晋北柽柳林分生物量分布特征调查

高 龙

(山西省林业科学研究院，山西 太原 030012)

晋北柽柳林分生物量分布特征调查

高 龙

(山西省林业科学研究院，山西 太原 030012)

以晋北人工柽柳林为对象，采用区域调查与定点试验相结合的方法，测定了柽柳林分地上、地下生物量及不同器官生物量，估测了各器官生物量与地径的关系及其地上、地下生物量的相关性。结果表明：柽柳各器官生物量与地径存在W=aDb的函数关系；柽柳地下生物量与地上生物量呈指数函数关系，并拟合地下生物量预测方程为y=e(1.714-2.24/x)；树干、枝、叶地上生物量占总生物量比重为：树干>枝>叶；柽柳地下生物量的分布说明，生长状况越好，地下生物量越大，根系越发达，根系延伸的越远，根系中粗根越多，根系在60 cm～80 cm土层深度时分布最广。

晋北盐碱地；柽柳；地上生物量；根系生物量

山西省盐碱地面积为30.1×104hm2，占土地总面积的9.7%.由于自然和气候因素的综合作用，全省70%的盐碱地分布于晋北地区。盐碱地已成为制约当地生态环境可持续发展的瓶颈。

柽柳耐寒、耐旱、适应性强，是华北和西北地区盐碱地治理的先锋树种。在不同历史时期，晋北地区已营造形成了一定规模的柽柳林，为晋北盐碱地生物治理提供了技术途径和示范样板。林分的生物量可直接反映生态系统结构的优劣与功能的高低，是衡量生态系统生产力的重要指标。彭守璋、张华等采用不同方法对黑河流域柽柳生物量进行了研究，努尔比亚·阿布力米提、海依沙尔·哈力木江和董道瑞等对塔里木河中、下游柽柳生物量进行了研究。但关于晋北地区柽柳林生物量分布状况，及其对盐碱地改良效果等的研究鲜见报道。笔者采用区域调查和定点试验相结合的方法，对晋北不同类型的柽柳林分进行了综合调查，旨在为晋北地区抗盐碱树种的选择提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域涉及山西省朔州市的应县、怀仁县、山阴县和朔城区，海拔1 750 m～2 000 m.按山西省自然区划，属温带草原干旱地带。以调查集中区应县为例，年均气温7 ℃，1月平均气温-9 ℃～10 ℃，7月平均气温23 ℃～24 ℃.年降雨量360 mm，初霜期为9月下旬，无霜期100 d～140 d.

1.2 标准地布设

项目实施期，对朔州市不同类型盐碱地上分布的柽柳林分进行全面踏查。依据踏查结果，根据林分生长现状(株高、地径、林分密度)，按好、中、差3种类型布设标准地，编号为类型1，2，3，每个类型布设3块～5块，标准地面积为1 600 m2(40 m×40 m)～2 500 m2(50 m×50 m).2015年8月下旬，植物停止生长后，逐株调查标准地内柽柳的地径、树高、冠幅、覆盖度等指标。3种类型标准地基本情况见表1.

表1 3种类型标准地概况

1.3 生物量测定

1) 地上生物量。以每木检尺的结果求算标准木，在标准地内选取标准木、最大株、最小株各 1株进行生物量测定。测定采用称重法，即将所选样木伐倒，按干、枝、叶等不同器官分别称重后取样，将样品(85±2)℃烘干，测定含水率，求算干重。

2) 地下生物量。在标准地内选取3株标准木进行地下生物量测定。测定时以树干基部为中心，在冠幅范围内按株间、行间2个方向垂直开挖。挖掘时水平方向以树干为起点，按0 cm～50 cm，50 cm～100 cm，100 cm～150 cm分段挖掘计量；垂直方向以地面为起点，按0 cm～20 cm，20 cm～40 cm，40 cm～60 cm，60 cm～80 cm，80 cm～100 cm分段挖掘计量。将分段挖出的土过筛，分拣出柽柳根系，按直径分成4类：小根(<2 mm)、中根(2 mm～5 mm)、大根(5 mm～10 mm)、粗根(>10 mm)。将附着在根系上的泥土去除后测量鲜重，再将其放入烘箱中(85±2) ℃ 烘干至恒重，用电子天平称重(精度为0.01 g)。总地下生物量(Dw)、各层生物量占总地下生物量的比例(Pd)的计算公式如下：

Pdji=dwji/Dwj×100%.

式中：j——1，2，…，n为样方编号；

i——1，2，3…，n为采样层数；

Dwj——j样方中柽柳根系的总重量，g或kg；

Pdji——j样方中第i层根系干量占总地下生物量的比例，%.

3) 基准年龄柽柳生物量的确定。通过对柽柳年龄的调查统计分析，拟定15 a为柽柳的基准年龄，基准年龄的生物量按下式换算：

1.4 数据分析

应用SPSS 13.0统计软件分析每层地下生物量的平均值、总和、标准差、变异系数等基本统计指标。通过相关性分析和非线性回归，分析柽柳地上、地下生物量的相关关系及其在土层内的垂直分布规律。图采用SigmaPlot 10.0软件绘制。

2 柽柳单株生物量预测

林分生物量的高低是衡量生态系统质量高低的一个主要指标。如何准确、方便地估测林分生物量是困扰林学家、生态学家多年的问题，尤其是对地下生物量的估测具有费时、费工，对环境破坏大等诸多缺陷。针对不同树种，应用地上生物量经验数据，建立不同树种地上、地下生物量预测方程是估测林分地下生物量的有效手段。

2.1 柽柳单株地上生物量预测方程建立

利用实测的180株柽柳样本地径、地上生物量资料，建立一元(生物量W与地径D)幂函数回归方程，结果见第14页表2.

由表2可知，方程1～10的相关系数r均大于r0.01(180)=0.254.因此，方程1～10线性回归关系显著。

2.2 柽柳单株地下生物量预测方程建立

利用实测的180株柽柳样本地径、地下生物量资料，分别建立一元(生物量W与地径D)幂函数回归方程，结果见表3.

表2 各器官生物量与地径函数关系

表3 地下生物量与地径函数关系

由表3可知，方程1～10的相关系数r均大于r0.01(180)=0.254.因此，方程1～10线性回归关系显著。

2.3 柽柳地上与地下生物量关系

在柽柳地下生物量与地上生物量回归分析中，将地上部分生物量作为自变量，绘制散点图，如图1所示。

图1 柽柳地下生物量与地上生物量关系

由图1可以看出，柽柳地下生物量与地上生物量之间的回归方程为：

y=e(1.714-2.24/x).

式中：y——地下生物量，kg；x——地上生物量，kg.

其检验结果见表4.

表4 回归方程检验

由表4可知，经过t检验，得到p<0.05，说明回归系数不为零的假设显著，自变量可以解释柽柳根系生物量的变化。利用该方程可相对准确地估算柽柳地下生物量。但是该方程的建立是基于特定的群落与特定的环境因子，即当地的盐碱土壤和气候对柽柳生长状况的影响。所以，该方程只是对研究区内柽柳地下与地上生物量关系的描述。

3 不同柽柳林分生物量及其分布特征

3.1 林分生物量分布特征

将测得的不同柽柳林分类型生物量分类，并进行汇总统计，结果见表5.

表5 不同柽柳林分类型生物量

由表5知，类型1平均总生物量为1 596.7 kg/hm2，类型2平均总生物量为1 202.1 kg/hm2，类型3平均总生物量为790.9 kg/hm2.对3个类型的生物量进行方差分析，结果见表6.

表6 不同林分类型生物量的方差分析

由6表可知，F值为4.847，对应的p值为0.019，低于0.05，说明3个类型的林分生物量差异性显著。

3.2 不同器官地上生物量分布特征

3种柽柳林分类型地上生物量及各器官生物量统计结果见第15页表7.

由表7知，柽柳地上部分各器官生物量分配率以树干最高，3种林分平均为52.29%(49.59%～56.13%)；叶器官分配率最低，平均为8.94%(7.57%～

表7 柽柳地上部分生物量分布

9.73%).3种林分类型标准地地上生物量分布情况基本相同。就林分单株地上部分总生物量而言，试验区柽柳地上部分生物量平均分配率均表现为树干>枝>叶。树干生物量在类型1中分配率最大，在类型3中分配率最小。枝生物量和叶生物量均表现为在类型1中分配率最小，在类型3中分配率最大。

3.3 不同径级根系生物量分布特征

类型1柽柳林分地下生物量测定统计结果见图2～图4.

图2 类型1 0 cm～50 cm不同土层深度生物量分布

图3 类型1 50 cm～100 cm不同土层深度生物量分布

根据图2，图3，图4可以看出，类型1柽柳地下生物量在60 cm～80 cm土层深度，根系生物量最大，明显高于其它土层深度的根系生物量。根系在40 cm～60 cm的土层分布范围最大，其中，类型1地下生物量的分配率为粗根(>10 mm)>中根(5 mm～10 mm)>小根(2 mm～5 mm)>细根(<2 mm)。

图4 类型1 100 cm～150 cm不同土层深度生物量分布

类型2柽柳林分地下生物量测定统计结果见图5～图7.

图5 类型2 0 cm～50 cm不同土层深度生物量分布

图6 类型2 50 cm～100 cm不同土层深度生物量分布

图7 类型2 100 cm～150 cm不同土层深度生物量分布

根据图5，图6，图7可以看出，类型2柽柳林分在60 cm～80 cm土层深度，根系生物量最大，粗根(>10 mm)只存在于水平距离0 cm～50 cm的范围内。地下生物量的分配率为粗根(>10 mm)>中根(5 mm～10 mm)>小根(2 mm～5 mm)>细根(<2 mm)。

类型3柽柳林分地下生物量测定统计结果见图8～图9.

图8 类型3 0 cm～50 cm不同土层深度生物量分布

图9 类型3 50 cm～100 cm不同土层深度生物量分布

根据图8和图9可以看出，类型3中，土层深度越深，柽柳根系的生物量越大，细根(<2 mm)在40 cm～60 cm土层分布最多，生物量最大。小根(2 mm～5 mm)和中根(5 mm～10 mm)在60 cm土层以下开始出现。水平距离在50 cm～100 cm的范围内，60 cm深度以上土层基本无根系分布，根系主要分布在80 cm～100 cm深度土层。地下生物量的分配率为粗根(>10 mm)>细根(<2 mm)>小根(2 mm～5 mm)>中根(5 mm～10 mm)。

将不同范围内所有根径根系生物量相加，如图10，图11，图12所示。

图10 不同类型地下总生物量

由图10，图11，图12可知，3个类型柽柳地下总生物量为类型1>类型2>类型3.距离树干基部

图11 林分不同根径生物量水平分布

图12 林分不同根径生物量垂直分布

中心0 cm～50 cm范围内的各根径根系生物量及林分地下总生物量最大。距离树干基部中心越远，生物量越小。垂直深度上，细根(<2 mm)、小根(2 mm～5 mm)、中根(5 mm～10 mm)及林分地下总生物量在60 cm土层深度时最大，60 cm以下深度的林分生物量大于60 cm以上的林分生物量。粗根(>10 mm)生物量在0 cm～20 cm土层深度最大。

4 结论

笔者对晋北地区柽柳地上、地下生物量的部分联系及分布规律进行了研究，统计并构建了生物量估测模型。研究结果表明：

1) 单株柽柳地上、地下各器官生物量(W)与其地径(D)存在W=aDb的函数关系，从而由地径可以估算出单株柽柳各器官的生物量。

2) 地上部分生物量与地下部分生物量呈指数关系，回归方程为y=e(1.714-2.24/x).其中，y表示地下生物量，单位为kg；x表示地上生物量，单位为kg.

3) 柽柳地上部分生物量平均分配率均表现为树干>枝>叶。立地条件越好，树干的分配率越高，枝叶的分配率越低。这是因为在立地条件较差的情况下，养分供应不充足，树木需要通过提高光合作用来满足自身对养分的需求，枝、叶的分配率升高。柽柳地下生物量的分布说明，生长状况越好，地下生物量越大，根系越发达。

4) 距离树干基部中心100 cm～150 cm的地下生物量表现为类型1>类型2，类型3在此范围内几乎没有根系。说明生长状况越好，根系延伸的越远。类型1与类型2的地下生物量分配率均为粗根(>10 mm)>中根(5 mm～10 mm)>小根(2 mm～5 mm)>细根(<2 mm)，类型3为粗根(>10 mm)>细根(<2 mm)>小根(2 mm～5 mm)>中根(5 mm～10 mm)。说明生长状况越好，根系中粗根越多。根系在60 cm～80 cm土层深度分布最广。

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Investigation on Biomass Distribution Characteristic ofTamarixChinensisin North Shanxi

Gao Long

(ShanxiAcademyofForestSciences,Taiyuan030012,China)

Aboveground biomass, belowground biomass and biomass in different organs ofTamarixchinensiswere determined by adopting the method of regional survey and fixed point test withTamarixchinensisartificial forest in north Shanxi as research object. The relations between biomass in different organs and ground diameter and the correlations between aboveground biomass and underground biomass were estimated. Results showed that the relations between biomass in different organs and ground diameter wasW=aDb. The relationship between aboveground biomass and underground biomass could be predicated by exponential function and the prediction equations wasy=e(1.714-2.24/x). Proportions of aboveground biomass in different organs accounted for the total biomass were bole>branch>leaf. Underground biomass distribution ofTamarixchinensisshowed that the better the growth condition, the larger the underground biomass, the more developed root system, the farther the root extension, the more thick roots in the roots and root system distributed in 60 cm～80 cm soil depth was the most widely.

Saline-alkali soil in north Shanxi;Tamarixchinensis; Aboveground biomass; Root biomass

2017-01-15

国家林业公益性专项(201304326)

高 龙(1988— )，男，山西朔州人，2014年毕业于山西农业大学，助理工程师。

S793.5

A

1007-726X(2017)01- 0012- 06