异速生长模型估算不同林龄杉木人工林生物量

苏瑞兰

(三元区林业局，福建 三明 365001)

异速生长模型估算不同林龄杉木人工林生物量

苏瑞兰

(三元区林业局，福建 三明 365001)

在福建省三明市三元区城东乡荆东村，采用树干解析法对不同林龄(10、24、40 a)的杉木人工林生物量及其分配模式进行测定，并采用回归模型：W=a(D2H)b进行生物量拟合。结果表明：W=a(D2H)b可作为3个年龄序列的杉木人工林不同器官生物量的估算模型。杉木人工林不同器官生物量随林龄的增加呈递增趋势，幼龄阶段叶片和枝增长较快，中龄阶段树干增长较快，从中龄林向成熟林过度阶段生物量积累速率减慢。在不同生长阶段，杉木人工林不同器官对总生物量的相对贡献明显不同，其中树干所占比例最大(50.0%～73.4%)，且随种植年限呈递增趋势，而根系所占比例随林龄的增加呈递减趋势，说明树干是杉木人工林生物量积累的重要组成部分。

杉木人工林；年龄序列；生物量；分配模型

森林生物量和生产力是森林生态系统结构和功能的基础，我国亚热带地区常绿阔叶林是中国重要的碳汇林[1]。过去几十年里，我国南方大面积的常绿阔叶林被砍伐营造杉木人工林，因此，杉木是分布在南方最主要的人工林之一。随着全球变暖日益加剧，森林的固碳能力显得尤为关键。由于森林生产力大小直接反映森林固碳能力，因此准确估算亚热带森林碳汇能力是我国森林碳汇功能研究的重要工作。

目前森林群落的生物碳库估算方法包括相对生长方程、生物量-蓄积量方程、生物量估算参数、卫星遥感技术等[2]。研究认为通过采伐样木建立相对生长方程，从而计算整个林分生物量，能够在小尺度上精确估算森林植被生物量[3]，因此，采用单株生物量相对生长方程方法，建立不同树木生长阶段的回归模型[4-5]，有利于精确定量亚热带地区杉木人工林生物量，为精确估计我国亚热带地区人工林植被碳库提供支持。为此，本研究在福建三明地区选取3个不同年龄的杉木人工林为研究对象，采用标准木结合相对生长方程法建立不同林龄杉木人工林的异速生长方程，估算不同年龄序列杉木人工林地上地下生物量，从而阐明福建三明地区不同生长阶段的杉木人工林生产力水平和固碳潜力。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于福建省三明市三元区城东乡荆东村境内，区域内分布着大面积的杉木人工林，该区域属于山地丘陵，地貌类型以低山、高丘为主，海拔200～1301 m，属中亚热带季风气候，具有冬冷夏热、水热同季、湿润多雨的特点。全年气候温和，年无霜期约350 d，年均气温19.3 ℃，年均降水量1669 mm，年均相对湿度83%，年均日照时间1706 h。地带性土壤为山地红壤，成土母质为变质花岗岩。地带性植被多以米槠为主的常绿阔叶林，代表性的植物包括米槠，木荷，栲树等。

在荆东村境内选取3个不同林龄的杉木人工林作为样地，分别位于城东乡林业基本图中的29林班4大班40小班、31林班4大班20小班、27林班1大班4小班。3个样地林龄分别是10、24、40 a，在每个林分内分别选取30 m×40 m标准样方3个，进行每木检尺。海拔200～500 m，坡向均为西坡，立地质量等级均为2级(较肥沃)；林下植被主要有狗脊(Woodwardiajaponica)、观音座莲(Angiopterisfokiensis)、五节芒(Miscanthusfloridulus)、芒箕(Dicranopterislinearis)等。

1.2 单株生物量测定

于2012年11月采用相对生长法[6]对10、24、40 a的杉木人工林乔木层生物量进行测定。首先根据杉木人工林样地初步调查资料，测定树高、胸径等样地基本情况(表1)。解析木的选择按照径级法选取4个径级，4～8、8～12、12～16、16～24 cm，每个胸径选取3株杉木标准木，共12株。每株标准木从基部伐倒后先测量树高、胸径、冠幅，枝叶剪除全部称量，树干采用分层切割法，在胸高1.3 m处截取圆盘，1.3 m以上部分按每间隔2 m为一个区分段截取圆盘，同时对圆盘和树干分段称重，获得树干总鲜重。枝叶鲜重全部测定后，选取其中5%～10%，摘除树叶，换算枝叶比例。根采用全根挖掘法，分别主根(含根桩)、侧根及>2 mm的细根分别称重并取样。枝(带皮)从粗枝到细枝按比例取样，叶混合取样包括不同大小及不同林龄的叶片，树干混合所有圆盘取样。样品带回实验室在75 ℃恒温下烘干至恒重，计算含水率，最后计算所有树木各器官及地上地下部分生物量。地上地下总生物量由所有器官生物量相加所得。

表1 试验地基本特征

1.3 回归方程拟合

采用的回归模型：W=a(D2H)b，式中：W为不同器官生物量干重；D为胸径；H为树高；a、b分别为常数。

1.4 数据分析

所有数据采用Excel 2007和SPSS 17.0软件进行分析与作图。

2 结果与分析

2.1 不同林龄序列杉木人工林的异速生长方程

解析木的胸径为5.6～25.7 cm，树高为6.5～17.3 m，叶子质量为0.6～17.3 kg，树枝质量为1.9～45.6 kg，树干质量为9.1～87.4 kg，树根质量为1.6～29.5 kg。不同径级标准木的叶片、枝条、树干和树根的平均变异系数分别为0.15、0.32、0.22、0.16。

表2 不同林龄序列杉木各器官的回归方程

根据解析木的测定结果对3个林龄序列的杉木人工林不同器官生物量进行拟合，结果见表2。由表2可以看出，不同器官生物量的回归方程拟合度均较高，R2均在0.9以上，且达极显著水平(P<0.001)。从R2来看，10 a的杉木人工林各器官生物量的拟合度相对较高(R2>0.95)；此外，树干生物量的回归拟合度均相对较高。说明回归模型：W=a(D2H)b可作为3个林龄序列的杉木人工林不同器官生物量的估算。

2.2 不同林龄序列杉木人工林地上地下生物量

从图1可以看出，不同器官生物量随杉木林龄增加呈增大趋势。树干生物量占据总生物量的主要部分，根生物量次之，枝生物量最小。24 a杉木林总生物量是10 a杉木林的2.8倍，40 a杉木林生物量分别是10 a、24 a的3.8倍、1.4倍。杉木林在幼龄阶段叶、枝和根增长速率较快，中龄阶段杉木树干增长速率最快，从中龄到成熟林过度阶段生物量增长速率相对较慢(表3)。

表3 杉木不同器官生物量的增长速率

图1 不同林龄序列杉木人工林不同器官生物量图2 不同器官生物量的分配比例

2.3 不同林龄序列杉木人工林不同器官生物量的分配模式

从图2可以发现，杉木不同器官生物量在不同生长阶段分配模式存在明显差异。从杉木生长阶段来看，叶生物量所占比例在幼龄阶段较高；枝生物量分配比例基本相当；树干生物量分配比例随林龄增长呈递增趋势，由50.0%增至73.4%；根生物量所占比例呈递减趋势，由28.7%降至11.1%。说明不同器官在不同生长阶段对总生物量的相对贡献存在差异，种植年限增加可能会导致林木退化。

3 小结

本试验结果表明，回归模型W=a(D2H)b可作为3个林龄序列的杉木人工林不同器官生物量的估算模型。不同生长阶段的杉木人工林不同器官生物量随林龄增长呈递增趋势，树干生物量占重要部分。杉木不同器官在不同生长阶段生物量的相对积累速率也存在差异，幼龄阶段叶、枝和根积累较快，中龄阶段树干生物量积累较快。不同器官对总生物量的相对贡献明显不同，树干生物量所占比例最大，且随林龄增长呈递增趋势；而根系生物量随林龄增长呈递减趋势，说明树干对于杉木人工林生物量积累具有重要贡献。

[1]温达志，魏平，孔国辉，等.鼎湖山锥栗+黄果厚壳桂+荷木群落生物量及其特征[J].生态学报，1997(5)：47-54.

[2]Kauffman J.B，Heider C，Norfolk J，et al.Carbon stocks of intact mangroves and carbon emissions arising from their conversion in the Dominican Republic[J].Ecological Applications，2014(24)：518-527.

[3]Brandeis T.J，Delancey B，Parresol B，et al.Development of equations for predicting Puerto Rican subtropical dry forests biomass and volume[J].Forest Ecology and Management，2006(233)：133-142.

[4]杨同辉，宋坤，达良俊，等.中国东部木荷-米槠林的生物量和地上净初级生产力[J].中国科学：生命科学，2010(7)：610-619.

[5]李根，周光益，吴仲民，等.南岭小坑木荷群落地上生物量[J].林业科学，2012(48)：143-147.

[6]Nogueira E.M，Fearnside P.M，Nelson B.W，et al.Estimates of forest biomass in the Brazilian Amazon：New allometric equations and adjustments to biomass from wood-volume inventories[J].Forest Ecology and Management，2008(256)：1853-1867.

Allometric Equations to Estimate Biomass of Different Age-sequence of Chinese fir (Cunninghamialanceolata) Plantations

SU Ruilan

(ForestrybureauofSanyuandistrict，Sanming365001，Fujian，China)

Destructive measurements of the patterns and biomasses of above-and below-ground components were performed on different age-sequence (10，24 and 40-year-old) of Chinese fir plantations in Jingdong Village，Chengdong town，Sanyuan District，Sanming City，Fujian Province.We used the regression model (W=a(D2H)b) to assessment the total biomass.Our results indicated that the model (W=a(D2H)b) is best fit for biomass estimation.The biomass of different components of Chinese fir increased with the ages of plantation；the leaves and branches grew faster in young stage，and the stem grew faster in mature stage；the accumulation rate of biomass became slowly from mature stage to over-mature stage.The contribution of different components to the total biomass was significantly different with each other during the processes of tree growth；the contribution of the stem was the biggest，which accounted for 50.0% to 73.4% of the total biomass；and the contribution increased with the ages while the contribution of the root to the total biomass decreased with the ages.These results demonstrate that the stem is an important part in the Chinese fir plantation of biomass accumulation，which could play a vital role for the management of plantation in the future.

Chinese fir plantations；age-sequence；biomass；distribution pattern

2017-01-16；

2017-03-06

苏瑞兰(1972—)，女，福建惠安人，三明市三元区林业局工程师，从事林业生产、经营技术和森林病虫害防治研究。E-mail：150274009@qq.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.02.021

S791.27；S758.62

A

1002-7351(2017)02-0105-04