天目山自然保护区典型森林植被乔木层生物量研究

蔺恩杰，江 洪,3*，赵明水，宋新章，陈云飞

（1. 浙江农林大学林业与生物技术学院，浙江 临安 311300；2. 天目山国家级自然保护区管理局，浙江 临安 311311；3. 南京大学国际地球系统科学研究所，江苏 南京 210093）

生物量是指生态系统中单位面积上有机物质数量，可以表征生态系统生产力的积累。农田系统生物量可以等同为收获的干物质量，对于森林而言生物量表明森林的状况和利用价值。森林生物量的分布格局和动态变化，能够反映森林生态生产力水平和物质循环能量流动的复杂关系，一定程度上反映系统的健康水平[1~2]。自然保护区植被无人为干扰，完全处于自然的更新演替状态，对其进行生物量调查还可以反映保护区内植被状况和森林的更新过程。目前，对森林生物量都是通过样地调查的方法，调查一定面积典型的样地上植物的树种、胸径、枝下高、冠幅数据，生物量计算的方法有，皆伐实测法、标准木法、相关曲线法、构建模拟法[3~5]。本文根据浙江省重点公益林样地调查构建的生物量模型[6]，计算各个森林类型的乔木层生物量。

本研究的区域为天目山国家级自然保护区，天目山自然生态环境优越，拥有着典型的中亚热带森林植被类型。在第四季冰川，天目山成为大量植物的庇护所，至今很多标本植被出自天目山，天目山的森林植被资源在亚热带乃至全国都着重要地位，因此，对天目山森林的本底调查也更显紧迫重要。

1 研究区域概况

研究区天目山自然保护区位于浙江省临安市，119° 24′ 11″ ~ 119° 28′ 21″ E，30° 18′ 30″ ~ 30° 24′ 55″ N，地处浙江省西北部，面积4 284 hm2，海拔300 ~ 1 556 m，具有典型的中亚热带的森林生态系统和森林景观。天目山自然保护区年均降水量1 822.2 mm，无霜期220 d左右，年日照时数1 550 ~ 2 000 h，四季分明，年均温度15.8 ~ 8.8℃。据2004年天目山管理局森林资源调查，天目山自然保护区有林地915 hm2，其中毛竹林81 hm2，苗圃地151 hm2，森林覆盖率98%，活立木总蓄积量达20.08×104m3。

2 研究方法

2.1 样地设定

2010-2011年在保护区内选择林龄和林分密度适中，具有代表性的植被类型，且受人为干扰较少交通又相对方便的地方设置永久样地。每种森林类型设样地一个，面积20 m×20 m。用全站仪平距放样，长宽均为20 m，再在将样地分为4个10 m×10 m的小样地。对样地内的乔木层每木进行其树高、胸径、冠幅、枝下高的测量。

2.1.1 胸径测量与标记 对样地内的乔木树种进行每木检尺（起测胸径1 cm），同时挂牌记录树种名称，计算平均胸径，起算胸径5 cm。

2.1.2 树高及枝下高测量

2.1.3 冠幅测定 采用最长冠径乘以与最长冠径相垂直的冠径表示，单位为m。

2.2 模型的建立

本文根据袁位高等[6]研究浙江重点生态公益林大量样地调查已得到的生物量计算模型计算样地生物量（表1）。模型利用浙江省树木各分量生物量之间的相对生长关系，乔木以树高、胸径、冠长为变量构建各分量生物量模型通式，构建松类、杉类、硬阔（Ⅰ、Ⅱ）、软阔、毛竹组主要树种（组）生物量模型，模型测算因子简单易得，与实测数据具有较好的拟合精度和预估水平。然后将本次样地调查数据，分树种代入模型，分别得到各类型森林的生物量。

表1 浙江省重点公益林不同树种生物量模型Table 1 Biomass model for different tree species of key ecological forest in Zhejiang province

表1续

3 结果与讨论

森林植被垂直分布明显，不同海拔地带上依植被垂直带谱，形成以常绿阔叶林、常绿落叶阔叶林混交林、落叶阔叶林和落叶矮林4个明显的森林植被类型，并有毛竹、杉木林、马尾松林等林型穿插其间。样地类型见表2。

表3中列出了8种样地类型的统计数据。从表3可知，林分年龄杉木林最小35 a，常绿落叶阔叶林最老为350 a；保护区内郁闭度较大都在0.85 ~ 0.9，林分密度在3 150 ~ 7 250株/hm2。其中起测胸径为1 cm，常绿阔叶林中有很多丛生细叶青冈，因此林分密度较大；除此落叶矮林密度最大，树种也最多。平均胸径计算是5 cm起算，以针阔混交林最大，为19.1 cm，落叶矮林最小为5.7 cm。

表2 标准样地概况Table 1 The general situation of standard plots

表3 样地调查统计数据Table 3 Data from sample plots

图1 8种森林类型生物量与树种数量间的关系Figure 1 Relationship between biomass in eight types of forest communities and tree species

从图1可知，8种森林类型生物量，常绿落叶混交林 > 落叶阔叶林 > 针阔混交林 > 杉木林 > 常绿阔叶林 > 马尾松林 > 毛竹林 > 落叶矮林。8中森林类型从海拔上来看，在海拔1 000 m以下，5种森林类型生物量相差不大；在海拔1 000 m以上，生物量随海拔升高而降低。海拔升高，气温降低，植被生长期缩短，影响群落的生产力，在山顶的落叶矮林生物量最小为 61.84 t/hm2。常绿落叶混交林生物量最大达到 424.66 t/hm2，在亚热带该林型为主要群落类型，在能量利用和物质循环上都有优势，使其生物量最大，优势树种为常绿阔叶树种交让木（Daphniphyllummacropodum）。3种典型纯林类型的杉木林、马尾松、毛竹生物量比较接近，并以毛竹最小100.1 t/hm2。总体上看，天目山的森林乔木层生物量远大于浙江重点公益林的生物量[7~9]，这是因为天目山自然保护区保护较好，几十年来无重大林火及自然灾害，同时林分年龄较长，积累了大量的生产力，对于区域的固碳释氧意义重大。

在乔木层物种数量上，毛竹林为纯林只有毛竹，因毛竹发达的地下竹鞭，对水分和矿物质有很强的争夺能力，杉木及阔叶树种很难生存。接近纯林的杉木林和马尾松林中都有不同的树种生长，其中马尾松林中的树木种类要高于杉木林，这说明在天目山马尾松林更适宜混交种植。物种最丰富的为海拔1 455 m的落叶矮林，达到 41种。海拔最高的落叶矮林拥有更多的树种，可能与天目山独特的地理环境和地质演变过程有关。在海拔1 000 m以上的3个森林类型，树种随海拔升高而增加，这与其生物量与海拔关系恰好相反。北京山地植物的多样性垂直分布研究[10]，乔木层在中海拔的800 ~ 1 700 m有较大物种丰富度；低海拔和山顶物种丰富度要小。秦岭酉水河天然针叶林物种多样性的垂直格局[11]研究，在海拔800 ~ 3 000 m的分布范围上，乔木层物种丰富度随海拔先增加后下降。天目山乔木层在海拔1 200 ~ 1 400 m物种丰富分布，与其他地区同海拔物种的丰富数量分布相似，这是由于人为干扰和海拔高度共同影响的结果。

4 结论

研究结果表明，天目山8中森林类型的生物量大小关系为常绿落叶混交林 > 落叶阔叶林 > 针阔混交林 >杉木林 > 常绿阔叶林 > 马尾松林 > 毛竹林 > 落叶矮林。在海拔1 000 m以下的5种森林类型，生物量变化不大；而在海拔1 000 m以上的3种森林类型，随海拔升高生物量下降，物种则增加。

需要指出的是，本文应用经检验的生物量计算模型并没有实测标准木再次构建模型，可能会有存在误差，并且在树高和枝下高测量上也会有偏差。另外，样地侧重计算生物量，样地面积对于统计物种数量可能达不到最小群落面积，因此森林类型的物种统计可能不够精确。样地调查应在数量和面积上进一步扩大，以进一步完整数据，准确估算生物量和分析其他相关关系。

致谢：浙江农林大学杨爽、袁建、孙成硕士等参与样地调查和数据整理，特此致谢！

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