祁連山水源涵養(yǎng)林主要樹種生物量及動態(tài)變化研究

祁連山水源涵養(yǎng)林主要樹種生物量及動態(tài)變化研究

黃連水源保護(hù)林是一個“綠色水庫”。43.6萬元的水源保護(hù)林儲存了6億3m的水源，進(jìn)行了調(diào)整和保護(hù)，以維持水土，并凈化了空氣。這是河西人民生存的生動血液。生物量是森林生產(chǎn)能力、結(jié)構(gòu)和功能的基本內(nèi)容之一。有必要研究水生生態(tài)系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)。1山地表土壤水分運(yùn)動特征祁連山是我國著名的高大山系之一,位于青藏、蒙新、黃土三大高原的交匯地帶,即北緯36°30′～39°30′,東經(jīng)93°30′～103°,屬高寒干旱、半干旱地區(qū),溫度、降水具有明顯的垂直梯度和水平差異,年均溫-0.6～0.2℃,年降水量120～700mm,無霜期90～120d,土壤具有明顯的山地特征,隨海拔升高呈現(xiàn)出規(guī)律性垂直分布,依次為灰鈣土、栗鈣土、灰褐土、草甸土和寒漠土.祁連山現(xiàn)有水源涵養(yǎng)林43.61萬hm2,其中喬木林14.25萬hm2,灌木林29.36萬hm2,水源涵養(yǎng)林生態(tài)系統(tǒng)以青海云杉林(FormPiceacrassifolia)、祁連圓柏林(FormSabinaprzewalskii)、高山灌木林和中低山陽性灌木林為主,植被自東向西由復(fù)雜趨向單一,自下而上呈垂直變化.2生物量的測定1994～1995年根據(jù)祁連山水源涵養(yǎng)林群落類型,分別按青海云杉林、祁連圓柏林和灌木林三種主要類型進(jìn)行生物量調(diào)查研究.青海云杉林設(shè)置8塊10m×10m標(biāo)準(zhǔn)地,祁連圓柏林設(shè)置3塊10m×10m標(biāo)準(zhǔn)地,每木檢尺分徑階選標(biāo)準(zhǔn)木,伐倒分器官測定生物量;地下部分采用壕溝挖掘分根徑測定.灌木設(shè)1m×1m標(biāo)準(zhǔn)樣方,祁連圓柏林18塊,灌木林15塊;地被物設(shè)1m×1m標(biāo)準(zhǔn)小樣方,祁連圓柏林18塊,灌木林15塊,青海云杉林24塊,均采用收割法測定生物量.布設(shè)凋落物收集框定時收集,分類測定其鮮重和干重,進(jìn)行凋落物動態(tài)分析,用林木器官生物量相對生長關(guān)系模型計算群落喬木層生物量,根據(jù)群落結(jié)構(gòu)、各齡級面積加權(quán)計算群落平均生物量W均=ΣWiSi/ΣSi+W地.灌木林生物量用標(biāo)準(zhǔn)樣方代表.林木器官生物量(W)與其胸徑(D)和樹高(H)之間存在冪函數(shù)關(guān)系:W=a(D2H)b,利用最小二乘法原理求出參數(shù)a、b和相關(guān)系數(shù)R3研究結(jié)果3.1陰坡半陰坡帶青海云杉林是祁連山最佳水源涵養(yǎng)林生態(tài)系統(tǒng),分布在海拔2400～3300mm地帶陰坡、半陰坡,多為純林,林內(nèi)結(jié)構(gòu)簡單,主要有喬木層和地被物層,下面就這兩層進(jìn)行生物量研究.3.1.1不同樹齡體的生長情況及根系生物量比率青海云杉立木生物量隨樹齡增長而增加,自中齡至成熟立木平均生物量增加約10倍,在立木各器官生物量中,樹干生物量比率最大,平均68.11%,并且樹干生物量比率隨著樹齡增長呈開口向下拋物線變化;根系生物量比率變化與干材相反;枝、葉、果生物量比率在林木生長過程中相對保持穩(wěn)定(表1),各器官生物量按大小排序?yàn)?干>枝>葉>果,青海云杉干材生物量積累速度、枯損速度均大于根系.3.1.2器官生物量與徑和樹高的相關(guān)分析青海云杉立木各器官生物量(W)與其胸徑(D)和樹高(H)之間的相關(guān)方程見表2.F檢驗(yàn)各器官生物量與胸徑、樹高關(guān)系緊密,回歸方程可以用來估測各器官生物量.3.1.3喬木層生物量青海云杉林喬木層生物量與林分年齡關(guān)系密切,中齡至過熟階段呈拋物線變化,方程為W=-0.00796a2+2.53518a+12.67777,R=0.8238,回歸關(guān)系緊密,可以用來模擬青海云杉林喬木層生物量自中齡至過熟階段的動態(tài).喬木層生物量干材比率最大,平均59.95%;地下部分18.75%,枝、葉、果分別為12.20%、6.02%、3.09%,干材生物量比率變化呈無序狀,不同于單株立木樹干生物量比率有序變化(表3).3.1.4群落地被被物生物量青海云杉林地被物生物量總計24.00t/hm2,其中活地被物11.25t/hm2,死地被物12.75t/hm2,活地被物主要由苔蘚和菌類組成,苔蘚占絕對優(yōu)勢,死地被物有枝、葉、皮、果組成,分別為3.50t/hm2、4.35t/hm2、3.50t/hm2、1.50t/hm2.群落死地被物生物量由于凋落物不斷補(bǔ)充積累和不斷分解轉(zhuǎn)化而呈動態(tài)變化.經(jīng)測定,青海云杉林年凋落量為2.166t/hm2,凋落物年分解量為0.1698t/hm2,分解量遠(yuǎn)小于凋落量,地被物呈增加趨勢.3.1.5不同林型群落生物量青海云杉林根據(jù)林齡結(jié)構(gòu)劃分為5個齡級,喬木層生物量各齡級平均為158.93t/hm2,其中成熟林最高,近熟林和過熟林次之,幼齡林最低(表3).按兩層計算,群落平均生物量為182.93t/hm2,喬木層占86.88%,地被物層占13.12%3.2生物量及群落結(jié)構(gòu)祁連圓柏是祁連山水源涵養(yǎng)林主要樹種之一,分布在海拔2500～3500m地帶的陽坡、半陽坡,群落一般為喬灌復(fù)層結(jié)構(gòu),用與青海云杉林生物量研究相同的方法,研究祁連圓柏林生物量,表明祁連圓柏單株立木生物量、群落喬木層生物量及各組分變化規(guī)律與青海云杉類同.3.2.1不同根、枝生物量組成祁連圓柏成熟立木單株生物量平均為316.29kg,立木各器官生物量組成比率分別為樹干54.21%、根系22.63%、樹葉6.14%,樹支14.74%、果實(shí)2.29%.與青海云杉林比,祁連圓柏根、枝生物量組成比率分別高116%、19%,樹干比率低20.41%,表明祁連圓柏比青海云杉根系發(fā)達(dá),分枝能力強(qiáng),青海云杉比祁連圓柏經(jīng)濟(jì)系數(shù)高.3.2.2祁連圓柏樹生物量的相對生長率祁連圓柏立木器官生物量相對生長方程見表4,R=0.7213～0.9501,F檢驗(yàn)相關(guān)緊密,方程可以用來估測祁連圓柏立木生物量.3.2.3林齡祁連圓柏比公正云杉林樹種更祁連圓柏林(成熟林)喬木層生物量為182.11t/hm2,比青海云杉林同齡級喬木層低21.80%,兩者齡級相同,但林齡祁連圓柏比青海云杉高78年,祁連圓柏林喬木層各組分?jǐn)?shù)樹干占54.46%、根系占25.15%,樹干比率接近青海云杉林喬木層樹干平均水平;根系比率比青海云杉林喬木層根系高出34.13%,說明祁連圓柏林喬木層生產(chǎn)力比青海云杉低,固土能力比青海云杉高.3.2.4地被物與高效生物量祁連圓柏林灌木層生物量平均為3.932t/hm2,其中地上部分占65.87%,地下部分占34.13%,地被物由草本和凋落物組成,草本生物量為0.815t/hm2,凋落物(死地被物)生物量為4.110t/hm2,由枯枝、鱗葉、樹皮等組成,分別占凋落物的59.37%、21.65%、18.98%,凋落物生物量比青海云杉林低67.76%.3.2.5林型—祁連圓柏林生物量祁連圓柏林在祁連山水源涵養(yǎng)林中面積小,沒有分齡級計算生物量,用其代表林型——草類灌木圓柏林標(biāo)準(zhǔn)樣地生物量代表圓柏林平均生物量,平均生物量(W)為190.97t/hm2,由喬、灌、草、死地被物組成,其中喬木占95.36%,灌、草和死地被物占4.64%.3.3林分及生物量灌木林在祁連山水源涵養(yǎng)林中面積較大,涵養(yǎng)水源效益僅次于青海云杉林.優(yōu)勢種有箭葉綿雞兒(Caraganajubata)、金露梅(Dasiphorafruticosa)、高山柳(Salixspp),林下常生長有山羽蘚(Abietinellaabietina)、珠牙蓼(Polygonuviviparum)、青藏苔草(Carexmoovcroftii)、扁穗冰草(Agropyoncristatum)等,灌木林生物量為52.74t/hm2,其中地上部分占68.58%,地下部分占31.42%,地上部分由灌木、草本和死地被物組成,分別為25.48、1.03和9.66t/hm2,死地被物生物量是青海云杉林的75.76%,祁連圓柏林的2.35倍.3.4水源涵養(yǎng)林總生物量確定祁連山水源涵養(yǎng)林以青海云杉林、祁連圓柏林和灌木林為主,三者占水源涵養(yǎng)林95.8%,另外還有4.2%楊樺等樹種,為了準(zhǔn)確計算水源涵養(yǎng)林總生物量,用青海云杉林和祁連圓柏林生物量加權(quán)平均植代替楊樺林生物量,經(jīng)計算祁連山水源涵養(yǎng)林總生物量為4.1701×107t,其中青海云杉林占47.33%,灌木林占37.13%、祁連圓柏和楊樺等占15.54%(表6).4喬木層單株生物量祁連山水源涵養(yǎng)林生物量總計4.1701×107t,其中青海云杉林1.9738×107t,祁連圓柏林3.094×106t,灌木林1.5484×107t;喬木林單位面積生物量比灌木林高,即喬木林生產(chǎn)力高于灌木林