海南沿海木麻黃人工林林下植被生物量

吳 疆，佘濟云，李向陽，陸 禹，孟 偉，魏 甫

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004； 2.湖南綠色發(fā)展研究院，湖南 長沙 410004；3.國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，湖南 長沙 410004)

海南沿海木麻黃人工林林下植被生物量

吳 疆1，2，佘濟云1，2，李向陽3，陸 禹1，2，孟 偉1，2，魏 甫3

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004； 2.湖南綠色發(fā)展研究院，湖南 長沙 410004；3.國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，湖南 長沙 410004)

采用樣地調(diào)查法，對海南沿海木麻黃人工林林下植被進行調(diào)查、并測定其生物量。結(jié)果表明：木麻黃人工林林下灌木層地上部分生物量大于地下部分生物量，草本層地下部分生物量大于地上部分生物量；灌木層各器官的生物量分配規(guī)律為干(3.41 t·hm-2)>根(3.19 t·hm-2)>葉(2.10 t·hm-2)>枝(1.41 t·hm-2)，干和根的生物量比例較大；灌木層、草本層生物量與總生物量均呈正相關(guān)關(guān)系，灌木層生物量與草本層生物量則呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明灌木層與草本層存在競爭。

林下植被；生物量；木麻黃人工林；海南沿海

林下植被由林下灌木、草本等植物組成，是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1-2]，對森林生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素的循環(huán)、維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和多樣性等方面具有重要作用[3-6]。同時，林下植被還能從側(cè)面反映森林生長環(huán)境的變化，進而預(yù)測森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和發(fā)展趨勢，是林內(nèi)微環(huán)境和林分生長狀態(tài)的指示物[7-8]。目前，國內(nèi)對林下植被生物量的研究多集中在杉木(Cunninghamialanceolata)林[4-5]，對木麻黃(Casuarinaequisetifolia)林下植被的研究尚未見報道。木麻黃原產(chǎn)于澳大利亞，在我國已有100多年的栽種歷史，因其具有抗貧瘠、耐鹽堿和抗風(fēng)沙等特性，成為海南沿海海岸帶的主要防護林樹種[9-10]。但由于人為干擾和自然因素的影響，海南沿海木麻黃人工林產(chǎn)生了一些如生物多樣性減少、生態(tài)穩(wěn)定性降低等問題[11]。本文通過對海南沿海木麻黃人工林進行樣地調(diào)查，分析其林下植被生物量分配規(guī)律和變化趨勢，以期為沿海木麻黃人工林合理、科學(xué)經(jīng)營，及維護森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面提供參考。

1 研究區(qū)概況

海南省位于中國的最南端，北緯18°10′—20°10′、東經(jīng)108°37′—111°03′，屬熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，島上四季長青，空氣清新，被譽為“回歸大自然的好去處，未受污染的長壽島”。年均氣溫23～27 ℃，年均降水量1639 mm，干濕季明顯，年日照時間為1750～2650 h，光照率為50%～ 60%。島上森林覆蓋率達(dá)60.2%，森林資源豐富。人工林主要造林樹種有木麻黃、橡膠(Heveabrasiliensis)、桉樹(Eucalyptusrobusta)、馬占相思(Acaciamangium)等。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

在海南省的?？谑?、文昌市、三亞市、昌江縣沿海一帶設(shè)置木麻黃人工林樣地8個，每個樣地面積為20 m×20 m，樣地土壤多為濱海砂壤，對每個樣地胸徑≥5 cm的林木進行每木檢尺，并記錄各樣地的坡向、坡位、坡度、海拔等(表1)。

2.2 生物量調(diào)查方法

表1 樣地基本情況

3 結(jié)果與分析

3.1 林下植被各層生物量分配

經(jīng)調(diào)查，8個樣地的林下植被主要有飛機草(Eupatoriumodoratun)、蔓荊子(Vitextrifolia)、狗牙根(Cynodon)、野牡丹(Melastoma)、露兜(Pandanusaustrosinensis)等。沿海木麻黃人工林林下植被各層生物量情況見表2。由表2可以看出，木麻黃人工林林下植被各層生物量變化較大，且與楊再鴻等[14]的研究結(jié)果相比，8個樣地的生物量總量較小。8個樣地中，總生物量8號樣地最大，7號樣地最小，各樣地總生物量大小排序為：8號(3.85 t·hm-2)>5號(3.79 t·hm-2)>3號(3.62 t·hm-2)>6號(2.41 t·hm-2)>4號(2.14 t·hm-2)>1號(2.00 t·hm-2)>2號(1.86 t·hm-2)>7號(1.56 t·hm-2)，1號、2號、3號、5號、7號樣地的草本層生物量高于灌木層，4號、6號、8號樣地的草本層生物量則低于灌木層。8個樣地的灌木層地上部分生物量占總生物量的59.43%以上，最高達(dá)到了80.65%；地下部分生物量占總生物量的19.35%～40.57%。林下植被灌木層地上部分生物量明顯高于地下部分生物量。草本層生物量以5號樣地最大，達(dá)到了2.59 t·hm-2；其次為3號樣地(1.87 t·hm-2)；6號樣地草本層生物量最小，僅為0.47 t·hm-2。因受沿海立地的限制，草本植物具有發(fā)達(dá)的根系，草本層地下部分生物量均大于地上部分。

3.2 林下植被各層生物量器官分配

3.2.1灌木層各器官生物量 沿海木麻黃人工林林下灌木層各器官生物量分配見圖1。灌木層各器官總生物量存在較大差異，其大小順序為干(3.41 t·hm-2)>根(3.19 t·hm-2)>葉(2.10 t·hm-2)>枝(1.41 t·hm-2)，分別占總生物量的33.73%、31.55%、20.77%、13.95%。其中，1號、2號、5號、7號樣地灌木層的根生物量較大，分別占總生物量的47.50%、34.57%、34.17%、41.94%；3號、4號、6號、8號樣地干的生物量較大，分別占總生物量的40.57%、33.09%、31.96%、38.03%；8塊樣地葉生物量在14.10%～29.03%之間變動；枝的生物量最小，均在18.38%以下。灌木層干和根的生物量占總生物量的比例較大，而枝和葉的比例較少，造成這一現(xiàn)象的主要原因可能是受立地條件的限制和自身生長特性的影響[15]；本次調(diào)查樣地內(nèi)土壤多為濱海砂土，土壤肥力低，立地差，且沿海海風(fēng)強勁，植被必須具有發(fā)達(dá)的根系來吸收養(yǎng)分和固定植物體，粗壯的枝干來抗風(fēng)。

表2 林下植被各層生物量分配

*：灌木層干、莖、葉的生物量相加作為地上部分，根系生物量作為地下部分。

3.2.2 草本層地上部分與地下部分生物量 與灌木層類似，8個樣地間草本層的生物量變化也較大，草本層地上部分、地下部分的最大值(1.21 t·hm-2、1.38 t·hm-2)分別是最小值(0.18 t·hm-2、0.29 t·hm-2)的6.72倍、4.76倍。但地上部分與地下部分比值較小，各樣地比值大小順序為5號(0.88)>1號(0.74)>8號(0.70)>3號(0.67)>2號(0.64)>6號(0.62)>7號(0.60)>4號(0.42)，各樣地比值均小于1，且變幅較小。說明草本層地上部分生物量小于地下部分生物量且兩者差異不顯著。

圖1 灌木層各器官生物量圖2 草本層各器官生物量

3.3 林下植被各層生物量之間的相關(guān)關(guān)系

林下植被總生物量與灌木層生物量、草本層生物量呈現(xiàn)出不同的相關(guān)關(guān)系(圖3～圖5)。灌木層生物量與總生物量的相關(guān)方程為y=0.922x+1.487(R2=0.509)，草本層生物量與總生物量的相關(guān)方程為y=0.906x+1.393(R2=0.406)，灌木層生物量、草本層生物量均與總生物量呈正相關(guān)關(guān)系，表明隨著灌木層、草本層生物量的增加，林下植被總生物量也隨之增加。灌木層生物量與草本層生物量相關(guān)方程為y=-0.077x+1.487 (R2=0.107)，其相關(guān)關(guān)系為負(fù)，這反映出灌木層與草本層在生長過程中存在競爭。

3.4 林下植被生物量與林齡關(guān)系

林下植被生物量隨林齡變化關(guān)系見圖6。由圖6可知，從幼齡林開始，總生物量和灌木層生物量隨著林齡的增大而增加，當(dāng)林分處于中齡林時(10 a左右)，總生物量和灌木層生物量開始減少，可能的原因是：幼齡林時，灌木層、草本層和喬木層間的競爭不明顯，各層生物量持遞增趨勢；至中齡林時，喬木層競爭優(yōu)勢開始體現(xiàn)出來，導(dǎo)致林下植被減少，生物量降低。然而隨著林下植被的生長，其生物量還是呈現(xiàn)增加趨勢。林下植被灌木層生物量與草本層生物量在木麻黃人工林生長發(fā)育階段表現(xiàn)出此消彼長的關(guān)系，它們之間存在一定的競爭。

圖3 灌木層生物量與總生物量關(guān)系圖4 草本層生物量與總生物量關(guān)系

圖5 灌木層生物量與草本層生物量關(guān)系

圖6 林下植被生物量與林齡關(guān)系

4 結(jié)論

1)沿海木麻黃人工林林下植被生物量總量較小，但各層變化較大。灌木層地上部分生物量明顯高于地下部分生物量，草本層地下部分生物量大于地上部分生物量。

2)不同層次的林下植被其生物量器官分配規(guī)律不同。灌木層各器官的分配規(guī)律為干(3.41 t·hm-2)>根(3.19 t·hm-2)>葉(2.10 t·hm-2)>枝(1.41 t·hm-2)，干和根的生物量占總生物量的60%以上，而枝和葉的生物量比例較少；草本層地上部分生物量小于地下部分生物量且不同樣地之間的差異較大，但兩者比值較小。造成這一現(xiàn)象的原因可能是受立地條件的限制和自身生長特性的影響。

3)林下植被灌木層生物量、草本層生物量與總生物量均呈正相關(guān)關(guān)系，灌木層生物量與草本層生物量則呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。林下植被生物量基本呈現(xiàn)出隨木麻黃林齡增大而增加的趨勢，但在中齡林時出現(xiàn)拐點，喬木層的競爭優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，但由于林下植被各自的生長特性，其生物量還是處于緩慢增長中；灌木層生物量和草本層生物量自始至終都呈現(xiàn)出此消彼長的關(guān)系，兩者之間存在著競爭。

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Biomass of Understory Vegetation inCasuarinaequisetifoliaPlantations in Hainan Coast

WU Jiang1，2，SHE Ji-yun1，2，LI Xiang-yang3，LU Yu1，2，MENG Wei1，2WEI Fu3

(1.CentralSouthUniversityofForestryandTechnology，Changsha410004，Hunan，China；2.HunanGreenDevelopmentInstitute，Changsha410004，Hunan，China；3.Centralsouthforestinventoryandplanninginstituteofstateforestryadministration，Changsha410004，Hunan，China)

Surveyed the understory vegetation in ofCasuarinaequisetifoliaplantations stands in Hainan coast，sampled and determined their biomass，analysed the distribution regularity of undergrowth.The results showed that the biomass of understory vegetation in shrub layer was above-ground part more than under-ground part，while in herb layer was under-ground part more than above-ground part；the distribution rules of various organ biomass in shrub layer was in order：trunk(3.41 t·hm-2)>root (3.19 t·hm-2)>leaf (2.10 t·hm-2)>branch(1.41 t·hm-2)，trunk biomass and root biomass took a larger proportion；shrub layer biomass，herb layer biomass and total biomass showed a positive correlation，while the shrub layer biomass and herb layer biomass showed a negative correlation，indicated that there was competition between shrub layer and herb layer.

understory vegetation；biomass；Casuarinaequisetifoliaplantations；hainan Coast

2014-04-15；

2014-05-21

海南省林業(yè)局重點科研項目(海南省五大河流域植被恢復(fù)與保護規(guī)劃研究，LK20118478)；中南林業(yè)科技大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金項目(CX2012B14)；湖南省研究生科研創(chuàng)新項目 (CX2012B323)

吳疆(1989—)，男，湖南張家界人，中南林業(yè)科技大學(xué)在讀碩士，從事林業(yè)信息工程和森林可持續(xù)經(jīng)營方面的研究。E-mail：wujiang890105@126.com。

佘濟云(1966—)，男，湖南邵東人，中南林業(yè)科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，博士，從事森林經(jīng)理和林業(yè)資源管理方面的教學(xué)和科研工作。E-mail：shejiyun@126.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.01.010

S792.93

A

1002-7351(2015)01-0046-04