福建笑micarloiafuqinensis群落能量現(xiàn)狀及能量年凈固定量研究

福建笑micarloiafuqinensis群落能量現(xiàn)狀及能量年凈固定量研究

在過去的10年里，中國(guó)對(duì)土地森林群落的生物量和生產(chǎn)力進(jìn)行了大量研究，但主要集中在物質(zhì)的測(cè)定上。Gupta、Jordan等研究結(jié)果認(rèn)為,用能量研究植物群落能反映出群落對(duì)自然資源(特別是太陽(yáng)能)的利用情況。林光輝和尹毅等在國(guó)內(nèi)較早地將干物質(zhì)測(cè)定和熱值測(cè)定相結(jié)合,系統(tǒng)地研究了紅樹林的群落性質(zhì)。國(guó)內(nèi)對(duì)陸地森林群落能量研究有不少報(bào)道。福建含笑是鄭清芳教授于1979年在福建三明荊西新發(fā)現(xiàn)并命名的木蘭科含笑屬速生豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹種。福建含笑在亞熱帶山區(qū)生長(zhǎng)良好,而且是常綠闊葉林,筆者對(duì)該樹種群落的能量現(xiàn)存量、能量固定量等進(jìn)行研究,從能量的角度認(rèn)識(shí)福建含笑群落特性,反映該群落的功能特征,從而為我國(guó)亞熱帶地區(qū)福建含笑造林和經(jīng)營(yíng)管理提供參考。1蒸發(fā)量為79月福建含笑(Micheliafujianensis)群落的試驗(yàn)地設(shè)在福建省建甌市房道采育場(chǎng),位于武夷山脈東南面,北緯26°38′54″~27°20′26″,東經(jīng)117°58′45″~118°57′11″,海拔300~500m之間,屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候,氣溫較高,降水豐富,夏長(zhǎng)冬短,霜雪偶見,年均降雨量1663.6mm,降雨日178d,3~6月為雨季,年均蒸發(fā)量1499.2mm,7~9月蒸發(fā)量最大,年相對(duì)濕度81%,年日照時(shí)數(shù)1829.3h,年均溫18.7℃,極端最高氣溫41.4℃,極端最低氣溫-8.4℃,無(wú)霜期269d,日均溫≥10℃的活動(dòng)積溫為5899.4℃,持續(xù)265d。土壤為山地紅壤,含有機(jī)質(zhì)33.1g/kg、全N1.88g/kg、水解N114.71mg/kg、全P1.33g/kg、速效K3.4mg/kg、pH值5.1~6.7。喬木層高25~35m,林內(nèi)喬木層主要是福建含笑,并有少量苦櫧(Castanopsissclerophylla)和米櫧(C.carlesii);林下灌木有苦竹(Pleiobastussanmingensis)、柃木(Euryaloquiana)、冬青(Ilexpurpurea)、烏藥(Linderaaggregata)、石斑木(Rhaphiolepisindica)、山蒼子(Litseacubeba)、粗葉榕(Ficushierta);草本有中華里白(Hicriopterisglauca)、菝葜(Smilaxchina)、芒萁(Dicrandichotoma)、狗脊(Woodwardiajaponica)等。林冠層郁閉度0.75,福建含笑密度420株/hm2,平均胸徑22.7cm,葉面積指數(shù)4.6。2學(xué)習(xí)方法2.1測(cè)定項(xiàng)目及方法在福建省建甌市房道采育場(chǎng)天然福建含笑林分中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地10塊,每塊標(biāo)準(zhǔn)地面積為0.0667hm2(25.8m×25.8m),對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)林木進(jìn)行每木檢尺(胸高、樹高、枝下高和冠幅,并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地立地條件進(jìn)行詳細(xì)記錄)。喬木層群落生物量和生長(zhǎng)量采用間接收獲法即平均標(biāo)準(zhǔn)木法測(cè)定,根據(jù)每木調(diào)查,求得林分平均樹高和胸徑,在每塊標(biāo)準(zhǔn)地中選擇平均標(biāo)準(zhǔn)木2株,按照Monsi分段切割法,以1m為區(qū)分段分別測(cè)定每個(gè)區(qū)分段樹干樹皮、幼枝、多年生枝、枯枝和葉鮮重,并取各區(qū)分段各器官樣品,測(cè)定含水率,并供熱值測(cè)定。粗根和根樁采用壕溝全挖法,并分根樁、粗根(直徑大于2mm)和枯根直接稱重;細(xì)根(直徑小于2mm)采用土柱法測(cè)定,抽取樣品測(cè)定含水率,并供熱值測(cè)定。最后求算各器官干重。用“樣方直接收獲法”測(cè)定林下灌木和草本生物量,即在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置2m×2m小樣方3個(gè),分別測(cè)定灌木和草本生物量,取樣品測(cè)定含水率,并供熱值測(cè)定。生物量測(cè)定于1997年12月進(jìn)行。由現(xiàn)存各組分的生物量分別計(jì)算出福建含笑群落該年全年的莖、枝、根等增長(zhǎng)量,加上當(dāng)年的凋落物量即得出福建含笑群落的年生產(chǎn)量。2.2塑料纖維網(wǎng)的制備凋落物的測(cè)定采用收集框法,林下隨機(jī)設(shè)置25個(gè)收集框,面積為1m×1m,下鋪收集網(wǎng)的孔徑為2mm的塑料纖維網(wǎng)。為便于通風(fēng)和漏水,離地20cm水平置放。每15d收集1次凋落物,分出葉、大枝、小枝、花、果,用80℃烘干,分別稱重、貯存。然后將各組分中的樣品置于105℃烘干至恒重,計(jì)算每月凋落物各組分干重和總重。2.3氧彈式熱值測(cè)試收集的樣品分類稱重,在80℃烘箱中烘干至恒重,經(jīng)粉碎機(jī)磨成粉末,用GR-3500型微電腦氧彈式熱量計(jì)測(cè)定其熱值,樣品熱值以含灰分的干重?zé)嶂当硎?每個(gè)樣品重復(fù)5次,重復(fù)間誤差控制在±100J/g之內(nèi)。當(dāng)5個(gè)重復(fù)中某一重復(fù)的測(cè)定結(jié)果超過100J/g時(shí),重新取樣補(bǔ)測(cè),以確保結(jié)果的可靠性。3結(jié)果分析3.1不同種類植物中植物組分熱值群落各組分樣品的熱值測(cè)定分析是群落能量研究的基礎(chǔ)。福建含笑群落不同組分的熱值見表1。福建含笑群落各組分的干重值介于16.32~18.72kJ/g之間,加權(quán)平均為17.71kJ/g;樹干的熱值最高,花的熱值最低。各層的熱值順序?yàn)?喬木層>灌木>草本?？傊鲗訜嶂档母叩褪桥c植物所處生境的光照強(qiáng)度有關(guān),從喬木層到灌木層、草本層,光照熱值逐漸遞減。福建含笑群落各組分中,花的熱值最低,這與Ovington研究歐洲赤松林的結(jié)果一致。劉世榮等對(duì)落葉松人工林、林光輝和林鵬對(duì)海蓮、秋茄2種紅樹的測(cè)定結(jié)果均是根的熱值最低,這可能是福建含笑花含蜜腺很少或無(wú)所致。植物組分及其器官熱值差異主要受自身組成和結(jié)構(gòu)的影響;還受到光照強(qiáng)度、土壤類型和植物年齡的影響。Ovington研究不同年齡的歐洲赤松林各組分的熱值發(fā)現(xiàn),不同年齡各組分間的熱值大小順序有所不同,11年生枯枝熱值大于活枝,而23年生和31年生的活枝則大于枯枝。30~50年生福建含笑群落的幼枝熱值雖然從數(shù)值上看低于多年生枝和枯枝,但相差不大。而寒溫帶21年生落葉松人工林的則是幼枝熱值大于多年生枝。3.2福建保護(hù)劑能量現(xiàn)狀能量現(xiàn)存量是指一定時(shí)間內(nèi)群落所積累的總能量。它包括群落中活植物體與死植物體所積累的總能量。能量現(xiàn)存量是根據(jù)群落各組分樣品的熱值和對(duì)應(yīng)生物量或尚未脫離植物體的枯死物量計(jì)算。福建含笑群落的能量現(xiàn)存量見表2。從表2可看出,福建含笑群落的能量現(xiàn)存量達(dá)859.93×1010J/hm2,其中地上部分為723.67×1010J/hm2(占總量的84.15%),地下部分為136.26×1010J/hm2(占15.85%);福建含笑群落中喬木層能量現(xiàn)存量占據(jù)了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)絕大部分(98.03%),喬木層生物量積累最大,反映出喬木層是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能層。而灌木層和草本層的能量貯量較小,生物能量積累為16.99×1010J/hm2,僅為福建含笑群落能量現(xiàn)存量1.97%。在福建含笑群落中各組分能量現(xiàn)存量的大小順序是:樹干材>多年生枝>粗根>樹皮>細(xì)根>葉>枯根>枯枝>草本植物>灌木>幼枝。3.3生態(tài)系統(tǒng)能量返還凋落物的能量歸還量是根據(jù)凋落物的產(chǎn)量與其相應(yīng)的熱值乘積計(jì)算。福建含笑群落1997年凋落物收集框收集得到全年的凋落物量為5.18t/hm2,其中葉為3.76t/hm2,大枝為0.43t/hm2,小枝為0.70t/hm2,花為0.23t/hm2和果為0.06t/hm2,福建含笑群落凋落物的能量歸還量為9.33×1010J/hm2,其中以落葉能流量最大(6.76×1010J/hm2),占總能量歸還量72.46%,其次為枝、果、花分別為2.03×1010J/hm2、0.42×1010J/hm2、0.11×1010J/hm2,分別占21.79%、4.52%、1.23%。說明了凋落葉在生態(tài)系統(tǒng)能量歸還中占主導(dǎo)地位。同時(shí),通過凋落葉能流量具有明顯的季節(jié)變化,主要集中在秋、冬季,而春季、夏季通過凋落葉的能流較小(圖1)。3.4林地殘留枝的熱值福建含笑群落中林地殘留物的能量庫(kù)存量為7.87×1010J/hm2,其中林地殘留葉為1.94×1010J/hm2,林地殘留枝為5.93×1010J/hm2。其熱值即包括林地殘留葉的熱值(17.32kJ/g),也包括林地殘留枝的熱值(17.30kJ/g)。與年自然凋落物的熱值相比,它們的熱值均比凋落葉的熱值(17.53kJ/g)和凋落枝的熱值(17.59kJ/g)低,凋落物落地后有機(jī)物質(zhì)分解,高能物質(zhì)流失而纖維量比例增加,殘留物的熱值下降。3.5福建保護(hù)方式與其他樹種群落能量比較群落能量總固定量是指單位時(shí)間、單位面積的某一群落,通過光合作用所固定的總能量。群落因自身呼吸以及被動(dòng)物啃食等消耗的能量尚難以測(cè)定,因而本文僅討論福建含笑群落1997年的能量?jī)艄潭?表3)。其計(jì)算方法是以群落各組分(含當(dāng)年更迭的凋落物各組分)的年干物質(zhì)生產(chǎn)量和相應(yīng)的熱值相乘而得。福建含笑群落1997年能量?jī)艄潭繛?2.72×1010J/hm2,其中用于群落自身增長(zhǎng)的能量即年能量存留量為23.39×1010J/hm2,占71.50%;而釋放到其它部分的能量為9.33×1010J/hm2,占28.50%,則主要以凋落物的形式向土壤輸送,來(lái)維持生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行(表3)。福建含笑群落1997年的能量?jī)艄潭繛?2.72×1010J/(hm2·a),粗略地與其它樹種群落比較以顯示福建含笑的群落能量大小,與其它森林群落相比,低于熱帶雨林34.28×1010J/(hm2·a),高于夏綠林26.33×1010J/(hm2·a)、落葉松人工林26.44×1010J/(hm2·a)、武夷山甜櫧林26.86×1010J/(hm2·a),夏綠林26.86×1010J/(hm2·a)、暖溫帶混交林19.65×1010J/(hm2·a)、北方針葉林10.03×1010J/(hm2·a)等其它森林群落。福建含笑群落的能量?jī)艄潭康陀跓釒в炅侄哂谂瘻貛Щ旖涣?其結(jié)果反映了中亞熱帶常綠闊葉林在植被地帶分布中處于中間過渡的位置。3.6u2004福建能轉(zhuǎn)化效率比較福建含笑群落凈初級(jí)能量產(chǎn)生的格局與過程(見圖2)。群落的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率(Ener-gyconversionefficiency,ECE)是指群落每年凈固定能量(NEP)占當(dāng)年林地太陽(yáng)輻射能(Solarradiationenergy,SRE)的百分比。并非所有的太陽(yáng)輻射能都可以被植物光合作用所利用,一般用光合有效輻射能(Photosyntheticactiveradiation,PhAR)代表群落接受到的總能量計(jì)算群落的太陽(yáng)可見光能轉(zhuǎn)化效率ECE(%)=(NEP/PhAR)×100%。光合有