望的選擇途徑之一[29- 30]。針葉人工林近自然化改造在提升地力,提高林分生產(chǎn)力、碳儲量和物種多樣性等方面發(fā)揮重要作用[30- 32]。馬尾松、杉木人工林經(jīng)過近自然經(jīng)營措施(疏伐、補植),如何通過改變林分結(jié)構和群落組成改變林分的生物量和生產(chǎn)力,進而影響林分植被碳儲量,有待深入研究。

本研究以四種不同經(jīng)營方式的人工林：馬尾松未改造純林P(CK)、馬尾松近自然化改造林P(CN)、杉木未改造純林C(CK)和杉木近自然化改造林C(CN)為研究對象,通過對不同林分人工林生物量和生產(chǎn)力及其動態(tài)變化規(guī)律進行研究,弄清近自然經(jīng)營對馬尾松和杉木人工林生物量和生產(chǎn)力的影響及動態(tài),旨在為南亞熱帶人工林生態(tài)系統(tǒng)碳管理和可持續(xù)經(jīng)營提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點位于廣西壯族自治區(qū)憑祥市中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)實驗中心(簡稱中國林科院熱林中心)(22°10′N, 106°50′E),是國家林業(yè)局管轄的森林生態(tài)定位研究站之一。該地區(qū)屬于南亞熱帶季風氣候區(qū)域內(nèi)的西南部,屬濕潤半濕潤氣候,干濕季分明。境內(nèi)光照充足,全年日照時數(shù)1200—1600h；降水充沛,年平均降水1200—1500mm,主要發(fā)生在每年4—9月；年蒸發(fā)量1200—1400mm；相對濕度80%—84%；年平均氣溫20.5℃—21.7℃。主要地貌類型以低山丘陵為主；土壤以磚紅壤和紅壤為主,其次為紫色土；成土母巖主要有泥巖夾砂巖、礫狀灰?guī)r、花崗巖和石灰?guī)r等,土層厚度在80cm以上,南亞熱帶常綠闊葉林是站區(qū)地帶性植被。

中國林科院熱林中心分布不同類型的人工林近2萬hm2,針葉樹種主要有馬尾松和杉木,鄉(xiāng)土闊葉樹種主要有大葉櫟(Quercusgriffithii)、格木、紅椎、米老排、西南樺(Betulaalnosensis)和降香黃檀(Dalbergialanceolata),外來樹種主要有桉樹和柚木(Tectonagrandis),其中,格木和降香黃檀為固氮樹種。而大葉櫟為速生闊葉樹種,具有較好的天然更新能力。用格木和大葉櫟改造馬尾松和杉木純林,既適合短周期用材和大徑級珍貴用材的需要,又可以實現(xiàn)鄉(xiāng)土闊葉樹種的自然更新,達到近自然經(jīng)營的目的。

1.2 試驗林概況

試驗林均為1993年在杉木采伐跡地上營造的馬尾松和杉木純林,初植密度為2500株/hm2,造林后連續(xù)鏟草撫育3年共6次,第7年透光伐撫育,第11年第一次撫育間伐,保留密度1200株/hm2。2007年開始實施近自然化改造,主要改造措施是在保護天然更新的同時,對馬尾松純林進行疏伐(保留密度為600株/hm2),2008年初,在疏伐后的馬尾松和杉木林下1∶1均勻補植大葉櫟和格木,補植鄉(xiāng)土樹種密度為600株/hm2(格木和大葉櫟密度均為300株/hm2),形成總密度為1200株/hm2的針闊異齡混交林。同時保留與總密度一致(1200株/hm2)的未實施近自然改造的馬尾松和杉木純林為對照。4種林分均設置4個重復。目前,被改造的林分已經(jīng)郁閉,已演替成具有明顯復層結(jié)構的針闊異齡混交林。2016年調(diào)查結(jié)果顯示,馬尾松、杉木及補植的大葉櫟和格木全部存活,大葉櫟平均胸徑和平均樹高分別為13.7cm和14.6m,格木平均胸徑和平均樹高分別為5.2cm和6.3m。4種林分基本情況與經(jīng)營歷史見表1所示。

表1 4種林分基本情況與經(jīng)營歷史

1.3 試驗設計

本試驗采用單因素兩水平的隨機區(qū)組設計,共設4個區(qū)組,即為4個真重復,每個區(qū)組各設置4種林分類型,即馬尾松近自然化改造林(P(CN))、馬尾松未改造純林(P(CK))、杉木近自然改造林(C(CN))和杉木未改造純林(C(CN))。4個林分類型,4個重復共16個試驗小區(qū),每個試驗小區(qū)面積為0.5hm2,小區(qū)之間的間隔在100m以內(nèi)。

2 研究方法

2.1 喬木生物量的測定

4種林分涉及到的4個主要樹種的生物量均采用徑級平均木法測定,杉木、馬尾松和格木選擇熱林中心適合本研究的已有的生物量方程進行估算[17,24,33],并新建大葉櫟生物量模型對大葉櫟生物量及其各器官進行估算。根據(jù)樣方每木檢尺的調(diào)查結(jié)果,作出胸徑分布圖,再對每個樹種按徑級(2cm)選取標準木9株進行喬木生物量測定。樣木伐倒后,地上部分按不同器官測定樹干、樹皮、樹枝、樹葉的鮮重；地下部分用“全挖法”測定根系的鮮重,收集全部直徑>2mm的根系。同時,按器官采集植物樣品200g左右,帶回實驗室在65℃烘箱中烘干至恒重,計算含水率并將各器官的鮮重換算成干重。

根據(jù)9株標準木生物量的實測數(shù)據(jù),建立大葉櫟各器官生物量(W)與胸徑(D)及胸徑平方與樹高的乘積(D2H)之間的相對生長方程,用以估測大葉櫟各器官的生物量(表2)。

表2 熱林中心伏波實驗場1林班大葉櫟單株生物量相對生長方程

W:各器官生物量 Dry weight in different organs;D:胸徑 Diameter at breast height;H：樹高 Height of tree

2.2 林下植被生物量及凋落物現(xiàn)存量的測定

按“梅花五點法”在每個固定樣地布設5個2m×2m的小樣方,記錄每個小樣方內(nèi)的植物種名,分地上部分和地下部分,采用“收獲法”分別測定其鮮重,同種植物的相同器官取混合樣品,凋落物全部測定生物量,取混合樣品烘干至恒重后,計算出各組分的干重。

2.3 凋落物產(chǎn)量的測定

在每個樣地隨機布設6個1m×1m凋落物收集器,每個月底收集一次凋落物,1年為1個周期,共收集12次。每月收集的凋落物樣品先按器官(落葉、落枝、落皮、落果和雜物)分別測量鮮重,所選落葉再按樹種區(qū)分并測定鮮重。然后按樹種和器官取樣烘干后,計算凋落物干重和全年凋落物產(chǎn)量。

2.4 統(tǒng)計分析

用單因素方差分析(one Way-ANOVA)來檢驗不同林分、不同組分之間生物量的差異性。用一元回歸分析(Simple regression)模擬大葉櫟各器官生物量回歸方程。用SPSS 19.0(SPSS,Inc,Chicago,IL)完成統(tǒng)計分析。作圖利用OringinPro 9.0和SigmaPlot 10.0軟件完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分喬木生長量

表3反映了2016年,即近自然化改造8年后,4種林分保留的松杉和補植樹種的平均樹高和平均胸徑情況。由表3可知,改造后,馬尾松和杉木平均胸徑顯著高于對照林,改造后的馬尾松和杉木平均胸徑分別高于對照林的45.0%和30.4%,可見,近自然化改造顯著提高了馬尾松和杉木的胸徑生長量,但同樣是改造8年后,馬尾松平均胸徑高出杉木平均胸徑的44.4%,而四種林分馬尾松和杉木的平均樹高均無顯著差異(P<0.05),此外,由表3我們還可以看出,無論是大葉櫟,還是格木,在馬尾松和杉木改造林中,平均胸徑和平均樹高均無顯著差異(P<0.05),表明,補植樹種的生長量并未受到林冠層樹種不同的影響。

表3 2016年4種林分平均胸徑和平均樹高比較

數(shù)據(jù)為平均值±標準誤差；同一個指標變量的不同字母代表差異顯著(P< 0.05)

3.2 不同林分生物量及其分配特征

3.2.1 喬木層生物量及其分配特征

圖1 不同林分喬木層各器官生物量 Fig.1 Biomass of different organs of tree layer in the four stands不同小寫字母表示不同林分相同組分生物量差異顯著(P<0.05)；P(CK):馬尾松對照林 Control forest of P. massoniana plantation; P(CN):馬尾松改造林 Close-to-nature forest of P. massoniana plantation; C(CK):杉木對照林 Control forest of C. lanceolata plantation; C(CN):杉木改造林Close-to-nature forest of C. lanceolata plantation

圖1顯示了近自然化改造后的第8年(2016年)不同林分喬木層及其各器官生物量情況,P(CK)、P(CN)、C(CK)、C(CN)喬木層生物量總量分別為257.1、380.1、97.4、135.5t/hm2,無論是馬尾松、還是杉木,改造林喬木層生物量總量均高于其對照林,近自然化改造8年后,馬尾松和杉木人工林喬木層生物量分別提高47.8%和39.1%。 除樹皮外,改造林P(CN)和C(CN)的樹干、樹枝、樹葉和樹根生物量均顯著高于其對照林分P(CK)和C(CK)。無論改造與否,馬尾松林喬木生物量P(CK)和P(CN)均顯著高于C(CK)和C(CN)。

由圖2可以看出,樹干是4種林分生物量的主體部分,在喬木生物量的分配比例最大,占喬木生物量總量的55.4%—59.9%,其次是根系,再次是枝條和樹皮,葉片的生物量分配最小,不同林分樹枝和樹皮的分配比例有所差異,但樹枝和樹皮生物量分配比例的差異均不顯著(P> 0.05)。4種林分喬木層各器官生物量的分配也有所差異,改造林P(CN)和C(CN)枝條和葉片生物量的分配顯著高于對照林P(CK)和C(CK),但改造林P(CN)和C(CN)樹干和樹皮的生物量分配比例低于對照林P(CK)和C(CK),表明近自然化改造可以顯著促進葉片和枝條的發(fā)育,而減少樹干和樹皮在林木生物量中的分配。而在不同的樹種之間,無論改造與否,馬尾松林P(CN)和P(CK)葉片的分配低于杉木林C(CN)和C(CK),而樹皮的分配比例高于杉木林。表明樹種不同,不同器官生物量在林木中的分配比例也存在差異。

圖2 不同林分喬木層各器官生物量分配 Fig.2 Biomass allocation of different organs of tree layer in the four stands

3.2.2 地被層生物量及其分配特征

在改造后的第8年,P(CK)、P(CN)、C(CK)、C(CN)4種林分灌木層生物量總量在0.287—0.329t/hm2之間,除C(CK)和C(CN)之間存在顯著差異外,其他林分間灌木層生物量總量均無顯著差異(P>0.05),灌木層地下部分雖然存在顯著差異,但并無明顯規(guī)律,地上部分生物量在4種林分間均無顯著差異(圖3)。表明近自然化改造后第8年,杉木林灌木層生物量有所下降,而馬尾松林并無顯著變化。

草本層生物量總量在0.130—0.645t/hm2之間。改造之后,馬尾松和杉木人工林草本層及各組分生物量均有所降低,且馬尾松林差異達到顯著水平(P< 0.05)。在馬尾松和杉木林之間,草本層生物量及其各組分生物量也存在顯著差異,杉木林C(CK)和C(CN)草本層生物量顯著高于馬尾松林P(CK)和P(CN) (P< 0.05)(圖3)。表明近自然化改造處理和樹種均對草本層生物量有顯著影響。

近自然化改造實施8a后,4種林分凋落物現(xiàn)存量總量在3.370—4.465t/hm2之間,不同林分間凋落物現(xiàn)存量總量及各組分現(xiàn)存量與對照林P(CK)和C(CK)之間均無顯著差異(P> 0.05),但未分解凋落物和半分解凋落物現(xiàn)存量在馬尾松林P(CK)、P(CN)和杉木林C(CK)、C(CN)之間存在顯著差異。馬尾松林半分解組分現(xiàn)存量顯著高于杉木林,而未分解組分現(xiàn)存量顯著低于杉木林(圖3)。表明近自然化改造對馬尾松和杉木人工林凋落物現(xiàn)存量總量均無顯著影響。

3.2.3 林分生物量及其分配

表4顯示了2016年4種人工林生態(tài)系統(tǒng)和各組分生物量及其分配情況,由表4可以看出,近自然化改造實施8年后,改造林分P(CN)和C(CN)生態(tài)系統(tǒng)生物量總量比對照林P(CK)和C(CK)分別高出46.71%和37.24%。其中,改造林喬木層生物量比對照林分別高出47.84%和39.08%。而灌木層、草本層生物量和凋落物現(xiàn)存量在改造8年后變化情況不同,或增或減,或無顯著變化。表明,近自然化改造可顯著提升喬木層生物量和林分生物量總量。此外,無論改造與否,馬尾松林P(CK)和P(CN)林分生物量總量也顯著高于杉木林C(CK)和C(CN)。

4種林分各組分在生態(tài)系統(tǒng)生物量總量中的分配比例,均以喬木層最大,凋落物層居次,灌木層和草本層最小,僅喬木層生物量就占據(jù)林分生物量總量的95.48%—98.82%,而凋落層現(xiàn)存量、灌木層和草本層三者生物量總和僅占林分生物量總量的1.18%—4.52%。由此可以看出,4種林分生態(tài)系統(tǒng)生物量基本由喬木層主導,喬木層生物量的變化對各林分生態(tài)系統(tǒng)生物量總的變化起著決定性的作用。

表4 不同林分各組分生物量及其分配

數(shù)據(jù)為平均值±標準誤差；括號內(nèi)數(shù)據(jù)為各層次生物量占林分生物量總量的百分比

此外,相同組分生物量的分配在不同林分間也有所差異,各組分生物量分配的差異不僅出現(xiàn)在改造林和對照林之間,同時也出現(xiàn)在馬尾松和杉木兩個樹種之間,近自然化改造增加了喬木層生物量的分配,而降低了地被層(包括灌木層、草本層和凋落物層)生物量的分配,馬尾松林喬木層生物量的分配高于杉木林,而地被層生物量的分配低于杉木林。

3.3 不同林分喬木層年凈生產(chǎn)力

表5顯示了4種林分2007年至2016年間喬木層的年凈生產(chǎn)力,喬木生產(chǎn)力采用2007年至2016年共9年的年凈生物量增量的平均值與年凋落量的加和來計算。由表5可以看出,4種林分喬木層生產(chǎn)力存在顯著差異,改造林P(CN)和C(CN)高于對照林年凈生產(chǎn)力的56.3%和26.8%,僅喬木層年平均生物量凈增量就分別高于對照林的92.1%和64.9%。由此可見,經(jīng)過近自然化改造,林分喬木生產(chǎn)力大幅提升,且馬尾松人工林,近自然化改造對生產(chǎn)力的促進效益更加明顯,改造后,喬木生產(chǎn)力提升到改造前的1.9倍。

表5 不同林分年凈生產(chǎn)力(2007—2016年)

數(shù)據(jù)為平均值±標準誤差；同一個指標變量的不同字母代表差異顯著(P<0.05)

由表5還可以看出,馬尾松和杉木人工林近自然化改造后,林分生產(chǎn)力的提高主要歸因于喬木生產(chǎn)力的大幅提升。因為各林分年凋落量并無顯著差異,而且林分其他組分,諸如灌木層和草本層,因其生物量在林分所占的比例極小,對林分生產(chǎn)力并無顯著影響。因而,喬木生物量的快速增長才是林分生產(chǎn)力提升的直接原因。

4 結(jié)論與討論

森林生物量和生產(chǎn)力的影響因素較多,氣候、土壤、水熱條件、森林類型都會對森林生產(chǎn)力產(chǎn)生影響[5,34- 35],而對人工林來說樹種、林齡、造林模式及經(jīng)營管理活動都會影響到林分的生物量和生產(chǎn)力[18,36- 39],人工林近自然化改造,通過強度間伐和林下補植兩種關鍵措施調(diào)整林分的群落結(jié)構,必然對生物量產(chǎn)生影響。本研究結(jié)果顯示近自然化改造8年后,馬尾松和杉木人工林林分生物量增加了46.71%和37.24%,年凈生產(chǎn)力提高56.3%和26.8%。由此看來,近自然化改造對林分生長量的促進效果極為明顯,喬木生長量的增加直接增加了林分生物量和生產(chǎn)力。生物量增加的速度加快的主要原因是補植珍貴鄉(xiāng)土闊葉樹種后,林分結(jié)構發(fā)生改變,林分的密度結(jié)構,樹種結(jié)構、層次結(jié)構發(fā)生改變,一方面促使主林層林木生長量和生物量的快速增長,另一方面促進補植樹種的快速增長,二者共同促進喬木層和林分生物量的快速增加。此外,本研究還發(fā)現(xiàn),無論改造與否,馬尾松人工林喬木生物量都遠高于杉木林,主要原因是南亞熱帶地區(qū)是杉木分布的邊緣產(chǎn)區(qū),20年后,林木生長速度已經(jīng)過了高峰期,甚至生活力開始下降,而馬尾松是該地區(qū)的鄉(xiāng)土樹種,作為馬尾松的主產(chǎn)區(qū),馬尾松在南亞熱帶地區(qū)具有最適宜的生長環(huán)境,23年生的馬尾松林正值生長高峰期,因而無論改造與否,馬尾松林的喬木生物量遠高于杉木林。

從林分生物量的分配上看,林分生物量總量的95.48%—98.82%由喬木層貢獻,表明,喬木層生物量和生產(chǎn)力的提高對林分生物量增加起著主導作用。而地被層生物量雖然在林分間有顯著差異,但由于在林分生物量中所占的比重極小,對林分生物量總量變化的貢獻可忽略不計,這與先前的研究結(jié)論較為一致[2- 3,20]。這一結(jié)果同時反映了人工林林分結(jié)構單一,林下植被稀少,喬木層的高度郁閉,限制了林下植被的生長和發(fā)育,近自然化改造盡管改善了林分喬木層的結(jié)構組成,大幅提升了喬木層的生物量,但對林下植被層生物量的貢獻極其有限。

本研究中,4種林分喬木層生物量的分配順序為樹干 > 樹根 > 枝條 > 樹皮 > 葉片,這一結(jié)果雖然與國內(nèi)外多數(shù)樹種人工林的結(jié)果相似[2,20,24,40],然而,不同經(jīng)營模式的林分間,相同樹種的相同器官在林分中的分配比例有顯著差異,本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)近自然化改造可以顯著促進葉片和枝條的發(fā)育,而減少樹干和樹皮在林木生物量中的分配。這表明,近自然化改造以后,尤其是強度間伐和林下補植的干擾,林分結(jié)構得以改善,林木個體獲得較好的生長條件和生長空間而快速生長。為增加生態(tài)系統(tǒng)光合生產(chǎn)力以滿足林木個體生長的需求,林木個體通過增加枝條和葉片的數(shù)量(增加葉面積)和比重以達到增加光合生產(chǎn)力的目的。

如上所述,在人工林生物量和生產(chǎn)力的影響因子中,林齡對人工林生物量的影響是非常關鍵的[4,41- 42]。林齡不僅影響林分生物量的總量,而且影響到林分生物量在各組分的分配[4]。林分生物量隨林齡增長動態(tài)變化是反映森林生態(tài)系統(tǒng)活力的重要指標,尤其是生態(tài)系統(tǒng)長期生物量動態(tài)特征的研究,對森林健康程度和人工林可持續(xù)經(jīng)營的研究意義重大[5,34]。本研究反映的是2016年對林分各組分生物量調(diào)查的結(jié)果,即近自然化改造8年后的林分生物量,因而得出的生物量結(jié)果是階段性的,無法代表近自然化改造對林分生物量的影響過程。然而近自然經(jīng)營對林分生物量的影響是長期的,動態(tài)的,尤其是林下灌木層和草本層生物量是往往受林下植被多樣性的影響,而光照、林分郁閉度是影響林下植物多樣性的重要影響因子[43]。而且,近自然化改造初期,由于間伐和補植作業(yè)對林地的擾動,可能導致林下植被生物量的減少,而后期由于間伐打開了空間,林下植被生物量又開始增加,直至補植樹種進入次林層,再次郁閉,林下生物量可能又會下降,因而,林下植被生物量可能呈現(xiàn)一定的波動性。因此,準確認識近自然化改造對林下植被生物量的影響,需要對林分作連年觀測,了解其動態(tài)變化規(guī)律。國內(nèi)對人工林生物量和生產(chǎn)力的研究大多局限在不同人工林短期生物量和生產(chǎn)力的比較上,或者利用空間代替時間的方法研究生物量和生產(chǎn)力的動態(tài)特征,缺乏對人工林生物量生產(chǎn)力的定位觀測研究[23- 24,41- 42,44- 46]。因而,準確而充分的認識近自然經(jīng)營對人工林生物量及其分配的影響規(guī)律,需要開展長期定位觀測研究,以便通過生物量動態(tài)變化規(guī)律深入了解近自然化改造對生物量及生產(chǎn)力的影響。

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Effectsofclose-to-naturetransformationonbiomassanditsallocationinPinusmassonianaandCunninghamialanceolataplantations

MING Angang1,2,3,LIU Shirong2,3,*,LI Hua1,3, ZENG Ji1,3,SUN Dongjing1,3,LEI Liqun1,3,MENG Mingjun1,3,TAO Yi1,3,MING Caidao1,3

1ExperimentalCenterofTropicalForestry,ChineseAcademyofForestry,Pingxiang532600,China2InstituteofForestEcology,EnvironmentandProtection,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China3GuangxiYouyiguanForestEcosystemResearchStation,Pingxiang532600,China

Close-to-nature transformation is considered one of the most promising options for creating new forest carbon sinks, but the mechanism by which it influences the biomass by changing the forest structure and thereby influencing the ability and potential of the forest for carbon sequestration remains unclear. Therefore, there is an urgent need to understand these key effects of close-to-nature transformation on the biomass for carbon management in plantation ecosystems. Based on a close-to-nature forest ofPinusmassonianaplantation (P(CN)) and an unimproved pure stand ofP.massoniana(P(CK)), and a close-to-nature stand ofCunninghamialanceolata(C(CN)) and an unimproved pure stand ofC.lanceolata(C(CK)) as the research objects, the biomass and allocation difference of the four forest types were studied using the method of quadrat sampling combined with biomass measurement, aiming to reveal the influence of close-to-nature transformation on forest biomass and its allocation patterns inP.massonianaandC.lanceolataplantation. The results indicated that the biomass and productivity ofP.massonianaandC.lanceolataplantations can be significantly increased by close-to-nature transformation, and the biomass ofP.massonianaandC.lanceolataforest stands can be increased by 46.71% and 37.24%, respectively, after 8 years. The biomass of the arborous layer dominates the total biomass (95.48%—98.82%), which plays a vital role in the overall change in forest stand ecosystem biomass. The increase in biomass and productivity in the forest is mainly due to the change in the forest stand community structure, which increases the productivity of the arborous layer. Taken together, the results indicate that reasonable management measures can not only improve stand structure and productivity, but also create favorable conditions that enhance vegetation carbon fixation capacity and potential.

close-to-nature transformation;PinusmassonianaandCunninghamialanceolataplantations；biomass; productivity; allocation

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金(CAFYBB2014QA033);廣西林業(yè)科技項目(桂林科字[2016]第37號);廣西自然科學基金項目(2014GXNSFBA118100)

2017- 04- 03;

2017- 09- 13

*通訊作者Corresponding author.E-mail: Liusr@caf.ac.cn

10.5846/stxb201704030573

明安剛, 劉世榮, 李華, 曾冀, 孫冬婧, 雷麗群, 蒙明君, 陶怡, 明財?shù)?近自然化改造對馬尾松和杉木人工林生物量及其分配的影響.生態(tài)學報,2017,37(23):7833- 7842.

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