延边地区天然赤松林的生(杨俊杰).doc

学校代码： 10184学 号： 2034030229 延 边 大 学 本科毕业论文本科毕业设计（题 目：延边地区天然赤松林的生物量及生产力研究学生姓名：杨俊杰学 院：农学院专 业：林学班 级：2003级指导教师：罗广军 讲师二七 年 五 月延边大学本科毕业论文摘 要本文在划分延边地区天然赤松林分密度级的基础上，采用分层切割法调查和测定天然赤松林的叶生物量及其分布格局。还从叶量、叶生产效率及空间分布等方面分析了天然赤松林的合理密度结构，研究结果表明，当密度为1500株/hm2时，天然赤松林的净生产力达到现实最高水平。此时，天然赤松林群落及其乔木层的净生产力分别为6.4/hm2.a.,6.2t/hm2.a.；乔木层的叶净光合效率和叶净光和生产效率分别为0.95kg/kg.a.,0.25kg/m2.a.；乔木层的光和利用率为ER1=0.443%,ER2=0.873%。根据赤松林的合理的生产结构，考虑到目前的森林经营及森林利用水平，确定赤松林的合理密度为850-1050/hm2。关键词：天然赤松林；密度；生产力；生物量延边大学本科毕业论文AbstractThe Biomass and distribution pattern were investigated using layerde diciding method and the dendity structure was analyzed from leaf weight, Efficiency of leaf and spatial distribution.The result showed that when the density was 1,500 /hm2, the Production of Natural pinus densiflora stand achieved the most high level. And the Production of Natural pinus densiflora stand and its arbor tree was 6.4/hm2.yr and 6.2t/hm2.yr respectively, the Efficiency and Efficiency of leaf was 0.95kg/kg.yr.and 0.25kg/m2.yr respectively,the Photosynthetic effciency of utilization of arbor tree were ER1=0.443%, ER2=0.873%.the reasonable density of Natural pinus densiflora stand was 850-1050/hm2According to the red pinery reasonable production structure and the forest use levelKey words：Natural pinus densiflora stand; Density; Biomass; Productive forces延边大学本科毕业论文目 录引 言1第一章 研究方法与结果31.1 研究方法31.1.1 基本思路31.1.2 标准地常规调查31.1.3 生物量调查31.2 生产力的评价指标及其计算41.2.1 净生产力51.2.2 净同化率61.3 光能利用率71.4 不同生长势赤松单株叶量及其垂直分布格局81.4.1 不同生长势赤松总叶量的变化81.4.2 不同生长势赤松总叶量的垂直分布格局81.4.3 不同生长势赤松1、2年生叶生物量的变化91.5 密度对天然赤松林净生产力的影响91.6 密度对天然赤松林层生产力的影响101.7 不同密度天然赤松林的光能利用率12第二章 结 论14参考文献15谢 辞16引 言延边地区是我国重点林区之一，每年大量生产出红松、云冷杉、水曲柳等多种珍贵用材树种。与此相比目前赤松虽然没有大量的木材生产，但是，由于其适应性强，天然更新良好，而且赤松林多分布在半山区、丘陵，在保护当地的农业生态环境以及涵养水源，水土保持等方面发挥着重要作用1。赤松(Pinus densiflora Siebet Iucc)，乔木，高达30 m，胸径1 m；树皮桔红色，裂成不规则的鳞片状块状片脱落，树干上部树皮红褐色；枝平展形成伞状树冠；一年生枝淡黄色或红黄色，微被白粉，无毛 2。赤松在延边地区赤松广泛用于荒山绿化，营造水土保持林，赤松生长快，木材材质好，是低山区营造用材林的理想树种，赤松根枝量大，木材松脂丰富，热值高，是营造新炭林的优良树种。松茸Tricholoma matautake Sing在赤松林中生长良好，松茸（又称松口蘑）的菌丝和赤松的根形成共生体，松茸通过共生体吸收营养而生长，经研究表明，松茸是与赤松根共生的菌根菌，松茸营养丰富，味道鲜美，食用价值和药用价值均很高，目前，日本，韩国等国家每年大量收购延边的松茸，所以培育赤松林，发展松茸产业，对改善和发展延边地区的农村经济具有重大的现实意义3。赤松的生态幅较广，即可生长于立地条件较好的地段，又可较好地生长于干旱，瘠薄的斜、陡坡山地，甚至还可涉足于流沙山地和裸岩之上，水土流失严重的岩缝中也能生长，由于根系发达，主根可塑性大，对土、水肥条件不严，适应性强。在土层深厚肥沃的山地暗棕壤上生长最好,但在砾质粗沙土，甚至是在水土流失严重的岩缝中也能生长；在土壤粘结或水分过多、通气性不佳的立地上，多生长不良；在地下水位过高的谷地和季节性积水的沼泽地上则不能生长。赤松根系生长发达，蒸腾强度低，所以能耐土壤干旱，故在山顶陡崖上能正常生长4。森林生物量和生产力的研究，是为促进能源合理利用和提高生物产量与生产力水平提供决策依据。为了正确评估森林在全球碳平衡中的作用。在国家或区域尺度上利用森林资源清查资料对森林的生物量或碳储量进行估计也日益成为生态学研究的重点5-6。石门林场中槭树、紫椴与赤松混交，在山脊、山坡中上部及部分阳向台地常有天然赤松林存在，有时与蒙古栎形成松栎混交林7。赤松林地成土母岩中正长石等矿物含量较高，其风化物所形成的土壤多黏土矿物，使得整个土壤粘性增强。因而，土壤结构紧密，质地稍粘，在少雨季节，由于土壤干燥脱水，往往形成坚硬的结块，不易粉碎。普通的轻度片蚀致使土壤表面缺乏腐殖质层，并使土壤表面略显粗骨质。在陡坡有原始暗棕壤。土层薄、质地粗、层次发育不全；在坡度较小的阴坡、半阴坡（少量在阳坡）还有典型暗棕壤，土层深厚、质地轻、结构疏松8。对延边地区不同密度天然赤松林中不同生长势的赤松个体地上部生物量进行了研究 结果表明，不同生长势赤松生物量变化受密度影响的顺序为：优势木平均木中层下层，随着林分密度的增大，平均木叶量分布排序为中层下层上层，说明它在林分中生长空间受到了限制，而被压木则表现出中层上层下层的特点，表明它在林分内林冠上方和下方都受到了相邻树木的强烈抑制；优势木叶量分布在低密度林分中为中层下层上层，随着林分密度的增大，其林冠下层的生长空间也受到了相邻个体树冠的限制而使叶量有所减少，中、上层林冠叶量比重增大，分布顺序为中层上层下层，但总的来看，优势木各层叶量随密度变化的幅度不大，平均木和被压木则迅速减少。另外，林分密度对林木个体叶量的垂直分布格局的影响更明显的是体现在林冠上层和下层叶量的变化上，中层的变化幅度低于上、下两层的变化，这也表明，林木个体在林分中受相邻个体的影响使林冠生长受到抑制，反应最敏感的部位是处于变化中的两端，即体现生长速度的上层和衰老过程的下层，叶量的这种分布变化既反映了林木本身的生长状况，也反映出个体在林分中的地位。表5 不同密度不同生长势赤松叶生物量的分布(单位：kg)生长级IIIIIIIVV平均木上5.6383.0101.6691.1590.725中5.3703.8802.4022.1621.852下4.7152.4961.6381.4311.326优势木上3.5074.3554.9394.8385.053中7.3057.6337.9137.6997.716下5.3355.5155.1604.5044.505被压木上1.9601.2280.4060.3090.180中1.6681.2110.5030.5300.430下0.1370.2360.2050.1950.1641.4.3 不同生长势赤松1、2年生叶生物量的变化赤松针叶的寿命一般为2年。叶的寿命除了与林木本身的遗传特性有关以外，还与营养条件、气候条件、生物因子等因素有很大关系，而在郁闭的森林中，林冠下层的叶片往往由于光照不足而过早死亡。因此，不同林冠层中叶量的年龄结构可以反应出林冠的生长状况。从表5中可以看出，在低密度林分中，平均木和被压木的叶量中，1年生和2年生叶量大体相等，以2年生叶略占优势，随着林分密度的增大都逐渐减少，达到V密度级时，1年生的叶量是2年生叶量的2倍多。这表明由于林分密度的增加，使单株所占有的营养空间减少，养分、光照等环境条件受到了限制，导致了2年生叶的大量脱落同时，1年生叶在数量上也显著减少，优势术的叶量中l、2年生叶所占的比例大体相等，低密度时以2年生叶略占优势，随密度增加而使1年生叶有所增加，2年生叶有所减少，但变化不大，这与优势木在林分中所处的地位有关。以上分析表明在充足的生长空间生长的赤松个体，针叶的年龄组成以2年生叶略占优势，但从有利于树干生长和获得较高的单位面积产量角度，必然要使林分保持一定的密度水平上，从而改变赤松个体的针叶年龄结构，形成合理的林分叶龄结构。1.5 密度对天然赤松林净生产力的影响净生产力是林分在单位时间内在林木组织内合成和积累的有机物质，它是林木光合作用后的净收益。从上面几个表中可以看出，随着密度的增大，天然赤松林内赤松地上部净生产力也逐渐增大，大密度达到1500株/hm2左右以后，地上部净生产力的增加缓慢，趋于稳定；地上部非光合部分净生产力也随着密度的增大而增大，当密度达到1500株/hm2左右时增加减少，也趋于稳定。这是由于随着密度的增大，在一定密度范围内，林分叶生物量也增多，与此同时位于林冠下层的叶的呼吸消耗也在增大，从而用于非同化部分积累的干物质也越来越少。因此，当密度达到一定值以后，赤松地上部净生产力以及地上部非光合部分净生产力的增大量很小。从天然赤松林的树干净生产量的变化过程看，虽然树干部分净生产量随密度的增大而增大，但当密度超过2000/hm2左右时，不仅单株树平均生物量小，而且平均单株树的树干部分所占生物量也小。在现有的经营水平下，它不利与培养大径材。这就为天然赤松林的合理经营提供了可靠的依据。天然赤松林内赤松地上部非光合部分净生产力随密度大变化规律，赤松林的合理密度可以确定为1500株/hm2 2000株/hm2。1.6 密度对天然赤松林层生产力的影响随着密度的增大，不仅天然赤松林的地上部生物量发生变化，而且，赤松林下的下木（包括幼木和灌木）以及草本植物的生物量也发生有规律的变化（见表6）。在一定的密度范围内，密度越大，赤松林内乔木层的生物量也越大，与此相反，下木层和草本层的生物量则越来越小；而赤松林群落的生物量则随密度的增大而增大。表6 不同密度赤松林层的生物量(单位：kg/hm2)IIIIIIIVV乔木层44151.375659.782824.0100292.7122002.7下木层1080.7882.5794.9529.9178.1草本层1281.3750.5599.3361.8167.9合计45513.377282.284218.2101184.4122348.7表7不同密度赤松林层的生产力(单位：kg/hm2.a)IIIIIIIVV乔木层3197.74981.05167.35699.76182.7下木层135.1110.399.466.222.3草本层1281.3750.3599.3361.8167.9合计4414.75841.35866.06127.76372.9从表7中看出，天然赤松林的群落的净生产力随着密度的增大而增大，而且，不同层的净生产力也分别具有不同的变化规律。随着密度的增大，乔木层的净生产力也增大，而下层木和草本层的净生产力则不断减小，表现出乔木层的净生产力与下木草本层净生产力之间的互补关系。另外，从群落净生产力随密度的变化规律看，当密度达到1500株/hm2左右时，群落的净生产力的变化很小，此时，群落净生产力为约6.4t/hm2.a。根据群落净生产力与密度之间的经验方程，在理论上，当密度很大时，群落的净生产力接近于7.0t/hm2.a。说明在中等立地条件下，林龄为40年的天然赤松林在密度为1500株/hm2左右时，群落的现实最高净生产力可以达到6.4t/hm2.a左右。从林分内不同的层生产力随密度的变化规律知道，在密度小的林分的林冠层比较疏开，因而下层植物（包括下木和草本）的净生产力也较高，约占群落净生产力的32.08%（第一密度级），但是，随着密度的增大，林冠层闭锁，覆盖度增大，林下光照度大大减弱，下木和草本植物得不到充足的光照，不仅下层植物种类少，而且生物量也减少。因而林下草灌木的生产力降低。如：密度级林内草灌木的净生产力仅占群落生产力的3.0%。在现有生物量利用的水平上，在整个森林生态系统中只有乔木的生物量才是主要的经济产物江洪（1986）曾定义产量经济系数（Q），Q=乔木净生产力/群落净生产力。经济产量系数的大小从另一侧面反映出在整个天然赤松林群落内赤松林的净生产力所占的百分数。通过计算可以得到如下结果：I密度级，Q为72.43%；II密度级，Q为85.27%；III密度级，Q为88.09%；IV密度级，Q为93.02%；V密度级，Q为97.02%。从Q值的大小上反映出乔木层与下木层、草本层在太阳光能的利用和同化方面的一种敏感的动态平衡关系。即在密度小的赤松林内，乔木层生产力相对较小，此时下木层与草木地被层生长较好；反之，当密度较大时，乔木层生产力很大，下木层与草本地被层生长差，生产力也很少。1.7 不同密度天然赤松林的光能利用率根据光能利用的计算公式，分别计算出不同密度天然赤松林群落和乔木层的光能利用率，如表8。表8 天然赤松林的光能利用率(单位:%)密度乔木层群落I0.2290.4510.3170.623II0.3570.7030.4190.825III0.3710.7290.4210.828IV0.4090.8050.4390.865V0.4430.8730.4570.900由表8可见，立地条件中等、林分平均年龄为40年的天然赤松林群落的光能利用率，如以生长季总辐射计算，不同密度的赤松林变动于0.32%-0.46%之间；如以光和有效辐射计算，则不同密度的赤松林的光能利用率变动于0.62%-0.90%之间。乔木层的光能利用率变化范围是0.23%-0.44%（相对于太阳总辐射），0.45%-0.87%(相对于光合有效辐射)。Loomis和Willams对陆地生态系统总第一性生产利用太阳光能的估计值是3.6%，除去呼吸作用的消耗，大约有2.4%的总太阳光能用于净生产力。根据李文华等(1981)的研究结构，按公式分别计算长白山北坡几种不同群落的光能利用率（地上部）：阔叶红松林，ER1=1.067,ER2=1.120；云、冷杉林，ER1=0.794,ER2=1.563：长白落叶林，ER1=0.609,ER2=1.120；次生白桦山杨林，ER1=0.911,ER2=1.793。显然，天然赤松林的光能利用率低于以上几种森林群落，但以上几种森林群落均已进入成熟龄阶段，而天然赤松林的光能利用率低于以上几种森林群落，但以上几种森林群落均已进入成熟龄阶段，而天然赤松林的光能利用率低于以上几种森林群落，但以上几种森林群落均已进入成熟龄阶段，而天然赤松林尚属幼龄林阶段（平均年龄为40年），因此，随着年龄的增长，不同密度的天然赤松林的光能利用率将会进一步提高。另外，从朱志辉等（1985）计算的太阳能利用率的省区分布看，吉林省自然植被的光能利用率为0.32%（相对太阳总辐射），0.62%（相对与光和有效辐射），主要农作物的光能利用率为0.17%（相对于太阳总辐射），0.34%（相对与光和有效辐射）。可以看出，当密度等于或大于II级时，乔木层以及群落的光能利用率均高于吉林省自然植被的光能利用率；而且，天然赤松林群落的光能利用率以及乔木层的光能利用率均高于吉林省主要农作物的光能利用率。说明延边地区天然赤松林的光能利用率较高。因此，要改变传统的观念，在重视培育天然赤松林的同时，因地制宜，加强赤松人工林的营造，尽早建立赤松用材林基地。第二章 结 论本文采用净生产力、净同化率以及光能利用率三项指标评价了延边地区天然赤松林的生产力。在划分延边地区天然赤松林分密度级的基础上，用分层切割法调查和测定天然赤松林的叶生物量及其分布格局。从叶量、叶生产效率及空间分布等方面分析了天然赤松林的合理密度结构，研究结果表明，当密度为1500株/hm2时，天然赤松林的净生产力达到现实最高水平。此时，天然赤松林群落及其乔木层的净生产力分别为6.4t/hm2.a.,6.2t/hm2.a.；乔木层的叶净光合效率和叶净光和生产效率分别为0.95kg/kg.a.,0.25kg/m2.a.；乔木层的光和利用率ER1=0.443%,ER2=0.873%。密度的变化，引起天然赤松林内不同生长级（优势木、平均木、被压木）林木的单株叶量以及1年生叶量和2年生叶量在树冠上空间分布结构的有规律的变化。本文计算了单株赤松2年生叶与1年生叶的重量比：随着密度的增大，在不同生长级赤松树冠的不同部分上该比值也减小，但因生长级其树冠部位不同而减少幅度也不同；当赤松的密度为850-1050株/hm2时，优势木、平均木的2年生叶与1年生叶的重量比值均接近于1，被压木为0.44，表明林分的生产结构比较合理。参考文献1 周以良等.中国的森林.科学出版社.1991：118-1192 郑万钧主编.中国树