红花尔基沙地天然樟子松林生物量研究

张晓琳　孙亚娟　王家军

摘要 为了解樟子松天然林的生物量，对红花尔基的樟子松生物量进行了测定和分析，结果表明：樟子松叶面积指数一般为4.3～5.2，最高为7.7，最低为0.673 6。在年龄相同、郁闭度相同条件下，单位面积生物量随平均胸径的增加而增加。樟子松地上生物量与地下生物量的比值随年龄增加而增加，比值为3.3～4.55，平均为3.92;根系生物量是全部生物量的1/5。樟子松的根系主要分布在0～15 cm土层，占全部根系的62.788%，>15～40 cm土层根系占14%，40 cm以下占23.78%。地上平均净生产力最高为2 665.7 kg·hm·a，最低为149.5 kg·hm·a。全部生物量最大净生产力为2 394.8 kg·hm·a。叶面积与叶干质量比随年龄增加而下降。樟子松枝、叶、干、根的含水率平均为51.766%～55.35%，2年生球果含水率平均76.366%。

关键词 红花尔基;樟子松天然林;生物量

中图分类号：S791.253 文献标识码：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.04.020

Biomass of Natural Pinus sylvestris var. mongolica stand in Honghuaerji Sandy Land

Zhang Xiaolin Sun Yajuan Wang Jiajun

（1.Hulun-Beir Honghuaerji Forestry Bureau，Hulun-Beir 021112，Inner Mongolia;2. Qiqihar Branch，Heilongjiang Academy of Forestry Sciences，Qiqihar 161005，Heilongjiang）

AbstractIn order to understand the biomass of natural Pinus sylvestris var. mongolica stand，the biomass of P. sylvestris var. mongolica of Honghuaerji were determined and analyzed，the results indicated that the leaf area index was between 4.3-5.2，which the highest value was 7.7 and the lowest value was 0.6736. Under the same age and canopy density，biomass per unit area increased with the increase of mean DBH. The ratio of aboveground biomass to underground biomass increased with age，ranging from 3.3 to 4.55，with an average of 3.92. The root biomass was 1/5 of the total biomass. The roots were mainly distributed in 0-15 cm soil layer，accounting for 62.788% of the total roots，and the roots accounted for 14% over 15-40 cm soil layer，and 23.78% below 40 cm. The highest aboveground net productivity was 2665.7 kg·hm·a and the lowest was 149.5 kg·hm·a. The maximum net productivity of total biomass was 2394.8 kg·hm·a. The ratio of leaf area to dry leaf mass decreased with age. The average moisture content of branches，leaves，stems and roots ranged from 51.766% to 55.35%，and average water content of 2-year cones was 76.366%.

Key wordsHonghuaerji;natural Pinus sylvestris var. mongolica stand;biomass

內蒙古自治区呼伦贝尔市红花尔基沙地樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）林是我国最大的樟子松种子林基地。经过几十年的发展，森林面积不断扩大，每年为生产提供大量种子。为科学经营好樟子松林，达到最有效地利用光能、土地资源，提高产量，需要对樟子松生物量的生长规律，特别是樟子松的生长同结实的关系进行研究。通过建立有关生物量的数学模型，找出影响樟子松生长与结实的影响因子，并通过这些因子对樟子松生长及结实情况进行预测。

1 研究区概况

研究区位于红花尔基林场施业区内。地理位置47°54′—48°54′ N，119°46′—120°30′ E，海拔600～900 m。属半干旱的大陆性气候，冬夏气温相差悬殊。冬季严寒干燥，多西北、西南风，且常受寒流侵袭。年平均气温为2.4 ℃，1月平均气温-28.3 ℃，绝对最低气温-49.3 ℃，冬季时间达8个月之久。全年积雪不多，仅11～16 mm。4月以后气温开始回升。7月平均气温20.8 ℃，极端最高气温达40.1 ℃。无霜期110 d。年平均降水量322.8 mm。年蒸发量1 403.8 mm，大于降水量的3倍。凡樟子松丛林所占据的沙包，全为干燥的沙土，即松林沙土，腐殖质含量较低，仅为1%左右，透水性大，持水性低。地形属山地丘陵，相对高差低于300 m，坡度较小，过渡平缓。森林植被以樟子松为主，其次为白桦（Betula platyphylla）、山杨（Populus davidiana）。林下灌木主要有柳叶绣线菊（Spiraea salicifoliab）、野刺玫（Rosa davurica）、山丁子（Malus baccata）、柳（Salix spp.）类。草本植物有地丁（Corydalis bungeana）、莎草（Cyperus rotundus）、细叶鸢尾（Iris tenuifolia）、寸草苔（Carex duriuscula）、唐松草（Thalictrum aquilegiifolium var. sibiricum）、白头翁（Pulsatilla chinensis ）、羊草（Leymus chinensis）、委陵菜（Potentilla chinensis）。

2 研究方法

2.1 标准地选择

2018年6月在樟子松林内选择林相完整、郁闭度在0.5左右、结实良好、不受病虫危害或危害较轻的地段作为标准地。标准地面积200～600 m。

2.2 林分因子测定

对所选标准地进行每木检尺，利用加权平均法计算平均胸径。按径阶测树高，计算平均高。按照平均胸径和平均高，以平均树高±5%、平均胸径±5%为标准，选择标准木1株。测量标准木的树高、胸径。林分因子见表1。

常规生物量调查：将树冠平均分为3层，在每层内取样，并取一定量的叶进行面积测定，共取27个样。

根系生物量调查：以根桩为中心，2 m为直径，深1 m作为根量调查的范围。将根系分3层取样：第1层0～15 cm;第2层>15～40 cm;第3层>40～100 cm。将每层内的根按直径大小分3级（特大根：>5.0 cm;大径根：2.0～5.0;中径根：<2.0 cm），称取全部根的质量并分级取样、标记，称取样品质量[1]。在105 ℃恒温下烘干至恒质量，约8 h，称取样品质量，计算样品的含水率[1]。

采用方差分析及数学模型拟合的方法[2]对生物量变化进行分析。

3 结果与分析

3.1 樟子松的叶面积指数

叶面积指数是指叶表面积与林地面积之比值。由表2可知，叶面积指数最小值为0.673 6，最大值为7.742 5，一般叶面积指数为4.3～5.2之间，表明天然林的变异性较大。最小值所对应净生产量为4 558.3 kg·hm，最大值对应净生产量为37 281.3 kg·hm，叶面积指数在4.3～5.2之间，对应生物量为15 537.9～23 924.0 kg·hm，表明叶面积指数越大，生物量也随之增大。

3.2 樟子松不同年龄生物量及其变化趋势

根据标准地林木年龄及其所对应的林分平均胸径、树高，计算各部分生物量。由表3可知，15～27年生的樟子松林分，其地上部分生物量随年龄增长呈现上升的趋势，其他干、枝、叶、果的生物量随年龄增长也呈现上升的趋势。

樟子松地上生物量与地下生物量之间的关系，可通过地上生物量與地下生物量比值及地下生物量与全部生物量的比值反映出来。

从表4可看出，地上生物量与地下生物量在14～23年范围内最大比值为7.8，最低为3.3。除18年生比值7.80和23年生比值3.37两个标准木外，其他标准木的比值差异不大，且随着年龄增大而增大。这说明随着年龄的增加，地上部分生物量的增加快于地下。比值的范围在3.30～4.55之间，平均为3.92（两个个别比值除外）。

根与全部生物量之比，有随年龄增加的趋势，最大值为0.229，最小值为0.114，平均为0.208，即根系大约是全部生物量的1/5。

3.3 樟子松根系按年龄变化在各层次的分布情况

从表5可看出，不同土壤层次樟子松根系生物量随年龄变化无明显规律性，0～15 cm平均为62.787%，>15～40 cm为14.00%，>40～100 cm为23.78%。这种分配结果可作如下解释：0～15 cm是营养成分集中的层次，凝结水丰富，根的趋肥、趋水性导致这种分配。>15～40 cm营养少、含水率又低，而40 cm以下含水率又有所增加，因此，>40～100 cm土层根的分布量高于>15～40 cm主要是由于水分的变化引起。在沙地，樟子松根系由于营养与水分的变化常呈现层状分布。

3.4 樟子松的生产力

樟子松林分净初级生产力受温度和降水的综合影响，净初级生产力与气候因子的关系属于温度敏感型，在人工林条件下，生产力较高[3]。对标准地净生产力进行测算，结果表明，第88-10号标准地地上平均净生产力最高，为2 665.7 kg·hm·a。最低为88-5号标准地，地上平均净生产力为149.5 kg·hm·a。从现有材料看，根系的最大净生产力为518.8 kg·hm·a，最低为110.5 kg·hm·a。全部生物量最大净生产力达2 394.8 kg·hm·a。

3.5 叶面积与叶干质量回归式的建立及不同年龄全叶量的比较

本试验共测9个株样，将树冠分为上、中、下3个层次，共27组数据，对统计到的数据以干质量（W）作自变量，叶面积（S）作因变量，以方程S=aW+b形式进行拟合，拟合结果为：S=5 597.302 W+22 901.501 3，相关系数为0.57。通过叶的质量就可以估算叶的表面积。

对88-9号标准木的叶按不同年龄进行测定，2～3年生10 g鲜叶测量结果见表6。由表6可见，同一株树的2年生、3年生叶单叶平均长度及直径都在增加。一束叶的表面积3年生为2年生的1.5倍。叶面积与叶干质量比随年龄增加而下降。

3.6 樟子松不同器官含水率分析

将樟子松样木分别以平坦、缓坡、高岗3种不同地形统计含水率，通过方差分析表明，樟子松各器官含水率在3种不同立地（地形）下差异不显著，樟子松的不同器官的含水率有所差异，2年生球果的含水率和3年生球果的含水率差异显著。枝、叶、树干和树根之间的含水率差异不显著，但它们与2年生及3年生球果之间差异都显著。从平均值看，树体含水率在50%以上，而2年生球果在6月含水率为76.366%。

4 结论

4.1 在所调查地区樟子松叶面积指数一般为4.3～5.2，最高为7.7，最低为0.673 6。叶面积指数受单株冠幅、密度及单株叶面积的影响。冠幅越大，单株叶面积越大，密度越大，则叶面积指数越大。

4.2 樟子松林分生物量与林分平均树高、胸径呈正相关关系，通过拟合方程，可以估算林分的生物量;在15～27年内樟子松生物量呈现指数上升趋势。樟子松地上生物量与地下生物量的比值随年龄而增加，比值为3.30～4.55，平均为3.92;根系生物量是全部生物量的1/5。樟子松不同年龄阶段结实量不同，一般随着年龄增加而增加，林缘木单株结实良好。

4.3 樟子松的根系主要分布于0～15 cm的土层中，占全部根系的62.788%，>15～40 cm占14%，40 cm以下占23.78%。

4.4 地上平均净生产力最高为2 665.7 kg·hm·a，最低为149.5 kg·hm·a。从现有材料看，根系的最大净生产力为518.8 kg·hm·a，最低为110.5 kg·hm·a。全部生物量最大净生产力达2 394.8 kg·hm·a。

4.5 一束叶的表面积，3年生为2年生的1.5倍。叶面积与叶干质量比2年生为102.10 cm·g，3年生为79.09 cm·g，随年龄增加而下降。

4.6 樟子松的枝、叶、干、根各器官之間含水率无显著差异，但都与2年生及3年生球果的含水率差异显著。在14～27年内，不同年龄的各器官含水率差异不显著。

参考文献：

[1] 赵清峰，孔慧清，关丽鹏.浅议森林生物量的测定方法[J].防护林科技，2013（10）：86-87

[2] 孟宪宇.测树学[M].3版.北京：中国林业出版社，2006

[3]  曹恭祥，王云霓，季蒙，等.呼伦贝尔沙地樟子松林净初级生产力对气候变化的响应[J].生态学报，2021（13）：5352-5359