黃土區(qū)不同立地條件刺槐人工林生物量與密度關(guān)系研究

黃土區(qū)不同立地條件刺槐人工林生物量與密度關(guān)系研究

20世紀50年代以來，世界工業(yè)化國家開始關(guān)注森林生物量的研究，美國和日本先后對森林生物量進行了研究和生產(chǎn)力。隨后在人與生物圈(MAB)和國際生物學(xué)計劃(IBP)的引導(dǎo)與推動下,森林生物量的研究發(fā)展迅速,多數(shù)學(xué)者采用估算的方法,研究了地球表面主要森林植被類型生物量和生產(chǎn)力黃土區(qū)地形破碎、自然植被破壞嚴重、土壤結(jié)構(gòu)疏松,是我國水土流失嚴重的地區(qū)之一,也是國家退耕還林(草)及生態(tài)建設(shè)的重點區(qū)域。近年來開展的生態(tài)建設(shè)和退耕還林生態(tài)工程極大地改善了該區(qū)的生態(tài)環(huán)境,使得本區(qū)的土壤水分、養(yǎng)分產(chǎn)生較大的變化。尤其是刺槐作為該區(qū)的主要造林樹種,適應(yīng)性強、耐干旱瘠薄,是一個經(jīng)濟價值高、用途廣泛的樹種,可用來營造用材林、水土保持林、薪炭林、飼料林和蜜源林等。研究1氣候、地質(zhì)概況試驗區(qū)域位于陜西咸陽市轄區(qū)的長武縣、彬縣、旬邑縣和淳化縣,屬渭北旱塬塬梁溝壑區(qū)和甘肅涇川縣屬黃土丘陵區(qū)。海拔1040~1350m,平均氣溫9.7℃,晝夜溫差11.7℃,極端最低氣溫-24.3℃,極端最高氣溫36.3℃,≥10℃活動積溫2955.8℃,年均降水量561mm,無霜期180d,屬典型的大陸性暖溫帶半干旱氣候。地理位置比較特殊,區(qū)位優(yōu)勢相對明顯。刺槐林分布概況及齡級劃分見表1。2學(xué)習(xí)方法2.1調(diào)查測定方法和標準木選擇根據(jù)地方林業(yè)部門提供的人工刺槐林分布區(qū)域與生長狀況,并結(jié)合國家林業(yè)局二類清查資料選擇典型樣地,樣地面積20m×50m,重復(fù)3次,每樣地分為10m×10m的樣方10個,然后每木檢尺進行胸徑、樹高、冠幅等調(diào)查測定。同時,在樣地內(nèi)每4cm為1個徑級,從8cm開始,每個徑級選定3株標準木,共選標準木27棵,測定胸高直徑、樹高、枝下高、冠幅及其周圍生境。結(jié)合疏林工程和森林間伐撫育標準,對選擇的標準木逐個伐倒后,測定其各器官(樹干、枝、葉、果和根系等)的質(zhì)量。2.2樣品測定和分析方法采用生物量回歸方程法,根據(jù)樣地內(nèi)所有樹木的胸徑(或樹高)分布曲線,選擇并砍伐少許能夠代表樣地總體的樹木進行解析,測定其各器官(樹干、枝、葉、果和根系等)的鮮質(zhì)量,并換算成干質(zhì)量,確定生物量與胸徑或樹高(或者二者)的回歸關(guān)系,然后利用回歸關(guān)系和所有樹木的實測胸徑或樹高推算樣地的生物量。還可根據(jù)各器官組分與測樹因子項(胸徑和樹高)的異速生長模型,由回歸方程W=a(D1)樹干生物量測定。采用收獲稱量法,對伐到的標準木進行分段截取,稱其鮮質(zhì)量,然后分上、中、下3段取樣,重復(fù)3次,帶回室內(nèi)在干燥箱(70±5)℃烘至恒質(zhì)量,換算樹桿生物量干質(zhì)量。2)樹枝生物量測定。對伐到的標準木將樹枝分離成<5cm(小枝)、5~20cm(中枝)和>20cm(大枝)3組,分別稱其鮮質(zhì)量,然后按3組進行取樣,重復(fù)3次,帶回室內(nèi)在干燥箱(70±5)℃烘至恒質(zhì)量,換算樹枝生物量干質(zhì)量。3)樹葉生物量測定。采用全株收獲測定,對伐到的標準木將其樹葉從葉柄處全部摘下,稱其鮮質(zhì)量,然后進行取樣,重復(fù)6次,帶回室內(nèi)在干燥箱(60±5)℃烘至恒質(zhì)量,換算樹葉生物量干質(zhì)量。4)果實生物量測定。采用全株收獲測定,對伐到的標準木將其果實包括果皮全部摘下,稱其鮮質(zhì)量,然后進行取樣,重復(fù)6次,帶回室內(nèi)在干燥箱60℃±5℃烘至恒質(zhì)量,換算果實生物量干質(zhì)量。5)根系生物量測定。采用全挖法,與標準木對應(yīng)挖出全部根系,清除非根系雜物,按<2cm(小根)、2~5cm(中根)和>5cm(大根和根樁)分為3組,分別稱其鮮質(zhì)量,然后按3組進行取樣,重復(fù)3次,帶回室內(nèi)在干燥箱(70±5)℃烘至恒質(zhì)量,換算根系生物量干質(zhì)量。不同徑級單株總生物量按下式計算:式中:W2.3數(shù)據(jù)分析采用SPSS16.0進行統(tǒng)計分析,其中同一樹種內(nèi)不同徑級的多重比較使用LSD法,生物量的模擬采用曲線回歸以得到最優(yōu)模型。3結(jié)果與分析3.1合理的林木經(jīng)營黃土區(qū)撂荒地面積較大,是刺槐生長的適宜區(qū),摸清刺槐在撂荒地造林不同徑級各器官生物量的變化過程,有利于森林的經(jīng)營管理。合理的林木經(jīng)營,可使林內(nèi)的生態(tài)環(huán)境因素呈現(xiàn)同步的梯度變化,促進林下生物多樣性增加,加速林分的自然更新,提高林分的總生物量。分析27株標準木生物量的測定結(jié)果(圖1)發(fā)現(xiàn),坡耕地植苗造林30年生刺槐林各器官生物量(y)隨徑級(x)變化的線性回歸方程分別為:樹干y=9.6996x-112.17,R3.2光皮木干生長分布特征表1在黃土區(qū)隨著退耕還林工程的實施,退耕的坡地面積不斷增加,為人工林的建設(shè)提供了重要基地,因此,掌握退耕地林分生長與生物量的變化動態(tài),對提高人工林的生態(tài)經(jīng)濟效益具有重要意義。分析27株標準木生物量的測定結(jié)果(圖2)發(fā)現(xiàn),坡耕地植苗造林35年生刺槐林各器官生物量變化的線性回歸方程分別為:樹干y=11.075x-106.39,R通過不同徑級各器官的結(jié)構(gòu)比例看出,隨著徑級的變化樹干生物量呈增長趨勢,尤其是從24cm徑級之后增長幅度較大,其他各器官生物量隨著徑級的變化雖有增長但其比例差異較小;原因是枝、葉、果實在林分的生長過程中,受動物(鳥類)、風力、暴雨等自然因素的影響凋落損失。由于刺槐林自然整枝能力差,嚴重影響了枝、葉、果實生物量的積累,故隨著樹木的生長,枝、葉、果實的分配比例增長變化幅度較大。另外,刺槐根系生物量的分布特征表現(xiàn)出4個特點:一是根系生物量平均占總生物量的27.91%;二是在距樹干直徑100cm,深度在100cm范圍內(nèi)的根系占總根系生物量的88.6%;三是粗根系和根樁占總根系的比例最大,但由于粗根系對養(yǎng)分和水分的吸收功能較差,雖然它占總根系的比例最大,但這種差異也不會對樹木的吸收功能產(chǎn)生太大的影響,即不會對樹木生長產(chǎn)生根本性的差別3.3造林密度對刺槐生物量的影響黃土區(qū)荒坡地占坡地總面積的32.6%,主要是以刺槐林生長為主,多年來由于撫育管理粗放,林分老齡化嚴重,生態(tài)經(jīng)濟效益不佳。因此,通過對荒坡地現(xiàn)有林分典型樣地24株標準木生物量的測定結(jié)果(圖3)發(fā)現(xiàn),荒坡地植苗造林30年生刺槐林各器官生物量變化的線性回歸方程分別為:樹干y=6.5984x-49.52,R總之,從黃土區(qū)撂荒地、坡耕地和荒坡地造林不同徑級單株生物量變化看,不同立地條件對刺槐生物量的組成有較大影響,尤其是造林密度是制約和決定種群生物量動態(tài)的主要因素,也是人工林培育技術(shù)體系中最主要的技術(shù)環(huán)節(jié)之一,造林密度不僅影響林下的物種多樣性和林內(nèi)的環(huán)境條件,還影響林木的生長發(fā)育,從而導(dǎo)致生物產(chǎn)量的差異。從該區(qū)不同立地條件林分各器官平均生物量的結(jié)構(gòu)組成看,變化趨勢基本一致,樹干占總生物量的47.1%,樹枝和根系占總生物量的22.22%和25.41%,其余為樹葉和果實部分。隨著林分的生長,密度較大林分的林冠生長受光照空間競爭的影響,可快速郁閉,使林木個體生長率下降,各器官生物量的生長速度減慢。而密度小的林分由于光照充足,個體生長發(fā)育較快,生物量的增長速度加快由表2可知,黃土區(qū)不同立地條件和造林密度下,刺槐林單株生物量與D3.4更新后的造林密度人工刺槐林種群徑級結(jié)構(gòu)變化,可以直接反映種群自然更新以及同齡個體生長分化和其對生境的適合程度另外,如圖6~8所示,荒坡地植苗造林生長20、30、32a的刺槐林,彬縣荒山密度分布為1500株/hm4自然更新林分密度調(diào)控刺槐在黃土區(qū)是一個外來樹種,無論從造林面積還是生長的立體條件與分布范圍來看,都是黃土區(qū)最重要的人工喬木造林樹種;但刺槐在黃土區(qū)的有性繁殖能力較差,以種子自然繁殖更新難度大,往往是以采伐后根樁自然萌芽更新為主,形成新的植株和較大冠幅,可快速郁閉成林:因此,采用合理的造林密度與撫育管理是加速刺槐人工林自然更新的重要措施。有研究認為對刺槐林地土壤采用人為強烈擾動,可促進刺槐的根蘗繁殖有關(guān)研究認為,在黃土高原干旱半干旱區(qū),從土壤水分利用及生產(chǎn)力角度考慮,建議中齡級的刺槐林生長密度控制在1375~1625株/hm5黃土區(qū)刺槐林在不同立地條件下生長情況1)從人工林植被的生長因子來考慮,在渭北黃土區(qū)撂荒地造林30年刺槐林密度為1050株/hm2)刺槐人工林的生長狀況與生物量變化,在3種立地條件生長30~35年的刺槐林分中,單株生物量的各器官變化趨勢,樹干生物量占總生物量接近50%,其次是根系和樹枝,占近45%,其余為樹葉和果實。3)在渭北黃土區(qū)刺槐林生長的徑級變化如下:撂荒地30年刺槐林在林分結(jié)構(gòu)中,密度組成主要集中在中小徑級的范圍,占林分總密度的67.62%;坡耕地造林35年刺槐林分結(jié)構(gòu)中密度組成主要集中在中徑級范圍,占林分總密度的52.84%;荒坡地20、30和32年的刺槐林在林分結(jié)構(gòu)中,密度組成主要集中在稍偏小中徑級(