深圳福田无瓣海桑和无瓣海桑林能量测定

深圳福田无瓣海桑和无瓣海桑林能量测定

1无瓣海桑-海桑人工林的能量特征无瓣海桑和海桑是近年来我国沿海红树林恢复和造林的主要速生丰产树种，具有较高的生产力和明显的生态优势。然而，到目前为止，关于无叶海桑和桑桑林的能量研究没有报道。gupta和cordou等人的研究表明，应用能量的概念研究植物群落可以更好地反映群落的特征以及群落对自然资源（尤其是太阳能）的利用。林晖等人尽快应用能量特征研究了群落特征，丰富了群落特征。在这项工作中，我们使用了深圳福田无叶海桑人工林的生物量和生产力研究，并研究了该人工林的能量存在量和能量固定量。本文从能量角度考察了无叶海桑人工林的功能，充分体现了海桑人工林的功能特征。为深圳湾红树林湿地生态系统的保护和管理，以及中国南方沿海红树林造林和生态恢复发展提供了科学证据。2研究领域和方法2.1无瓣海桑生态林无瓣海桑-海桑人工林的试验地位于深圳湾福田红树林自然保护区(22°32′N,114°03′E)车公庙观鸟亭天然红树林前缘滩涂上.土壤基质为花岗岩和砂页岩,地带性土壤为砖红壤.林地内滩涂淤泥深厚(脚踩泥深度约40cm),平均潮差1.9m,属于南亚热带季风气候;年平均气温22℃,极端高温38.7℃(7月),极端低温0.2℃(1月),年降雨量1927mm,但分布不均,干湿季节交替明显,雨量多集中在5～9月,年均相对湿度79%.该人工林中无瓣海桑为6年,海桑为5年;无瓣海桑植株最高达11.8m,平均高为7.69m,平均胸径为13.37cm;海桑植株最高达10.5m,平均高为6.6m,平均胸径为12.17cm.林冠郁闭度在85%以上,无瓣海桑和海桑的平均密度分别为457、319plant·hm-2.2.2学习方法2.2.1群落年净生产力的测定1998年10月在无瓣海桑+海桑林内设置40m×40m标准样方,对样方内所有个体进行每木检尺.1999年10月底,再次对样方内所有个体进行每木检尺,并根据检尺结果算出平均胸径、平均地径、平均株高及平均冠幅,按径阶分3级,每个径级在样地外选择2株作为标准木,建立胸径、树高与各器官生物量的回归模型,进行生物量和生长量的测定.每个标准木分别测定树材、树皮、多年生枝、幼枝、枯枝、树叶、花果,以及粗根(直径d≥2cm)、中根(2cm>d≥0.2cm)、细根(d<0.2cm)的生物量,并分别取500g样品,在80℃下烘干、磨碎,过60号筛,取少量样品于105℃烘干至恒重,求出干重生物量.群落年净生产力按以下公式计算:P=G+L+H式中,P为年净初级生产力,G为年生长量,L为年凋落量,H为年动物采食量.红树林H值很小,可以忽略不计.1998年10月至1999年10月的年生长量:G=Y1999-Y1998(Y1999为1999年群落现存生物量,Y1998为1998年群落现生物存量)2.2.2凋落物覆盖网框的收集与贮藏应用孔径1mm的纤维网,制成收集网框.由于该人工林的前缘和后缘受海风及海浪等影响不同,凋落生物量也可能不同.因此,分别在样方内的近海岸、远海岸及样方中间各随机设置3个收集网框,共9个,收集凋落物,收集网框尺寸1m×1m,深度30cm,网框离地高度大于2m.每10d收集1次,将收集到的叶、枝、花果等按树种分类,及时带回,80℃下烘干,称重,贮藏.全部凋落物每月集中,然后在各组分中抽取部分样品在105℃烘干至恒重,并计算出每月凋落物各组分的干重及总干重.2.2.3能量分配及固定量的测定供作热值测定的样品为测定生物量、生产力收集的样品,将每个径级标准木各组分样品按比例均匀混合后,每个组分取出少量样品称重,然后在80℃下烘干至恒重,经粉碎机磨成粉末后,在室温20℃下,用GR3500型微电脑氧弹式热量计测定热值.样品热值以含灰分的干重热值表示,每个样品重复2～3次,重复间误差控制在±200J·g-1之内.再根据各组分生物量和生长量,推算出林分的能量分配及能量净固定量.3结果与讨论3.1干重热值分布植物热值是指植物单位重量所含的热量.本文论述的是包括灰分在内的干重热值(kJ·g-1).无瓣海桑-海桑林,2种红树植物各组分热值见表1.林分中2种红树植物的各组分干重热值为15.4896～19.6125kJ·g-1,其中无瓣海桑各组分干重热值为15.4896～19.4842kJ·g-1,海桑各组分干重热值为15.9024～19.6125kJ·g-1.林分中2种红树植物各组分干重热值以海桑叶最高,为19.6125kJ·g-1;无瓣海桑的细根干重热值最低,为15.4896kJ·g-1.无瓣海桑和海桑各组分样品干重热值大小顺序分别为:叶>树材>多年生枝>幼枝>枯枝>花果>粗根>中根>树皮>气生根>细根;叶>多年生枝>树材>花果>幼枝>枯枝>气生根>粗根>树皮>中根>细根.海桑各组分样品干重热值都分别比无瓣海桑相对应组分要高(表1).林益明等测定海桑科植物木材的干重热值,其结果也是海桑大于无瓣海桑.这可能是由于海桑易受寒害影响,需要积累较多的能量,抵抗寒害.2种红树植物都是叶的干重热值最高,细根的最低.从植物解剖学和植物生理学角度看,叶是植物体生理活动最活跃的器官,含有较多的高能化合物如蛋白质和脂肪等物质,因此,叶的干重热值一般较高.林益明等对甜槠林的测定结果也是细根的热值最低,与本研究一致.刘世荣等对落叶松人工林、林光辉等对海莲和秋茄2种红树植物的测定结果都是根的热值最低,与本文结果基本一致.Golley分析各森林植被的干重热值时发现,一般森林植物叶的干重热值大于木材的干重热值,与本研究结果相同.2种红树植物各组分干重热值的大小排列顺序存在明显的差异.这种差异除受不同植物自身组成、结构和功能影响外,还受光照强度、日照长短、土壤类型、植物年龄、营养条件和植物所含营养成分等诸方面影响.林益明等研究表明,绿竹叶的干重热值有一定的季节型变化,红树植物秋茄的叶干重热值在冬季随纬度升高而升高,在其它季节随纬度升高而降低.无瓣海桑和海桑在相同的气候、生境、营养条件下,各组分热值存在差异,说明无瓣海桑和海桑的结构、组成、生态习性及营养成分含量等方面存在差异.3.2无瓣海桑的能量现存量能量现存量是指一定时间内群落所积累的总能量,包括群落中活植物体与死植物体内所积累的总能量.它是根据植物群落各组分样品的热值和对应生物量或尚未脱离植物体的枯死量所推算的.无瓣海桑-海桑林的能量现存量见表2.由表2可见,林分的能量现存量为84744.72kJ·m-2,其中地上部分为64459.46kJ·m-2,占总量的76.07%,地下部分为20285.26kJ·m-2,占总量的23.93%.按种群分析,无瓣海桑的能量现存量为54693.26kJ·m-2,占林分总量的64.54%;海桑的能量现存量为30051.46kJ·m-2,占林分总量的35.46%.由于能量现存量与生物量呈正相关,生物量越大,能量现存量也越大,无瓣海桑在林分中的生物量较大,所以它在林分能量现存量中所占的比例也越大.这反映了无瓣海桑在林分中的重要功能.在林分中,无瓣海桑各组分和林分各组分的能量现存量的大小顺序排列上完全相同,顺序为:树材>多年生枝>粗根>幼枝>中根>树皮>树叶>枯枝>气生根>细根>花果;海桑则有所不同,排列顺序为:树材>多年生枝>粗根>幼枝>中根>树叶>气生根>细根>树皮>枯枝>花果.林分的能量现存量在各组分中的分布受现存生物量影响较大,以树材的能量现存量最大,占32.94%,多年生枝居次,占19.55%,粗根占11.08%,幼枝占9.53%,中根占7.84%,其余部分均占很小的比例,7%以下.该林分与鹤山豆科植物大叶相思(86.29MJ·m-2)和马占相思(117.79MJ·m-2)的能量现存量相比,低得多;与同一生境的56年生白骨壤群落(291839kJ·m-2)相比,也要低.与我国典型的红树林群落相比,该林分的能量现存量仅分别为海南东寨港的海莲林(746661kJ·m-2)、广西英罗湾红海榄林(520371.6kJ·m-2)的11.35%和16.29%,但比福建九龙江海沦的桐花树林(62205.2kJ·m-2)稍高.3.3能量返还量少,落果量少凋落物的能量归还量是根据凋落物的生物量及其相应的热值相乘而推算的.由表3可见,凋落物收集框收集到的林分全年凋落物量为1218.31g·m-2,其中无瓣海桑凋落物量为863.2g·m-2,海桑凋落物量为355.11g·m-2.林分凋落物的能量归还量为24549.54kJ·m-2·年-1,其中以无瓣海桑的凋落物的能量归还量较多,为217223.99kJ·m-2·年-1,占林分总能量归还量的70.16%;海桑的能量归还量较少,为7325.55kJ·m-2·年-1,占林的29.84%.林分的能量归还量以落叶最大,为14915.5kJ·m-2·年-1,占林分的60.76%;其次是落花果,占林分的总量的27.75%;落枝最小,为11.49%.这说明落叶在生态系统能量归还量中的主导地位.凋落物能量归还量的月变化见图1.无瓣海桑的能量月变化趋势和林分总的能量月变化趋势一致,说明无瓣海桑在林分具有主导作用.无瓣海桑分别在4和9月出现两个能量峰值,这与它的生长特性有关.无瓣海桑在4和9月是盛花期(1年2次)的前期,为适应生殖生长的需要,通过凋落叶为生殖生长作准备,因此凋落叶量大,导致能量归还量大.而海桑则有所区别,它仅在7月出现一个能量峰值.如果未受寒害的影响,海桑和无瓣海桑的生长习性基本一致,但由于当年1～2月寒潮期间,海桑全部落叶,直到3～4月才全部长出新叶,导致生殖生长的后移,凋落叶的最大量出现在7月,能量的高峰也相应出现在7月.由于第1个生殖旺盛期后移,因气候原因,第2个生殖旺盛期不再明显,也就没有出现第2个凋落物的峰期和能量峰值.不过,由于凋落物年变化很大,其规律尚待进一步研究.3.4年能量净固定量群落年能量净固定量(netenergyproduction)是指一年内单位面积上群落通过光合作用所固定的能量,扣除群落该时期因呼吸、动物啃食等消耗后所剩余的能量.其计算方法是以群落各组分(包括多年更迭的凋落物各组分)的年净干物质生产量和相应组分的干重热值相乘而得.1999年无瓣海桑-海桑林的年能量净固定量见表4.从表4可以看出,林分年能量净固定量为50391.4kJ·m-2·年-1,其中用于自身增长的能量为25842.1kJ·m-2·年-1,占总量的51.39%,而以凋落物形式提供林地其它子系统的能量为24549.3kJ·m-2·年-1,占总能量的48.61%,这一部分能量年复一年地向环境输送,是生态系统中其它生物(如底栖动物、鸟类、昆虫等)赖以生存和发展的能量基础,因而对于维持整个生态系统的存在和发展具有特别重要的意义.在该林分的年能量净固定量中,无瓣海桑种群占总林分的63.1%,海桑种群只占总林分的36.9%,表明无瓣海桑种群在林分的能量固定中起着重要作用.与一些陆生森林群落相比,无瓣海桑-海桑林的年能量净固定量为50391.4kJ·m-2·年-1,远远比热带雨林(34276kJ·m-2·年-1)、雨绿林(26334kJ·m-2·年-1)、落叶松人工林(26435kJ·m-2·年-1)、甜槠林(26856.2kJ·m-2·年-1)、黄山松林(20654.1kJ·m-2·年-1)、马占相思和大叶相思混交林(15931.87kJ·m-2·年-1)要高(表5).与其它红树林群落相比,比海南东寨港55年生海莲林(65927kJ·m-2·年-1)低,但高于福建20年秋茄林(43706kJ·m-2·年-1)、广西70年生红海榄林(27306kJ·m-2·年-1)(表5).从这里可以看出,无瓣海桑-海桑林具有很高的能量净固定量,是生产力较高的群落类型.4无瓣海桑-海桑林4.1无瓣海桑-海桑林中2种红树植物各组分样品的干重热值有一定的差异性,在15.4896～19.6125kJ·g-1之间.海桑叶的干重热值最高,无瓣海桑细根的干重热值最低;海桑各组分样品干重热值都比无瓣海桑相应组分的干重热值要高,这与海桑较之无瓣海桑易受寒害影响,需要积累较多能量抗寒有关.4.2在无瓣海桑-海桑林的能量现存量中