皖東地區(qū)馬尾松林生物量結構及其分布特征

皖東地區(qū)馬尾松林生物量結構及其分布特征

生物量研究是生態(tài)學的一個重要方面。森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)積累的植物有機物總量,是森林生態(tài)系統(tǒng)最基本的數(shù)量特征,而森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,其生物量占陸地生態(tài)系統(tǒng)總生量的90%以上,因而森林生物量的研究也是陸地生態(tài)系統(tǒng)生物量研究的核心。馬尾松Pinusmassoniana是我國松屬樹種中分布最廣的一種,也是我國亞熱帶東部濕潤地區(qū)典型的針葉鄉(xiāng)土樹種。本文以皖東地區(qū)馬尾松人工林為研究對象,在森林群落調查的基礎上,運用生物量模型估測、抽樣等方法研究馬尾松人工林生物量的群落結構及分布,可為準確評估馬尾松人工林的生物量、固碳增匯能力、分配規(guī)律以及制定經(jīng)營管理措施提供科學依據(jù)。1氣溫、降水試驗地選擇在安徽省滁州市的長沖林場、皇甫山林場、大柳林場和岱山林場,處于北緯31°51′~33°13′、東經(jīng)117°09′~119°13′之間。土壤為角斑巖和千枚巖發(fā)育的黃棕壤,pH4.5~5.5。該地區(qū)屬北亞熱帶濕潤季風氣候區(qū),四季分明,年平均氣溫15.4℃,年平均最高氣溫20.1℃,年平均最低氣溫11.4℃;年平均降水量1035.5mm。梅雨期長23d;年日照總時數(shù)2073.4h,年無霜期210d。試驗地喬木樹種以馬尾松人工純林為主,林下灌木樹種以山合歡Albizziakalkora.、黃連木Pistaciachinesis.、柘樹Cudraniatricuspidata.、野薔薇Rosamultiflora.、郁李Prunusjaponica.、木莓Rubusswinhoei.、榆樹Ulmuspumila.、樸樹Celtissinensis.和牛奶子Elaeagnusumbellata.為主,草本植物以鵝觀草Roegneriakamoji.、求米草Oplismenusundulatifolius.,一年蓬Erigeronannuus.和菝葜Smilaxchina.為主。2學習方法2.1樣地的選擇在長沖林場、皇甫山林場、大柳林場和岱山林場,按年齡、母巖性質及地形坡位共選27塊馬尾松人工純林進行調查,以確保樣地選擇的代表性。所選樣地的林齡包括了幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林各林齡段的林分以及角斑巖和千枚巖兩種母巖性質的林分,并對所在坡面較長的林分分坡上和坡下兩種坡位分別設置樣地。對樣地內(nèi)林木進行每木檢尺,樣地大小以20m×20m為主,個別樣地根據(jù)實際地形情況進行擴大或縮小。2.2樣樹的選擇與計算在每塊樣地內(nèi)進行每木檢尺,建立胸徑與樹高的回歸方程。將胸徑按4cm為一個徑級劃分,在樣地外選擇不同徑級的樣樹,該樣樹樹高要與胸徑樹高方程算出的接近,共選擇了21棵樣樹。將樣樹在根頸處伐倒,地上部分采用分層切割法,分別測定干、枝、葉、皮的鮮重,并取樣。地下部分根系采用全挖法測定,分根蔸(也稱為根樁)、粗根(根徑>5mm)和細根(根徑<5mm),稱其鮮重并取樣,將各器官的樣品帶回實驗室,置于80℃烘箱烘至恒重并計算出干重。2.3枯落物生物量測定在標準地四個角和中心各設置1個2m×2m的小樣方作灌木調查,1個1m×1m小樣方作草本調查,1個20cm×20cm小樣方收集枯落物,分別稱鮮重并取樣,帶回實驗室置于80℃烘箱烘至恒重,計算出生物量。3結果與分析3.1馬尾松生物量和胸徑生長方程的應用檢驗通常采用相對生長模型W=aDb和W=a(D2H)b進行回歸估計,W(kg)為樹木各器官生物量,D(cm)為胸徑,H(m)為樹高,a和b為常數(shù),建立喬木生物量的回歸模型。由于樹高的觀測值精度相對較低,實際應用中誤差也較大,以胸徑為自變量的回歸方程W=aDb的實用性就更強些,因此本文采用生物量與胸高直徑的相對生長方程W=aDb。各回歸方程經(jīng)檢驗均達到顯著水平。從表1可知,除樹葉外,樹干、樹枝、樹皮、樹干和全重的回歸方程相關系數(shù)都在0.85以上,表明生物量和胸徑之間密切相關,可用于生物量的計算。由于馬尾松葉片數(shù)量眾多,是通過抽取標準枝的方法進行推算,因而帶來一定誤差;此外,樹葉生物量受冠幅和冠長等樹冠指標的影響較大,而這些指標隨周邊環(huán)境的不同變化較大,這些誤差都影響樹葉生物量模型的擬合,因而相關系數(shù)小于其它器官生物量回歸模型的相關系數(shù)。3.2喬木層的生物量3.2.1林分樹生物量分布馬尾松林喬木層生物量及其分配見表2。馬尾松林喬木層平均生物量為140.09t/hm2,樹干生物量最高,約占喬木層總生物量的65.31%,樹根次之,占13.75%,樹枝占12.46%,樹皮占5.77%,樹葉所占比例最小,為2.71%,生物量主要是通過樹干的生長進行積累,各器官生物量的分布排序從大到小為:樹干>樹根>樹枝>樹皮>樹葉。3.2.2光器官樹生物量分配隨著林齡的增大,馬尾松各器官生物量分配比例不同(見表3)。樹干生物量比例總體呈增大趨勢,光合器官樹葉的生物量比例則呈下降趨勢。不同年齡階段,樹干在總生物量中都是主要的組成部分,各器官生物量基本上遵循樹干>樹根>樹枝>樹皮>樹葉的規(guī)律,僅幼齡階段樹枝生物量小于樹葉量。生長至近熟林時,樹根生物量比例增至最大。3.3林分生物量結構3.3.1馬尾松人工純林下喬木層生物量馬尾松林的總生物量為141.99t/hm2,其中喬木層生物量為140.09t/hm2,占馬尾松林總生物量的98.67%,灌木層生物量占0.25%,草本層占0.06%,枯枝落葉層生物量為1.45t/hm2,占總生物量的1.02%(見表4)。馬尾松人工純林中喬木層生物量占有絕對優(yōu)勢,枯枝落葉層生物量大于林下活地被物層的生物量。由于馬尾松人工林的郁閉度較大,從而導致林下活地被物層生長緩慢和較稀疏,生物量所占比例較小,從森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性角度來看,林分結構不是太合理。3.3.2林齡對喬木層生物量的影響從總的生物量的結構來看(表5),不同齡級林分生物量分配均以喬木層生物量最大,占林分總生物量的絕大部分。因為該馬尾松人工林是在皆伐后種植的,幼齡林分中灌草稀少,生物量忽略不計;隨著林齡的增加,灌草層生物量也有所增加,喬木層生物量隨著林齡的增加總體呈增長趨勢,近熟林林下光照不足,灌草層生物量量隨年齡的增加而減少。喬木層與枯枝落葉層的生物量變化規(guī)律一致,灌草層的生物量始終小于枯枝落葉層的生物量。3.3.3不同林齡的坡下林分總生物量對林齡為25、40、和52的林分在坡上部和坡下部分別進行調查,從表6可以看出,在不同林齡的林分中,坡上部林分的總生物量要大于坡下部林分的,坡上部林分喬木層、灌木層、草本層的生物量均大于坡下部的生物量,這可能與坡上部林分密度較大,土壤條件較好有關。3.3.4馬尾松不同徑級分布的聚合酶鏈反應將所調查的27塊樣地內(nèi)的馬尾松胸徑按4cm一徑級歸組,統(tǒng)計各徑級株數(shù),并根據(jù)擬定的生物量模型,分別計算各徑級生物量,取平均值,以徑級為橫坐標,以株數(shù)和生物量為縱坐標,繪制馬尾松林的生物量和株數(shù)徑級分布曲線(圖1)。馬尾松林株數(shù)的徑級分布的峰值出現(xiàn)在徑級為8~12cm處,生物量徑級分布的峰值出現(xiàn)在徑級20~24cm處,生物量的徑級分布呈正態(tài)分布。在徑級20~24cm處,13.15%的株數(shù)占24.02%的生物量。馬尾松林分78.36%的生物量集中在12~28cm徑級。林分生物量是由各徑級林木株數(shù)與其單株生物量共同決定的,徑級為8~12cm的馬尾松株數(shù)占林分的27.77%,其生物量只占8.97%;徑級在28~44之間的株數(shù)只占林分的2.86%,其生物量占了11.52%,表明大徑級林木對林分生物量貢獻較大。4林分生物量分配(1)本文建立了馬尾松各個器官及總生物量的回歸模型W=aDb,除葉的生物量模型相關系數(shù)為0.658外,其它模型的相關系數(shù)均在0.85以上,顯著相關。今后,要更準確地擬合馬尾松葉的生物量模型,需要考慮樹冠指標并加大工作量全部稱取樣木樹葉,同時加大樣本數(shù)量。(2)馬尾松林喬木層平均生物量為140.09t/hm2,樹干生物量占喬木層總生物量的65.31%,樹根占13.75%,樹枝占12.46%,樹皮占5.77%,樹葉占2.71%。各器官生物量的分布排序從大到小為:樹干>樹根>樹枝>樹皮>樹葉。隨著林齡的增大,馬尾松各器官的生物量分配比例大小不同。樹干生物量比例總體呈增大趨勢,樹葉生物量比例則總體呈下降趨勢。(3)在馬尾松林中徑級為8~12cm的株數(shù)最多,占林分的27.77%,但其生物量只占8.97%;徑級為20~24cm的馬尾松占林分生物量最高,達24.02%。林分78.36%的生物量由徑級12~28cm馬尾松構成。(4)馬尾松林分的總生物量為141.99t/hm2,其中喬木層