红松人工林生物量的测定及其分析

周建宇，万道印，李 琳，姜伟阳，李 勇

(黑龙江省带岭林业研究所，黑龙江 伊春 153106)

森林是创造碳汇，减缓温室效应，维持陆地生态系统的主体。因此植树造林，培育森林资源，增强森林生态功能，受到党和国家的高度重视。

森林生物量的研究是森林生态功能研究的主要组成部分，因此也倍受重视。中国森林生物量的研究始于20世纪70年代后期，由潘维俦[1]等对杉木人工林进行研究开始的；红松生物量的研究，较早的由丁宝永[2]等对中国东北东部山区红松人工林群落生物量的研究开始的，其后还有谭学仁[3]，胡万良[4]等也发表过一些论文。但总的说关于红松生物量方面的研究论文并不多，与红松在本地区的重要地位很不相称。本文主要是对不同林龄，不同密度红松人工林各器官生物量及其垂直分布规律进行探讨，并建立相应的数学模型，为中国东北地区建立更广泛的红松生物量模型提供科学资料。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在黑龙江省带岭林业实验局境内，该局位于小兴安岭东南端，地理坐标为：46°50′08″～47°21′32″N，128°37′49″～129°17′50″E。本地区冬季漫长干燥寒冷，月最低气温-19.6℃，夏季温暖而湿润，月最高气温20.4℃，年平均降水量660 mm，年蒸发量865 mm，全年生长期110 d左右，属北温带大陆性季风气候。

试验地分布在5块林地内，15 a生1块，25 a生2块，35 a生2块，5块林地均为红松人工纯林，林地坡度在 10°左右，坡向东北或东南，林地均经过1～3次透光抚育伐，土壤为暗棕壤森林土，红松生长健康良好。

1.2 研究方法

1.2.1 试验地选择

红松人工林，在不同立地或不同经营强度下，其生物量可相差1到几倍，因本次调查是研究性质，试验面积较小，必须保证林分条件的相对一致性，才能保证有可比性。为了寻找能反映正常生长和较为一致的红松林分，在踏查预选的9块林地中，通过调查和测树因子值对比，最后选定5块，15 a生1块，25 a生2块，35 a生2块，在3个龄级的林地中，分别建立3个不同密度的标准地，共计9块标准地。

1.2.2 生物量测定方法

在标准地内进行每木检尺，求出林分密度、胸径、树高和冠幅。依据这4项指标，每块标准地选1株平均标准木。标准木伐倒后，按2 m区分段截取(含枝和叶)，每段针叶质量，采用标准枝法换算得来，树枝不论枯活枝都一起称量，损失的枯死枝一律不予添加，根系是不分土层和根系大小进行1次性挖掘，洗净泥土，晾干后称其总鲜重。利用样品鲜干重换算得全株各器官干重。

生物量的数学模型采用SPSS 13.0系列软件处理。

2 结果与分析

2.1 红松单株生物量及其分布

9块标准地测得的林木测树因子值及单株生物量见表1。

表1 林木测树因子及单株生物量统计

2.1.1 不同林龄红松单株生物量及其分布

从表1看出，红松单株各器官生物量及总生物量都是随着林龄的增大而增加的，这是自然增长现象，是可以理解的。但随林龄的增大各器官生物量占总生物量的比例却有所不同。树干：15 a时占总生物量37.84%，25a时占49.64%，35 a时占59.59%；树根：15 a时占22.26%，25a时占24.76%，35 a时占20.84%；树枝：15 a时占22.19%，25 a时占15.62%，35 a时占13.24%；树叶：15 a时占17.71%，25 a时占9.98%，35 a时占6.41%。从中可以看出：树干占总生物量的比例最大，且随林龄的增大而提高；树根占总生物量的比例相对稳定，不同林龄时都保持在20%左右；枝和叶占总生物量的比例是随林龄的增大而下降的。这一变化规律说明：红松在幼林初期是以生存和营养生长为主，需要有足够的枝叶量供给营养，且此时树干和树根的生物量较小，所以枝叶占总生物量的比例较高，随着林龄的增大，树干和根的累积量增大，枝和叶的增量较小，因此枝和叶占总生物量的比例就会逐年降低，树干的比例反而逐年提高。

2.1.2 不同林分密度红松单株生物量及其分布

从表1看出，在同龄林不同密度的红松林中，呈现出林分密度越大，单株生物量越小的分布格局。形成这一规律的主要原因是林分密度越大，单株营养面积越小，提供给单株的营养物质就相应较少或缺乏而形成的。但值得一提的是，单位面积生物量是由单株生物量和单位面积株数共同决定的，两者都不可偏废。如本试验3个林龄段的林子都是单株生物量较小而林分密度较大的公顷生物量较高，所以要提高单位面积生物量，选择适宜的林分经营密度是主要的经营措施之一。

2.1.3 红松单株地上生物量的垂直分布

将同龄的3株标准木地上各器官同高度层(2 m为一层)的生物量分别相加，求得各器官同一高度层的生物量平均值，绘制不同林龄红松地上各器官生物量垂直分布如图1所示。

图1 不同林龄红松地上各器官生物量垂直分布

从图1可以直观看出，地上各器官生物量中，树干生物量最大，并随着树龄的增大树干占地上总生物量的比例也逐渐增大。由测得的数据可以求出：15 a时树干占地上总生物量的48.67%，25 a时上升为66.02%，35 a时又上升为75.21%；枝叶所占的百分比自然就分别为51.33%，33.98%和24.79%。

在3龄级各高度层的生物量中，都是0～2 m层生物量最大，从0～2 m层向上各层生物量呈缓慢减小趋势，到树顶端时生物量又突然下降，总体成肥胖的宝塔形分布状态。15 a时，0～2 m层生物量仅比2～4 m层生物量大7.5%(在测定单株生物量时，还有2～4 m层生物量大于0～2 m层生物量的现象)，说明非常接近。到25 a时，0～2 m层生物量比2～4 m层生物量大12.7%，35 a时此两层生物量差异增大到40.3%；随着林龄增大，其它相邻两层生物量之比值，也会有如此的变化过程。这种变化的主要原因是由林龄的增大，枝叶生物量逐渐上移而引起的。即当根颈以上相邻两层都有枝叶时，往往是上层(如2～4 m层)枝叶量大于下层(如0～2 m层)枝叶量，因此上下两层生物量之比，差异较小。当两层均无活枝叶时，枝叶生物量很小，所以两层生物量之比，基本上是两层树干之比，因此差异较大。

枝叶生物量在垂直高度上的分布总体上是上下两头小，中间大的分布格局，并随林龄的增大，枝叶生物量逐渐上移，层间枝叶的最大生物量15 a时出现在从上向下数的第2层，25 a和35 a时都出现在从上向下数的第3层。枝叶生物量的这种分布主要是受光照和枝龄决定的。林木下层虽然枝龄较大，但由于得不到充足的阳光，因此枝和叶生物量较少，林木上层虽然光照充足，但枝龄较小，生物量也较小，处于中上层的枝叶，由于上层枝叶遮挡不强烈，光照较充足，且枝龄较大，因此枝叶生物量最大。

2.1.4 红松单株地下生物量及其分布

从表1可以算得，单株根系生物量是随着林龄的增大而增加，同林龄时，随着林分密度的增大而减小。前者是林木生长规律的必然结果，后者与林木单株营养面积增大或缩小有关。单株根系生物量与单株总生物量之比，15 a时为22.26%，25 a时为24.76%，35 a时为20.84%，平均值为22.62%，此值变化幅度较小，相对稳定，这可能与有多大的地上生物量就有多大的根系与之相适应有关。

2.2 红松单位面积生物量的估算与预测模型的建立

估算森林乔木层单位面积生物量，可以通过实地调查，得出单株平均生物量，利用单株平均生物量乘以单位面积株数，即可得到单位面积乔木层生物量。本实验利用表1数据可得到：15 a生红松生物量为19.19 t/hm2，25 a生为65.27 t/hm2，35 a生为134.36 t/hm2。从此数值可以看出：红松在15 a时生物量比较小，但再经过10 a，20 a后，生物量分别比15 a时提高3.40倍和7.00倍。可见红松是幼龄初期生长缓慢，15 a以后生长逐渐加快，可以达到小兴安岭地区中等速度以上树种生长水平。

用上述直接获取立木生物量的方法，一般需要花费大量的人力、物力、财力和时间，若每一块林地都用此法求其生物量，是极其麻烦的事。现在研究者多采用生物量模拟法，获得同类林分的立木生物量。利用本次调查资料模拟数学模型，设红松胸径为D，树高为H，单株生物量为W。模拟时以D和D2分别为自变量，W为因变量，用幂函数回归、指数回归、多项式回归和直线回归等方法建模，依据相关系数的大小，选择最优的数学模型。建模结果见表2。

表2 红松各器官生物量回归模型

从建模结果看出：最优数学模型都是多项式模型，模拟中发现，幂函数模型也比较好，但多项式模型略好于幂函数模型。从表2的相关系数看出，5个模型相关系数都比较高，模拟比较理想。

3 讨 论

利用测得的标准木生物量乘以公顷株数，可以得到红松乔木层各龄级的公顷生物量：15 a为19.19 t/hm2，25 a为65.27 t/hm2，35 a为134.36 t/hm2，平均为72.94 t/hm2。利用生物量回归方程可求得15 a生物量为19.25 t/hm2，25 a为64.67 t/hm2，35 a为134.92 t/hm2，平均为72.95 t/hm2，实测平均值与回归平均值仅差万分之一，说明模拟精度较高。

值得注意的是在小兴安岭测得的红松生物量与辽宁等地的学者测得的数据有一定差异。对生物量的绝对值有差异是必然的，这是不同地区环境条件差异而形成的，但红松各器官生物量占总生物量的百分比应该是近似相等的。胡万良[4]等在辽宁草河口测得的20a红松纯林，枝和叶占总生物量的百分比，与本实验的测定值仅相差1个百分点左右，但测得的树干百分率为59.9%，树根百分率为14.39%，比本实验测得的25a红松树干和根的百分率分别高10.2个百分点和低9.77个百分点。赵庆喜[5]等在辽宁本溪县测得的30a红松纯林，枝和叶占总生物量的百分率与本实验测得到的35a红松很接近，枝的差值为4.35个百分点，叶的差值为0.28个百分点，但树干差值仍为10.3个百分点，根的差值为-11.95个百分点，这个差值就比较大了，而且都是辽宁的树干大，根系小。分析产生这种差异的原因，除环境条件和红松个体生长的差异外，可能主要是本实验的根的生物量包括根颈部分生物量，胡万良、赵庆喜等做的根是否包括根颈部分尚不清楚，还有待求证。

不同生长发育期的红松对光照、坡度、坡向、土壤和土壤水分等自然因素都有较严格的要求。由于环境条件的不同，形成了不同类型的红松人工林，还有较多的红松阔叶混交林，这给红松生物量的测定带来较多的困难，必须在精准测量的工作中，运用科技手段，建立更多的红松生物量模型，才能推进红松生物量研究不断向前发展。

【参 考 文 献】

[1]潘维俦，李利村，高正衡.两个不同地域类型杉木林的生物产量和营养元素分布[J].中南林业科技，1979(4)：12-14.

[2]丁宝永，孙继华.东北东部山区红松人工林群落生物量的研究[J].东北林业大学学报，1989，9(3)：149-157.

[3]谭学仁，王中利，张 放，等.人工阔叶红松林主要混交类型群落结构及其生物量的调查研究[J].辽宁林业科技，1990(1)：18-23.

[4]胡万良，谭学仁，张 放，等.抚育间伐对红松人工林生物量的影响[J].辽宁林业科技，1999(2)：13-16.

[5]赵庆喜，白荣芬，吴 江，等.不同混交比例的人工针阔带状混交林生物量变化动态[J].防护林科报，2010(11)：31-33.

[6]卢正茂，吴 江，姜金波，等.红松白桦混交林土壤特征及林分生物量研究初报[J].林业实用技术，2010(4)：15-16.

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