皖東地區(qū)馬尾松林生物量結(jié)構(gòu)及其分布特征

皖東地區(qū)馬尾松林生物量結(jié)構(gòu)及其分布特征

生物量研究是生態(tài)學(xué)的一個(gè)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(jī)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(guó)松屬樹(shù)種中分布最廣的一種,也是我國(guó)亞熱帶東部濕潤(rùn)地區(qū)典型的針葉鄉(xiāng)土樹(shù)種。本文以皖東地區(qū)馬尾松人工林為研究對(duì)象,在森林群落調(diào)查的基礎(chǔ)上,運(yùn)用生物量模型估測(cè)、抽樣等方法研究馬尾松人工林生物量的群落結(jié)構(gòu)及分布,可為準(zhǔn)確評(píng)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(yíng)管理措施提供科學(xué)依據(jù)。1氣溫、降水試驗(yàn)地選擇在安徽省滁州市的長(zhǎng)沖林場(chǎng)、皇甫山林場(chǎng)、大柳林場(chǎng)和岱山林場(chǎng),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(rùn)季風(fēng)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(zhǎng)23d;年日照總時(shí)數(shù)2073.4h,年無(wú)霜期210d。試驗(yàn)地喬木樹(shù)種以馬尾松人工純林為主,林下灌木樹(shù)種以山合歡Albizziakalkora.、黃連木Pistaciachinesis.、柘樹(shù)Cudraniatricuspidata.、野薔薇Rosamultiflora.、郁李Prunusjaponica.、木莓Rubusswinhoei.、榆樹(shù)Ulmuspumila.、樸樹(shù)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(xué)習(xí)方法2.1樣地的選擇在長(zhǎng)沖林場(chǎng)、皇甫山林場(chǎng)、大柳林場(chǎng)和岱山林場(chǎng),按年齡、母巖性質(zhì)及地形坡位共選27塊馬尾松人工純林進(jìn)行調(diào)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(zhì)的林分,并對(duì)所在坡面較長(zhǎng)的林分分坡上和坡下兩種坡位分別設(shè)置樣地。對(duì)樣地內(nèi)林木進(jìn)行每木檢尺,樣地大小以20m×20m為主,個(gè)別樣地根據(jù)實(shí)際地形情況進(jìn)行擴(kuò)大或縮小。2.2樣樹(shù)的選擇與計(jì)算在每塊樣地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺,建立胸徑與樹(shù)高的回歸方程。將胸徑按4cm為一個(gè)徑級(jí)劃分,在樣地外選擇不同徑級(jí)的樣樹(shù),該樣樹(shù)樹(shù)高要與胸徑樹(shù)高方程算出的接近,共選擇了21棵樣樹(shù)。將樣樹(shù)在根頸處伐倒,地上部分采用分層切割法,分別測(cè)定干、枝、葉、皮的鮮重,并取樣。地下部分根系采用全挖法測(cè)定,分根蔸(也稱(chēng)為根樁)、粗根(根徑>5mm)和細(xì)根(根徑<5mm),稱(chēng)其鮮重并取樣,將各器官的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室,置于80℃烘箱烘至恒重并計(jì)算出干重。2.3枯落物生物量測(cè)定在標(biāo)準(zhǔn)地四個(gè)角和中心各設(shè)置1個(gè)2m×2m的小樣方作灌木調(diào)查,1個(gè)1m×1m小樣方作草本調(diào)查,1個(gè)20cm×20cm小樣方收集枯落物,分別稱(chēng)鮮重并取樣,帶回實(shí)驗(yàn)室置于80℃烘箱烘至恒重,計(jì)算出生物量。3結(jié)果與分析3.1馬尾松生物量和胸徑生長(zhǎng)方程的應(yīng)用檢驗(yàn)通常采用相對(duì)生長(zhǎng)模型W=aDb和W=a(D2H)b進(jìn)行回歸估計(jì),W(kg)為樹(shù)木各器官生物量,D(cm)為胸徑,H(m)為樹(shù)高,a和b為常數(shù),建立喬木生物量的回歸模型。由于樹(shù)高的觀測(cè)值精度相對(duì)較低,實(shí)際應(yīng)用中誤差也較大,以胸徑為自變量的回歸方程W=aDb的實(shí)用性就更強(qiáng)些,因此本文采用生物量與胸高直徑的相對(duì)生長(zhǎng)方程W=aDb。各回歸方程經(jīng)檢驗(yàn)均達(dá)到顯著水平。從表1可知,除樹(shù)葉外,樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)皮、樹(shù)干和全重的回歸方程相關(guān)系數(shù)都在0.85以上,表明生物量和胸徑之間密切相關(guān),可用于生物量的計(jì)算。由于馬尾松葉片數(shù)量眾多,是通過(guò)抽取標(biāo)準(zhǔn)枝的方法進(jìn)行推算,因而帶來(lái)一定誤差;此外,樹(shù)葉生物量受冠幅和冠長(zhǎng)等樹(shù)冠指標(biāo)的影響較大,而這些指標(biāo)隨周邊環(huán)境的不同變化較大,這些誤差都影響樹(shù)葉生物量模型的擬合,因而相關(guān)系數(shù)小于其它器官生物量回歸模型的相關(guān)系數(shù)。3.2喬木層的生物量3.2.1林分樹(shù)生物量分布馬尾松林喬木層生物量及其分配見(jiàn)表2。馬尾松林喬木層平均生物量為140.09t/hm2,樹(shù)干生物量最高,約占喬木層總生物量的65.31%,樹(shù)根次之,占13.75%,樹(shù)枝占12.46%,樹(shù)皮占5.77%,樹(shù)葉所占比例最小,為2.71%,生物量主要是通過(guò)樹(shù)干的生長(zhǎng)進(jìn)行積累,各器官生物量的分布排序從大到小為:樹(shù)干>樹(shù)根>樹(shù)枝>樹(shù)皮>樹(shù)葉。3.2.2光器官樹(shù)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(jiàn)表3)。樹(shù)干生物量比例總體呈增大趨勢(shì),光合器官樹(shù)葉的生物量比例則呈下降趨勢(shì)。不同年齡階段,樹(shù)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(shù)干>樹(shù)根>樹(shù)枝>樹(shù)皮>樹(shù)葉的規(guī)律,僅幼齡階段樹(shù)枝生物量小于樹(shù)葉量。生長(zhǎng)至近熟林時(shí),樹(shù)根生物量比例增至最大。3.3林分生物量結(jié)構(gòu)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(jiàn)表4)。馬尾松人工純林中喬木層生物量占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),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(dǎo)致林下活地被物層生長(zhǎng)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(lái)看,林分結(jié)構(gòu)不是太合理。3.3.2林齡對(duì)喬木層生物量的影響從總的生物量的結(jié)構(gòu)來(lái)看(表5),不同齡級(jí)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?yàn)樵擇R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(jì);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(zhǎng)趨勢(shì),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(duì)林齡為25、40、和52的林分在坡上部和坡下部分別進(jìn)行調(diào)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(guān)。3.3.4馬尾松不同徑級(jí)分布的聚合酶鏈反應(yīng)將所調(diào)查的27塊樣地內(nèi)的馬尾松胸徑按4cm一徑級(jí)歸組,統(tǒng)計(jì)各徑級(jí)株數(shù),并根據(jù)擬定的生物量模型,分別計(jì)算各徑級(jí)生物量,取平均值,以徑級(jí)為橫坐標(biāo),以株數(shù)和生物量為縱坐標(biāo),繪制馬尾松林的生物量和株數(shù)徑級(jí)分布曲線(xiàn)(圖1)。馬尾松林株數(shù)的徑級(jí)分布的峰值出現(xiàn)在徑級(jí)為8~12cm處,生物量徑級(jí)分布的峰值出現(xiàn)在徑級(jí)20~24cm處,生物量的徑級(jí)分布呈正態(tài)分布。在徑級(jí)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(jí)。林分生物量是由各徑級(jí)林木株數(shù)與其單株生物量共同決定的,徑級(jí)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(jí)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(jí)林木對(duì)林分生物量貢獻(xiàn)較大。4林分生物量分配(1)本文建立了馬尾松各個(gè)器官及總生物量的回歸模型W=aDb,除葉的生物量模型相關(guān)系數(shù)為0.658外,其它模型的相關(guān)系數(shù)均在0.85以上,顯著相關(guān)。今后,要更準(zhǔn)確地?cái)M合馬尾松葉的生物量模型,需要考慮樹(shù)冠指標(biāo)并加大工作量全部稱(chēng)取樣木樹(shù)葉,同時(shí)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(shù)干生物量占喬木層總生物量的65.31%,樹(shù)根占13.75%,樹(shù)枝占12.46%,樹(shù)皮占5.77%,樹(shù)葉占2.71%。各器官生物量的分布排序從大到小為:樹(shù)干>樹(shù)根>樹(shù)枝>樹(shù)皮>樹(shù)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(shù)干生物量比例總體呈增大趨勢(shì),樹(shù)葉生物量比例則總體呈下降趨勢(shì)。(3)在馬尾松林中徑級(jí)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(jí)為20~24cm的馬尾松占林分生物量最高,達(dá)24.02%。林分78.36%的生物量由徑級(jí)12~28cm馬尾松構(gòu)成。(4)馬尾松林分的總生物量為141.99t/hm2,其中喬木層