（生态学专业论文）三峡库区不同植被类型生物量与生产力研究.pdf

三峡库区不同植被类型生物量与生产力研究 摘要 本文以三峡库区的森林分布区为研究区域，实地调查1 0 9 块标准地，获得7 个 树种，林分类型的9 5 株树的树干解析数据，建立主要树种生物量生长模型。利用三 峡库区1 9 9 9 年的森林资源连续清查数据建立三峡库区植被空间分布地理信息系统， 以三峡库区周边1 7 个气象观测站观测点累年平均的年均气温和年降水量，建立了 温度和降水的地理空间分布模型。在此基础上对三峡库区主要森林类型生物量分配 和生产力格局进行了较为全面和系统的研究，取得如下几个方面的结果： 1 不同树种所有营养器官的生物量中，树干所占的比例最大，其它部分因树种 的不同而有所差异。随着单株生物量的增加，各营养器官的比例没有明显的变化规 律，树枝比例与树干比例的变化趋势完全相反，而树叶比例与树枝比例变化趋势相 同，树根的比例受其它部分影响较小。同一林分中各层次生物量的高低顺序为乔木 层 枯落物层 灌草层，在灌木林中则是灌草层 枯落物层。 2 在三峡库区，不同类型植被叶面积指数的大小顺序为：竹林( 3 4 1 5 ) 常绿阔叶 林( 9 0 2 ) 落叶阔叶林( 4 4 8 ) 杉木林( 4 0 9 ) 针阔混交林( 4 0 5 ) 温性松林( 3 7 8 ) 针 叶混交林( 3 4 7 ) 柏木林( 3 2 0 ) - q 尾松林( 2 2 0 ) ：研究结果表明，在所有乔木林分中， 乔木层叶面积与其生物量之间存在明显的线性关系。 3 三峡库区有林地面积( 包括灌木林和经济林) 为2 6 9 1 0 6 h m 2 ，占整个库区的 5 0 3 7 ，其中乔木林占整个库区面积的3 3 2 5 ，总生物量为1 1 7 4 0 xx 0 6 t ，年净生 产量为1 2 6 8 x1 0 6 t ，分别占全国森林的1 1 0 和5 3 1 。从植被类型来看，总生物 量的大小顺序为：马尾松林( 3 5 2 7 ) 落叶阔叶林( 1 4 1 8 ) 灌木林( 1 2 9 5 ) 针阔混 交林( 1 0 4 3 ) 针叶混交林( 9 5 7 ) 常绿阔叶林( 4 9 9 ) 经济林( 3 9 9 ) 柏木林 ( 3 5 6 杉木林( 2 5 1 ) 温性松林( 1 5 0 ) 竹林( 1 0 8 ) 。总生产力的大小顺序为： 马尾松林( 3 0 6 5 ) 灌木林( 2 5 8 6 ) 落叶阔叶林( 1 0 9 2 ) 针叶混交林( 8 2 4 ) 针阔 混交林( 7 5 7 ) 经济林( 4 0 8 常绿阔叶林( 3 5 2 ) 柏木林( 2 9 1 ) 杉木林( 2 5 7 ) 竹林( 1 8 8 ) 温性松林( 1 7 9 ) 。平均生物量最大的为常绿阔叶林8 5 6 t h m - 2 ，最小的 灌木林只有1 8 6 8t h m - 2 。平均生产力最高的为竹林1 0 1 0t ，a 1 - h m 之，最低的柏木林只 有4 2 1t a - 1 1 m a 2 。 4 总体上看，三峡库区植被生物量和生产力的分布格局都是东高西低，北高南 低，生物量分布较高的部分可以分为四大块：巫溪兴山北部，与神农架接壤区域： 秭归磨坪一巴东绿葱坡一巫山南部区域；武隆北部一涪陵南部一丰都南部一石柱南 部区域；江津南部四面山区域。从区县市来看，生物量最多的兴山、巴东、夷陵、 奉节、巫溪、石柱、秭归和涪陵占整个库区生物量的6 0 6 6 ，其中兴山、巴东、夷 陵分列前三位，生物量在9 0 6 x1 0 6 t 以上。而生物量最少的十个县却仅占库区总量 的1 1 5 5 ；年净生物产量最多的巴东、巫溪、夷陵、奉节、兴山、石柱、云阳和秭 华中农业大学2 0 0 7 届硕士论文 归等8 个区县市占整个库区年生物总产量的5 9 0 9 ，其中巴东、巫溪、夷陵分列前 三位，生产力在1 o o x l 0 6t - a 1 以上。生产力最小的十个区县市却只占库区总量的 1 2 6 0 。 5 在海拔上，植被的生物量和生产力都随着海拔的增加而先增加后减小，2 7 0 0 m 以上很少有森林植被分布。林分的总生物量主要集中在3 0 0 m 1 5 0 0 m ，本区段内林 分总生物量为8 1 5 1xl o n t ，占整个库区生物量的8 3 5 8 ，平均生物量最高的则在 1 5 0 0 m 1 8 0 0 m ，达到5 9 0 5t h m - 2 ，2 4 0 0 m 2 7 0 0 m 最低，只有3 3 3 3 ( t h n l 。) ；林分 生产力主要集中在3 0 0 m 1 5 0 0 m ，本区段内林分总生产力为1 0 3 8 1 0 6t - a 1 ，占整 个库区生产力的8 3 8 3 。林分平均生产力在9 0 0 1 1 1 1 2 0 0 m 区段达到最大的 7 0 7 t a - 1 h m - 2 ，最小的在胁2 7 0 0 m ，为5 6 2t a - a m ； 6 采用地理信息系统技术绘制了三峡库区主要植被类型生物量与生产力分布 图，初步实现了调查数据从个体到群落再到区域的尺度转换，为绘制更大区域的植 被生物生产力分布图提供了可行的方法和技术。通过比较生产力分布图我们发现， 在三峡库区植被生物量和生产力的分布格局与海拔和降雨的分布格局比较一致，可 以初步判断海拔和降雨是影响三峡库区植被生长和分布的主要因素。 关键词：三峡库区；生物量；生产力：叶面积指数：分布格局 n 三峡库区不同植被类型生物量与生产力研究 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h ew h o l ef o r e s ta r e ao ft h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e aa ss t u d ya r e a , c o m b i n i n gw i t hf i e l ds u r v e y1 0 9s a m p l ep l o t s ，s t e ma n a l y s i sd a t ao f9 5t r e e sf o r7t r e e s p e c i e so rf o r e s tt y p e sw a sa c q u i r e d ，a n db i o m a s sg r o w t hm o d e lo fm a j o rt r e e sw a s e s t a b l i s h e d b a s i n go nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e af o r e s ti n v e n t o r yd a t ai n1 9 9 9 ，a g i ss y s t e mo fv e g e t a t i o nd i s t r i b u t i o no ft h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e aw a se s t a b l i s h e d , a n dt h es t a t i s t i cm o d e l sb e t w e e nt h ea n n u a lm c a ut e m p e r a t u r e p r e c i p i t a t i o na n dl a t i t u d e ， l o n g i t u d ea n da l t i t u d ew e r ee s t a b l i s h e df o rt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a , b ya p p l y i n gt h e d a t af r o m1 7m e t e o r o l o g i c a lo b s e r v a t i o ns t a t i o n s 1 1 l e nt h ed i s t r i b u t i o n p a t t e r n so f b i o m a s sa n dp r o d u c t i v i t yo ft h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e am a j o rf o r e s tt y p e sw e r e a n a l y z e d t h em a i nr e s u l t ss h o w e d ： 1 i nb i o m a s so fa l lv e g e t a t i v eo r g a n so fd i f f e r e n tt r e es p e c i e s t h ep r o p o r t i o no fs t e mi s t h eb i g g e s t ，a n do t h e rv e g e t a t i v eo r g a n sc o u l dv a r yw i t ht h et r e e s w i t ht h ei n c r e m e n to f b i o m a s so fi n d i v i d u a lt r e e ，p r o p o r t i o no fv e g e t a t i v eo r g a n sd o e sn o ti n c r e a s eo rr e d u c e e v i d e n t l y t h et r e n do fp r o p o r t i o no fb r a n c ha n dp r o p o r t i o no fs t e mw e r ec o n t r a r y , w h i l e t h et r e n do fp r o p o r t i o no fb r a n c ha n dp r o p o r t i o no fl e a fw e r et h es a n l e p r o p o r t i o no fr o o t h a st i t t l ee f f e c to no t h e rv e g e t a t i v eo r g a n s t h eb i o m a s so fd i f f e r e n tl a y e rw i t h i ns t a n di s i nt h eo r d e r 鹤：t r e e l i t t e r s h r u ba n dh e r b f o rs h r u b b e r y , t h eo r d e rw a ss h r u ba n dh e r b ，t i t t e l 2 i nt h ey a n g t z et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a , t h el _ a lo fv a r i o u sf o r e s tt y p e sf r o m h i g ht ol o wi s ：b a m b o of o r e s t s ( 3 4 1 5 ) e v e r g r e e nb r o a d - l e a v e df o r e s t s ( 9 0 2 ) d e c i d u o u s b r o a d - l e a v e df o r e s t s ( 4 4 8 c h i n e s e - f i rp l a n t a t i o n ( 4 0 9 ) c o n i f e r o u s - d e c i d u o u sm i x e d f o r e s t s ( 4 ，0 5 ) t e m p e r a t ep i n ef o r e s t s ( 3 7 8 ) c o n i f e r o u sm i x e df o r e s t s ( 3 4 7 ) c u p r e s s u s f u n o b r f sf o r e s t s ( 3 2 0 、 p n u sm a s s o n i a n af o r e s t s ( 2 2 0 ) t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ei sa g o o dl i n e a rr e l a t i o n s h i pb e t w e e nl e a f a r e a s a n db i o m a s sw i t h i na r b o r e a lf o r e s t 3 t h et o t a lf o r e s t e da r e ai nt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a ( s h r u b b e r ya n de c o n o m i c f o r e s t s ) i s2 6 9 x 1 0 6 l a m 2 , w h i c hm a k e su p5 0 3 7 o ft h et o t a l a r e ao ft h r e eg o r g e s r e s e r v o i ra r e a a m o n gt h o s e ，a r b o r e a lf o r e s tm a k e su p3 3 2 5 ，a n dt h et o t a l l i v e - b i o m a s sa n dt h et o t a lp r o d u c t i v i t yw e r e1 1 7 4 0 x 1 0 6 ta n d1 7 6 8 x 1 0 6t a 1 ，r e s p e c t i v e l y t h ei n d i c e sm a k eu pl 1 0 a n d5 3 1 o ft h a to fc h i n e s ef o r e s t s ，r e s p e c t i v e l y t h eo r d e r s i nt h et o t a lb i o m a s so fv a r i o u sv e g e t a t i o nt y p e sa r e a sf o l l o w i n g ：p i n u sm a s s o n i a n a f o r e s t s ( 3 5 2 7 ) d e c i d u o u s b r o a d l e a v e d f o r e s t s ( 1 4 1 8 ) s h r u b b e r y ( 1 2 9 5 ) c o n i f e r o u s d e c i d u o u sm i x e df o r e s t s ( 1 0 4 3 ) c o n i f e r o u sm i x e df o r e s t s ( 9 5 7 ) ， e v e r g r e e nb r o a d - l e a v e df o r e s t s ( 4 9 9 ) e c o n o m i cf o r e s t s ( 3 9 9 ) c u p r e s s u sf u n e b r i s 1 1 1 华中农业大学2 f 1 0 7 届硕士论文 f o r e s t s ( 3 5 6 ) c h i n e s e f i rp l a n t a t i o n ( 2 5 1 ) t e m p e r a t ep i n ef o r e s t s ( 1 5 0 ) b a m b o o f o r e s t s ( 1 0 8 ) ；t h eo r d e r si nt h et o t a lp r o d u c t i v i t yo fv a r i o u sv e g e t a t i o nt y p e sa r ea s f o l l o w i n g ：p i n u s m a s s o n i a n a f o r e s t s ( 3 0 6 5 ) s h r u b b e r y ( 2 5 8 6 ) d e c i d u o u s b r o a d l e a v e df o r e s t s ( 1 0 9 2 ) c o n i f e r o u sm i x e df o r e s t s ( 8 2 4 ) c o n i f e r o u s d e c i d u o u s m i x e df o r e s t s ( 7 5 7 ) e c o n o m i c f o r e s t s ( 4 0 8 ) e v e r g r e e n b r o a d - l e a v e d f o r e s t s ( 3 5 2 ) c u p r e s s u s f u n e b r i s f o r e s t s ( 2 9 1 ) c h i n e s e f i r p l a n t a t i o n ( 2 5 7 ) b a m b o of o r e s t s ( 1 8 8 ) t e m p e r a t ep i n ef o r e s t s ( 1 7 9 ) t h ea v e r a g e b i o m a s so fe v e r g r e e nb r o a d - l e a v e df o r e s t si st h eh i g h e s t ，w h i c hr e a c h8 5 6 t h m ，a n d s h r u b b e r yi st h el o w e s t ，w h i c hr e a c ho n l y1 8 6 8t - h r a 五；t h en p p o fb a m b o of o r e s t si st h e h i g h e s t , w h i c hi su pt o1 0 1 0t a - l h m 。，a n dt h el e a s to n e i sc u p r e s s u sf u n e b r i sf o r e s t s ， w h i c hi so n l y4 2 1t a - 1 h m - 2 4 a saw h o l e ，i nt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a ，t h es p a t i a lp a t t e r n so fb i o m a s sa n d p r o d u c t i v i t i e so fv e g e t a t i o n si sh i g hi nt h ew e s ta n dl o w i nt h ee a s t ，h i 乒i nt h en o r t ha n d l o wi nt h es o u t h t h ea r e aw h e r eb i o m a s si sr e l a t i v e l yh i g hc a nb ed i v i d e di n t o4r e g i o n s ： n o r t hx i n g s h a na n dw u x i ，w h e r ei sj o i n e dt os h e a n o n g j i a ；m o p i n ga r e ao fz ig u i l v c o n g p oa r e ao fb a d o n g - s o u t hw n s h a n ；n o r t h 、阳l o n g - s o u t hf ul i n g - s o u t hf e n g d u - s o u t h s h i z h u ；t h ea r e ao fs im i a n s h a n , w h e r ei si ns o u t hj i a n g j i n t h eb i o m a s so fb a d o n g , w u x i ，y i l i n g ，f e n g j i e ，x a n g s h a n , s h i z h u ，f u l i n ga n dz i g u ia c c o u n tf o r6 0 6 6 o ft h e r e s e r v o i ra r e at o t a l , a m o n gw h i c hx i n g s h a n , b a d o n g , y i l i n ga l er a n k e da tt h et o pt h r e e , a n da l lo ft h e mh a v eb i o m a s so v e i9 0 6 x 1 0 6 t t h eb o t t o mt e na c c o u n tf o ro n l y1 1 5 o f t h er e s e r v o i ra r e at o t a l ；t h ep r o d u c t i v i t i e so fb a d o n g , w u x i ，y f l i n g , f e n g j j e ，x i n g s h a n ， s h i z h u ，y u y a n ga n dz i g u ia c e o n n tf o r5 9 0 9 o ft h er e s e r v o i ra r e at o t a l d a d o n g , w u x i , y i l i n ga r er a n k e da tt h et o pt h r e e , a l lo ft h e mh a v ep r o d u c t i v i t i e so v e r1 0 0 x 1 0 6 p a 1 t h el a s tt a na c c o u n tf o ro n l y1 2 0 6 o ft h er e s e r v o i ra r e at o t a l 5 。w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ea l t i t u d e ，t h eb i o m a s sa n dp r o d u c t i v i t i e so fv e g e t a t i o n s i n c r e a s e sa tf i r s t ，a n dr e d u c e sa f t e r w a r d s ，a n dt h e r ei sl i t t l ev e g e t a t i o no v e r2 7 0 0 m t h e t o t a la m o u n tw a sm a i n l yd i s t r i b u t e di n3 0 0 1 5 0 0 m ，a n dt h ev a l u er e a c h e d8 1 。5 1 x 1 0 6 t , w h i c hm a k eu p8 3 5 8 o ft h a to ft h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a t h eh i g h e s ta m o u n to f a v e r a g eb i o m a s sw a so b s e r v e di nt h e1 5 0 0 m - 1 8 0 0 m ( 5 9 0 5t + h m ，a n dt h el o w e s tv a l u e w a sf o u n di n2 4 0 0 m - 2 7 0 0 m0 3 3 3t - h m 4 ) t h et o t a lp r o d u c t i v i t yo fs t a n dw a sa l s o f o u n di n3 0 0 m 一1 5 0 0 m ，w h i c hi s1 0 3 8x 1 0 6 t a - 1 ，a c c o u n t i n gf o r8 3 8 3 o ft h er e s e r v o i r a r e at o t a l i n9 0 0 m 1 2 0 0 m ，t h ea m o u n to fs t a n dn p pi s7 0 7t - a 1 - h m 2 ，w h i c hi st h e h i g h e s t ，a n dt h el o w e s ta m o u n t w a sf o u n d i n2 4 0 0 m 一2 7 0 0 m ，w h i c hi s5 6 2t a - 1 h m 之 6 a p p l y i n gt h eg i s ，t h ed i s t r i b u t i o nm a p o fb i o m a s sa n dn p po ft h em a j o rv e g e t a t i o n t y p e sw a sd r o w ni nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a , a n dt h es c a l i n gf r o mi n d i v i d u a lt o i v 三峡库区不同植被类型生物量与生产力研究 c o m m u n i t y , t h e nt or e # w a sp r e l i m i n a r i l ya c h i e v e d w h i c hp r o v i d e dt h ea v a i l a b l e m e t h o da n dt e c h n o l o g yf o rt h em a p p i n go fv e g e t a t i o np r o d u c t i v i t yo fl a r g e rr e g i o n w e c a nc o n c l u d et h r o u g hc o m p a r a t i v ep r o d u c t i v i t yd i s t r i b u t i o nm a pt h a tt h ed i s 打i b u t i 衄 p m t e mo fb i o m a s sa n dp r o d u c t i v i t yo fv e g e t a t i o ns h o w e das i m i l a rp a t t e r nw i t ht h a to f a l t i t u d ea n dr a i f a i l a tl a s t ，t h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h eg r o w t ha n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o n o fv e g e t a t i o na r ea l t i t u d ea n dr a i n f a l li nt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e ac a nb ej u d g e d p r e l i m i n a r i l yb ya b o v ec o n c l u s i o n k e yw o r d s ：t h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a ；b i o m a s s ；n e tp r i m a r yp r o d u e t i v i t yp 7 p p ) ；l e a f a r e ai n d e x ( u 蝴；d i s t r i b u t i o np a t t e r n v 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 是否保密 z如需保密，解密时间年 月目 、) 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取缛的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生始嘴立砸 帆”7 年月，日 签名日期：2 1 年f 月，( 日签名日期：1 年占月膨日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 三峡库区不同植被类型生物量与生产力研究 1 前言 1 1 研究目的和意义 森林生物量和生产力是生态系统性质、状态的重要指示特征，也是深入了解森 林生态系统变化规律的重要途径( 冯宗炜等，1 9 9 9 ) 。长江流域是我国乃至世界生物 多样性保护的热点地区( 倪健等，1 9 9 8 ；m y e r s c ta l ，2 0 0 0 ) ，也是我国生态环境保护 的重点地区。随着三峡工程的建设，三峡库区2 0 个县( 区、市) 内森林植被生态功 能的研究对区域内甚至周边区域的经济发展和生态安全将具有重大意义。 三峡工程正式启动后，许多科研单位先后对库区的森林资源种类进行了研究， 并形成了大量的研究成果( 肖文发等，2 0 0 0 ；程瑞梅等，2 0 0 3 ；王勇等，2 0 0 4 ) 。而 整个库区生物量和生产力的系统研究则还没有相关的报道。 本研究是科技部“三峡库区陆地生态系统综合评价与预警研究”项目的子项目。 通过对三蛱库区主要森林群落生物量的调查，结合二类清查基础资料，建立主要树 种生物量生长模型，对三峡库区主要森林类型的现实生物量和生产力做出正确估计， 分析其地理分布格局，为探索区域生物量和生产力与气候因子、生物因子相关性提 供基础数据，为整个库区生态功能评价和生态建设提供依据。 1 2 生物量及生产力研究综述 森林生物量和生产力是研究森林生态系统结构和功能的基本数据。森林具有减 缓温室效应的作用，森林生物量和生产力的研究与森林碳汇功能紧密结合起来，使 森林的生物量和生产力成为新的研究热点；森林生态系统生产力的分布格局可用来 揭示生态系统生产力与环境的相互关系，为林地生产力的维持、森林健康的评价和 森林的可持续经营提供理论依据；在区域尺度上通过对森林生物量和生产力的地理 空间分布规律，以及与气候因子、植物群落分布之间关系的研究，可以估算区域生 态承载能力；森林生物量作为可再生的生物能源，通过生物技术措施来提高短轮伐 期能源林的生物产量和生产力水平、能源林收获与加工贮存以及能源转换利用等技 术均是森林生物量的主要研究内容。 近年来，全球气候变化引起了国际社会的普遍关注。森林作为陆地生态系统的 主体，它储存了全球陆地生态系统9 0 以上的碳，成为全球碳循环的重要组成部分。 保持和提高森林生态系统的生产力是可持续发展的核心内容之一。因此，国际地圈 生物圈计划( i g b p ) 、全球变化与陆地生态系统( g c t e ) 和京都协定( k y o t op r o t o c 0 1 ) 都 把植被的生产力确定为核心内容。 1 2 1 生物量、生产力及相关概念 在地表植被生物量及生产力的研究中涉及到的概念有生物量( b i o m a s s ) 、第一性 生产力( p r i m a r yp r o d u c t i v i t y ) 、总第一性生产力( g r o s sp r i m a r yp r o d u c t i v i t y , g p p ) 、净第 华中农业大学2 0 0 7 届硕士论文 一性生产力( n e tp r i m a r yp r o d u c t i v i t y , n 】p ) 、净生态系统生产力( n e te c o s y s t e m p r o d u c t i v i t y , n e p ) 。 ( 1 ) 生物量( b i o m a s s ) 生物量是指一定时间内单位面积所含的一个或一个以上生物种或一个生物地理 群落中所有生物有机体的总干物质量。其单位为g - m 2 或t h m 2 ( 里思h 、惠特克hr 等，1 9 8 5 ) 。即： b i o m a s s = w v ( 1 1 ) 其中：w 表示分布区生物千物质总重量；v 表示生物分布的体积或面积。 ( 2 ) 第一性生产或初级生产( p r i m a r yp r o d u c t i o n ) ，即森林生态系统中的绿色植物 生产者，将来自太阳的光能以化学能固定为其他消费者和分解者能够利用的有机物 的形态，这是最初的能量储存过程，也是产生生态系统的特有的物质循环的原动力。 ( 3 ) 总第一性生产力( g p p ) 总第一性生产力是指在单位时间和单位面积上，绿色植物通过光合作用所产生 的全部有机物同化量，即光合总量。g p p 中除了包括植物个体各部分的生产量外， 还包括同期内植物群落为维持自身生存，通过呼吸所消耗的有机物。单位一般为 k g n 1 2 a 1 或t h m - z a - 1 。 ( 4 ) 净第一性生产力( n p p ) 净第一性生产力( n p p ) 是指绿色植物在单位面积单位时间内所累计达到的有机 物数量，是由光合作用所产生的有机物总量中扣除自养呼吸后的剩余部分，即： n p p = g p p r a ( 1 2 ) 其中：r a 表示绿色植物的自养呼吸的消耗量( a u t o t m p h ir e s p i r a t i o n ) ( 5 ) 净生态系统生产力( n e p ) 净生态系统生产力( n e p ) 表示整个生态系统与大气之间的碳交换，其中包括异养 生物的呼吸消耗量。它与净第性生产力的关系如下： n e p = n p p r h ( 1 - 3 ) 式中r h 表示异养呼吸( h e t e r o r t r o p h i cr e s p i r a t i o n ) 消耗量。 生物量与n p p 虽是两个不同的概念，但两者关系密切。n ip 包括植被生物量的 变化，也包括损失在周围环境中的微粒状或可溶性有机物，以及被食草动物吃掉的 有机物质。植物通过光合作用所产生的干物质中固定的太阳能是陆地生态系统中一 切生命物质的基础，生物量( 主要是植物量) 是生物循环的主体之一。 2 三峡库区不同植被类型生物量与生产力研究 1 2 2 生物量和生产力的国内外研究进展 1 2 2 1 国外研究进展 人类关于生物量和生产力的认识已有一个多世纪的历史，1 8 8 2 年，德国科学家 e b e r m a y e r 提出了第一个干物质生产力的数字( 里思等，1 9 8 5 ) ，该项研究工作对德国 几种森林树枝落叶量和木材重量进行了测定；1 9 0 0 年，e a m i t s c h e d i e h 提出了收获 量定律，对建立生产力模式进行了首次尝试( 里思等，1 9 8 5 ) ；1 9 1 0 年，b o y s o n 、 j e n s e n 在研究森林自然稀疏问题时，对森林初级生产量作了测算：1 9 2 9 1 9 5 3 年。 b u r g e r 研究了树叶生物量和木材生产的关系。 尽管如此，直到2 0 世纪5 0 年代以来，世界上开始重视对森林生物量研究，日 本( s a t o o ，1 9 5 5 ) 、前苏联( r e m e z o v , 1 9 5 9 ) 、英国( o v i n g t o n , 1 9 5 6 ) ，研究人员开始对各 自国家内的主要森林生态系统生物量和生产力进行实际调查和资料收集。 2 0 世纪6 0 年代以来，特别是在i b p ( 国际生物学计划) 和m a b ( 人与生物圈) 的 推动下，生产量研究作为生态学的一个新分支一产量生态学( p r o d u c t i o ne c o l o g y ) 而迅 速的发展起来，有关生物量的研究迅速增加。在美国，o l s o n ( 1 9 7 1 1 研究北温带森林 生态系统，w h i t t a k e r ( 1 9 7 6 ) 对大烟山森林生物量进行了研究；在加拿大，m a e l e a n 和w e i n 研究了北方林生物量和生产力；在前苏联m a r c h e n k o 和k a r l o v ( 1 9 6 2 ) 对北方 泰加林生物量进行了研究，在日本s a t o o ( 1 9 7 0 ) 对日本温带森林生物量进行了研究； 在欧洲，比利时的v e h e s 计划，英国的h e a t h o p 木材计划，西德的s o i l i n g 计划和 瑞典的针叶林计划( 王风友，1 9 9 1 ) 。1 9 7 5 年，l i e t h 和w h i t t a k e r 对全球生物圈的第 一性生产力进行了总结。这些大规模的森林生态系统长期定位综合研究，取得了可 喜的成果，他们通过生物量和生产力的研究，对不同植被带和不同地理区域植物群 落生产力水平作出比较，同时对影响生产力、物质循环、能量流动相关的各种物理 过程和生物过程进行了研究。 近年来，由于不同地区各类型森林群落的生物量和生产力数据的积累，计算机、 遥感、地理信息系统等技术的快速发展，森林生物量和生产力的研究内容和方法都 发生了很大的改变，研究方法上多采用对森林破坏性最小的生物量模型估算，研究 内容也相应的从种群、群落扩大到区域尺度，尤其森林生产力在全球碳循环和对气 候变化的晌应机制上开展了较深入的研究( b r o w ne ta l ，1 9 9 2 ； b r o w ne ta l ，1 9 9 7 ； w i h i a me ta l ，1 9 9 9 ；c h r i s t o p h e re ta l ，2 0 0 3 ；f a z a k a se ta l ，1 9 9 9 ；j e n e te ta l ，2 0 0 3 ；e ta 1 ) 1 2 2 2 国内研究进展 我国关于森林生物量与生产力的研究起步较晚，直到2 0 世纪7 0 年代末才出 现一些有关森林植物净第一性生产力研究方面的报道。先后建立了主要森林树种的 3 华中农业大学2 0 0 7 届硕士论文 生物量测定相对生长方程，估算了它们的生物量和生产力，初步总结了全国不同森 林类型的生物量与生产力及其分布格局。最早以杉木人工林生物量和生产力的研究 报道较多( 潘维俦等1 9 7 8 ，冯宗炜等1 9 8 0 ，朱守谦等1 9 8 1 ，俞新妥等1 9 8 2 ) ；其次 是对马尾松人工林研究( 冯宗炜等1 9 8 2 ) 、落叶松( 刘世荣等，1 9 9 0 ) 等针叶树种人 工林生产力的研究。对大兴安岭兴安落叶松林净第一性生产力的观测研究是从2 0 世纪8 0 年代开始( 冯林等，1 9 8 5 ；刘世荣，1 9 9 0 ；王立明，1 9 9 4 ) 等。而李文华 等1 9 8 1 年对长白山温带天然林的首次研究，使我国森林生态系统生物量的研究在人 工林和天然林两个方面都得到发展。经过多年的研究，南至亚热带、热带，北起寒 温带，东至滨海，西达青藏高原，现己报道森林生物量和生产力的资料比较丰富， 对热带雨林、亚热带常绿阔叶林生物量研究( 邱学忠等，1 9 8 4 ；党承林，1 9 9 2 ；张 祝平，1 9 8 8 ，1 9 9 1 ；彭少麟，1 9 9 0 ；温志达等，1 9 9 7 ；蚁伟民和张祝平，2 0 0 0 ；廖 涵宗等，1 9 9 1 ) 、对侧柏、栓皮栋、油杉、刺槐人工林生物量的研究( 陈灵芝等，1 9 8 4 ， 1 9 8 6 ；鲍显诚等，1 9 8 4 ) 、对温带落叶林、针叶林以及人工林生物量和生产力的研究 ( 白云庆等，1 9 8 0 ，1 9 8 2 ；冯林等，1 9 8 1 ；徐振邦等，1 9 8 8 ；韩有志等1 9 9 7 ；刘玉 萃等，1 9 9 8 ；邱阳和张金屯，1 9 9 9 陈劲松等，2 0 0 1 ；周世强等，1 9 9 1 ) 、对南方 针叶林的研究( 潘维铸等，1 9 7 8 ；邓士坚等，1 9 8 8 ；杨宗武，2 0 0 0 ；吴泽民等，2 0 0 3 ) 等等。 另外，国内不少学者应用国外的生产力模型对国内的森林生产力进行了预测， 并取得了一定的成果( 贺庆棠等，1 9 8 6 ；高素华等，1 9 8 6 ；陈国南，1 9 8 7 ；候光良 等，1 9 9 0 ) ，同时，我国学者也逐步建立了适合我国环境条件，精度更高的生产力模 型( 罗天祥等，1 9 9 6 ；方精云等，1 9 9 6 ；刘世荣等，1 9 9 8 ；周广胜和张新时，1 9 9 5 ； 周广胜等，1 9 9 8 ) 。 尽管如此，我国在生物量研究方面与国际水平存在相当大的差距。所以在制定 全国大范围的测量计划，建立统一的规模和标准，加大天然林生物量的研究力度等 方面还有待加强。 1 2 3 生物量和生产力的测量方法 森林生产力从局部、小规模的测量已逐步转向区域、乃至全球范围内整个生态 系统的研究，研究方法手法上更是完成了从完全依靠人力到与现代技术相结合的转 变。目前，森林生态系统n p p 的估算研究一般归纳为四种方法：直接收获法、空气 动力学法、生物量