刺槐林地凈生物生產(chǎn)力研究及相關(guān)指標(biāo)測(cè)定※

●高 嵩（甘肅省天水市秦州區(qū)林業(yè)和草原局 甘肅 天水 741000）

公益林以保護(hù)和改善人類生存環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡為主要經(jīng)營(yíng)目的，既是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是維持生態(tài)平衡和改善生態(tài)環(huán)境的重要保障。據(jù)甘肅省天水市秦州區(qū)二類資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)，秦州區(qū)刺槐（Robinia pseudoacaciaL.）林占全區(qū)林地面積的62.8%，是公益林最主要的一個(gè)林型。林地生產(chǎn)力是森林生態(tài)系統(tǒng)中最基本的數(shù)量特征[1]，可以反映林地生物生產(chǎn)能力。評(píng)價(jià)地力是公益林效益研究的指標(biāo)之一，其研究與生物量有關(guān)，可反映固碳釋氧量，評(píng)價(jià)林地固碳釋氧效益能力。本文通過(guò)對(duì)林地生物生產(chǎn)力的研究，以期為公益林生態(tài)效益監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的生態(tài)效益評(píng)估提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于秦州境內(nèi)的西秦嶺山地，屬土石山地，是2005年人工所植刺槐林地。試驗(yàn)區(qū)域土壤為黃土，土壤厚約50 cm，年平均降水530 mm，年均氣溫8.6 ℃，海拔約1996 m，坡度31°，15年林齡，林分密度1863株/hm2，是甘肅省公益林生態(tài)效益監(jiān)測(cè)項(xiàng)目秦州區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所選的典型林地，2017～2019年持續(xù)監(jiān)測(cè)，并作統(tǒng)計(jì)。

2 研究方法

依托甘肅省公益林生態(tài)效益監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，在秦州區(qū)公益林地內(nèi)，根據(jù)不同森林類型，選擇代表性林分建立固定標(biāo)準(zhǔn)地0.08 hm2及調(diào)查樣地0.08 hm2。固定標(biāo)準(zhǔn)地與調(diào)查樣地條件相近，固定標(biāo)準(zhǔn)地只調(diào)查林木生長(zhǎng)情況（樹(shù)高、胸徑、冠幅生長(zhǎng)量等），避免調(diào)查時(shí)人為對(duì)林木生長(zhǎng)環(huán)境造成破壞；調(diào)查樣地作為輔助樣地，對(duì)灌木、草本、土壤、枯落物、樹(shù)干徑流、降水穿透量等進(jìn)行調(diào)查。通過(guò)對(duì)刺槐典型林分進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，持續(xù)對(duì)林木、灌木、草本和其他生物量進(jìn)行測(cè)定，獲取生物量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究生物生產(chǎn)力和其他相關(guān)指標(biāo)[2]。

2.1 林木生物量監(jiān)測(cè)

2.1.1 樹(shù)干生物量的測(cè)定在固定標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，對(duì)樹(shù)木進(jìn)行每木檢尺，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)木。在樣地內(nèi)選擇與標(biāo)準(zhǔn)木一致或樹(shù)高、胸徑相差5%以內(nèi)的樹(shù)木，將選取樹(shù)木從根頸處伐倒，以1 m的區(qū)分段，采用中央斷面區(qū)分求積法，公式為為第i圓盤的直徑，Dn+1為梢底直徑，Hn+1為梢長(zhǎng))，計(jì)算各解析木實(shí)際材積，求得選取標(biāo)準(zhǔn)木材積[3]。同時(shí)在樣木下、中、上各取一段，每段截取圓盤，稱每圓盤鮮重；對(duì)其兩端截取圓盤，烘干，測(cè)含水量，求干重，獲取生材體積與干重的關(guān)系（即基本密度）；最后通過(guò)樹(shù)干材積和生材體積與干重的關(guān)系，可求得樹(shù)干生物量。

2.1.2 枝和葉生物量測(cè)定采用標(biāo)準(zhǔn)枝法測(cè)定枝葉生物量[2]。標(biāo)準(zhǔn)木伐倒后，測(cè)定所有枝的基徑（d0）和枝長(zhǎng)（L），求二者的平均數(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)枝，以各±3%為標(biāo)準(zhǔn)，選取3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)枝，同時(shí)要求標(biāo)準(zhǔn)枝上的葉量應(yīng)符合中等水平。分離所選標(biāo)準(zhǔn)枝上的葉，枝和葉分別稱鮮重[3]，再分別在80～105 ℃溫度下烘烤至恒定質(zhì)量，確定枝、葉干重，以此推算出每公頃林地上的枝、葉干重，即每公頃枝、葉生物量[4]。

2.1.3 根生物量測(cè)定由于樹(shù)體不是很大，土壤較深層為石質(zhì)，根系分布有限，以測(cè)定一株或幾株樹(shù)木的根量推定單位面積根的生物量[3]。在調(diào)查樣地內(nèi)，選取胸徑、樹(shù)高與標(biāo)準(zhǔn)木相近的5株樹(shù)木，相鄰樹(shù)以中線為界，挖出根，盡量收集分布于土壤中的毛細(xì)根，清洗泥土，用水沖洗后陰干至初始狀態(tài)，稱鮮重，烘干求得干重，求得單株根系量，并根據(jù)樣方株數(shù)，推導(dǎo)出每公頃株數(shù)，從而測(cè)定出每公頃根部生物量[4]。

2.2 灌木和草本生物量調(diào)查

在調(diào)查樣地內(nèi)，根據(jù)草木類型及分布狀況，取典型樣方（1 m×1 m）5個(gè)，挖出后分地上和地下兩部分，地下部分洗凈泥土，分別稱量地上、地下兩部分質(zhì)量，即鮮重。然后在恒溫烤箱70～80 ℃烘烤8 h以上，稱量其質(zhì)量即為干重。推算每公頃林地上的灌木和草本生物量[4]。

2.3 其他生物量的測(cè)定

在樣地內(nèi)的四角、對(duì)角線的交點(diǎn)共5個(gè)位置，設(shè)立5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，設(shè)置樣方1 m×1 m，在植物停止生長(zhǎng)后，提取樣方內(nèi)物質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)植物生殖器官（種子、花等）、動(dòng)物糞便、昆蟲尸體等進(jìn)行烘干、稱重，測(cè)量其生物量。

2.4 刺槐生材材積和干重關(guān)系測(cè)定

在大燒杯中加入適量水，滴定至準(zhǔn)刻度線，讀取數(shù)據(jù)。然后將樹(shù)干解析時(shí)所截獲的圓盤放入燒杯水中，如漂浮，用細(xì)長(zhǎng)針頂壓，使其不要浮出水面，標(biāo)下刻度，然后倒掉水和圓盤，加水至刻度線，用量筒量取水容積，測(cè)取圓盤體積。再烘干，求取干重，測(cè)算刺槐生材材積和干重關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 樹(shù)干生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果

見(jiàn)表1、表2。

表1 平均標(biāo)準(zhǔn)木林分蓄積量

表2 樣木干重

由表1、表2可知，在樹(shù)干下部、中部、上部區(qū)分段各截取2個(gè)圓盤，共6個(gè)，稱鮮重，用排水法求圓盤體積，再在恒溫烤箱105 ℃烘烤24 h，稱取干重。經(jīng)計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)干總干重為18.0566 kg。樣木樹(shù)干生物量總干重為2690.4334 kg，由此推算，每公頃樹(shù)干生物量干重為33 630.4175 kg。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)木枝、葉生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果

見(jiàn)表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)木枝、葉生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果 單位：kg

由表3可知，標(biāo)準(zhǔn)木枝、葉生物量分別為2.0716 kg、2.1559 kg，可依次推出樣方林分枝、葉生物量分別為308.6684 kg、321.2291 kg，每公頃枝、葉生物量為3858.355 kg、4015.2838 kg。

3.3 根部生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果

見(jiàn)表4。

表4 根部生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表4可知，樣木根干重為2.8026 kg，由此推算出樣方根干重為417.5874 kg，每公頃根生物量為5219.8425 kg。

3.4 灌木、草本生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果

見(jiàn)表5。

表5 灌木、草本生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果 單位：g/m2

由表5可知，灌木、草本干質(zhì)量平均監(jiān)測(cè) 值 分 別 為25.362 g/m2、135.688 g/m2， 則 推算每公頃灌木、草本生物量分別為253.62 kg、1356.88 kg。

3.5 其他生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果

見(jiàn)表6。

表6 其他生物量結(jié)果 單位：g/m2

根據(jù)監(jiān)測(cè)，主要樹(shù)木生殖器官、動(dòng)物糞便、尸體（昆蟲）等生物量每平方米平均干重為1.9532 g，則每公頃其他生物量為19.532 kg，見(jiàn)表6。

3.6 公益林主要林型刺槐林地上生物量匯總結(jié)果

公益林15年刺槐林型典型林地上生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表7。

表7 公益林15年刺槐林型典型林地上生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果 單位： kg/hm2

4 結(jié)論與分析

4.1 林地生物生產(chǎn)力

林地生產(chǎn)力是林地上一定時(shí)間內(nèi)的單位面積上生產(chǎn)的生物量。因此，根據(jù)生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果（表7），采用公式S為林地平均凈生產(chǎn)力、W為單位面積總生物量、N為林齡、Wi為林地上各部分生物量，得出林地年平均凈生產(chǎn)力為3223.60 kg/hm2。林地生產(chǎn)力的研究，反映這一立地條件和林木生長(zhǎng)階段下的林地生產(chǎn)狀況，評(píng)價(jià)立地條件，也可以作為相近立地條件的刺槐林地生物生產(chǎn)力的參考值。

4.2 林地固碳釋氧量效益

固碳釋氧量及效益研究，與生物量有關(guān)系，可以研究單位林地面積固碳釋氧量及效益。根據(jù)固碳量U碳=1.63×R碳×A×B年×C碳[U碳為林分年固碳價(jià)值（元/年）；A為林分面積（hm2）；C碳為固碳價(jià)格（元/kg）,參照 Titus（1992）得出的純碳成本為0.038 美元/kg，按現(xiàn)行匯率計(jì)算1美元約合7元人民幣，純碳價(jià)格約為0.266元/kg；R碳為CO2中碳的含量，為27.27%；B年為林分凈生產(chǎn)力（kg/hm2）]。釋氧量U氧=1.19×C氧×A×B年（U氧為釋放氧氣價(jià)值，C氧為純氧價(jià)格，為0.377 85元/kg，A、B年同上）[5,6]。根據(jù)研究，固碳效益每年為381.15元/hm2，釋氧效益每年為1449.46元/hm2，年均刺槐林地固碳釋氧效益1830.61元/hm2。

4.3 刺槐樹(shù)木的基本密度（公定容重）

基本密度是木材鮮重狀態(tài)下單位體積木材的絕對(duì)干重。根據(jù)刺槐生材材積與干重之間的監(jiān)測(cè)結(jié)果（表2），采用公式式中M為基本密度、n為樣本數(shù)、Gi為樣本干重、Vi為樣本體積。計(jì)算得出西秦嶺山地地區(qū)刺槐林木材基本密度（公定容重）為0.685 g/cm3。這一研究可對(duì)高大樹(shù)木在測(cè)量生材材積的同時(shí)確定干重，很大程度減輕監(jiān)測(cè)工作量，為持續(xù)的生態(tài)效益監(jiān)測(cè)提供參考。

4.4 刺槐林分單株生物量模型（各部分重量比）

根據(jù)生物凈生產(chǎn)力監(jiān)測(cè)研究中生物量臨測(cè)結(jié)果（表7），采用公式式中Fi為標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)體各部分占樹(shù)體總重量的百分比、Wi為標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)體各部分生物量、W為標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)體總生物量。計(jì)算得出樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉及樹(shù)根占總質(zhì)量百分比分別為71.977%、8.258%、8.593%、11.172%。也就是在上述條件下刺槐林木單株生物量模型，可以在今后持續(xù)的森林生態(tài)效益監(jiān)測(cè)中做工程效益評(píng)估運(yùn)用，這一數(shù)據(jù)亦可在相鄰地區(qū)或立地和密度相近條件作評(píng)估參考。