東南沿海木麻黃人工林生物量和生產(chǎn)力的緯度格局及影響因素

黃云鵬，黃雍容,，葉功富,，徐偉強(qiáng)，聶森,，林智勇

( 1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；2.福建省木麻黃工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350012)

森林生物量和生產(chǎn)力是衡量森林群落結(jié)構(gòu)和功能最基本的數(shù)量特征，是判定和評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、穩(wěn)定性與可持續(xù)性的基礎(chǔ)[1]。森林生物量反映了森林利用自然潛力的能力，是衡量森林群落生產(chǎn)力的重要指標(biāo)，同時(shí)也是量化陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和碳匯量的核心指標(biāo)[2]。定量研究植被生物量及其在環(huán)境梯度上的變化有助于掌握不同環(huán)境條件下生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)質(zhì)積累、轉(zhuǎn)化以及能量流動(dòng)的規(guī)律,提高生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和碳匯量的預(yù)測(cè)精度[3],認(rèn)識(shí)植被適應(yīng)性以及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的空間差異及其成因[4]。研究表明，氣候是影響植物生物量分配格局的因素之一，生物量與氣候因素之間存在顯著關(guān)系[5]，特別是降雨量和溫度是影響生物量分配的重要環(huán)境因子[6]。植被生物量在緯度梯度上的變化規(guī)律及其成因是揭示植被結(jié)構(gòu)特征與環(huán)境相互作用的重要途徑。緯度梯度上氣候、土壤和植被等非生物、生物因素及其相互作用都會(huì)發(fā)生不同程度的變化[7]。有關(guān)木麻黃人工林生物量和生產(chǎn)力在緯度梯度上的分配格局研究較少，影響木麻黃人工林生產(chǎn)力的主要環(huán)境因子有哪些，不同年齡木麻黃人工林生產(chǎn)力是否受相同環(huán)境因子調(diào)控，這些問題都值得深入研究。

本研究以東南沿海不同緯度5個(gè)省份(海南、廣東、廣西、福建和浙江)8個(gè)地區(qū)的不同齡組木麻黃人工林為研究對(duì)象，采用平均木法計(jì)算木麻黃人工林的生物量和凈初級(jí)生產(chǎn)力，對(duì)比中齡林和成熟林生產(chǎn)力及其與主要環(huán)境因子的相關(guān)性，有助于預(yù)測(cè)未來氣候變化下木麻黃人工林的生態(tài)功能，為制定木麻黃人工林適應(yīng)氣候變化的質(zhì)量精準(zhǔn)提升措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究以東南沿海不同緯度5個(gè)省份(海南、廣東、廣西、福建和浙江)8個(gè)地區(qū)的木麻黃人工林為研究對(duì)象，于2007年10月—2008年7月對(duì)其生物量進(jìn)行調(diào)查，開展生產(chǎn)力測(cè)算研究，各研究地概況見表1。

表1 木麻黃人工林樣地基本概況

1.2 樣地設(shè)置及調(diào)查

選擇林相、地形及林分生長(zhǎng)較一致，有代表性的林分布設(shè)樣地。每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別設(shè)置3個(gè)10 m×10 m樣方，共調(diào)查30個(gè)樣方。調(diào)查林分的郁閉度、植被狀況，采用每木檢尺法，對(duì)樣地內(nèi)胸徑>4 cm的所有喬木進(jìn)行編號(hào)，調(diào)查林木的胸徑、樹高、枝下高和冠幅等指標(biāo)。

1.3 生物量測(cè)定

采用平均木法進(jìn)行生物量的測(cè)定。平均木法是采伐最接近林分平均胸高斷面積和平均高的樹木，根據(jù)平均木質(zhì)量外推整個(gè)林分的生物量。浙江4個(gè)林分、福建東山2個(gè)林分、海南文昌24年生林分各采伐1株平均木，其他木麻黃林分根據(jù)等株徑級(jí)平均木法，把林木大小劃分3個(gè)徑級(jí)，各徑級(jí)選取1株平均木進(jìn)行生物量測(cè)定。本研究總共采伐16株標(biāo)準(zhǔn)木，劃分為干(莖)、枝、小枝(木麻黃真正的葉退化成小鱗片狀，圍繞于小枝節(jié)上)、根四大組分進(jìn)行生物量的測(cè)定。地上部分采取分層截取法(福建東山2個(gè)林分除外)，按2 m分層，再按不同組分現(xiàn)場(chǎng)稱量其鮮質(zhì)量。地下部分(根系)采取全挖法，以樹干為圓心，1 m為半徑，將其內(nèi)的根系全部挖出。各組分稱鮮質(zhì)量后獨(dú)立混合抽樣100～200 g，帶回室內(nèi)用烘箱105 ℃烘至恒質(zhì)量，測(cè)定含水率，每株標(biāo)準(zhǔn)木的取樣個(gè)數(shù)為4個(gè)。另外，在進(jìn)行生物量測(cè)定同時(shí)，還測(cè)量了每2 m段樹干中部的直徑，最后不足2 m的末段測(cè)量其基部直徑，以此來求算單木樹干材積。樹干材積采取中央斷面區(qū)分求積法求算[8]。

1.4 生產(chǎn)力計(jì)算

本文采用平均凈初級(jí)生產(chǎn)力作為生產(chǎn)力的估測(cè)指標(biāo)，即以林分或各組分的生物量被年齡所除之商[9，10]，用下式求算：

NPP=w/a

2.1 HER-2蛋白在3組中的表達(dá) 在80例OC患者、40例良性卵巢腫瘤組織、20例正常卵巢組織的石蠟組織切片中，HER-2蛋白表達(dá)陽性率分別為 42.5%（34/80）、0.25%(1/40)、0.00%（0/20）， 卵巢癌患者與良性卵巢組織以及正常卵巢組織表達(dá)有明顯的差異，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（如表 1），而良性卵巢組織和正常卵巢組織表達(dá)差異（P＞0.05）。

式中：NPP代表年平均凈初級(jí)生產(chǎn)量，w為林分或組分生物量，a為林分年齡。

因凋落物層、花、果生物量及被動(dòng)物或昆蟲采食部分未作測(cè)定，故本文所測(cè)算的生產(chǎn)力值較正常生產(chǎn)力水平低[11]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2003整理，用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行胸徑和樹高的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1緯度梯度上不同齡組木麻黃人工林單木生物量格局

緯度梯度上不同齡組木麻黃單木胸徑、樹高和生物量有一定差異(表1、表2)。木麻黃中齡林和成熟林的單木，胸徑分別為11.2～15.1 cm和14.1～23.5 cm，樹高分別為12.1～17.5 m和14.0～22.3 m，全樹生物量為73.94～131.39 kg和152.81～463.35 kg。

表2 木麻黃人工林單木生物量 單位：kg

木麻黃中齡林的樹高和生物量均隨緯度升高而降低，其中海南文昌和廣東電白木麻黃中齡林的樹高、胸徑和生物量顯著大于福建、東山和浙江溫州的林分，但海南文昌和廣東電白的木麻黃中齡林各指標(biāo)無顯著差異。生物量在各器官間的分配不同地理位置表現(xiàn)出高度一致，均為干>根>枝>小枝。

木麻黃成熟林單木生物量在緯度梯度上呈無規(guī)則變化。廣西欽州木麻黃成熟林胸徑和生物量顯著小于其他研究區(qū)，海南文昌的木麻黃成熟林樹高和生物量顯著大于其他省份。除廣西欽州外，其他地區(qū)木麻黃成熟林生物量在各器官間的分配表現(xiàn)一致，為干>根>枝>小枝。

2.2緯度梯度上不同齡組木麻黃人工林生物量格局

木麻黃中齡林和成熟林生物量在緯度梯度上未形成規(guī)律性變化(表3)。木麻黃中齡林林分生物量為130.30～171.91 t·hm-2，平均為153.11 t·hm-2；成熟林生物量為193.40～297.59 t·hm-2，平均為242.65 t·hm-2。

表3 木麻黃人工林的林分生物量

廣東電白木麻黃中齡林具有較高林分生物量，浙江溫州木麻黃中齡林林分生物量遠(yuǎn)低于其他地區(qū)。廣東電白木麻黃中齡林林分生物量在器官上的分配異于其他研究區(qū)，表現(xiàn)為干>枝>根>小枝，其他研究區(qū)表現(xiàn)為干>根>枝>小枝。

浙江玉環(huán)和福建東山木麻黃成熟林林分生物量遠(yuǎn)大于其他研究區(qū)，廣西欽州的林分生物量遠(yuǎn)低于其他研究區(qū)。各研究區(qū)木麻黃成熟林生物量在各器官的分配表現(xiàn)一致，均為干>根>枝>小枝。

2.3 緯度梯度上木麻黃人工林生產(chǎn)力格局

隨著林齡的增長(zhǎng)，木麻黃人工林生產(chǎn)力呈下降趨勢(shì)(表4)。木麻黃中齡林生產(chǎn)力為9.31～14.30 t·hm-2·a-1，平均值為12.40 t·hm-2·a-1；成熟林生產(chǎn)力為8.41～10.77 t·hm-2·a-1，平均為9.74 t·hm-2·a-1。較高緯度的浙江溫州木麻黃中齡林生產(chǎn)力顯著低于其他研究區(qū)；各研究區(qū)木麻黃成熟林的生產(chǎn)力較一致，差異不顯著。

表4 木麻黃人工林生產(chǎn)力格局

2.4緯度梯度上木麻黃人工林生產(chǎn)力與主要環(huán)境因子的相關(guān)性

各地區(qū)木麻黃中齡林和成熟林的生產(chǎn)力(修正生產(chǎn)力)分別與所在地區(qū)的年均溫、年均降水量、實(shí)際蒸散量的關(guān)系擬合模型見表5。不同林齡(中齡林和成熟林)林分的生產(chǎn)力與熱量、水分的相關(guān)程度差異較大。木麻黃中齡林的生產(chǎn)力與年均溫、年均降水量、實(shí)際蒸散量擬合效果較好，相關(guān)系數(shù)分別為0.977 4、0.994 8、0.983 0，可見木麻黃中齡林生產(chǎn)力與3種環(huán)境因子呈顯著相關(guān)。木麻黃成熟林生產(chǎn)力與年均溫、年均降水量、實(shí)際蒸散量擬合的相關(guān)系數(shù)分別為0.336 6、0.796 6和0.335 8，效果較差，可見成熟林生產(chǎn)力與主要環(huán)境因子的相關(guān)性不顯著。

表5 木麻黃人工林生產(chǎn)力與主要環(huán)境因子關(guān)系擬合模型

3 討論和結(jié)論

3.1 木麻黃中齡林和成熟林單木胸徑、樹高和生物量隨緯度變化有差異。中齡林的樹高和生物量均隨緯度升高而降低，低緯度地區(qū)的胸徑大于高緯度地區(qū)。木麻黃成熟林單木生物量在緯度梯度上呈無規(guī)則變化。除廣西欽州外其他研究區(qū)中齡林和成熟林生物量在各器官間的分配不同地理位置表現(xiàn)出高度一致，均為干>根>枝>小枝。成熟林中，海南文昌林分單木生物量大約是欽州的3倍，是浙江舟山、福建東山林分的2倍多，是浙江臺(tái)州、玉環(huán)林分的2倍。海南文昌表現(xiàn)出較高的單木生物量可能與其所處的地理氣候條件有關(guān)，該地區(qū)是典型的熱帶海洋季風(fēng)氣候區(qū)，水熱資源豐富，有機(jī)質(zhì)分解迅速，養(yǎng)分循環(huán)利用快[12]。廣西欽州23年生林分單木生物量只有152.81 kg，該研究區(qū)林下植被稀少，林帶內(nèi)只零星分布著一些草本植物，林木的根系裸露；土壤表層粗沙含量多，并夾帶貝殼，盡管當(dāng)?shù)厮疅豳Y源較豐富，因林地處于最大高潮線下，林分經(jīng)常遭受臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮的襲擊，導(dǎo)致林木生長(zhǎng)緩慢。

3.2 木麻黃中齡林和成熟林生物量在緯度梯度上未形成規(guī)律性變化。廣東電白木麻黃中齡林具有較高的林分生物量，廣西欽州木麻黃成熟林林分生物量遠(yuǎn)低于其他地區(qū)；除廣東電白外，各研究區(qū)木麻黃成熟林生物量在各器官的分配表現(xiàn)為干>根>枝>小枝。

3.3 隨著林齡的增長(zhǎng)，木麻黃人工林生產(chǎn)力呈下降趨勢(shì)，中齡林生產(chǎn)力大于成熟林。較高緯度的浙江溫州木麻黃中齡林生產(chǎn)力顯著低于其他研究區(qū)；各研究區(qū)木麻黃成熟林的生產(chǎn)力較一致，差異不顯著。

3.4 木麻黃中齡林和成熟林林分的生產(chǎn)力與熱量、水分的相關(guān)程度差異較大。中齡林的生產(chǎn)力與年均溫、年均降水量、實(shí)際蒸散量相關(guān)性強(qiáng)；成熟林則相反，擬合效果較差，其生產(chǎn)力與主要環(huán)境因子的相關(guān)性不顯著。不同年齡林分的生產(chǎn)力與熱量、水分的相關(guān)程度的差異及相關(guān)的生態(tài)學(xué)問題有待深入研究。