皖东地区马尾松林生物量结构及其分布特征

皖东地区马尾松林生物量结构及其分布特征

生物量研究是生态学的一个重要方面。森林生物量是森林生态系统积累的植物有机物总量,是森林生态系统最基本的数量特征,而森林是陆地生态系统的主体,其生物量占陆地生态系统总生量的90%以上,因而森林生物量的研究也是陆地生态系统生物量研究的核心。马尾松Pinusmassoniana是我国松属树种中分布最广的一种,也是我国亚热带东部湿润地区典型的针叶乡土树种。本文以皖东地区马尾松人工林为研究对象,在森林群落调查的基础上,运用生物量模型估测、抽样等方法研究马尾松人工林生物量的群落结构及分布,可为准确评估马尾松人工林的生物量、固碳增汇能力、分配规律以及制定经营管理措施提供科学依据。1气温、降水试验地选择在安徽省滁州市的长冲林场、皇甫山林场、大柳林场和岱山林场,处于北纬31°51′~33°13′、东经117°09′~119°13′之间。土壤为角斑岩和千枚岩发育的黄棕壤,pH4.5~5.5。该地区属北亚热带湿润季风气候区,四季分明,年平均气温15.4℃,年平均最高气温20.1℃,年平均最低气温11.4℃;年平均降水量1035.5mm。梅雨期长23d;年日照总时数2073.4h,年无霜期210d。试验地乔木树种以马尾松人工纯林为主,林下灌木树种以山合欢Albizziakalkora.、黄连木Pistaciachinesis.、柘树Cudraniatricuspidata.、野蔷薇Rosamultiflora.、郁李Prunusjaponica.、木莓Rubusswinhoei.、榆树Ulmuspumila.、朴树Celtissinensis.和牛奶子Elaeagnusumbellata.为主,草本植物以鹅观草Roegneriakamoji.、求米草Oplismenusundulatifolius.,一年蓬Erigeronannuus.和菝葜Smilaxchina.为主。2学习方法2.1样地的选择在长冲林场、皇甫山林场、大柳林场和岱山林场,按年龄、母岩性质及地形坡位共选27块马尾松人工纯林进行调查,以确保样地选择的代表性。所选样地的林龄包括了幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林各林龄段的林分以及角斑岩和千枚岩两种母岩性质的林分,并对所在坡面较长的林分分坡上和坡下两种坡位分别设置样地。对样地内林木进行每木检尺,样地大小以20m×20m为主,个别样地根据实际地形情况进行扩大或缩小。2.2样树的选择与计算在每块样地内进行每木检尺,建立胸径与树高的回归方程。将胸径按4cm为一个径级划分,在样地外选择不同径级的样树,该样树树高要与胸径树高方程算出的接近,共选择了21棵样树。将样树在根颈处伐倒,地上部分采用分层切割法,分别测定干、枝、叶、皮的鲜重,并取样。地下部分根系采用全挖法测定,分根蔸(也称为根桩)、粗根(根径>5mm)和细根(根径<5mm),称其鲜重并取样,将各器官的样品带回实验室,置于80℃烘箱烘至恒重并计算出干重。2.3枯落物生物量测定在标准地四个角和中心各设置1个2m×2m的小样方作灌木调查,1个1m×1m小样方作草本调查,1个20cm×20cm小样方收集枯落物,分别称鲜重并取样,带回实验室置于80℃烘箱烘至恒重,计算出生物量。3结果与分析3.1马尾松生物量和胸径生长方程的应用检验通常采用相对生长模型W=aDb和W=a(D2H)b进行回归估计,W(kg)为树木各器官生物量,D(cm)为胸径,H(m)为树高,a和b为常数,建立乔木生物量的回归模型。由于树高的观测值精度相对较低,实际应用中误差也较大,以胸径为自变量的回归方程W=aDb的实用性就更强些,因此本文采用生物量与胸高直径的相对生长方程W=aDb。各回归方程经检验均达到显著水平。从表1可知,除树叶外,树干、树枝、树皮、树干和全重的回归方程相关系数都在0.85以上,表明生物量和胸径之间密切相关,可用于生物量的计算。由于马尾松叶片数量众多,是通过抽取标准枝的方法进行推算,因而带来一定误差;此外,树叶生物量受冠幅和冠长等树冠指标的影响较大,而这些指标随周边环境的不同变化较大,这些误差都影响树叶生物量模型的拟合,因而相关系数小于其它器官生物量回归模型的相关系数。3.2乔木层的生物量3.2.1林分树生物量分布马尾松林乔木层生物量及其分配见表2。马尾松林乔木层平均生物量为140.09t/hm2,树干生物量最高,约占乔木层总生物量的65.31%,树根次之,占13.75%,树枝占12.46%,树皮占5.77%,树叶所占比例最小,为2.71%,生物量主要是通过树干的生长进行积累,各器官生物量的分布排序从大到小为:树干>树根>树枝>树皮>树叶。3.2.2光器官树生物量分配随着林龄的增大,马尾松各器官生物量分配比例不同(见表3)。树干生物量比例总体呈增大趋势,光合器官树叶的生物量比例则呈下降趋势。不同年龄阶段,树干在总生物量中都是主要的组成部分,各器官生物量基本上遵循树干>树根>树枝>树皮>树叶的规律,仅幼龄阶段树枝生物量小于树叶量。生长至近熟林时,树根生物量比例增至最大。3.3林分生物量结构3.3.1马尾松人工纯林下乔木层生物量马尾松林的总生物量为141.99t/hm2,其中乔木层生物量为140.09t/hm2,占马尾松林总生物量的98.67%,灌木层生物量占0.25%,草本层占0.06%,枯枝落叶层生物量为1.45t/hm2,占总生物量的1.02%(见表4)。马尾松人工纯林中乔木层生物量占有绝对优势,枯枝落叶层生物量大于林下活地被物层的生物量。由于马尾松人工林的郁闭度较大,从而导致林下活地被物层生长缓慢和较稀疏,生物量所占比例较小,从森林生态系统的稳定性角度来看,林分结构不是太合理。3.3.2林龄对乔木层生物量的影响从总的生物量的结构来看(表5),不同龄级林分生物量分配均以乔木层生物量最大,占林分总生物量的绝大部分。因为该马尾松人工林是在皆伐后种植的,幼龄林分中灌草稀少,生物量忽略不计;随着林龄的增加,灌草层生物量也有所增加,乔木层生物量随着林龄的增加总体呈增长趋势,近熟林林下光照不足,灌草层生物量量随年龄的增加而减少。乔木层与枯枝落叶层的生物量变化规律一致,灌草层的生物量始终小于枯枝落叶层的生物量。3.3.3不同林龄的坡下林分总生物量对林龄为25、40、和52的林分在坡上部和坡下部分别进行调查,从表6可以看出,在不同林龄的林分中,坡上部林分的总生物量要大于坡下部林分的,坡上部林分乔木层、灌木层、草本层的生物量均大于坡下部的生物量,这可能与坡上部林分密度较大,土壤条件较好有关。3.3.4马尾松不同径级分布的聚合酶链反应将所调查的27块样地内的马尾松胸径按4cm一径级归组,统计各径级株数,并根据拟定的生物量模型,分别计算各径级生物量,取平均值,以径级为横坐标,以株数和生物量为纵坐标,绘制马尾松林的生物量和株数径级分布曲线(图1)。马尾松林株数的径级分布的峰值出现在径级为8~12cm处,生物量径级分布的峰值出现在径级20~24cm处,生物量的径级分布呈正态分布。在径级20~24cm处,13.15%的株数占24.02%的生物量。马尾松林分78.36%的生物量集中在12~28cm径级。林分生物量是由各径级林木株数与其单株生物量共同决定的,径级为8~12cm的马尾松株数占林分的27.77%,其生物量只占8.97%;径级在28~44之间的株数只占林分的2.86%,其生物量占了11.52%,表明大径级林木对林分生物量贡献较大。4林分生物量分配(1)本文建立了马尾松各个器官及总生物量的回归模型W=aDb,除叶的生物量模型相关系数为0.658外,其它模型的相关系数均在0.85以上,显著相关。今后,要更准确地拟合马尾松叶的生物量模型,需要考虑树冠指标并加大工作量全部称取样木树叶,同时加大样本数量。(2)马尾松林乔木层平均生物量为140.09t/hm2,树干生物量占乔木层总生物量的65.31%,树根占13.75%,树枝占12.46%,树皮占5.77%,树叶占2.71%。各器官生物量的分布排序从大到小为:树干>树根>树枝>树皮>树叶。随着林龄的增大,马尾松各器官的生物量分配比例大小不同。树干生物量比例总体呈增大趋势,树叶生物量比例则总体呈下降趋势。(3)在马尾松林中径级为8~12cm的株数最多,占林分的27.77%,但其生物量只占8.97%;径级为20~24cm的马尾松占林分生物量最高,达24.02%。林分78.36%的生物量由径级12~28cm马尾松构成。(4)马尾松林分的总生物量为141.99t/hm2,其中乔木层