黄土区刺槐人工林群落生物量结构特征

黄土区刺槐人工林群落生物量结构特征

森林生物量是森林生态系统中有机物质的总量，反映了群落的健康状况以及水养分的利用效率，在森林生态系统物质和能量循环的研究中发挥着重要作用。黄土区是我国乃至全球生态环境最脆弱的地区之一,近年来开展的生态建设和退耕还林工程极大的改善了该区域的生态环境。刺槐(Robiniapseudoacacia)作为该区的主要造林树种,其适应性强、耐干旱瘠薄,生态经济价值高,对改善这一地区脆弱的生态环境、防止水土流失、调节水文状况具有重要作用。许多研究表明,人工刺槐林可通过次生演替恢复土壤特性和维持土壤肥力本文以黄土区不同立地条件人工刺槐林群落为研究对象,采用样地调查与标准木实测法,旨在揭示该区刺槐群落生长与生物量结构的变化过程,为评价刺槐林生态系统能量利用率和养分循环以及为森林的多途径利用提供数据,为黄土高原和同类型区退耕还林和森林固碳潜力研究提供科学依据。1苏集山东下统地区试验区位于陕西长武县、旬邑县和甘肃泾川县。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调查样地的设置和调查测定于2010年6月开展野外调查,样地选择根据地方林业部门提供的人工刺槐林分布区域面积、造林年限、造林方式和生长状况,并结合国家林业局二类清查资料,分别在每个研究区内选择立地条件、坡位、坡度、密度和海拔基本一致的类型,设立3个固定典型样地,样地面积20m×50m,每一样地分为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为一个径级,从8cm开始,每个径级选定3株标准木,共选标准木78株,测定胸径(D)、树高(H)、枝下高、冠幅及其周围生境。同时,对应乔木样地调查测定林下灌木、草本和枯枝落物的生物量。2.2生物量测定在生物量的调查测定过程中,为了避免测定对样地的破坏,测定顺序为:枯枝落物层→草本层→灌木层→乔木层。2.2.1干质量测定结合疏林工程和森林间伐抚育标准,对选择的标准木于2010年8月间伐后,进行解析,测定其各器官(树干、枝、叶、果和根系等)的鲜质量,并通过取样(取样质量0.5kg)烘干换算干质量,测定其各器官(树干、枝、叶、果和根系等)的生物量。其中,树干生物量分上、中、下3段取样;树枝生物量根据其直径大小,分成<5cm、5~20cm和>20cm3类取样;树叶和果实生物量采用全株收获法;根系生物量采用全挖法划分为直径<2cm、2~5cm和>5cm(包括根桩)的3类进行取样。将3个研究区标准木各器官生物量分别与测树因子项(胸径(D),树高(H)和胸径的平方乘以树高(D按下式计算不同径级单株总生物量:W2.2.2灌木生物量测定在对应刺槐乔木样地选择灌木样地,设置样方面积为2m×2m,重复3次,记录灌木密度(株/hm2.2.3测定草本生物量在对应的刺槐乔木样地,设置草本样方面积为1m×1m,重复3次,记录草本密度(株/m2.2.4cm,重复与测定在刺槐乔木林样地内采用样线法每5m选择一个样方,样方面积20cm×20cm,重复6次。首先测定其厚度,收集样方内的全部枯枝落物并称质量,然后取样0.5kg,不足0.5kg的全部带回室内,在(65±5)℃烘干后分别测定其生物量干质量。2.3数据分析采用SPSS16.0进行统计分析,多重比较采用LSD法,生物量的模拟采用曲线估计得到最优模型。3结果与分析3.1乔木层的生物量3.1.1乔木层生物量模型建立30年撂荒地、35年坡耕地、30年荒坡地林分密度分别为1050株/hm黄土区不同立地条件下刺槐林单株生物量与D根据单株生物量的回归模型和实测胸径、树高,可以计算调查样地的乔木层生物量。3个研究区单株生物量的结构变化总体趋势是树干>树根和树枝>树叶和果实,同时,随着径级的增大,各器官的生物量均呈增长趋势(表3)。坡耕地<4cm径级刺槐的单株生物量最小,仅为8.48kg/株,而荒坡地在其他各径级中均占有最高的单株生物量。3.1.2不同研究区槐树林乔木层的单位面积生物量由表4所知,撂荒地刺槐群落乔木层的生物量为115.70t/hm3.2pium(药物)各研究区刺槐林下灌木物种以白刺花(Sophoradavidii)、杠柳(Periplocasepium)、黄刺玫(Rosaxanthina)、沙棘(Hippophaerhamnoides)、陕西绣线菊(Spiraeawilsonii)和野枸杞(Lyciumchinense)等为主。从表5的刺槐林下灌木层数量特征可知,刺槐群落林下灌木的密度小(0.95~1.11株/m3.3林牧草层物种组成在刺槐群落的组成中,草本层也是重要的组成部分。从表6可以看出,刺槐林草本层的组成多以杂类草为主,无明显的建群种,而多数以禾本科(Gramineae)、杂类草和蒿属(Artemisia)植物占据优势,牧草品质差,物种组成较为单一(8.86~14.00种/m3.4熔封土为荒坡地,耕耕地为荒坡地不同研究区刺槐林下枯落物厚度差异较大,撂荒地为3.02cm,坡耕地为2.89cm,荒坡地为1.99cm。伴随厚度的变化,3个研究区枯枝落物的生物量也依次减少,分别为0.529、0.463和0.306kg/m3.5全球工林生物量趋势摸清黄土区不同立地条件下生长的刺槐林群落生物量结构变化,掌握人工林生物量变化趋势,可以为全球人工林碳汇/源的研究提供科学依据。在3种立地条件下,刺槐群落总生物量变化,撂荒地为146.58t/hm其中,撂荒地刺槐群落密度为1050株/hm4讨论和结论4.1森林群落生物量结构调查本文研究刺槐林不同立地条件、造林密度、生长年限与生物量的变化动态,可为林分的合理采伐与自然更新提供科学依据。从表8看出,在黄土区对刺槐林分乔木层生物量的已有研究报道,均低于本研究的结果,除立地条件、密度和林龄的不同外,主要在测定方法上存在较大的区别,以往的研究多以估算和预测的方法为主,往往低估了刺槐林群落的生物量而本试验采用实测的方法测定,虽然费工费时,而且对林分也有一定破坏,但实测能较为全面的反映林分的生长状况。在森林群落生物量结构中乔木层树干为生物量的主要部分,其年生物产量随着光合器官的生物量增加而增加。本研究中,荒坡地的林分密度最大(1410株/hm在刺槐群落结构中灌木是重要的组成部分,灌木的分布与生长对林分具有重要的促进作用,不仅可以调节林分生长空间的温度和湿度,还可增加林地枯落物,促进森林碳积累与转化,灌木根系与乔木根系镶嵌分布,既可补充土壤有机质,又可固结土壤防止坡面冲刷,起到重要的水土保持作用。因此,摸清撂荒地刺槐林下灌木不同器官生物量的结构变化具有重要意义。长期以来林下植被的生物量处于次要地位较少受到重视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。尤其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4.2密度对刺槐人工林群落生长的影响综合该区刺槐林生长的不同立地条件、径级结构和高度及林下植被变化特征,可以判断在黄土区