不同立地條件下木人工林生物量和生產力研究

1樣地自然概況以湖南省內的兩個區(qū)域為研究對象，即湖南省的花垣縣和湖南省的龍溪縣森林科技示范園。試驗地Ⅰ位于花垣縣的龍?zhí)舵?zhèn),該區(qū)石漠化現(xiàn)象比較嚴重,山頭石灰?guī)r裸露,許多山頭幾乎不長喬木,而原來人工種植的柏樹生長緩慢,20、30年生的柏樹其胸徑不到10cm,林相很差.由于近年榿木的引進種植,使絕大部分的山頭披上了綠裝,且林相整齊,長勢良好.試驗地Ⅱ位于湖南省汨羅市林業(yè)科技示范園內.實驗林分是2002年人工營造的四川榿木林,在造林前進行了整地,造林后處于半自然狀態(tài).各樣地自然概況見表1.2試驗地土壤大量營養(yǎng)元素含量測定根據(jù)實驗區(qū)內榿木人工林分化不明顯的實際情況,在立地條件相近、郁閉度相同的地方各設置30m×20m的樣地1塊,在樣地內進行每木調查,在每木調查的基礎上,每樣地取3株平均木伐倒,伐倒木按2m區(qū)分段,分別測定各區(qū)分段的干、皮、枝、葉各器官的鮮生物量,然后收集各器官樣品,帶回室內,采用烘干法測定其含水量.地下部分采用分層挖掘法(0~15cm、15~30cm、>30cm)分別測定根頭、大根(>0.5cm)、粗根(0.2~0.5cm)、細根(≤0.2cm)的鮮質量,樣品在80℃烘干至恒質量,計算出各器官干質量.因榿木人工林各徑階分化不明顯,故用標準木法對全林生物量進行估測.林下植被、凋落物生物量測定是在樣地內設置1m×1m小樣方各3塊,采用全體收獲法,按林下活地被物、林下凋落物分別測定其鮮質量,取樣烘干至恒質量,計算其生物量.在標準木樹冠上每木分層采集20片鮮葉,用標準坐標紙測定葉面積,然后根據(jù)葉面積與葉質量的關系,得到喬木層葉面積,進而推算出葉面積指數(shù)試驗地土壤大量營養(yǎng)元素含量見表3.33.13.1.1樣地中木單株生物量及其分配規(guī)律從表4可以看出,Ⅰ、Ⅱ號樣地的榿木單株生物量分別為33.42和22.77kg/株,而各單株生物量中樹干的生物量均占全株的50%以上;樹冠生物量中,樣地Ⅱ中榿木所占比例達到了34.17%,樣地Ⅰ僅為18.58%;樣地Ⅰ中榿木各組分生物量的大小順序為樹干>樹根>樹枝>樹葉,樣地Ⅱ為樹干>樹枝>樹根>樹葉;從各器官的分配率來看,變化最大的是樹枝,樣地Ⅱ比樣地Ⅰ增加了13.04%,而樹干和樹根,樣地Ⅱ比樣地Ⅰ均有不同程度的下降.兩樣地榿木單株生物量之比為1.47,導致這種結果的原因可能是:①樣地Ⅰ中榿木林密度明顯小于樣地Ⅱ,地下營養(yǎng)空間大,能提供足夠的水肥,以提高光合效率,有利于榿木的生長;②樣地Ⅰ內成土母巖主要是石灰?guī)r,鈣、磷等養(yǎng)分含量也比樣地Ⅱ高出許多,而榿木作為一種固氮樹種,適量鈣、磷供應,合適的土壤pH值加強了硝化微生物的活性,促進了硝化作用,導致了樣地Ⅰ內榿木具有較發(fā)達的根系,能吸取較多營養(yǎng).3.1.2.樣地內木根系生物量。根據(jù)分布的特征將,土壤深度和生物量所占比例對土壤的垂直分布具有影響從單株榿木根系生物量的分布(見表5)看,榿木為淺根性樹種,主根不明顯,側向根系發(fā)達,大部分根系主要集中在10~30cm土層中;Ⅰ、Ⅱ號樣地榿木喬木層根系生物量分別為4.78kg/株和2.93kg/株,其中大根所占比例最大,分別為94.35%和87.03%.樣地Ⅰ的粗根和細根比樣地Ⅱ的小,可能是由于樣地Ⅰ的土壤物理性質所決定的,因為成土母巖大多為石灰?guī)r,所以導致了樣地Ⅰ內榿木根系的擴展空間不大,粗根和細根較少.樣地Ⅱ榿木根系主要集中在0~15cm土層中,隨土層深度的增加,根系生物量呈逐漸減少的趨勢,這是由于樣地Ⅱ所處紅壤區(qū),表層土壤相對肥沃.而樣地Ⅰ內的榿木根系生物量在15~30cm土層中達到最大值,這是由于樣地Ⅰ所處石灰?guī)r地區(qū),表層土壤裸露在外,相應的礦質元素主要集中在15~30cm的土層內所決定的.可見,立地條件的差異會影響同種植物根系在不同土層中的垂直分布,表現(xiàn)出根系生長對環(huán)境適應的可塑性.3.2喬木層生物量由表6、7可以看出,不同立地條件下的榿木喬木層生物量分別為51.23和51.99t/hm由表6可知,樣地Ⅰ和樣地Ⅱ榿木喬木層地上部分林分生物量分別為43.90和45.30t/hm從榿木人工林生態(tài)系統(tǒng)的生物量來看,喬木層生物量均達到林分生物量的90%以上.樣地Ⅰ中地被物層所占比例較小,可能與其立地條件有很大關系;樣地Ⅱ中死地被物層分配率達到了4.70%,是由于本身枝葉茂盛,凋落物較多引起的.3.3林分生物量與林分面積的關系林分葉面積指數(shù)和葉的生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)結構的主要參數(shù),它們的大小與林分的生產力有著密切的關系從表8可知,樣地Ⅰ榿木林分的葉面積指數(shù)(3.4器官生物量及其分配林木各器官生物量的多少只能反映他們積累有機物質的多少,不能反映出各器官的相互關系.表9為不同立地條件榿木各器官生物量的比例.由表9可知,樣地Ⅰ中的榿木樹干生物量(Ⅰ、Ⅱ號樣地樹冠生物量(樣地Ⅰ中樹干與樹葉、非光合器官(3.5林分生產力構成林分生產力是以凈生物量來表示的,它是綠色植物在一定時間內除去呼吸消耗所產生的有機物質由表10可以看出,不同立地條件下榿木林的生產力均以樹干的第一凈生產力最高,分配率分別為62.94%和47.79%;地上部分的分配率達到了80.33%和78.58%,相當于地下部分的5.97和6.76倍,占有絕對優(yōu)勢.樣地Ⅱ與樣地Ⅰ相比,干材、樹皮的生產力分別下降了0.72和0.65t/(hm3.6凈光合生產率林木生產力的大小決定于葉的光合生產率.葉的充分發(fā)育及良好狀況必定帶來林木全株生產力的大幅提高.葉的凈光合生產率通常用單位葉面積在單位時間內所生產的生物量來表示從表11可以看出,樣地Ⅰ中榿木林分的凈光合生產率為0.4206kg/(m4不同立地條件下木根系分布及葉面積指數(shù)花垣地區(qū)和汨羅地區(qū)榿木單株生物量分別為33.42和22.77kg/株,汨羅地區(qū)榿木具有較強的分枝特性,樹冠生物量達到全株生物量的34%,花垣地區(qū)僅為18.5%.不同立地條件下5年生榿木根系分布不均,汨羅地區(qū)榿木根系主要集中在0~15cm土層,而花垣地區(qū)的榿木在15~30cm土層集中了大部分根系,體現(xiàn)出根系生長對環(huán)境的適應性.花垣地區(qū)和汨羅地區(qū)5年生榿木的林分生物量分別為54