长白落叶松生物量及碳储量研究

邵殿坤，栾志慧，吴慧书，王 刚，王延红

(1.吉林省林业调查规划院，吉林 长春 130022;2.通化师范学院，吉林 通化 134002)

长白落叶松(Larix olgensis)是一种具生长速度快、耐寒、耐旱、耐水湿特点的优良大径级用材树种，为长白山林区主要用材树种之一。随着碳循环研究深入开展，陆地森林生态系统碳储量受到研究者普遍关注。森林碳库可分为地上和地下两部分［1～3］。地上生物量作为生态系统生产力重要组成部分，是整个生态系统运行的能量基础和营养物质来源［4～5］。准确测定森林生物量一直是困扰生态学家和林学家的难点问题［6］。国内学者对长白山林区森林生物量进行大量研究，如李文华等［7］分析长白山主要生态系统生物量，郭忠玲等［8］研究长白山各植被带主要树种凋落物分解速率，并建立模型，代力民等［9］分析红松林倒木贮量的变化规律，杨丽韫等［10］研究暗针叶林中倒木贮量和分解速率。作者对吉林省东部山地林区立地条件下长白落叶松生物量异速生长模型进行研究，并对长白落叶松林碳汇储量进行估测。

1 研究区域自然概况

长白落叶松自然分布在我国长白山、张广才岭，地理位置:41°30'～45°20'N，126°30'～131°40'E。本研究选择长白山区延吉、敦化、和龙、龙井、蛟河五县市12 个林场长白落叶松林分为研究对象(42°01'～44°04'N;127°56'～131°08'E)，海拔405 ～1 131 m，山峦起伏、河流密布。该区气候属季风影响温带大陆性山地气候，冬季漫长寒冷，春季风大干燥，夏季短暂、温暖多雨。全区年平均气温2.7℃～4.9℃之间。年降水量一般为525.9 ～607.1 mm。研究区主要树种为长白落叶松，林分为经过择伐的天然纯林，主要灌木和草本植物有蕨类植物(Selaginella spp.)、莎草(Cyperus tenuispica)、忍冬(Lonicera japonica)、卫矛(Euonymus alatus)、榛子(Ostryopsis davidiana)等。

2 研究方法

2.1 数据收集

利用全站仪在试验区域内选择典型地段设定标准地，标准地大小为60 m×40 m，面积0.24 hm2;按10 m 间距分割成10 m×10 m 样方，调查标准地内所有林木特征值。利用x、y直角坐标系，在标准地内所编写行列号即该调查单元单元号。以每个调查单元西南角为坐标原点，用皮尺测量每株树木在该调查单元内坐标(x，y)。测量每株树木地径(D0)、胸径(D)、树高(H)、枝下高(h)、冠幅(cr)等因子。在标准地内按平均胸径和平均高选择1 株落叶松作为平均木，按径阶选取解析木。将解析木所有树枝齐树干锯下，分别测定其树干、树冠、树枝、树叶生物量，并取样做进一步分析。选取不同径级大小长白落叶松样木共计30 株。将各器官样品带回试验室，置于烘干箱，在105℃下烘干，称取样品干物质质量，通过计算各器官的含水率，得到相应干重。长白落叶松样木生物量测定结果见表1。

表1 长白落叶松30 株样木各组分生物量Tab.1 Each component biomass of 30 Larix olgensis sample trees

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2.2 数据分析方法

首先利用树干直径建立生物量异速生长方程。方程形式为:

式中:a 和b 是方程的系数;

Y 为各器官生物量;

X 为 树 干 直 径 (DBH1.3和DBH0)［11～13］。

利用树干直径和树高建立各器官生物量两变量回归模型。方程形式为

式中:X1为树干直径;

X2为树高;

a、b、c 为方程系数。

方程拟合优度利用决定系数(R2)和信息指数(AIC)进行评价。

本文利用森林资源二类调查数据，计算长白落叶松林碳储量。利用长白落叶松林生物量与蓄积量关系估算生物量，估算长白落叶松林碳储量与碳密度。碳储量计算公式为:

式中:C 为碳储量(t);

B 为地上生物量;

Cc为含碳率。

碳密度计算公式为

式中:Cp为碳密度(t·hm－2);

C 为碳储量(t);

S 为森林面积(hm2)。

乔 木 树 种 含 碳 率 通 常 为 0. 45 或0.5［14～16］。马钦彦研究认为，乔木树种平均含碳率均大于0.45，其中阔叶树种平均含碳率值多数低于0.5，针叶树平均含碳率多数等于或高于0.5，因此使用0.5 作为转换系数要优于0.45［17］。本研究含碳率采用0.5 进行计算。

图1 长白落叶松地上生物量分配Fig.1 The above－ground biomass distribution of Larix olgensis

3 结果与分析

3.1 长白落叶松地上生物量异速生长模型

长白落叶松地上生物量分配如图1 所示。

从图1 中可以看出，地上生物量以树干生物量为主，生物量各组分所占比重随着年龄和胸径增大而增大。长白落叶松总平均生物量为215.021 kg，各组分生物量大小差异明显，树干生物量占地上总生物量67.15%，活枝、针叶、树皮生物量分别占17.09%、6.00%和9.76%。

分别采用单变量(DBH)和双变量(DBH、H)模型建立长白落叶松不同器官生物量最优模型，见表2。

表2 长白落叶松各器官生物量异速生长模型Tab.2 Allometric models for each organ biomass of Larix olgensis

从表2 中可以看出，所有模型F 检验均显著(p ＜0.001)，基于胸径的单变量模型可解释量均超过90%，其中树干生物量、树皮生物量和地上总生物量回归模型可解释量达到99%。利用胸径和树高建立的树干生物量模型，决定系数Radj2 最大，信息指数AIC 最小。活枝和针叶生物量回归模型可解释量超过93%，与其他3 个回归模型相比信息指数AIC 值最小。因此，利用胸径和树高可获得树干生物量最优模型，模型方程为Y=0.059 DBH1.32.171H0.420。胸径对树皮、活枝、针叶和地上总生物量预测较重要，模 型 方 程 分 别 为:树 皮，地上总生物量Y=

3.2 生物量与蓄积量线性关系

利用线性回归方程建立树干、树皮、树枝、树叶生物量与树干蓄积量相关方程，如图2 所示。

图2 各组分生物量与蓄积量之间关系Fig.2 Relationship between biomass and stand volume of each component

从图2 中可以看出，拟合方程分别为:树干y=448.68 x+4.433 1，树枝y=105.21 x+3.944 9，针叶y=32.89 x+2.639 8，树皮y=57.39 x+3.099 7。各组分生物量与蓄积量均显著线性相关(p ＜0.001)，R2值达到0.9 以上。方精云［18］和孙玉军［19］研究显示林木生物量与蓄积量之间存在线性关系，与本文结果一致。生物量与蓄积量之间的线性关系可以作为估测森林地上生物量的基础。

3.3 长白落叶松林碳储量与碳密度

利用长白落叶松生物量与蓄积量关系，估算不同林龄长白落叶松林的碳储量与碳密度，见表3。

表3 长白落叶松林碳储量和碳密度Tab.3 Carbon storage and carbon density of Larix olgensis forest

从表3 中可以看出，长白山地区长白落叶松幼龄林面积为3.06×105hm2，蓄积量为1.66×106m3;中龄林面积为4.71×105hm2，蓄积量为2.72×106m3;近成熟林面积为5.42×105hm2，蓄积量为2.34×106m3。长白落 叶 松 林 生 物 量 范 围 为2.38×106～7.52×106t，幼龄林、中龄林、近成熟 林 碳 储 量 分 别 为1.19 ×107t·hm－2、2.68 ×107t·hm－2和3.76 ×107t·hm－2;碳密度分别为38.89 t·hm－2、56.09 t·hm－2和69.37 t·hm－2。随着林龄增加，长白落叶松林单位面积生物量、碳储量和碳密度增大。

4 结论

在吉林省东部山地林区立地条件下，长白山落叶松地上总平均生物量为215.021 kg，树干生物量占地上总生物量67.15%，活枝、针叶、树皮生物量分别占17.09%、6.00%和9.76%。树干生物量最优模型方程为Y=0.059 DBH1.32.171H0.420。树皮、活枝、针叶和地上总生物量预测模型分别为:树皮Y=0.046;活 枝Y=0.033;针叶Y=0.054;地 上 总 生 物 量Y=0.197。拟 合 方 程:树 干 y =448.68x+4.4331，活枝y=105.21 x+3.944 9，针叶y=32.89 x+2.639 8，树皮y=57.39 x+3.099 7。长白落叶松不同林分生物量范围2.38×106～ 7.52×106t，碳 储 量 范 围1.19×107～3.76×107t，碳密度范围38.89 ～69.37 t·hm－2。

长白落叶松是长白山区主要用材树种之一，适应性强，生长速度快，碳储量积累迅速，因此，应在适宜立地条件大力培育长白落叶松林。

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