福建将乐县杉木生物量及分配研究*

吴炜

（福建将乐国有林场，福建将乐353300）

福建将乐县杉木生物量及分配研究*

吴炜

（福建将乐国有林场，福建将乐353300）

森林生物量反映的是森林与其环境在物质循环和能量流动上的复杂关系。因此，研究森林生物量无论在生产上，还是在理论研究上都有着十分重要的意义。本研究对福建不同龄组的杉木整株生物量以及各器官的生物量进行研究，结果表明：随着年龄的增长,杉木单株的生物量不断增加，其中树干生物量相差值最大，差距达15倍，而生物量最小的叶片，其差距也达2.45倍，全株总生物量相差10.36倍。各器官占总生物量的比例发生变化，但基本变现为干生物量＞根生物量＞枝生物量＞叶生物量。对全株总生物量以CAR模型进行模拟，叶生物量的拟合精度较低，其他各器官拟合结果理想，可以为福建将乐杉木生物量的计算提供依据。

杉木；生物量；CAR模型

森林生态系统是陆地生态系统的主体，与陆地其他生态系统相比它具有层次结构复杂、生命周期长的特点。在陆地生态系统与全球碳循环的关系研究中，森林生态系统的地位与作用一开始就是研究的重点[1-3]。森林生态系统研究中，生物量因其能反映森林与其环境在物质循环和能量流动上的复杂关系而备受关注。而关于森林立木生物量模型，Kittredge引进的相对生长方程是一种较理想的模型，简称CAR模型[4]。作为我国南方林区特有的乡土树种，杉木有近千年的栽培历史。在20世纪80年代第一期世界银行贷款造林中杉木占34.7%[5]，在我国南方集体林区的生产建设中，杉木具有重要的作用[6-8]。福建省在全国杉木产区中占有重要地位，杉木林是福建省的重要森林类型之一[6，7]。本文以将乐林场不同龄组的杉木为研究对象，对不同龄组下杉木生物量的分配进行研究。

1 研究区概况

福建省将乐国有林场地处武夷山脉东南部，地理坐标为117°27′20″E，26°39′50″N。属亚热带季风气候区，具有海洋性和大陆性气候特点，年均气温18.7℃，年均降水量1676mm，年均蒸发量1204mm，无霜期298d，气候温暖湿润。地貌以低山丘陵为主，海拔140-1403m。林场经营总面积7173hm2，森林覆盖率93.5%，主要造林针叶树种为杉木、马尾松、湿地松、黄山松

2 材料与方法

根据杉木人工林龄组的分布情况，共设置30个标准地，标准木选择以无断梢、无分叉，生长正常，冠幅、冠长具有代表性的林木为原则。共计选取标准木30株，分别幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林5个龄组，每个龄组6株。采伐前测量标准木的胸径、地径、冠幅，并调查其四周木。立木生物量分为地上部分和地下部分。地上部分分为树干和树冠，地下部分指根的生物量。

2.1 树干及树皮生物量测定

将树干从基部到梢头按1m分段，分别测得每一段树干的带皮鲜重，在每段树干的下端截取圆盘作为样品。在每段树干的中部剥下10cm宽的树皮称鲜重，并将其作为树皮生物量的样本，通过伐倒木材积估算树皮率，进而估算全段的树皮鲜重。将树干及树皮生物量样品85℃恒温烘干至恒重后称重，计算含水率。据含水率及鲜重估算树干及树皮的干重，进而估算树干及树皮生物量。

2.2 枝、叶生物量的测定

将每段树干上的活枝、枯枝全部称重后，按活枝基径和长度选取3-5个标准枝称鲜重，并在标准枝上取少量针叶和树枝作为样品。枯枝取少量样品。将活枝、枯枝及针叶样品85℃恒温烘干至恒重后称重，计算含水率。据含水率及鲜重估算活枝、枯枝及针叶的干重，进而估算活枝、枯枝及针叶生物量。

2.3 根系生物量测定

地下部分的生物量测定采用全收获法。本研究将杉木根系分为细根（直径＜2mm）、中根（2mm＜直径＜5mm）、粗根（6mm＜直径 ＜20mm）和大根（直径 ＞20mm）4个等级。依次以 0-10cm、11-20cm、21-30cm、31-40cm、40cm以下5个土层分层分级称根系的鲜重并取样，样品85℃恒温烘干至恒重后称重，计算含水率。据含水率及鲜重估算根系生物量。

2.4 立木生物量模型

采用的立木生物量模型为CAR模型，公式为：其中W=aDb，其中W为生物量，D为标准木胸径，a，b为方程参数。

3 结果与分析

3.1 生物量分布

杉木人工林生物量与其林龄密切相关，总生物量随着林龄的增加迅速增加，但各个阶段的生物量增加幅度不同，总体而言幼龄林到中龄林增加较慢，中龄林以后增加较快。因此，在杉木人工林经营中，应着重加强中龄林的抚育管理，以便促进总生物量迅速增加，从而提高杉木人工林生产力（图1）。全株的总生物量从幼龄林到过熟林，分别是 20.67kg、22.96kg、59.61kg、135.55kg 和 214.26kg（如表 1）。

不同龄组杉木各器官生物量随着龄组呈现出了明显变动。树干的生物量所占的比例最大，并且随着年龄的增大，树干所占的比例增大，从50%增加到75%左右；树枝的生物量随着年龄的增加也增加，不过对于整株标准木来说，所占的比例呈现弱下降趋势；叶的生物量在整株生物量中所占的比例呈明显下降趋势，在幼龄林（19.3%）到近熟林阶段（4.9%）下降程度较大，在成熟林和过熟林阶段基本是保持不变的；年龄对根的生物量影响不大，在几个生长阶段，根的生物量所占的比例基本上保持在17%左右。

表1 标准木整株以及各器官生物量 单位：kg

图1 标准木整株生物量随龄组的分布

图2 各器官生物量所占比例

3.2 各器官生物量模型建立

图3 树干生物量分布图

图4 枝条生物量分布图

图5 叶的生物量分布图

图6 根的生物量分布图

图7 全株的生物量分布图

研究表明，乔木各器官及森林总生物量与测树因子间普遍存在着相关关系，图3-7描述了生物量与测树因子相关关系，而且这种相关关系可以用数学模型进行拟合，其表达式为：W=axb[9,10]。本研究以自变量x为胸径进行拟合，其结果如表2所示。

表2 杉木人工林生物量估算模型

从上表可以看出，CAR模型对杉木整株以及各器官的生物量都有较好的拟合，其中树干、根以及整株的生物量与胸径有很强的相关性，枝的生物量模型精度稍偏小，叶的生物量与胸径的相关性最小，主要可能与叶的生物量调查方法有关。

4 小结与讨论

随着年龄的增长,杉木单株的生物量不断增加，且各器官占总生物量的比例不断发生变化。树干生物量占总生物量比例则显著提高，在幼龄林到近熟林阶段，其增加的幅度较高，到了成熟林和过熟林阶段，增加幅度明显降低。叶和枝生物量占总生物量比例显著下降，其中叶的比例在达到近熟林前下降幅度较大。根生物量占总生物量比例基本维持在一个稳定的水平。

运用CAR模型对杉木整株和各器官的生物量进行模拟，都有较好的拟合效果，其中枝的生物量和叶的生物量模型精度稍偏小，主要可能与枝、叶的生物量调查方法有关。可以为福建地区杉木生物量的计算提供依据。利用拟合的模型，可对杉木人工林不同阶段生物量进行估算，由于生物量是生态系统中积累的植物有机物总量，是整个生态系统运行的能量基础和营养物质来源[11]，因此，发现其生物量显著增长期，在这一时期加强抚育措施，可促进杉木人工林生长。

生物量模型通常可以分为单木生物量模型和大尺度森林生物量模型，单木生物量模型是通过样木观测建立树木的相对生长方程进行生物量的估测[12]，大尺度森林生物量模型利用多种遥感信息参数进行模拟，许多学者利用多种生物量模型来估计林木的生物量[13]。在本研究中，选择以胸径为单一自变量的单木生物量模型，来建立杉木人工林生物量数学模型。这主要是在森林群落调查中，胸径能够在调查中可以较准确的获得，而树高、密度等通常也会被测量，但其测量均存在着较大的误差，且生物量与胸径之间存在着很好的相关关系，因此在森林的生物量预测中以胸径为单变量的模型被广泛运用。研究表明，以胸径为单变量建立杉木人工林各器官及总生物量数学模型的相关系数均达到极显著水平，具有较高的精度，能够对不同林龄杉木人工林各组分、各层次及总生物量进行有效预测[14]。因此本研究中，选择以胸径为单一自变量的单木生物量模型，来建立杉木人工林生物量数学模型。

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责任编辑/罗美娟

Study on the Biomass and Its distribution of Chinese Fir Plantations in Fujian Province

Wu Wei
（Jiangle National Forestry Farm,Fujian 353300,China）

S718.55

A

：1003-4382（2015）10-0039-04

2015-06-18

：2015-8-20

吴炜（1986-），男，福建尤溪人，汉族，助理工程师，主要从事林木种苗和森林培育工作。