晉北檉柳林分生物量分布特征調(diào)查

高 龍

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

晉北檉柳林分生物量分布特征調(diào)查

高 龍

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

以晉北人工檉柳林為對象，采用區(qū)域調(diào)查與定點(diǎn)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，測定了檉柳林分地上、地下生物量及不同器官生物量，估測了各器官生物量與地徑的關(guān)系及其地上、地下生物量的相關(guān)性。結(jié)果表明：檉柳各器官生物量與地徑存在W=aDb的函數(shù)關(guān)系；檉柳地下生物量與地上生物量呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，并擬合地下生物量預(yù)測方程為y=e(1.714-2.24/x)；樹干、枝、葉地上生物量占總生物量比重為：樹干>枝>葉；檉柳地下生物量的分布說明，生長狀況越好，地下生物量越大，根系越發(fā)達(dá)，根系延伸的越遠(yuǎn)，根系中粗根越多，根系在60 cm～80 cm土層深度時分布最廣。

晉北鹽堿地；檉柳；地上生物量；根系生物量

山西省鹽堿地面積為30.1×104hm2，占土地總面積的9.7%.由于自然和氣候因素的綜合作用，全省70%的鹽堿地分布于晉北地區(qū)。鹽堿地已成為制約當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

檉柳耐寒、耐旱、適應(yīng)性強(qiáng)，是華北和西北地區(qū)鹽堿地治理的先鋒樹種。在不同歷史時期，晉北地區(qū)已營造形成了一定規(guī)模的檉柳林，為晉北鹽堿地生物治理提供了技術(shù)途徑和示范樣板。林分的生物量可直接反映生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣與功能的高低，是衡量生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要指標(biāo)。彭守璋、張華等采用不同方法對黑河流域檉柳生物量進(jìn)行了研究，努爾比亞·阿布力米提、海依沙爾·哈力木江和董道瑞等對塔里木河中、下游檉柳生物量進(jìn)行了研究。但關(guān)于晉北地區(qū)檉柳林生物量分布狀況，及其對鹽堿地改良效果等的研究鮮見報道。筆者采用區(qū)域調(diào)查和定點(diǎn)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對晉北不同類型的檉柳林分進(jìn)行了綜合調(diào)查，旨在為晉北地區(qū)抗鹽堿樹種的選擇提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域涉及山西省朔州市的應(yīng)縣、懷仁縣、山陰縣和朔城區(qū)，海拔1 750 m～2 000 m.按山西省自然區(qū)劃，屬溫帶草原干旱地帶。以調(diào)查集中區(qū)應(yīng)縣為例，年均氣溫7 ℃，1月平均氣溫-9 ℃～10 ℃，7月平均氣溫23 ℃～24 ℃.年降雨量360 mm，初霜期為9月下旬，無霜期100 d～140 d.

1.2 標(biāo)準(zhǔn)地布設(shè)

項(xiàng)目實(shí)施期，對朔州市不同類型鹽堿地上分布的檉柳林分進(jìn)行全面踏查。依據(jù)踏查結(jié)果，根據(jù)林分生長現(xiàn)狀(株高、地徑、林分密度)，按好、中、差3種類型布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地，編號為類型1，2，3，每個類型布設(shè)3塊～5塊，標(biāo)準(zhǔn)地面積為1 600 m2(40 m×40 m)～2 500 m2(50 m×50 m).2015年8月下旬，植物停止生長后，逐株調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)檉柳的地徑、樹高、冠幅、覆蓋度等指標(biāo)。3種類型標(biāo)準(zhǔn)地基本情況見表1.

表1 3種類型標(biāo)準(zhǔn)地概況

1.3 生物量測定

1) 地上生物量。以每木檢尺的結(jié)果求算標(biāo)準(zhǔn)木，在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選取標(biāo)準(zhǔn)木、最大株、最小株各 1株進(jìn)行生物量測定。測定采用稱重法，即將所選樣木伐倒，按干、枝、葉等不同器官分別稱重后取樣，將樣品(85±2)℃烘干，測定含水率，求算干重。

2) 地下生物量。在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選取3株標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行地下生物量測定。測定時以樹干基部為中心，在冠幅范圍內(nèi)按株間、行間2個方向垂直開挖。挖掘時水平方向以樹干為起點(diǎn)，按0 cm～50 cm，50 cm～100 cm，100 cm～150 cm分段挖掘計量；垂直方向以地面為起點(diǎn)，按0 cm～20 cm，20 cm～40 cm，40 cm～60 cm，60 cm～80 cm，80 cm～100 cm分段挖掘計量。將分段挖出的土過篩，分揀出檉柳根系，按直徑分成4類：小根(<2 mm)、中根(2 mm～5 mm)、大根(5 mm～10 mm)、粗根(>10 mm)。將附著在根系上的泥土去除后測量鮮重，再將其放入烘箱中(85±2) ℃ 烘干至恒重，用電子天平稱重(精度為0.01 g)?？偟叵律锪?Dw)、各層生物量占總地下生物量的比例(Pd)的計算公式如下：

Pdji=dwji/Dwj×100%.

式中：j——1，2，…，n為樣方編號；

i——1，2，3…，n為采樣層數(shù)；

Dwj——j樣方中檉柳根系的總重量，g或kg；

Pdji——j樣方中第i層根系干量占總地下生物量的比例，%.

3) 基準(zhǔn)年齡檉柳生物量的確定。通過對檉柳年齡的調(diào)查統(tǒng)計分析，擬定15 a為檉柳的基準(zhǔn)年齡，基準(zhǔn)年齡的生物量按下式換算：

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件分析每層地下生物量的平均值、總和、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等基本統(tǒng)計指標(biāo)。通過相關(guān)性分析和非線性回歸，分析檉柳地上、地下生物量的相關(guān)關(guān)系及其在土層內(nèi)的垂直分布規(guī)律。圖采用SigmaPlot 10.0軟件繪制。

2 檉柳單株生物量預(yù)測

林分生物量的高低是衡量生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量高低的一個主要指標(biāo)。如何準(zhǔn)確、方便地估測林分生物量是困擾林學(xué)家、生態(tài)學(xué)家多年的問題，尤其是對地下生物量的估測具有費(fèi)時、費(fèi)工，對環(huán)境破壞大等諸多缺陷。針對不同樹種，應(yīng)用地上生物量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立不同樹種地上、地下生物量預(yù)測方程是估測林分地下生物量的有效手段。

2.1 檉柳單株地上生物量預(yù)測方程建立

利用實(shí)測的180株檉柳樣本地徑、地上生物量資料，建立一元(生物量W與地徑D)冪函數(shù)回歸方程，結(jié)果見第14頁表2.

由表2可知，方程1～10的相關(guān)系數(shù)r均大于r0.01(180)=0.254.因此，方程1～10線性回歸關(guān)系顯著。

2.2 檉柳單株地下生物量預(yù)測方程建立

利用實(shí)測的180株檉柳樣本地徑、地下生物量資料，分別建立一元(生物量W與地徑D)冪函數(shù)回歸方程，結(jié)果見表3.

表2 各器官生物量與地徑函數(shù)關(guān)系

表3 地下生物量與地徑函數(shù)關(guān)系

由表3可知，方程1～10的相關(guān)系數(shù)r均大于r0.01(180)=0.254.因此，方程1～10線性回歸關(guān)系顯著。

2.3 檉柳地上與地下生物量關(guān)系

在檉柳地下生物量與地上生物量回歸分析中，將地上部分生物量作為自變量，繪制散點(diǎn)圖，如圖1所示。

圖1 檉柳地下生物量與地上生物量關(guān)系

由圖1可以看出，檉柳地下生物量與地上生物量之間的回歸方程為：

y=e(1.714-2.24/x).

式中：y——地下生物量，kg；x——地上生物量，kg.

其檢驗(yàn)結(jié)果見表4.

表4 回歸方程檢驗(yàn)

由表4可知，經(jīng)過t檢驗(yàn)，得到p<0.05，說明回歸系數(shù)不為零的假設(shè)顯著，自變量可以解釋檉柳根系生物量的變化。利用該方程可相對準(zhǔn)確地估算檉柳地下生物量。但是該方程的建立是基于特定的群落與特定的環(huán)境因子，即當(dāng)?shù)氐柠}堿土壤和氣候?qū)f柳生長狀況的影響。所以，該方程只是對研究區(qū)內(nèi)檉柳地下與地上生物量關(guān)系的描述。

3 不同檉柳林分生物量及其分布特征

3.1 林分生物量分布特征

將測得的不同檉柳林分類型生物量分類，并進(jìn)行匯總統(tǒng)計，結(jié)果見表5.

表5 不同檉柳林分類型生物量

由表5知，類型1平均總生物量為1 596.7 kg/hm2，類型2平均總生物量為1 202.1 kg/hm2，類型3平均總生物量為790.9 kg/hm2.對3個類型的生物量進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表6.

表6 不同林分類型生物量的方差分析

由6表可知，F(xiàn)值為4.847，對應(yīng)的p值為0.019，低于0.05，說明3個類型的林分生物量差異性顯著。

3.2 不同器官地上生物量分布特征

3種檉柳林分類型地上生物量及各器官生物量統(tǒng)計結(jié)果見第15頁表7.

由表7知，檉柳地上部分各器官生物量分配率以樹干最高，3種林分平均為52.29%(49.59%～56.13%)；葉器官分配率最低，平均為8.94%(7.57%～

表7 檉柳地上部分生物量分布

9.73%).3種林分類型標(biāo)準(zhǔn)地地上生物量分布情況基本相同。就林分單株地上部分總生物量而言，試驗(yàn)區(qū)檉柳地上部分生物量平均分配率均表現(xiàn)為樹干>枝>葉。樹干生物量在類型1中分配率最大，在類型3中分配率最小。枝生物量和葉生物量均表現(xiàn)為在類型1中分配率最小，在類型3中分配率最大。

3.3 不同徑級根系生物量分布特征

類型1檉柳林分地下生物量測定統(tǒng)計結(jié)果見圖2～圖4.

圖2 類型1 0 cm～50 cm不同土層深度生物量分布

圖3 類型1 50 cm～100 cm不同土層深度生物量分布

根據(jù)圖2，圖3，圖4可以看出，類型1檉柳地下生物量在60 cm～80 cm土層深度，根系生物量最大，明顯高于其它土層深度的根系生物量。根系在40 cm～60 cm的土層分布范圍最大，其中，類型1地下生物量的分配率為粗根(>10 mm)>中根(5 mm～10 mm)>小根(2 mm～5 mm)>細(xì)根(<2 mm)。

圖4 類型1 100 cm～150 cm不同土層深度生物量分布

類型2檉柳林分地下生物量測定統(tǒng)計結(jié)果見圖5～圖7.

圖5 類型2 0 cm～50 cm不同土層深度生物量分布

圖6 類型2 50 cm～100 cm不同土層深度生物量分布

圖7 類型2 100 cm～150 cm不同土層深度生物量分布

根據(jù)圖5，圖6，圖7可以看出，類型2檉柳林分在60 cm～80 cm土層深度，根系生物量最大，粗根(>10 mm)只存在于水平距離0 cm～50 cm的范圍內(nèi)。地下生物量的分配率為粗根(>10 mm)>中根(5 mm～10 mm)>小根(2 mm～5 mm)>細(xì)根(<2 mm)。

類型3檉柳林分地下生物量測定統(tǒng)計結(jié)果見圖8～圖9.

圖8 類型3 0 cm～50 cm不同土層深度生物量分布

圖9 類型3 50 cm～100 cm不同土層深度生物量分布

根據(jù)圖8和圖9可以看出，類型3中，土層深度越深，檉柳根系的生物量越大，細(xì)根(<2 mm)在40 cm～60 cm土層分布最多，生物量最大。小根(2 mm～5 mm)和中根(5 mm～10 mm)在60 cm土層以下開始出現(xiàn)。水平距離在50 cm～100 cm的范圍內(nèi)，60 cm深度以上土層基本無根系分布，根系主要分布在80 cm～100 cm深度土層。地下生物量的分配率為粗根(>10 mm)>細(xì)根(<2 mm)>小根(2 mm～5 mm)>中根(5 mm～10 mm)。

將不同范圍內(nèi)所有根徑根系生物量相加，如圖10，圖11，圖12所示。

圖10 不同類型地下總生物量

由圖10，圖11，圖12可知，3個類型檉柳地下總生物量為類型1>類型2>類型3.距離樹干基部

圖11 林分不同根徑生物量水平分布

圖12 林分不同根徑生物量垂直分布

中心0 cm～50 cm范圍內(nèi)的各根徑根系生物量及林分地下總生物量最大。距離樹干基部中心越遠(yuǎn)，生物量越小。垂直深度上，細(xì)根(<2 mm)、小根(2 mm～5 mm)、中根(5 mm～10 mm)及林分地下總生物量在60 cm土層深度時最大，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土層深度最大。

4 結(jié)論

筆者對晉北地區(qū)檉柳地上、地下生物量的部分聯(lián)系及分布規(guī)律進(jìn)行了研究，統(tǒng)計并構(gòu)建了生物量估測模型。研究結(jié)果表明：

1) 單株檉柳地上、地下各器官生物量(W)與其地徑(D)存在W=aDb的函數(shù)關(guān)系，從而由地徑可以估算出單株檉柳各器官的生物量。

2) 地上部分生物量與地下部分生物量呈指數(shù)關(guān)系，回歸方程為y=e(1.714-2.24/x).其中，y表示地下生物量，單位為kg；x表示地上生物量，單位為kg.

3) 檉柳地上部分生物量平均分配率均表現(xiàn)為樹干>枝>葉。立地條件越好，樹干的分配率越高，枝葉的分配率越低。這是因?yàn)樵诹⒌貤l件較差的情況下，養(yǎng)分供應(yīng)不充足，樹木需要通過提高光合作用來滿足自身對養(yǎng)分的需求，枝、葉的分配率升高。檉柳地下生物量的分布說明，生長狀況越好，地下生物量越大，根系越發(fā)達(dá)。

4) 距離樹干基部中心100 cm～150 cm的地下生物量表現(xiàn)為類型1>類型2，類型3在此范圍內(nèi)幾乎沒有根系。說明生長狀況越好，根系延伸的越遠(yuǎn)。類型1與類型2的地下生物量分配率均為粗根(>10 mm)>中根(5 mm～10 mm)>小根(2 mm～5 mm)>細(xì)根(<2 mm)，類型3為粗根(>10 mm)>細(xì)根(<2 mm)>小根(2 mm～5 mm)>中根(5 mm～10 mm)。說明生長狀況越好，根系中粗根越多。根系在60 cm～80 cm土層深度分布最廣。

[1] 關(guān)文彬.中國東北地區(qū)白樺林植被生態(tài)學(xué)的研究——樺屬植物與中國白樺林的地理分布.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998，20(4)：104-109.

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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

國家林業(yè)公益性專項(xiàng)(201304326)

高 龍(1988— )，男，山西朔州人，2014年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，助理工程師。

S793.5

A

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