埃塞俄比亞本尚古勒－古馬茲州低地竹生物量的研究

尹準(zhǔn)生，鄭云峰，康 樂(lè)

（國(guó)家林業(yè)和草原局華東調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，浙江 杭州310019）

竹子作為可再生林業(yè)資源之一經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益顯著，開(kāi)發(fā)潛力較大。埃塞俄比亞共有竹林面積147.45萬(wàn)hm2，是非洲竹林資源最為豐富的國(guó)家，竹林面積約占非洲竹林總面積的40%［1］。低地竹（Oxytenanthera abyssinica）是埃塞俄比亞最為主要的竹種，其竹林面積占全國(guó)竹林總面積的80%以上［2］。低地竹（又叫銳藥竹）為禾本科竹亞科滇竹屬植物，是典型的短粗型叢生竹，叢內(nèi)立竹較密集，稈木質(zhì)、直立，壁厚或?qū)嵭模恐駨揭话銥?～10 cm，高達(dá)3～10 m，種子發(fā)芽力僅1 a，開(kāi)花周期約30 a［3－4］。滇竹屬已知有25種以上，分布于非洲和亞洲熱帶；中國(guó)已知有2種，均見(jiàn)于云南西雙版納，長(zhǎng)期處于自然狀態(tài)、粗放經(jīng)營(yíng)。埃塞俄比亞境內(nèi)的低地竹資源主要分布于本尚古勒－古馬茲州、奧羅莫州和阿姆哈拉州西部等地區(qū)，依托其資源優(yōu)勢(shì)開(kāi)展相關(guān)研究，以期指導(dǎo)該屬竹類經(jīng)營(yíng)管理。生物量分配格局很大程度上決定了竹材利用方式和加工途徑［5］，為了更好地發(fā)揮低地竹等資源優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)叢生竹類開(kāi)發(fā)利用，研究通過(guò)對(duì)低地竹生物量數(shù)據(jù)的綜合分析，探索低地竹的生物量分配格局，為竹材創(chuàng)新利用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，對(duì)于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和綠色可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處本尚古勒－古馬茲州（Benishangul-Gumuz）的Assosa、Kamashi、MaoKomo 3個(gè)區(qū)，位于埃塞俄比亞西北部，地理坐標(biāo)為34°7’48”～37°2’2”E，8°47’10”～11°56’6”N，平均海拔580～2 731 m，土地總面積243.96萬(wàn)hm2。屬于熱帶草原氣候，全年高溫，干濕季分明。年平均降雨量為800～2 000 mm，年平均氣溫為20～40℃。調(diào)查區(qū)位置圖見(jiàn)圖1。

圖1 調(diào)查區(qū)位置圖Fig.1 Location of survey area

1.2 樣地設(shè)置及目標(biāo)竹選擇

2017年上半年，在研究區(qū)內(nèi)采用典型抽樣方法選擇低地竹林，設(shè)置樣地大小為20 m×40 m（0.08 hm2）。在樣地內(nèi)選擇稈梢完整、節(jié)間無(wú)畸形短縮、1－3年生的立竹作為試驗(yàn)材料。從竹株基部伐倒，每稈檢尺，分別測(cè)量并記錄竹齡、胸徑、稈高。竹葉自葉柄處摘下后稱葉片鮮重，削去枝條，截去稈徑小于1 cm的尾梢，將竹稈、竹枝、竹葉分離并分別稱量質(zhì)量。竹稈分為5等分，從基部到梢依次為1－5段，烘干分段稱重，并稱量每株的枝梢葉重。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013，應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析擬合生物量相關(guān)方程，用Origin 2018進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果分析

2.1 低地竹的生物量

低地竹的生物量是竹林產(chǎn)量的重要指標(biāo)，而低地竹稈是主要用材部分。因此測(cè)定竹稈生產(chǎn)量，探究低地竹生物量在各器官的分配情況，有利于評(píng)價(jià)竹林生產(chǎn)量、稈材利用情況和稈材經(jīng)濟(jì)價(jià)值。根據(jù)統(tǒng)計(jì)低地竹各器官生物量大小為稈＞枝＞葉。其中，竹稈作為主要用材部分占比最高，稈重在1.6～15.6 kg之間，平均稈重為6.28 kg；枝和葉的平均生物量分別為0.76 kg、0.29 kg，占比為10.35%、4.03%。

2.2 低地竹生物量與胸徑、稈高的相關(guān)性

低地竹的胸徑范圍在2～5.7 cm之間，平均胸徑為3.6 cm，稈高4.5～12.6 m，平均稈高8.1 m。通過(guò)Pearson相關(guān)性分析可以發(fā)現(xiàn)，低地竹的胸徑、稈高與稈重存在極顯著的相關(guān)性，低地竹稈重與胸徑的person相關(guān)系數(shù)為0.907（P＜0.001），與稈高的相關(guān)系數(shù)為0.868（P＜0.001），胸徑與稈高的相關(guān)系數(shù)為0.794（P＜0.001）。說(shuō)明低地竹的稈重受到胸徑和稈高影響，其中胸徑對(duì)稈重的影響更大。

在生產(chǎn)中利用單因素估算竹稈重量時(shí)，胸徑估算的準(zhǔn)確度高于使用稈高估算。生物量模型概括起來(lái)有3種基本類型：線性模型、非線性模型、多項(xiàng)式模型，線性模型和非線性模型根據(jù)自變量的多少，又可分為一元或多元模型，非線性模型的應(yīng)用最為廣泛。進(jìn)一步根據(jù)低地竹稈干重與胸徑的散點(diǎn)圖進(jìn)行3種基本類型模型擬合。本次試驗(yàn)選擇線性、二次、三次、對(duì)數(shù)、指數(shù)、邏輯斯蒂和冪7種函數(shù)模型進(jìn)行函數(shù)擬合，通過(guò)擬合發(fā)現(xiàn)所有曲線函數(shù)均達(dá)到極顯著水平（P＜0.001）（表1）。根據(jù)擬合優(yōu)度，低地竹干重與胸徑的最佳擬合函數(shù)為三次函數(shù)（R2＝0.864），擬合方程為y＝－0.173D3＋2.33D2－6.09D＋5.63（圖1，A）。進(jìn)一步研究低地竹生物量與稈高的關(guān)系。通過(guò)曲線擬合，發(fā)現(xiàn)所有曲線函數(shù)均達(dá)到極顯著水平（P＜0.001）（表1），稈重和稈高最優(yōu)擬合曲線為三次函數(shù)（R2＝0.787），擬合方程為y＝10.14－3.89H＋0.55H2－0.02H3（圖1，B）。

表1 稈重與稈高、胸徑的擬合函數(shù)擬合度檢驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Fitting function test results of culm weight，culm height and DBH

由于出筍空間和時(shí)間差異，竹林內(nèi)的竹筍獲得的光照、水分及養(yǎng)分亦不相同，對(duì)竹筍生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響，因此胸徑相同的立竹稈高不盡相同，其單株稈鮮重亦有差異，如本次測(cè)到胸徑相似的低地竹，其稈高相差較多。因此在測(cè)產(chǎn)時(shí)，有條件的就使用胸徑、稈高雙因素。曲線回歸分析表明，發(fā)現(xiàn)所有曲線函數(shù)均達(dá)到極顯著水平（P＜0.001）（表1），胸徑、稈高雙因素對(duì)低地竹干重影響的最佳擬合方程為二次函數(shù)曲線（R2＝0.913，P＜0.001），擬合曲線方程：y＝0.000 7（DH）2＋0.200 4（DH）－0.62（圖2）。結(jié)果表明，應(yīng)用胸徑、稈高雙因素對(duì)稈重的估算結(jié)果比單因素估算更準(zhǔn)確。

圖2 稈重與胸徑（A）稈高（B）的曲線回歸分析Fig.2 Regression analysis between culm weight and DBH or culm height

圖3 稈重與胸徑×稈高的曲線回歸分析Fig.3 Regression analysis between culm weight and DBH×culm height

3 結(jié)論與討論

低地竹各器官生物量大小為稈＞枝＞葉，竹稈作為主要用材部分占比最高，低地竹的枝和葉占比為10.35%、4.03%。低地竹稈壁厚近實(shí)心，稈的生物量占竹子地上部分的生物量比重較高，是較為優(yōu)質(zhì)的用材竹種，同時(shí)其枝葉生物量仍具有一定的比重。研究發(fā)現(xiàn)低地竹具有較好的天然防蛀、防腐以及防霉防變色性能，同時(shí)在埃塞俄比亞，低地竹的竹葉也普遍應(yīng)用于畜牧飼料中，有較高的飼用和建材價(jià)值［6－7］。并且其存在分布面積廣、易于取材的特點(diǎn)，因此如果充分利用好低地竹這一部分資源，對(duì)提高林地的經(jīng)濟(jì)效益有很大幫助。

研究以低地竹的胸徑和稈高作為自變量，以生物量作為因變量，建立的二因素模型相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平。因此可通過(guò)低地竹胸徑和稈高對(duì)地上部分的生物量進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。單因素條件下，胸徑與稈重的回歸曲線為y＝－0.173D3＋2.33D2－6.09D＋5.63；稈高與稈重的回歸曲線為：y＝－0.173H3＋2.33H2－6.09H＋5.63。已知胸徑和稈重時(shí)，符合回歸曲線：y＝0.000 7（DH）2＋0.200 4（DH）－0.62，雙因素對(duì)稈重的預(yù)測(cè)更為準(zhǔn)確。該模型在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用當(dāng)中只需調(diào)查低地竹的胸徑或稈高，即可計(jì)算地上部分的生物量，使用簡(jiǎn)便、可操作性強(qiáng)。并且通過(guò)分析低地竹的現(xiàn)有存量和新增生物量及其在器官中的分配可以為低地竹生活史、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、群落動(dòng)態(tài)、植物演化趨勢(shì)、全球變化模擬等研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為森林生產(chǎn)管理、培育優(yōu)質(zhì)林木資源提供理論參考［8］。由于竹種不同，因此該模型只適用于為低地竹地上部分生物量預(yù)估提供借鑒。

4 不足與展望

試驗(yàn)僅對(duì)低地竹地上部分的生物量進(jìn)行了研究，地下部分竹蔸和竹鞭等的生物量沒(méi)有涉及。因此，接下來(lái)需進(jìn)一步深入探究低地竹地下部分的生物量與叢生物量的模型構(gòu)建，探討叢生物量與竹叢及林分生物量之間的相關(guān)關(guān)系，為全面掌握低地竹生物量情況提供參考。