黄土区不同立地条件刺槐人工林生物量与密度关系研究

黄土区不同立地条件刺槐人工林生物量与密度关系研究

20世纪50年代以来，世界工业化国家开始关注森林生物量的研究，美国和日本先后对森林生物量进行了研究和生产力。随后在人与生物圈(MAB)和国际生物学计划(IBP)的引导与推动下,森林生物量的研究发展迅速,多数学者采用估算的方法,研究了地球表面主要森林植被类型生物量和生产力黄土区地形破碎、自然植被破坏严重、土壤结构疏松,是我国水土流失严重的地区之一,也是国家退耕还林(草)及生态建设的重点区域。近年来开展的生态建设和退耕还林生态工程极大地改善了该区的生态环境,使得本区的土壤水分、养分产生较大的变化。尤其是刺槐作为该区的主要造林树种,适应性强、耐干旱瘠薄,是一个经济价值高、用途广泛的树种,可用来营造用材林、水土保持林、薪炭林、饲料林和蜜源林等。研究1气候、地质概况试验区域位于陕西咸阳市辖区的长武县、彬县、旬邑县和淳化县,属渭北旱塬塬梁沟壑区和甘肃泾川县属黄土丘陵区。海拔1040~1350m,平均气温9.7℃,昼夜温差11.7℃,极端最低气温-24.3℃,极端最高气温36.3℃,≥10℃活动积温2955.8℃,年均降水量561mm,无霜期180d,属典型的大陆性暖温带半干旱气候。地理位置比较特殊,区位优势相对明显。刺槐林分布概况及龄级划分见表1。2学习方法2.1调查测定方法和标准木选择根据地方林业部门提供的人工刺槐林分布区域与生长状况,并结合国家林业局二类清查资料选择典型样地,样地面积20m×50m,重复3次,每样地分为10m×10m的样方10个,然后每木检尺进行胸径、树高、冠幅等调查测定。同时,在样地内每4cm为1个径级,从8cm开始,每个径级选定3株标准木,共选标准木27棵,测定胸高直径、树高、枝下高、冠幅及其周围生境。结合疏林工程和森林间伐抚育标准,对选择的标准木逐个伐倒后,测定其各器官(树干、枝、叶、果和根系等)的质量。2.2样品测定和分析方法采用生物量回归方程法,根据样地内所有树木的胸径(或树高)分布曲线,选择并砍伐少许能够代表样地总体的树木进行解析,测定其各器官(树干、枝、叶、果和根系等)的鲜质量,并换算成干质量,确定生物量与胸径或树高(或者二者)的回归关系,然后利用回归关系和所有树木的实测胸径或树高推算样地的生物量。还可根据各器官组分与测树因子项(胸径和树高)的异速生长模型,由回归方程W=a(D1)树干生物量测定。采用收获称量法,对伐到的标准木进行分段截取,称其鲜质量,然后分上、中、下3段取样,重复3次,带回室内在干燥箱(70±5)℃烘至恒质量,换算树杆生物量干质量。2)树枝生物量测定。对伐到的标准木将树枝分离成<5cm(小枝)、5~20cm(中枝)和>20cm(大枝)3组,分别称其鲜质量,然后按3组进行取样,重复3次,带回室内在干燥箱(70±5)℃烘至恒质量,换算树枝生物量干质量。3)树叶生物量测定。采用全株收获测定,对伐到的标准木将其树叶从叶柄处全部摘下,称其鲜质量,然后进行取样,重复6次,带回室内在干燥箱(60±5)℃烘至恒质量,换算树叶生物量干质量。4)果实生物量测定。采用全株收获测定,对伐到的标准木将其果实包括果皮全部摘下,称其鲜质量,然后进行取样,重复6次,带回室内在干燥箱60℃±5℃烘至恒质量,换算果实生物量干质量。5)根系生物量测定。采用全挖法,与标准木对应挖出全部根系,清除非根系杂物,按<2cm(小根)、2~5cm(中根)和>5cm(大根和根桩)分为3组,分别称其鲜质量,然后按3组进行取样,重复3次,带回室内在干燥箱(70±5)℃烘至恒质量,换算根系生物量干质量。不同径级单株总生物量按下式计算:式中:W2.3数据分析采用SPSS16.0进行统计分析,其中同一树种内不同径级的多重比较使用LSD法,生物量的模拟采用曲线回归以得到最优模型。3结果与分析3.1合理的林木经营黄土区撂荒地面积较大,是刺槐生长的适宜区,摸清刺槐在撂荒地造林不同径级各器官生物量的变化过程,有利于森林的经营管理。合理的林木经营,可使林内的生态环境因素呈现同步的梯度变化,促进林下生物多样性增加,加速林分的自然更新,提高林分的总生物量。分析27株标准木生物量的测定结果(图1)发现,坡耕地植苗造林30年生刺槐林各器官生物量(y)随径级(x)变化的线性回归方程分别为:树干y=9.6996x-112.17,R3.2光皮木干生长分布特征表1在黄土区随着退耕还林工程的实施,退耕的坡地面积不断增加,为人工林的建设提供了重要基地,因此,掌握退耕地林分生长与生物量的变化动态,对提高人工林的生态经济效益具有重要意义。分析27株标准木生物量的测定结果(图2)发现,坡耕地植苗造林35年生刺槐林各器官生物量变化的线性回归方程分别为:树干y=11.075x-106.39,R通过不同径级各器官的结构比例看出,随着径级的变化树干生物量呈增长趋势,尤其是从24cm径级之后增长幅度较大,其他各器官生物量随着径级的变化虽有增长但其比例差异较小;原因是枝、叶、果实在林分的生长过程中,受动物(鸟类)、风力、暴雨等自然因素的影响凋落损失。由于刺槐林自然整枝能力差,严重影响了枝、叶、果实生物量的积累,故随着树木的生长,枝、叶、果实的分配比例增长变化幅度较大。另外,刺槐根系生物量的分布特征表现出4个特点:一是根系生物量平均占总生物量的27.91%;二是在距树干直径100cm,深度在100cm范围内的根系占总根系生物量的88.6%;三是粗根系和根桩占总根系的比例最大,但由于粗根系对养分和水分的吸收功能较差,虽然它占总根系的比例最大,但这种差异也不会对树木的吸收功能产生太大的影响,即不会对树木生长产生根本性的差别3.3造林密度对刺槐生物量的影响黄土区荒坡地占坡地总面积的32.6%,主要是以刺槐林生长为主,多年来由于抚育管理粗放,林分老龄化严重,生态经济效益不佳。因此,通过对荒坡地现有林分典型样地24株标准木生物量的测定结果(图3)发现,荒坡地植苗造林30年生刺槐林各器官生物量变化的线性回归方程分别为:树干y=6.5984x-49.52,R总之,从黄土区撂荒地、坡耕地和荒坡地造林不同径级单株生物量变化看,不同立地条件对刺槐生物量的组成有较大影响,尤其是造林密度是制约和决定种群生物量动态的主要因素,也是人工林培育技术体系中最主要的技术环节之一,造林密度不仅影响林下的物种多样性和林内的环境条件,还影响林木的生长发育,从而导致生物产量的差异。从该区不同立地条件林分各器官平均生物量的结构组成看,变化趋势基本一致,树干占总生物量的47.1%,树枝和根系占总生物量的22.22%和25.41%,其余为树叶和果实部分。随着林分的生长,密度较大林分的林冠生长受光照空间竞争的影响,可快速郁闭,使林木个体生长率下降,各器官生物量的生长速度减慢。而密度小的林分由于光照充足,个体生长发育较快,生物量的增长速度加快由表2可知,黄土区不同立地条件和造林密度下,刺槐林单株生物量与D3.4更新后的造林密度人工刺槐林种群径级结构变化,可以直接反映种群自然更新以及同龄个体生长分化和其对生境的适合程度另外,如图6~8所示,荒坡地植苗造林生长20、30、32a的刺槐林,彬县荒山密度分布为1500株/hm4自然更新林分密度调控刺槐在黄土区是一个外来树种,无论从造林面积还是生长的立体条件与分布范围来看,都是黄土区最重要的人工乔木造林树种;但刺槐在黄土区的有性繁殖能力较差,以种子自然繁殖更新难度大,往往是以采伐后根桩自然萌芽更新为主,形成新的植株和较大冠幅,可快速郁闭成林:因此,采用合理的造林密度与抚育管理是加速刺槐人工林自然更新的重要措施。有研究认为对刺槐林地土壤采用人为强烈扰动,可促进刺槐的根蘖繁殖有关研究认为,在黄土高原干旱半干旱区,从土壤水分利用及生产力角度考虑,建议中龄级的刺槐林生长密度控制在1375~1625株/hm5黄土区刺槐林在不同立地条件下生长情况1)从人工林植被的生长因子来考虑,在渭北黄土区撂荒地造林30年刺槐林密度为1050株/hm2)刺槐人工林的生长状况与生物量变化,在3种立地条件生长30~35年的刺槐林分中,单株生物量的各器官变化趋势,树干生物量占总生物量接近50%,其次是根系和树枝,占近45%,其余为树叶和果实。3)在渭北黄土区刺槐林生长的径级变化如下:撂荒地30年刺槐林在林分结构中,密度组成主要集中在中小径级的范围,占林分总密度的67.62%;坡耕地造林35年刺槐林分结构中密度组成主要集中在中径级范围,占林分总密度的52.84%;荒坡地20、30和32年的刺槐林在林分结构中,密度组成主要集中在稍偏小中径级(