环洞庭湖不同类型防护林生物量研究

罗 佳，田育新，杨 楠，姚 敏

(湖南省林业科学院, 湖南 长沙 410004)

环洞庭湖不同类型防护林生物量研究

罗 佳，田育新，杨 楠，姚 敏

(湖南省林业科学院, 湖南 长沙 410004)

以环洞庭湖的杨树、马尾松、杉木等3种防护林为研究对象，对其生物量进行研究。结果表明：3种林分中不同树种营养器官生物量所占比例的大小顺序有所差异，各主要造林树种单株生物量均以地上部分占绝对的优势，占全株生物量的87%以上。3种林分中，杉木林分生物量最高，为232172.5kg/hm2；马尾松林的生物量最低，为87420.88kg/hm2。各种林分中乔木层生物量与林分生物总量的排序相同。杉木林的平均净生产力最高，为16982.66kg/(hm2·a)，杨树林其次，为13984.90kg/(hm2·a)；马尾松林最低，为7060.40kg/(hm2·a)。这种差异的产生可能是因为树种不同其生长特性不同以及树叶的光合能力不同所造成的。在3种林分中，均以树干的净生产力最大，其次为树枝。

洞庭湖； 防护林； 生物量

森林作为陆地生态系统的主体，在维护全球气候系统、调节全球碳平衡、减缓大气中温室气体浓度上升等方面具有不可替代的作用[1]。森林生物量和生产力是生态系统性质、状态的重要指示特征，也是深入了解森林生态系统变化规律的重要途径[2]。长期以来，由于不合理的利用，洞庭湖区的植被被严重破坏，导致其生态系统服务功能损失和衰退[3]。环洞庭湖防护林体系建设项目以改善生态环境和发展农业为目的，从可持续林业出发，创建高水平的营造林模式，扩大和恢复森林植被，控制水土流失，改善生态条件，同时还保障农业的稳定、高产，促进农民生活水平的提高和农村发展[4]。我们对环洞庭湖3种防护林的生物量特征进行研究，为环洞庭湖防护林体系建设提供参考。

1 试验地概况

试验区位于湖南省洞庭湖区岳阳市的岳阳县和华容县，地理坐标为东经111°20′46″—113°45′12″、北纬29°03′44″—29°54′05″。该区与长江毗邻，地势西高东低，东面属典型的南方红壤丘陵岗地，中间为大面积的平坦肥沃的耕地，西面属低山丘陵区，海拔20～1260m；属中亚热带北部季风湿润气候区。区内热量、水分条件基本相似，热量丰富，雨量充沛，光照充足，四季分明；年均气温16.5～16.9℃，年降雨量1317～1376mm，雨季集中在4—8月，期间雨量占全年总雨量的72.3%，为每年洪水泛滥和洪灾多发季节。区内土壤母岩母质以砂岩、板岩、页岩和第四纪红色粘土为主，兼有少量花岗岩和石灰岩，主要土壤为红壤、黄红壤和河谷冲积土[5]。

2 研究方法

2.1样地设置

2010年7月，在环洞庭湖防护林区岳阳县和华容县选择具有代表性的杨树、马尾松、杉木林等3种林分进行样地设置，每1种林分各设置面积为20m×20m的标准样地3个，共9个，进行每木调查。3种林分样地概况见表1。

表1 3种林分样地概况Tab.1 Thesampleplotsstatusofthreedifferentforesta-tionstands林分类型造林密度(株·hm-2)平均年龄(年)平均胸径(cm)平均树高(m)平均海拔(m)杨树林 5561220.9517.1181杉木林29411214.4214.4878马尾松林29521210.207.6434

2.2生物量测定

根据样地调查结果，在3种林分标准样地内分别按林木生长优良、中等、较差选择标准样木，采用收获法测定林分生物量。于各种林分内各选取主要造林树种6株样木，分干、皮、枝、叶和根等组分测定鲜重，同时分别采集各组分的分析样品，置于85℃恒温干燥箱中烘至恒质量，按公式

W总=W干+W皮+W枝+W叶+W根

计算样木各组分的生物量。用相对生长法建立杨树、马尾松、杉木各组分生物量与胸径(D)、树高(H)的回归方程如下：

(1) 马尾松回归方程。

W干=0.049668(D2H)0.836283

W皮=0.009571(D2H)0.820182

W枝=0.009414(D2H)0.877074

W叶=0.028145(D2H)0.656131

W根=0.004927(D2H)0.812206

(2)杨树回归方程。

W干=0.0300(D2H)0.8734

W皮=0.0028(D2H)0.9875

W枝=0.0174(D2H)0.8578

W叶=0.4562(D2H)0.3193

W根=0.0040(D2H)0.9035

(3) 杉木回归方程。

W干=0.0163(D2H)0.9582

W皮=0.0040(D2H)0.9035

W枝=0.0040(D2H)0.9035

W叶=0.0040(D2H)0.9035

W根=0.0040(D2H)0.9035

同时，在3种防护林的标准样地内均按梅花形分别设置4个面积为1m×1m的小样方，对每1个小样方内的植物种类进行记录，灌草层、凋落物现存生物量测定采用“样方收获法”。测定时首先按小样方逐个地统计该小样方内灌草层植物种类和数量,然后切割直接称取鲜重,在各样方中采集部分样品,于实验室在85℃下烘干至恒重,求其干鲜重比,然后将鲜重换算成干重,求出每1hm2林地灌草层和凋落物现存量。

3 结果与分析

3.1不同林分中主要造林树种单株生物量

对3种防护林中主要造林树种的单株各器官生物量测定的结果(见表2)显示，各树种都具有各自的生长特性，不同树种其不同营养器官生物量所占比例的大小顺序也有所差异；杉木各营养器官生物量所占比例大小顺序为干>根>枝>叶>皮，马尾松为干>枝>皮>叶>根，杨树为干>枝>皮>根>叶。可见，各树种干的生物量都明显高于其他营养器官，而皮、枝、叶和根生物量的比例则因树种不同其大小顺序会发生改变。生物学特性不同，即使是同一器官，合成干物质的速度和量也不同，因而在相同区域内，年龄相同的各造林树种的单株生物量也存在着一定的差异。从生长状况看，杨树在该区有较强的生长势。王百田等[6]认为，单株总生物量随密度的减小而增大，无论是树干、树枝还是叶、果的生物量，均与林分密度呈幂函数增长关系。

表2 不同林分造林树种单株各器官生物量Tab.2 Bionmssofdifferentorgansofsingletreeindifferentafforestationstands(kg)林分类型干枝叶皮根合计杨树林85.9243.238.3722.6815.07175.27杉木林33.328.226.845.457.4661.29马尾松林13.223.292.252.291.1222.16

3.2不同林分生物产量积累特征

由于树种不同，形成森林群落的主导因素不同，因此，在相同立地，年龄相近的林分，其生物量的积累会有明显的差异。林木生物量积累主要集中表现在干材部分的增大、增重，生物量的积累与树种、年龄及立地条件等密切相关。从表3可以看出，3种林分生物量主要以乔木层为主，占总生物量的90%以上，乔木层生物量由大到小的顺序为杉木林、杨树林、马尾松林，林分总生物量的排序与乔木层相同。杉木纯林的生物量最高，为232172.5kg/hm2，可能与其造林密度小有关，其乔木层的生物量明显高出其他类型林分。马尾松林的生物量最低，为87420.88kg/hm2，但其活地被物的生物量高出杉木纯林204.2kg/hm2，说明马尾松林林下植被丰富，可能与马尾松林郁闭度小有关。从表3还可以看出，死地被物的生物量差别很大，杉木纯林的死地被物比其它林分多，与杨树纯林有较大差异。说明太阳能的固定主要靠乔木层，而每年针叶林有大量枯落物归还林地，分解后有改良土壤的效果，更有利于改善环境条件。干、枝、叶3部分生物量比例以杉木林的树干所占比例最高，因杉木于量、干材积比例大，有较高的出材率，目前以取木材为目的的经营主要以针叶树种为主。

表3 不同林分的生物量Tab.3 Thebiomassofdifferentafforestationstands林分类型年龄(年)造林密度(株·hm2)乔木层(kg/hm2)活地被物(kg/hm2)死地被物(kg/hm2)合计(kg/hm2)干枝叶皮根杨树林12 55656040.7228093.00 4881.1715210.09 9900.97420.0 172.0114717.90杉木林122941106957.7026643.1021618.8012987.9435584.40290.58090.0232172.50马尾松林12295244537.4717314.576675.296077.3610120.09494.72201.487420.88

3.3乔木层各组分生物量相对分配格局

林木将光合作用所产生的有机物质按一定的比例分配至干、枝、叶、根等主要器官，以维系树木的有机整体。由表4可知，3种林分中，各组分生物量相对分配百分率的大小均表现为：树干生物量占林木生物量的比例最大，为49.10%以上；树枝生物量所占的比例其次，为13.07%～24.62%；树根生物量所占的比例较小，为8.68%～17.46%；树叶生物量所占的比例最小，仅为4.28%～10.61%。但不同林分各组分生物量分配百分率仍存在一定的差异，如树干生物量的分配百分率是以杉木林的最高，杨树林的最低，两者相差3.47%；树枝是以杨树林的最高，杉木林的最低，两者相差11.55%；树叶和树根是以杉木林的最高，杨树林的最低，树叶两者相差6.33%，树根相差8.78%。表明在杉木林中，林木体内光合产物转移到树干的能力更强。这种处于同一立地的不同类型林分所表现出的生物量相对分配格局上的差异，显然与树种特性、林分密度等方面有关。

表4 不同林分乔木层各组分生物量分配的百分率Tab.4 Relativedistributionofpercentageofbiomassofarborlevelindifferentafforestationstands(%)林分类型干枝叶皮根合计杨树林49.1024.62 4.2813.33 8.68100杉木林52.4813.0710.616.3717.46100马尾松林52.5720.447.887.1711.94100

3.4净生产力比较

植物群落的现存量并不能全面反映绿色植物通过光合作用制造有机物质的速率，因此不能用它来衡量群落制造有机物的能力，而应用生产力的大小作为评价标准。绿色植物在单位面积和单位时间内通过光合作用所生产的有机物质总量称为第一性总生产力。第一性总生产力减去同期植物呼吸的消耗量称为第一性净生产力。测定森林生态系统中的第一性净生产力，在同龄人工林中可用生物量除以年龄的简单方法估算[7]。

由于杨树为落叶树种，因此其叶的生物量可作为其叶的净生产力，其它各器官及杉木、马尾松器官的净生产力均用相应的生物量除以年龄进行估算。

由表5可知，杉木林的平均净生产力最高，为16982.66kg/(hm2·a)；杨树林其次，为13984.90 kg/(hm2·a)；马尾松林最低，仅为7060.40kg/(hm2·a)；最高与最低相差9922.26kg/(hm2·a)。这种差异的产生可能是因为树种不同其生长特性不同及树叶的光合能力不同所造成的。在各种林分中，均以树干的净生产力最大，其次为树枝。

表5 不同林分的净生产力Tab.5 Netproductionofdifferentafforestationtypes(kg/hm2·a)林分类型干枝叶皮根合计杨树林4670.062341.084881.171267.51 825.0813984.90杉木林8913.142220.261801.571082.332965.3716982.66马尾松林3711.461442.88556.27506.45843.347060.40

4 结论与讨论

(1) 杨树、马尾松、杉木等3种林分中各主要造林树种的单株生物量均以地上部分占绝对的优势，占全株生物量的87%以上，树木各器官生物量的大小排序基本上为：树干>树枝>树皮>树叶>树根；在相同立地条件下，年龄相同的各造林树种的单株生物量存在一定的差异。

(2) 3种林分中，杉木林分生物量最高，为232172.5kg/hm2；马尾松纯林的生物量最低，为87420.88kg/hm2。乔木层生物量与林分生物总量的排序相同。

(3) 杉木林的平均净生产力最高，杨树林其次，为13984.90kg/(hm2·a)；马尾松林最低，最高与最低相差9922.26kg/(hm2·a)。这种差异的产生可能是因为树种不同其生长特性不同以及树叶的光合能力不同所造成的。在3种林分中，均以树干的净生产力最大，其次为树枝。

(4) 本研究中没有测定枯枝落叶的年凋落量和根系的损失量以及昆虫、动物的啃食量，故净生产力的估测值比实际值要偏低。

[1] Woodwell G M, Whittacker R H, Reiners W A, et el. The biota and the world carbon budget[J]. Science, 1978, 199:141-146.

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StudyonbiomassofdifferenttypesforprotectionforestsystemareaaroundDongtingLake

LUO Jia, TIAN Yuxin, YANG Nan, YAO Min

(Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China)

The biomass of Three types of protection forest surrounding Dongting Lake were studied with the protection forest ofPopulusdeltoids,PinusmassonianaandCunninghamialanceolata. The results showed that the order of the size of the proportion of biomass for organs of different species for Three stands forestation were different. The biomass of tree aboveground was absolute superiority of the main tree,accounting for 87% of total plant biomass. In the three forestation stands,stand biomass ofC.lanceolatawas highest of 232172.5 kg/hm2and biomass ofP.massonianawas lowest of 87420.88 kg/hm2.The order of biomass of arbor level were as the same as total biomass. The average net productivity ofC.lanceolatawas highest, 16982.66 kg/(hm2·a).P.deltoideswas followed, 13984.90 kg/(hm2·a),andP.massonianawas lowest, 7060.40 kg/(hm2·a). The cause of the differences might be different growth characteristics of different species and different photosynthetic capacity of leaves. In the three forestation stands, the net productivity of the trunk was highest, the branches was followed.

Dongting Lake; protection forest; biomass

2011-09-09

2011-09-23

湖南省林业厅重点项目(1999-2)；国家林业局推广项目([2006]42号)。

罗 佳(1983-)，女，湖南省长沙市人，主要从事水土保持学、生态学研究。

S 727.2

A

1003-5710(2011)05-0027-03

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2011. 05. 007

(文字编校：唐效蓉，杨 骏)