林分各器官生物量随林龄的变化规律-以杉木、马尾松人工林为例

172
中国科学院研究生院学报
第 22 卷
图 1 修正的杉木 、马尾松地上器官生物量相对生长方程
生长方程[26] 推算林分中混生的阔叶树种地上生物量.
2 全国文献数据分析
综合全国不同地区 、不同年龄 (3～46a 生) 、不同起源和密度的杉木 、马尾松林分及器官生物量文献 数据 (54 块杉木林样地 ;41 块马尾松林样地) [3～25] ,对 2 种林分及各器官生物量随林龄的变化关系进行 探讨. 分别利用线性 、对数 、指数 、幂指数函数对生物量随林龄的变化趋势进行拟合 ,选用相关系数最高 的函数描述生物量的变化趋势.
3 结果与分析
311 黄冕林场单木生物量随林龄的变化
杉木和马尾松的地上部分单木生物量都随年龄和胸径的增大而增加 ,幼林杉木和马尾松分别为 10140 kg 和 19101 kg ,中龄林分别为 34134 kg 和 91178 kg ,成熟林则为 33109 kg、125174 kg 和 288115 kg. 杉木成熟林属于择伐林型 ,加之林木分化 ,其立木大小变化幅度较大 ,既含有胸径超过 20 cm 的大径级 立木 ,也有胸径不到 5 cm 的幼树 ,因此全林平均胸径略小于杉木中龄林 ,平均木的单木生物量也略低于 中龄林平均木 ,仅为 33109 kg. 随年龄的增加 ,马尾松的树干所占比例增加 ,而枝 、叶的比例降低. 杉木的 树干比例基本随年龄增大而增加 ,叶量所占比例随年龄的增大而减小 ,枝条的变化规律不明显 (表 2) .
113 乔木地上器官生物量相对生长方程
对于杉木林分 ,利用本次样木实测值对广西全区杉木人工林的器官生物量相对生长方程[6] 进行修 正 ,即在检尺的立木胸径范围内 (3～21cm) ,从 3cm 起始每隔 2cm 选取一个原方程拟合值 ,共 10 个 ,与本 次实测数据点拟合得到的以胸径平方乘树高 ( D2 H) 为底的幂指数关系式 ;对于马尾松林分 ,选用贵州省 龙里林场马尾松林的生物量相对生长方程[25] 进行拟合 ,即在立木胸径径级范围内 (5～41cm) ,每隔 3cm 选取一个原方程拟合值 ,共 13 个 ,与实测数据点拟合. 利用经过修正的以 D2 H 为自变量的回归方程 (图 1) ,分别推算广西黄冕林场杉木和马尾松林乔木层地上的生物量 ,并以广西黄冕林场次生阔叶林的相对
3 中国科学院地理科学与资源研究所知识创新项目 (CX10G2E01202203) 、中国科学院院长青年基金特别支持项目 (2002 年) 、国家自然科 学基金 (30370290) 及美国林务局全球变化研究项目 (USDA Forest Service , 032IC2112423432069) 资助
摘 要 基于中国文献资料的 89 块生物量样地以及在桂中的 6 块不同龄级样地实测数据 ,对 南方人工林的代表树种 ———杉木 、马尾松林分及各器官生物量随林龄的变化规律进行了探讨. 分析结果表明 ,杉木 、马尾松林分树干 、地上生物量及林分总生物量均随林龄的增加而显著增 加 ,枝条 、根系生物量在马尾松林分中也随林龄显著增加 ,但在杉木林中则随林龄的增加逐渐 趋向稳定 ,2 种林分叶生物量与林龄的关系不密切. 林分生物量的根冠比在杉木林中随林龄增 加而逐渐降低并趋于稳定 ;在马尾松林中二者关系不密切. 林分各器官生物量的年龄结构差异 表明林龄对于森林植被碳蓄积的准确估算具有重要影响. 关键词 林龄 ,碳蓄积 ,生物量 ,杉木 ,马尾松 中图分类号 S718
林分各器官生物量随林龄的变化规律
———以杉木 、马尾松人工林为例 3
张 林1 , 5 黄 永2 罗天祥1 , 3 戴 强4 邓坤枚1
(1 中国科学院地理科学与资源研究所 , 北京 100101 ; 2 广西林业勘测设计院 , 南宁 530011 ; 3 中国科学院青藏高原研究所 , 北京 100085 ; 4 广西国营黄冕林场 , 柳州 545619 ; 5 中国科学院研究生院 , 北京 100049)
174158
2700
—
150
2850
杉木幼龄林 (杉木 ×马尾松)
9
6173
6166
87187
3875
450
175
4500
马尾松成熟林 (马尾松)
41
22182
18109
263185
—
400
325
725
马尾松中龄林 (马尾松)
17
15157
13154
245128
—
1425
125
1550
马尾松幼龄林 (马尾松 ×杉木)
9
9145
8185
171173
775
2925
250
3950
地下部分的生物量以土柱样方法测定 ,即在标准样地内有代表性的地段选取林分平均木 ,分别在距 树干 50 cm 的上坡 、下坡两侧和树冠垂直投影边缘区布设土柱样方 4 个 (50 cm ×50 cm) ,土柱的深度由 该土柱中根系分布的深度决定 ,即挖到没有根系出现为止. 挖出的根系按大 、中 、小根 (大根直径 > 10 mm ,中根直径 5～10 mm ,小根直径 < 5mm) 分别称重并取样 ,在 85 ℃下烘干 ,测定含水率 ;同时将挖出的 土壤进行称重并取样 ,经过筛洗 ,推算土中未捡出的须根 (归为小根) . 根据样品干料率推算全林根系生 物量.
中国森林主要由不同年龄阶段的人工林及次生林组成 ,不同龄级的林分生物量碳密度存在明显差 异 ,因此在区域碳平衡清查中如何考虑林分年龄的影响是准确估算中国森林碳蓄积的关键问题之 一[1 ,2] . 杉木 ( Cunninghamia lanceolata) 和马尾松 ( Pinus massoniana) 主要分布在秦岭 、淮河以南的广大亚 热带地区 ,是中国南方最具代表性的人工林种植树种 ,其分布最广 、造林面积也最大 ,在国民经济和林业 建设中占有极为重要的地位. 对不同龄级杉木林和马尾松林生物量的相关研究 ,为准确估算森林植被碳 蓄积 、进一步开展森林碳循环相关研究以及合理开发和利用森林资源 、制定国家和地区农林生产经营计 划提供科学依据.
目前对杉木林和马尾松中幼林生物量的研究报道不少 ,但对于不同林分及器官生物量随林龄变化 的系统分析研究仍不多见[3～8] . 此外 ,由于人工林生物量受到不同地区气候和土壤 、林分起源 (实生林 、 萌芽林和插条林) 及各种人为因素 (栽植初始密度 、间伐或择伐 、割松脂等) 的综合影响 ,导致同一年龄的 林分及各器官生物量可能会存在较大的变化幅度. 因此 ,本文通过综合中国全国文献资料的 89 块样 地[3～24] ,以及本次在广西黄冕林场实测的 6 块样地生物量数据 ,试图分别从个体 、群落及区域水平上 ,探 讨林龄对杉木和马尾松林分及各器官生物量的影响程度 ,以及各林分器官生物量随林龄的变化规律.
表 1 黄冕林场实测样地的主要测树学因子
林分类型
林分年龄 平均胸径 平均树高 蓄积量
Πa
Πcm
Πm
Πm2·hm - 2
杉木
林分密度 (株Π公顷) 马尾松 其他树种
合计
杉木成熟林 (杉木 ×马尾松)
24
10169
9160
249127
3025
525
—
3550
杉木中龄林 (杉木)
14
10182
10114
76145 77169 76160 59112 81130 75113 63101
19121 3166 4130 1161 44109 17111 4190
15127 11106 12153 15144 15130 18165 25180
叶 比例 Πkg Π( %) 10140 8127 3172 11125 3173 10187 2165 25144 9179 3140 5172 6123 2113 11118
(2004 年 3 月 25 日收稿 ; 2004 年 7 月 8 日收修改稿)
Zhang L , Huang Y , Luo TX , et al . Age effects on stand biomass allocations to different components: a case study in forests of Cunninghamia Lanceolata and Pinus Massoniana . J ournal of the Graduate School of the Chinese Academy of Sciences , 2005 , 22 (2) :170～178
通讯联系人 ,E2mail : luotx @itpcas. ac. cn ,Tel :010264889271
第 2 期
张 林 ,等 :林分各器官生物量随林龄的变化规律
171
1 黄冕林场生物量实测样地
111 调查地区自然概况
广西黄冕林场位于广西壮族自治区鹿寨县境内 ,地处中亚热带与南亚热带的过渡地带 ,属于天平山 支脉和驾桥岭南麓支脉 ,多为丘陵和低山地貌 ,最高海拔达 89519 m. 一年中光照充足 ,水热同季 ,冬夏干 湿明显 ,平均气温 19 ℃,年平均降雨量 1750～2000 mm ,降雨量集中在 4～8 月 ; 年均蒸发量 1426～ 1650 mm ,为水分充足区. 林地土壤主要以砂岩 、砂页岩发育而成的红壤 、山地黄红壤为主 ,适宜马尾松 、 杉木和常绿阔叶林的生长.
胸径 树高 树干 比例 枝 比例
Πcmห้องสมุดไป่ตู้
Πm
Πkg Π( %) Πkg Π( %)
20163 10150 13156 7116 25120 16114 10119
14170 96114 12120 25171 11120 26130 6142 6115 19110 234127 15140 68195 9100 11198
第 2 期
张 林 ,等 :林分各器官生物量随林龄的变化规律
173
林分类型
杉木成熟林
杉木中龄林 杉木幼龄林 马尾松成熟林 马尾松中龄林 马尾松幼龄林
样木树种
杉 木 杉 木 杉 木 杉 木 马尾松 马尾松 马尾松
年龄 Πa 24 22 14 9 41 17 9
表 2 样木地上部分单木生物量的分配
112 生物量测定方法
在植物生长盛季 (7 、8 月份) ,选择具有代表性的不同龄组的杉木林和马尾松林 ,设置 6 块 20 m × 20 m的标准地 (表 1) ,对胸径大于 3 cm 的乔木进行每木调查 ,每块样地选出 1～2 株样木伐倒 ,以收获法 测定各器官生物量. 树干按 2 m 段锯断称重并取圆盘 ,在 85 ℃下烘干 ,根据干重与鲜重比推算树干干重. 测定枝叶鲜重 ,取上 、中 、下部 3 个样枝分别枝叶称重并取样烘干 ,按样枝枝叶比推算整株样木的枝重和 叶重. 利用修正后的相对生长方程推算乔木层地上各器官生物量 (见下文) . 对于灌木层和草本层 ,在标 准地中选取 2 个具有代表性的小样方 (2 m ×2 m) ,直接用收获法测定灌木和草本的地上生物量.
第 22 卷第 2 期 2005 年 3 月
中国科学院研究生院学报 Journal of the Graduate School of the Chinese Academy of Sciences
文章编号 :100221175 (2005) 0220170209
Vol. 22 No. 2 March 2005
地上部分 生物量合计Πkg
125174 33109 34134 10140 288115 91178 19101
林分类型为杉木或马尾松人工林 ,或杉木 、马尾松混交林 ,林内多伴生有少量木荷 ( Schima superba) 、 枫香 ( Liquidambar taiwaniana) 、鸭脚木 ( Schefflera octophylla) 等阔叶树种. 林分起源均为实生苗 ,杉木成熟 林曾进行中低强度择伐 ,马尾松在中龄林及成熟林中通常都割松脂. 林下灌木较少 (41 a 马尾松林除 外) ,主要是上层阔叶乔木树种如木荷等的幼树以及山苍子 ( Lltsea cubeba) 等灌木. 草本层分布不均匀 , 盖度从 5 %～90 %不等 ,主要为淡竹叶 ( Lophatheruin gracite) 和芒萁 ( Dicranopteris pedata) .