吳煒

（福建將樂國有林場，福建將樂353300）

福建將樂縣杉木生物量及分配研究*

吳煒

（福建將樂國有林場，福建將樂353300）

森林生物量反映的是森林與其環(huán)境在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)上的復(fù)雜關(guān)系。因此，研究森林生物量無論在生產(chǎn)上，還是在理論研究上都有著十分重要的意義。本研究對(duì)福建不同齡組的杉木整株生物量以及各器官的生物量進(jìn)行研究，結(jié)果表明：隨著年齡的增長,杉木單株的生物量不斷增加，其中樹干生物量相差值最大，差距達(dá)15倍，而生物量最小的葉片，其差距也達(dá)2.45倍，全株總生物量相差10.36倍。各器官占總生物量的比例發(fā)生變化，但基本變現(xiàn)為干生物量＞根生物量＞枝生物量＞葉生物量。對(duì)全株總生物量以CAR模型進(jìn)行模擬，葉生物量的擬合精度較低，其他各器官擬合結(jié)果理想，可以為福建將樂杉木生物量的計(jì)算提供依據(jù)。

杉木；生物量；CAR模型

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，與陸地其他生態(tài)系統(tǒng)相比它具有層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生命周期長的特點(diǎn)。在陸地生態(tài)系統(tǒng)與全球碳循環(huán)的關(guān)系研究中，森林生態(tài)系統(tǒng)的地位與作用一開始就是研究的重點(diǎn)[1-3]。森林生態(tài)系統(tǒng)研究中，生物量因其能反映森林與其環(huán)境在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)上的復(fù)雜關(guān)系而備受關(guān)注。而關(guān)于森林立木生物量模型，Kittredge引進(jìn)的相對(duì)生長方程是一種較理想的模型，簡稱CAR模型[4]。作為我國南方林區(qū)特有的鄉(xiāng)土樹種，杉木有近千年的栽培歷史。在20世紀(jì)80年代第一期世界銀行貸款造林中杉木占34.7%[5]，在我國南方集體林區(qū)的生產(chǎn)建設(shè)中，杉木具有重要的作用[6-8]。福建省在全國杉木產(chǎn)區(qū)中占有重要地位，杉木林是福建省的重要森林類型之一[6，7]。本文以將樂林場不同齡組的杉木為研究對(duì)象，對(duì)不同齡組下杉木生物量的分配進(jìn)行研究。

1 研究區(qū)概況

福建省將樂國有林場地處武夷山脈東南部，地理坐標(biāo)為117°27′20″E，26°39′50″N。屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有海洋性和大陸性氣候特點(diǎn)，年均氣溫18.7℃，年均降水量1676mm，年均蒸發(fā)量1204mm，無霜期298d，氣候溫暖濕潤。地貌以低山丘陵為主，海拔140-1403m。林場經(jīng)營總面積7173hm2，森林覆蓋率93.5%，主要造林針葉樹種為杉木、馬尾松、濕地松、黃山松

2 材料與方法

根據(jù)杉木人工林齡組的分布情況，共設(shè)置30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地，標(biāo)準(zhǔn)木選擇以無斷梢、無分叉，生長正常，冠幅、冠長具有代表性的林木為原則。共計(jì)選取標(biāo)準(zhǔn)木30株，分別幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林5個(gè)齡組，每個(gè)齡組6株。采伐前測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)木的胸徑、地徑、冠幅，并調(diào)查其四周木。立木生物量分為地上部分和地下部分。地上部分分為樹干和樹冠，地下部分指根的生物量。

2.1 樹干及樹皮生物量測(cè)定

將樹干從基部到梢頭按1m分段，分別測(cè)得每一段樹干的帶皮鮮重，在每段樹干的下端截取圓盤作為樣品。在每段樹干的中部剝下10cm寬的樹皮稱鮮重，并將其作為樹皮生物量的樣本，通過伐倒木材積估算樹皮率，進(jìn)而估算全段的樹皮鮮重。將樹干及樹皮生物量樣品85℃恒溫烘干至恒重后稱重，計(jì)算含水率。據(jù)含水率及鮮重估算樹干及樹皮的干重，進(jìn)而估算樹干及樹皮生物量。

2.2 枝、葉生物量的測(cè)定

將每段樹干上的活枝、枯枝全部稱重后，按活枝基徑和長度選取3-5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)枝稱鮮重，并在標(biāo)準(zhǔn)枝上取少量針葉和樹枝作為樣品。枯枝取少量樣品。將活枝、枯枝及針葉樣品85℃恒溫烘干至恒重后稱重，計(jì)算含水率。據(jù)含水率及鮮重估算活枝、枯枝及針葉的干重，進(jìn)而估算活枝、枯枝及針葉生物量。

2.3 根系生物量測(cè)定

地下部分的生物量測(cè)定采用全收獲法。本研究將杉木根系分為細(xì)根（直徑＜2mm）、中根（2mm＜直徑＜5mm）、粗根（6mm＜直徑 ＜20mm）和大根（直徑 ＞20mm）4個(gè)等級(jí)。依次以 0-10cm、11-20cm、21-30cm、31-40cm、40cm以下5個(gè)土層分層分級(jí)稱根系的鮮重并取樣，樣品85℃恒溫烘干至恒重后稱重，計(jì)算含水率。據(jù)含水率及鮮重估算根系生物量。

2.4 立木生物量模型

采用的立木生物量模型為CAR模型，公式為：其中W=aDb，其中W為生物量，D為標(biāo)準(zhǔn)木胸徑，a，b為方程參數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生物量分布

杉木人工林生物量與其林齡密切相關(guān)，總生物量隨著林齡的增加迅速增加，但各個(gè)階段的生物量增加幅度不同，總體而言幼齡林到中齡林增加較慢，中齡林以后增加較快。因此，在杉木人工林經(jīng)營中，應(yīng)著重加強(qiáng)中齡林的撫育管理，以便促進(jìn)總生物量迅速增加，從而提高杉木人工林生產(chǎn)力（圖1）。全株的總生物量從幼齡林到過熟林，分別是 20.67kg、22.96kg、59.61kg、135.55kg 和 214.26kg（如表 1）。

不同齡組杉木各器官生物量隨著齡組呈現(xiàn)出了明顯變動(dòng)。樹干的生物量所占的比例最大，并且隨著年齡的增大，樹干所占的比例增大，從50%增加到75%左右；樹枝的生物量隨著年齡的增加也增加，不過對(duì)于整株標(biāo)準(zhǔn)木來說，所占的比例呈現(xiàn)弱下降趨勢(shì)；葉的生物量在整株生物量中所占的比例呈明顯下降趨勢(shì)，在幼齡林（19.3%）到近熟林階段（4.9%）下降程度較大，在成熟林和過熟林階段基本是保持不變的；年齡對(duì)根的生物量影響不大，在幾個(gè)生長階段，根的生物量所占的比例基本上保持在17%左右。

表1 標(biāo)準(zhǔn)木整株以及各器官生物量 單位：kg

圖1 標(biāo)準(zhǔn)木整株生物量隨齡組的分布

圖2 各器官生物量所占比例

3.2 各器官生物量模型建立

圖3 樹干生物量分布圖

圖4 枝條生物量分布圖

圖5 葉的生物量分布圖

圖6 根的生物量分布圖

圖7 全株的生物量分布圖

研究表明，喬木各器官及森林總生物量與測(cè)樹因子間普遍存在著相關(guān)關(guān)系，圖3-7描述了生物量與測(cè)樹因子相關(guān)關(guān)系，而且這種相關(guān)關(guān)系可以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合，其表達(dá)式為：W=axb[9,10]。本研究以自變量x為胸徑進(jìn)行擬合，其結(jié)果如表2所示。

表2 杉木人工林生物量估算模型

從上表可以看出，CAR模型對(duì)杉木整株以及各器官的生物量都有較好的擬合，其中樹干、根以及整株的生物量與胸徑有很強(qiáng)的相關(guān)性，枝的生物量模型精度稍偏小，葉的生物量與胸徑的相關(guān)性最小，主要可能與葉的生物量調(diào)查方法有關(guān)。

4 小結(jié)與討論

隨著年齡的增長,杉木單株的生物量不斷增加，且各器官占總生物量的比例不斷發(fā)生變化。樹干生物量占總生物量比例則顯著提高，在幼齡林到近熟林階段，其增加的幅度較高，到了成熟林和過熟林階段，增加幅度明顯降低。葉和枝生物量占總生物量比例顯著下降，其中葉的比例在達(dá)到近熟林前下降幅度較大。根生物量占總生物量比例基本維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平。

運(yùn)用CAR模型對(duì)杉木整株和各器官的生物量進(jìn)行模擬，都有較好的擬合效果，其中枝的生物量和葉的生物量模型精度稍偏小，主要可能與枝、葉的生物量調(diào)查方法有關(guān)?？梢詾楦＝ǖ貐^(qū)杉木生物量的計(jì)算提供依據(jù)。利用擬合的模型，可對(duì)杉木人工林不同階段生物量進(jìn)行估算，由于生物量是生態(tài)系統(tǒng)中積累的植物有機(jī)物總量，是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行的能量基礎(chǔ)和營養(yǎng)物質(zhì)來源[11]，因此，發(fā)現(xiàn)其生物量顯著增長期，在這一時(shí)期加強(qiáng)撫育措施，可促進(jìn)杉木人工林生長。

生物量模型通?？梢苑譃閱文旧锪磕Ｐ秃痛蟪叨壬稚锪磕Ｐ?，單木生物量模型是通過樣木觀測(cè)建立樹木的相對(duì)生長方程進(jìn)行生物量的估測(cè)[12]，大尺度森林生物量模型利用多種遙感信息參數(shù)進(jìn)行模擬，許多學(xué)者利用多種生物量模型來估計(jì)林木的生物量[13]。在本研究中，選擇以胸徑為單一自變量的單木生物量模型，來建立杉木人工林生物量數(shù)學(xué)模型。這主要是在森林群落調(diào)查中，胸徑能夠在調(diào)查中可以較準(zhǔn)確的獲得，而樹高、密度等通常也會(huì)被測(cè)量，但其測(cè)量均存在著較大的誤差，且生物量與胸徑之間存在著很好的相關(guān)關(guān)系，因此在森林的生物量預(yù)測(cè)中以胸徑為單變量的模型被廣泛運(yùn)用。研究表明，以胸徑為單變量建立杉木人工林各器官及總生物量數(shù)學(xué)模型的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平，具有較高的精度，能夠?qū)Σ煌铸g杉木人工林各組分、各層次及總生物量進(jìn)行有效預(yù)測(cè)[14]。因此本研究中，選擇以胸徑為單一自變量的單木生物量模型，來建立杉木人工林生物量數(shù)學(xué)模型。

[1]周玉榮，于振良，趙于洞．我國主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量和碳平衡[J]．植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，24（5）：518-522．

[2]尉海東．中亞熱帶三種人工林生態(tài)系統(tǒng)碳匯量及突然呼吸研究[D]．福州：福建農(nóng)林大學(xué)碩士論文，2005．

[3]陳遐林．華北主要森林類型的碳匯功能研究[D]．北京：北京林業(yè)大學(xué)博士論文，2003．

[4]駱期邦，曾偉生，賀東北，等．立木地上部分生物量模型的建立及其應(yīng)用研究[J].自然資源學(xué)報(bào)，1999，14（3）：271-277．

[5]李育才．面向21世紀(jì)的林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略[M]．北京：中國林業(yè)出版社，1996．

[6]張其水，俞新妥．連栽杉木林生長狀況的調(diào)查研究[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，1992，12（3）：33-38．

[7]劉景芳，童書振．杉木林經(jīng)營新技術(shù)[J]．世界林業(yè)研究，1996，9（專）：6-24．

[8]張鵬，王新杰，許昊．杉木幼齡林直徑分布研究[J]．東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，42（11）：7-10，13．

[9]呂曉濤，唐建維，何有才，等．西雙版納熱帶季節(jié)雨林的生物量及其分配特征[J]．植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，31（1）：11-22．

[10]馬明東，江洪，劉躍建．楠木人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量、碳含量、碳貯量及其分布[J]．林業(yè)科學(xué)，2008，44（3）：34-39．

[11]馮宗煒，王效科，吳剛．中國森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量和生產(chǎn)力[M]．北京：科學(xué)出版社，1991．

[12]王維楓，雷淵才，王雪峰，等．森林生物量模型綜述[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，23（2）：58-63．

[13]唐建維，張建侯，宋啟示，等．西雙版納熱帶人工雨林生物量及凈第一性生產(chǎn)力的研究[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14（1）：1-6．

[14]俞月鳳，宋同清．杉木人工林生物量及其分配的動(dòng)態(tài)變化[J]．生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（7）：1660-1666．

責(zé)任編輯/羅美娟

Study on the Biomass and Its distribution of Chinese Fir Plantations in Fujian Province

Wu Wei
（Jiangle National Forestry Farm,Fujian 353300,China）

S718.55

A

：1003-4382（2015）10-0039-04

2015-06-18

：2015-8-20

吳煒（1986-），男，福建尤溪人，漢族，助理工程師，主要從事林木種苗和森林培育工作。