木荷人工林生物量及生產(chǎn)力研究

韋昌幸，張黨權(quán)，王鳳琴，嚴(yán) 理，秦武明

（1.廣西國有高峰林場，南寧 530001；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 林業(yè)生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙 410004；3.廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004）

森林生物量是指在特定的時間范圍內(nèi)，單位面積內(nèi)實(shí)存生活的某個或某幾個生物物種或一個整體生物群落中的有機(jī)物質(zhì)干重[1]。木荷（Schima su?perba）為山茶科（Theaceae）木荷屬常綠大喬木，又名荷木、荷樹；廣泛分布于我國安徽、廣東、湖南、貴州、廣西等地，屬東亞亞熱帶常綠闊葉樹種；因其鮮葉含水率高，不易燃燒，是我國南方地區(qū)主要防火樹種之一。李志輝等[2]將木荷列為珍貴樹種，因其具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和生態(tài)價值。

目前，對木荷的研究主要集中在育苗[3]、造林技術(shù)[4]、生態(tài)群落和功能[5-7]、病蟲害防治[8-9]、群落生物量[10]等方面。對木荷人工林生物量及其生產(chǎn)力的研究還未見報(bào)道。本文從生物量及生產(chǎn)力入手，研究48年生木荷人工林的生長情況，為木荷人工林科學(xué)、快速發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西國有高峰林場六里分場10林班36 小班（108°21'E，22°58'N），年均溫度21.8℃，極端高溫40℃，極端低溫-2℃，≥10℃年積溫約7 200℃，年均降水量1 350 mm，主要降雨月份為5—9月，年日照時數(shù)1 450～1 650 h，蒸發(fā)量1 250～1 620 mm，空氣相對濕度79%。土壤類型主要為赤紅壤，厚度80 cm 以上，腐殖質(zhì)層約15～20 cm，持水能力、保肥能力均較好。木荷人工林造林苗木為實(shí)生苗，株行距約3 m×3 m，調(diào)查時林齡為48年，林分郁閉度為0.7，林分保存密度為976株/hm2。

1.2 研究方法

1.2.1 林分調(diào)查與解析木選取

對試驗(yàn)林進(jìn)行實(shí)地踏查后，按照典型選樣原則選取木荷人工林臨時標(biāo)準(zhǔn)樣地4 塊，每塊樣地400 m2（20 m×20 m）。測量所有木荷的冠幅、胸徑、樹高、枝下高等數(shù)據(jù)，挑選8株能代表樣地實(shí)際胸徑平均水平的樣木作為解析木（標(biāo)準(zhǔn)木），這些解析木必須是生長正常且不斷梢的。

1.2.2 生物量與生產(chǎn)力測定

單株標(biāo)準(zhǔn)木生物量測定。單株標(biāo)準(zhǔn)木生物量為地上部分生物量和根系部分生物量的總和。地上部分生物量為樹干、樹皮、樹枝和樹葉生物量的總和。根系部分生物量為根蔸、粗根、中根和細(xì)根生物量的總和。對地上部分各器官和地下部分各器官進(jìn)行采收后，現(xiàn)場分別稱量記錄鮮重，各取樣500～1 000 g 帶回實(shí)驗(yàn)室，放入烘干箱用85℃恒溫烘干至重量不變，計(jì)算各器官的含水率和干質(zhì)量，最后推算木荷各器官的生物量，求算木荷單株總生物量。其中根系部分采用全根挖掘方法，粗根直徑≥2.0 cm、中根直徑0.5～2.0 cm、細(xì)根直徑＜0.5 cm。

喬木層生物量測算。建立生物量模型是研究森林生物量最主要的方法，也是比較準(zhǔn)確而有效的方式[11]。根據(jù)各徑階標(biāo)準(zhǔn)木各器官的生物量，計(jì)算各徑階標(biāo)準(zhǔn)木總生物量。根據(jù)木荷標(biāo)準(zhǔn)木生物量數(shù)據(jù)，分別建立樹干、樹皮、樹枝、樹葉、根兜、粗根、中根、細(xì)根各器官及單株生物量的回歸模型。將樣方實(shí)際測量所得的樹高和胸徑數(shù)值帶入公式逐一計(jì)算，得出木荷林樣方生物量總和，最后推算林分總生物量。

林下層生物量測定。每個標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)各設(shè)置6個小樣方，每個小樣方的面積為1 m2（1 m×1 m），分別記錄小樣方內(nèi)植物的種類、數(shù)量、高度和覆蓋度等數(shù)據(jù)。由于木荷人工林郁閉度大，林下層植被量少，收獲時采取混合采收的方法。采用樣方收獲法，分別采收灌草層植物和凋落物，現(xiàn)場測定并記錄，各取樣200～500 g帶回實(shí)驗(yàn)室，放入烘干箱用85℃恒溫烘干至重量不變，分別求算灌草層、凋落物層的含水率和干質(zhì)量，最后求算出木荷林下層總生物量。

生產(chǎn)力的測算。采用生物量年平均生長量指標(biāo)對48年生木荷人工林生產(chǎn)力進(jìn)行估算，各器官生產(chǎn)力為各器官的生物量除以各器官生長年限所得數(shù)值。48年生木荷生長年限長，因新陳代謝等原因，各器官的生長年限實(shí)際有所不同。參照灰木蓮（Manglietia glauca）人工林生物量和生產(chǎn)力的研究[12]、廣西英羅港5種紅樹植物群落的生物量和生產(chǎn)力[13]研究方法，本文按48年計(jì)算樹干、樹皮和根蔸的生長年限，按20年估算粗根、大枝、側(cè)枝的生長年限，按5年估算樹葉、中根、細(xì)根的生長年限。因無法統(tǒng)計(jì)測算木荷林中被蟲食的生物量和已凋落分解的生物量，所以由此方法估算出的林分生產(chǎn)力比真實(shí)值稍偏小。

2 結(jié)果與分析

2.1 木荷生物量估算模型

根據(jù)測定所得標(biāo)準(zhǔn)木生物量，以及各器官生物量結(jié)果，以關(guān)系式W=aDb和W=a（D2H）b，對木荷人工林生物量與胸徑（D）和樹高（H）的關(guān)系借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行擬合，篩選最優(yōu)生物量估算模型。結(jié)果表明，木荷各器官和單株生物量擬合以單株生物量的估算模型效果最理想，擬合相關(guān)系數(shù)達(dá)0.988 7（表1）。

表1 各器官和單株生物量回歸模型Tab.1 Regression models of biomass for individual and each organ

2.2 木荷單株生物量的分布

木荷單株生物量為81.61～576.12 kg，最大徑階單株生物量是最小徑階的7.06 倍；12 cm 徑階的單株生物量為81.61 kg，16 cm 徑階為137.68 kg，20 cm徑階為230.89 kg，24 cm 徑階為303.01 kg，28 cm 徑階為391.13 kg，32 cm 徑階為576.12 kg；單株各器官生物量隨徑階的增長而增長；不同徑階生物量在各器官的分配呈現(xiàn)一致的規(guī)律，表現(xiàn)為樹干＞樹根＞樹皮＞樹枝＞樹葉（表2）。

表2 木荷人工林不同徑階單株生物量分布Tab.2 Individual biomass distribution of different diameter classes of Schima superba plantation

2.3 木荷人工林林分生物量分析

木荷人工林喬木層生物量為268.71 t/hm2，占林分總生物量（281.79 t/hm2）的95.36%，其中地上部分和地下部分生物量分別為205.45和63.26 t/hm2，占喬木層比重分別為76.46%和23.54%，占林分總生物量比重為72.91%和22.45%（表3）。喬木層各器官生物量占林分總生物量比重排序?yàn)闃涓桑?5.70%）＞根篼（16.03%）＞樹皮（13.32%）＞樹枝（11.43%）＞粗根（4.43%）＞樹葉（2.46%）＞中根（1.70%）＞細(xì)根（0.29%）。

木荷人工林林下層總生物量為13.08 t/hm2，僅占林分總生物量的4.64%。其中凋落物層、灌草層的生物量分別為8.42和4.66 t/hm2，分別占林分總生物量的2.99%和1.65%。

表3 木荷人工林生物量分布Tab.3 Biomass distribution of Schima superba plantation

2.4 木荷人工林生產(chǎn)力

與生物量不同，生產(chǎn)力主要衡量生物量的累積速率。木荷人工林總生產(chǎn)力為7.89 t·hm-2·a-1，喬木層生產(chǎn)力為7.77 t·hm-2·a-1，占總生產(chǎn)力的98.48%；灌草層生產(chǎn)力為0.12 t·hm-2·a-1，占比1.52%；生產(chǎn)力在地上部分、地下部分、灌草層的分布情況為地上部分（81.75%）＞地下部分（16.73%）＞灌草層（1.52%）；喬木層各器官生產(chǎn)力順序?yàn)闃涓桑?4.49%）＞樹枝（20.72%）＞樹葉（17.76%）＞根篼（12.10%）＞樹皮（10.04%）＞粗根（3.34%）＞中根（1.29%）＞細(xì)根（0.26%）（表4）。

表4 木荷人工林生產(chǎn)力分布情況Tab.4 Productivity and distribution of Schima superba plantation

3 結(jié)論與討論

木荷人工林生物量地上部分（205.45 t/hm2）與地下部分（63.26 t/hm2）的比值為3.25，相比其他樹種偏小，如貴州西部光皮樺（Betula luminifera）的比值為6.75[14]，15年生桉樹（Eucalyptus）的比值為5.24[15]，原因主要為木荷地上部分生長相對緩慢，地下根系生長較發(fā)達(dá)。木荷人工林根蔸和粗根的生物量占地下部分生物量的91.15%，中根與細(xì)根的生物量很少，說明木荷主根系發(fā)達(dá)，側(cè)根不發(fā)達(dá)。

結(jié)果顯示，木荷人工林95.36%的生物量來自喬木層，林下層僅為4.64%。李春葉[16]在研究細(xì)葉云南松（Pinus yunnanensisvar.tenuifolia）生物量與生長規(guī)律中指出，細(xì)葉云南松喬木層生物量為461.95 t/hm2，占林分總生物量的95.79%，與本研究結(jié)果一致。木荷人工林喬木層生物量占比大而林下層生物量占比特別小的原因?yàn)閱棠緦佑糸]度過高，林下層光線嚴(yán)重不足，形成了林下相對陰涼的小氣候，林下植被在小氣候中無法很好的生長和發(fā)育，其所累積的生物量也嚴(yán)重偏少。在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營活動中，可通過適當(dāng)?shù)拈g伐撫育降低林分郁閉度，讓林下陽光更充足，增加林下植被量，從而增加林下生物量的累積。

木荷人工林總生產(chǎn)力為7.89 t·hm-2·a-1，相對其他樹種偏小，如50年生青岡櫟（Cyclobalanopsis glau?ca）林分總生產(chǎn)力為18.57 t·hm-2·a-1[17]，主要原因?yàn)槟竞闪衷缙谠炝謺r管護(hù)相對粗放，生長過程中未進(jìn)行間伐撫育管理，以及在生長的過程中受到人為因素和自然因素的影響等。同時木荷在林業(yè)經(jīng)營中普遍作為防護(hù)樹種來經(jīng)營，江雪梅等[18]在探討茂名市防火林帶樹種選擇時指出，木荷的防火能力隨樹齡的增大而增強(qiáng)；吳家星[19]在生物防火林帶樹種選擇及其營造技術(shù)研究中指出木荷是主要防火樹種之一，所以在實(shí)際經(jīng)營管理過程中，更重視木荷的防火作用，忽視了木材的產(chǎn)量，不重視良種育苗、施肥撫育、間伐管理等技術(shù)措施。在木荷人工林營造中，應(yīng)結(jié)合木荷林的種植目的，采取必要的技術(shù)手段，讓木荷人工林發(fā)揮更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。