閩北不同海拔濕地松生物量模型構(gòu)建及比較分析

魏年鋒

(福建省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院，福建 福州 350001)

閩北不同海拔濕地松生物量模型構(gòu)建及比較分析

魏年鋒*

(福建省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院，福建 福州 350001)

對(duì)福建省政和縣石屯鎮(zhèn)、楊源鄉(xiāng)10年生濕地松幼齡林建立多個(gè)生物量相容模型，并對(duì)不同海拔的濕地松幼齡林生物量比較研究。結(jié)果表明：不同海拔的濕地松幼齡林生長(zhǎng)差異明顯，胸徑、樹(shù)高差異顯著，300m海拔區(qū)比900m海拔區(qū)的平均樹(shù)高、胸徑大；其分別建立的900m海拔區(qū)和300m海拔區(qū)生物量相容性模型決定系數(shù)R2>0.99；300m海拔區(qū)10年生濕地松單位面積生物量比900m海拔區(qū)高97%。說(shuō)明海拔對(duì)濕地松生物量影響顯著，較低海拔區(qū)更利于濕地松生長(zhǎng)。

海拔；生物量模型；濕地松

濕地松(Pinuselliottii)原產(chǎn)于美國(guó)東南部，于20世紀(jì)30年代引種到我國(guó)，由于其具有抗旱耐澇、生長(zhǎng)快、出材質(zhì)量好、松脂量豐富等特性，已成為我國(guó)南方丘陵山區(qū)的主要造林樹(shù)種之一，特別是以丘陵山區(qū)為主的閩北地區(qū)。生物量作為一種量化指標(biāo)，對(duì)植物的生長(zhǎng)評(píng)判、立地條件的反應(yīng)等方面有重要作用[1]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)濕地松的生物量做了較為豐富的研究，如Gonzalez[2]、劉海[3]等研究了濕地松的生物量分布特征，肖興翠[4]、Burkes[5]等研究了不同林分密度的濕地松幼齡林生物量，曾偉生等[6]建立了濕地松的生物量相容性模型；李大岔等[7]、王舒鳳等[8]研究了濕地松混交林的生物量組成情況；鄭麗?ài)骩9]對(duì)不同坡位的濕地松生物量做了分析。但是不同海拔對(duì)濕地松幼齡林生物量的影響及比較研究相對(duì)較少。濕地松幼齡林時(shí)期的生長(zhǎng)對(duì)未來(lái)采脂、出材等都極為重要，其生物量的存儲(chǔ)及變化情況受到多方面的制約與促進(jìn)，比如土壤條件、水熱條件、地形因子等。本文以閩北地區(qū)10年生濕地松幼齡林為研究對(duì)象，重點(diǎn)關(guān)注不同海拔對(duì)生物量的影響，研究結(jié)果對(duì)濕地松的人工種植在海拔的選擇上有重要指導(dǎo)意義。

1 材料及方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省政和縣的石屯鎮(zhèn)和楊源鄉(xiāng)。石屯鎮(zhèn)位于政和縣中西部，平均海拔<300 m，年均降雨量1 468 mm，年均溫19.1 ℃；楊源鄉(xiāng)位于政和縣東南部，平均海拔>900 m，年均降雨量1 639 mm，年均溫15.5 ℃。300 m海拔區(qū)樣地位于石屯鎮(zhèn)，900 m海拔區(qū)樣地位于楊源鄉(xiāng)。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地布設(shè)與樣本選取

于900 m海拔區(qū)和300 m海拔區(qū)分別選取兩塊濕地松純林設(shè)置樣地，所選樣地坡位、坡度等地形情況基本一致。兩區(qū)濕地松均為2008年造林，造林密度2 500 株/hm2，苗木情況基本一致。在兩片林分內(nèi)各設(shè)置2塊20 m×20 m的樣地，并于2017年4月對(duì)樣地內(nèi)的濕地松進(jìn)行每木檢尺(表1)。

表1 樣地內(nèi)濕地松基本情況

在兩片不同海拔的林分內(nèi)各選取5株平均標(biāo)準(zhǔn)木，測(cè)量樹(shù)高、胸徑。同時(shí)按照“分層切割”進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，按根、枝、葉、干稱(chēng)取鮮重并分別保存。根部采用“全挖”稱(chēng)鮮重，其余各部分按照1%的比例稱(chēng)重帶回實(shí)驗(yàn)室，采用80 ℃恒溫烘干至恒重，計(jì)算不同樣品的含水率及干重，獲得標(biāo)準(zhǔn)木生物量。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了許多高精度的生物量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚10-12]。曾偉生等[5]采用非線性二元聯(lián)立方程組建立濕地松生物量相容性模型，決定系數(shù)超過(guò)0.9。不論是傳統(tǒng)回歸模型還是生物量與蓄積量相容模型，公式中都含樹(shù)高、胸徑[13]。本次試驗(yàn)選擇非線性二元立木生物量方程計(jì)算生物量：

M=aDbHc

(1)

式中：M代表生物量總量，a、b、c為系數(shù)，D是胸徑，H是樹(shù)高。

利用外業(yè)采集的樹(shù)高、胸徑以及實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)的生物量數(shù)據(jù)，修正生物量方程系數(shù)，獲得10年生濕地松幼齡林的生物量模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔立木生物量

通過(guò)對(duì)平均標(biāo)準(zhǔn)木的測(cè)量分析，得到不同海拔區(qū)樹(shù)種的樹(shù)高胸徑信息，并對(duì)結(jié)果做顯著性檢驗(yàn)(表2)。比較發(fā)現(xiàn)閩北不同海拔的10年生濕地松幼齡林樹(shù)高、胸徑都存在顯著差異(P<0.01)，其中300 m海拔區(qū)濕地松的平均樹(shù)高比900 m海拔區(qū)的高1.8m；300 m海拔區(qū)濕地松的平均胸徑比900 m海拔區(qū)的大1.9cm。但300 m海拔區(qū)的濕地松樹(shù)高、胸徑的標(biāo)準(zhǔn)差也相應(yīng)大于900 m海拔區(qū)濕地松，說(shuō)明濕地松在300 m海拔區(qū)長(zhǎng)勢(shì)較好，而900 m海拔區(qū)的濕地松長(zhǎng)勢(shì)較為均衡。

表2 不同海拔標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)高胸徑對(duì)比

注：**為P<0.01水平顯著

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的樣本含水率、生物量計(jì)算獲得不同海拔的立木生物量，并對(duì)結(jié)果做顯著性檢驗(yàn)(表3)。

表3 不同海拔生物量及含水率

注：*為P<0.05水平顯著

通過(guò)稱(chēng)量、烘干、統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)300 m海拔區(qū)的10年生濕地松立木生物量平均值均高于900 m海拔區(qū)濕地松生物量，其中涵蓋不同部分之間的生物量平均值與總量的生物量平均值，且300 m海拔區(qū)與900 m海拔區(qū)之間的10年生濕地松單株立木生物量呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05)。不同海拔區(qū)葉部分的生物量差異最明顯，900 m海拔區(qū)的10年生濕地松葉部分生物量為300 m海拔區(qū)處的43.5%，其余部分都>46%；300 m海拔區(qū)10年生濕地松樣本的生物量標(biāo)準(zhǔn)差大于900 m海拔區(qū)濕地松的樣本；不同海拔之間的干部含水率最低，枝部分含水率最高。從表2、表3中可以得出，不同海拔間的樹(shù)高、胸徑、生物量都存在顯著差異，因此，生物量相容性模型應(yīng)該按照不同海拔研建。

2.2 不同海拔濕地松生物量模型建立及比較

通過(guò)采集的樹(shù)高、胸徑、生物量按不同海拔區(qū)分，在Origin軟件內(nèi)擬合非線性二元函數(shù)，最終獲得政和10年生濕地松以及其不同海拔10年生濕地松生物量方程如下：

MT=0.06119D2.47724H0.2634(R2>0.99)

(2)

ML=0.0898D2.22595H0.3735(R2>0.99)

(3)

MH=0.09302D2.21868H0.31927(R2>0.99)

(4)

其中：式(2)、(3)、(4)中MT、ML、MH分別代表該地區(qū)10年生濕地松生物量、300m海拔區(qū)10年生濕地松生物量、900m海拔區(qū)10年生濕地松生物量，D代表胸徑，H代表樹(shù)高。

不同海拔的生物量模型決定系數(shù)均為R2>0.99，整體高于曾偉生等[5]地下部分0.90，地上部分0.97的研究結(jié)果。

結(jié)合式(2)、(3)、(4)與表1情況，計(jì)算不同海拔濕地松幼齡林生物量，所得政和10年生生濕地松生物量為46.81 t·hmm-2，其中900 m海拔區(qū)10年生濕地松生物量為31.69 t·hmm-2，300 m海拔區(qū)10年生濕地松生物量為61.37 t·hmm-2。900 m海拔區(qū)的10年生濕地松生物量為政和10年生濕地松生物量值的68%，300 m海拔區(qū)10年生濕地松生物量比政和10年生濕地松生物量值高31%，300 m海拔區(qū)10年生濕地松生物量比900 m海拔區(qū)10年生濕地松生物量高97%。

3 結(jié)論與討論

不同的海拔決定和影響著環(huán)境中的許多因子，如降水、氣溫、土壤等，同樣影響著濕地松的生長(zhǎng)。對(duì)300 m與900 m海拔處的10年生濕地松幼齡林生物量，及相容性模型的建立進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)不同海拔的濕地松有明顯的生長(zhǎng)差異。由于不同的海拔造成的土壤養(yǎng)分、積溫、降水等方面的差異，使得300 m海拔處的環(huán)境更適合種植濕地松，但該區(qū)域濕地松立木之間長(zhǎng)勢(shì)的差異增大。

在前人研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研建了10年生溫地松幼齡林的整體生物量模型與不同海拔間的生物量模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三者的系數(shù)差異較大，說(shuō)明不同海拔的10年生濕地松長(zhǎng)勢(shì)存在較大差異，造成了生物量模型差異較大。模型的決定系數(shù)極高，究其原因，本次研究采用同一縣域內(nèi)的10年生幼齡林，其生長(zhǎng)環(huán)境比較接近，同時(shí)齡級(jí)一致。通過(guò)調(diào)查分析，將不同海拔的濕地松生物量分別建模，最終提高了決定系數(shù)。

就10年生濕地松幼齡林單株立木而言，300 m海拔區(qū)的單株立木平均生物量大于900 m海拔區(qū)，并且300 m海拔區(qū)10年生濕地松的各部分生物量都大于900m海拔區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)差中，900 m海拔區(qū)的濕地松生物量較小，結(jié)合調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算得到900 m海拔區(qū)10年生濕地松生物量為31.69 t·hmm-2，這與曾偉生等[14]建立的馬尾松生物量模型計(jì)算結(jié)果接近(32.00 t·hmm-2)，證明研究區(qū)900 m海拔區(qū)濕地松生長(zhǎng)情況正常。300 m海拔區(qū)10年生濕地松生物量為61.37 t·hmm-2，比900 m海拔區(qū)10年生濕地松生物量高出97%，同時(shí)其林分保留密度也較大，說(shuō)明300 m海拔區(qū)條件更適合濕地松生長(zhǎng)。300 m海拔區(qū)的濕地松含水率高于900 m海拔區(qū)樣本，但是900m海拔區(qū)的10年生濕地松長(zhǎng)勢(shì)更平均。

綜合分析表明，300 m海拔區(qū)的環(huán)境中10年生濕地松的平均樹(shù)高、平均胸徑、每公頃生物量、存活率等指標(biāo)較900m海拔區(qū)更大，濕地松在閩北更適應(yīng)300m海拔區(qū)環(huán)境。后期將就不同海拔濕地松生物量差異驅(qū)動(dòng)力、定量分析海拔對(duì)濕地松生物量差異影響等方向做深入研究。

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魏年鋒(1963-)，男，福建羅源人，工程師，長(zhǎng)期從事人工速生豐產(chǎn)林、特種用材林、珍稀闊葉林、經(jīng)濟(jì)林的培育管理工作，(E-mail)weinianfeng88@163.com。

S791.246

A

1004-2180(2017)02-0061-04