刺槐林地净生物生产力研究及相关指标测定※

●高 嵩（甘肃省天水市秦州区林业和草原局 甘肃 天水 741000）

公益林以保护和改善人类生存环境、维护生态平衡为主要经营目的，既是国民经济和社会发展的物质基础，也是维持生态平衡和改善生态环境的重要保障。据甘肃省天水市秦州区二类资源调查统计，秦州区刺槐（Robinia pseudoacaciaL.）林占全区林地面积的62.8%，是公益林最主要的一个林型。林地生产力是森林生态系统中最基本的数量特征[1]，可以反映林地生物生产能力。评价地力是公益林效益研究的指标之一，其研究与生物量有关，可反映固碳释氧量，评价林地固碳释氧效益能力。本文通过对林地生物生产力的研究，以期为公益林生态效益监测项目的生态效益评估提供理论依据。

1 试验材料

试验地位于秦州境内的西秦岭山地，属土石山地，是2005年人工所植刺槐林地。试验区域土壤为黄土，土壤厚约50 cm，年平均降水530 mm，年均气温8.6 ℃，海拔约1996 m，坡度31°，15年林龄，林分密度1863株/hm2，是甘肃省公益林生态效益监测项目秦州区监测点所选的典型林地，2017～2019年持续监测，并作统计。

2 研究方法

依托甘肃省公益林生态效益监测项目，在秦州区公益林地内，根据不同森林类型，选择代表性林分建立固定标准地0.08 hm2及调查样地0.08 hm2。固定标准地与调查样地条件相近，固定标准地只调查林木生长情况（树高、胸径、冠幅生长量等），避免调查时人为对林木生长环境造成破坏；调查样地作为辅助样地，对灌木、草本、土壤、枯落物、树干径流、降水穿透量等进行调查。通过对刺槐典型林分进行连续监测，持续对林木、灌木、草本和其他生物量进行测定，获取生物量基础数据，研究生物生产力和其他相关指标[2]。

2.1 林木生物量监测

2.1.1 树干生物量的测定在固定标准地内，对树木进行每木检尺，计算标准木。在样地内选择与标准木一致或树高、胸径相差5%以内的树木，将选取树木从根颈处伐倒，以1 m的区分段，采用中央断面区分求积法，公式为为第i圆盘的直径，Dn+1为梢底直径，Hn+1为梢长)，计算各解析木实际材积，求得选取标准木材积[3]。同时在样木下、中、上各取一段，每段截取圆盘，称每圆盘鲜重；对其两端截取圆盘，烘干，测含水量，求干重，获取生材体积与干重的关系（即基本密度）；最后通过树干材积和生材体积与干重的关系，可求得树干生物量。

2.1.2 枝和叶生物量测定采用标准枝法测定枝叶生物量[2]。标准木伐倒后，测定所有枝的基径（d0）和枝长（L），求二者的平均数选择标准枝，以各±3%为标准，选取3个标准枝，同时要求标准枝上的叶量应符合中等水平。分离所选标准枝上的叶，枝和叶分别称鲜重[3]，再分别在80～105 ℃温度下烘烤至恒定质量，确定枝、叶干重，以此推算出每公顷林地上的枝、叶干重，即每公顷枝、叶生物量[4]。

2.1.3 根生物量测定由于树体不是很大，土壤较深层为石质，根系分布有限，以测定一株或几株树木的根量推定单位面积根的生物量[3]。在调查样地内，选取胸径、树高与标准木相近的5株树木，相邻树以中线为界，挖出根，尽量收集分布于土壤中的毛细根，清洗泥土，用水冲洗后阴干至初始状态，称鲜重，烘干求得干重，求得单株根系量，并根据样方株数，推导出每公顷株数，从而测定出每公顷根部生物量[4]。

2.2 灌木和草本生物量调查

在调查样地内，根据草木类型及分布状况，取典型样方（1 m×1 m）5个，挖出后分地上和地下两部分，地下部分洗净泥土，分别称量地上、地下两部分质量，即鲜重。然后在恒温烤箱70～80 ℃烘烤8 h以上，称量其质量即为干重。推算每公顷林地上的灌木和草本生物量[4]。

2.3 其他生物量的测定

在样地内的四角、对角线的交点共5个位置，设立5个监测点，设置样方1 m×1 m，在植物停止生长后，提取样方内物质，在实验室内对植物生殖器官（种子、花等）、动物粪便、昆虫尸体等进行烘干、称重，测量其生物量。

2.4 刺槐生材材积和干重关系测定

在大烧杯中加入适量水，滴定至准刻度线，读取数据。然后将树干解析时所截获的圆盘放入烧杯水中，如漂浮，用细长针顶压，使其不要浮出水面，标下刻度，然后倒掉水和圆盘，加水至刻度线，用量筒量取水容积，测取圆盘体积。再烘干，求取干重，测算刺槐生材材积和干重关系。

3 结果与分析

3.1 树干生物量监测结果

见表1、表2。

表1 平均标准木林分蓄积量

表2 样木干重

由表1、表2可知，在树干下部、中部、上部区分段各截取2个圆盘，共6个，称鲜重，用排水法求圆盘体积，再在恒温烤箱105 ℃烘烤24 h，称取干重。经计算，标准木树干总干重为18.0566 kg。样木树干生物量总干重为2690.4334 kg，由此推算，每公顷树干生物量干重为33 630.4175 kg。

3.2 标准木枝、叶生物量监测结果

见表3。

表3 标准木枝、叶生物量监测结果 单位：kg

由表3可知，标准木枝、叶生物量分别为2.0716 kg、2.1559 kg，可依次推出样方林分枝、叶生物量分别为308.6684 kg、321.2291 kg，每公顷枝、叶生物量为3858.355 kg、4015.2838 kg。

3.3 根部生物量监测结果

见表4。

表4 根部生物量监测结果

由表4可知，样木根干重为2.8026 kg，由此推算出样方根干重为417.5874 kg，每公顷根生物量为5219.8425 kg。

3.4 灌木、草本生物量监测结果

见表5。

表5 灌木、草本生物量监测结果 单位：g/m2

由表5可知，灌木、草本干质量平均监测 值 分 别 为25.362 g/m2、135.688 g/m2， 则 推算每公顷灌木、草本生物量分别为253.62 kg、1356.88 kg。

3.5 其他生物量监测结果

见表6。

表6 其他生物量结果 单位：g/m2

根据监测，主要树木生殖器官、动物粪便、尸体（昆虫）等生物量每平方米平均干重为1.9532 g，则每公顷其他生物量为19.532 kg，见表6。

3.6 公益林主要林型刺槐林地上生物量汇总结果

公益林15年刺槐林型典型林地上生物量监测结果，见表7。

表7 公益林15年刺槐林型典型林地上生物量监测结果 单位： kg/hm2

4 结论与分析

4.1 林地生物生产力

林地生产力是林地上一定时间内的单位面积上生产的生物量。因此，根据生物量监测结果（表7），采用公式S为林地平均净生产力、W为单位面积总生物量、N为林龄、Wi为林地上各部分生物量，得出林地年平均净生产力为3223.60 kg/hm2。林地生产力的研究，反映这一立地条件和林木生长阶段下的林地生产状况，评价立地条件，也可以作为相近立地条件的刺槐林地生物生产力的参考值。

4.2 林地固碳释氧量效益

固碳释氧量及效益研究，与生物量有关系，可以研究单位林地面积固碳释氧量及效益。根据固碳量U碳=1.63×R碳×A×B年×C碳[U碳为林分年固碳价值（元/年）；A为林分面积（hm2）；C碳为固碳价格（元/kg）,参照 Titus（1992）得出的纯碳成本为0.038 美元/kg，按现行汇率计算1美元约合7元人民币，纯碳价格约为0.266元/kg；R碳为CO2中碳的含量，为27.27%；B年为林分净生产力（kg/hm2）]。释氧量U氧=1.19×C氧×A×B年（U氧为释放氧气价值，C氧为纯氧价格，为0.377 85元/kg，A、B年同上）[5,6]。根据研究，固碳效益每年为381.15元/hm2，释氧效益每年为1449.46元/hm2，年均刺槐林地固碳释氧效益1830.61元/hm2。

4.3 刺槐树木的基本密度（公定容重）

基本密度是木材鲜重状态下单位体积木材的绝对干重。根据刺槐生材材积与干重之间的监测结果（表2），采用公式式中M为基本密度、n为样本数、Gi为样本干重、Vi为样本体积。计算得出西秦岭山地地区刺槐林木材基本密度（公定容重）为0.685 g/cm3。这一研究可对高大树木在测量生材材积的同时确定干重，很大程度减轻监测工作量，为持续的生态效益监测提供参考。

4.4 刺槐林分单株生物量模型（各部分重量比）

根据生物净生产力监测研究中生物量临测结果（表7），采用公式式中Fi为标准木树体各部分占树体总重量的百分比、Wi为标准木树体各部分生物量、W为标准木树体总生物量。计算得出树干、树枝、树叶及树根占总质量百分比分别为71.977%、8.258%、8.593%、11.172%。也就是在上述条件下刺槐林木单株生物量模型，可以在今后持续的森林生态效益监测中做工程效益评估运用，这一数据亦可在相邻地区或立地和密度相近条件作评估参考。