燃料型沙棗能源林造林密度效應研究

王志燕

(太原市林業調查規劃院，山西 太原 030012)

沙棗(Elaeagnus angustifolia L.)，胡頹子科胡頹子屬灌木或小喬木，在我國西北地區分布廣泛，是西北地區防風固沙、保持水土的重要樹種。同時沙棗也是一種新型燃料，廣泛培育沙棗能源林對緩解我國能源壓力具有巨大作用。關于沙棗作為燃料樹種進行培育的研究，在國內還存在空白。因此，以沙棗能源林為對象，研究在特定立地條件下不同造林密度對沙棗人工林林分生長動態、生物量等的影響，以取得沙棗林的密度效應，可為今后沙棗能源林的科學經營和管理提供參考。

1 試驗地概況

試驗地位于太原市陽曲縣，東經112°13'～113°08'，北緯37°56'～38°25'，大陸性季風氣候，晝夜溫差大。年均溫8.7℃，1月平均氣溫－8.0℃，7月平均氣溫23.2℃，極端最高氣溫38.2℃，極端最低氣溫－25.7℃.全年平均日照時數2 826.3 h，年總輻射量5 288.82 MJ/m2.年均降水量456.8 mm，主要集中在7月至9月。土地類型為河灘地，土壤呈堿性，其養分含量為:全氮1.86%，速效鉀225 mg/kg，速效磷0.83 mg/100g.

2 研究方法

在2007年4月采用烏海市1年生沙棗苗營造5種密度的試驗林，造林密度分別為10 000株/hm2(1 m ×1 m)，6 667 株/hm2(1.0 m ×1.5 m)，4 444株/hm2(1.5 m ×1.5 m)，3 333株/hm2(1.5 m ×2.0 m)，2 500株/hm2(2 m ×2 m).每種密度設置3塊樣地作為重復，共15塊。樣地采取隨機區組設置，每塊樣地內共栽植25株樣木。在每塊樣地內選取9株樣木掛牌標記，以便做連續觀測。試驗地立地條件相同。

1)造林后2008年4月至2009年10月生長季結束，用標干測定植株高度，用游標卡尺測定植株地徑。

2)采用全稱重法測定生物量。2009年10月底選取5種不同密度的樣木20株，稱其樹干、樹枝、樹葉、樹根鮮重，并采樣帶回實驗室，80℃烘干至恒重測其含水率，再推算出各部分干重。

3)所采樣品在80℃條件下烘干，粉碎過80目篩，貯存備用。然后用美國生產的Parr 6300氧彈量熱儀測定樣品熱值，以干質量熱值(每單位干物質在完全燃燒條件下所釋放的總熱量)表示。

4)植物體各組分平均熱值和各組分生物量相乘，得各組分能量現存量，各組分能量現存量累加得整個林分的能量現存量。

3 結果與分析

3.1 造林密度對沙棗林分生長的影響

3.1.1 對株高生長量的影響

沙棗不同密度株高生長曲線見圖1.

圖1 沙棗不同密度株高生長曲線

由圖1可知，各個密度的株高生長曲線變化規律一致。從總體看，造林第2年5月下旬之前株高生長較慢，6月到9月為沙棗的速生期，9月下旬至落葉高生長再次變慢。密度為4 444株/hm2的植株高生長最快，造林3 a株高生長量為3.27 m.密度為2 500株/hm2的高生長最慢，造林3 a株高生長量為3.08 m.從生長曲線可以看出，造林第2年株高增長明顯快于第3年。第2年時密度為10 000株/hm2，6667 株/hm2，4444 株/hm2，3333 株/hm2，2500 株/hm2的株高分別增長了2.44 m，2.28 m，2.47 m，2.22 m，2.50 m.而第3年高生長量分別增加了0.76 m，0.82 m，0.80 m，0.97 m，0.62 m，分別比第2年減少了69%，64%，68%，56%，75%.造林第2年各密度植株在6月下旬到8月中上旬高生長均達到最快，最大月增長值可達0.72 m.造林第3年各密度植株在速生期6月至9月株高增長量基本一致。

3.1.2 對地徑生長量的影響

不同密度沙棗地徑生長曲線，見圖2.

圖2 沙棗不同密度地徑生長曲線

由圖2可知，各個密度的地徑生長曲線變化規律一致。從總體來看，在2008年4月中上旬植株地徑進入生長期，6月至9月進入速生期，9月下旬之后生長緩慢，到10月中旬逐漸停止生長。從曲線可以看出，在造林第2年7月下旬，10 000株/hm2，6667 株/hm2，4444 株/hm2，3 333 株/hm2，2 500 株/hm2各密度地徑分別為 4.34 cm，4.37 cm，4.69 cm，4.49 cm，4.90 cm，與4月份相比分別增長了1.90 cm，1.99 cm，2.05 cm，1.97 cm，2.22 cm.經方差分析可知，在這一時期地徑生長量不存在差異。而在7月下旬以后隨著植株的生長，加大了對營養空間的競爭，不同密度林分對營養空間爭奪的程度不同，造成各密度地徑增長速率不同，地徑之間差距逐漸增大。到第3年生長季結束時各密度分別增長了2.18 cm，2.17 cm，2.94 cm，2.70 cm，3.07 cm.經方差分析可知，各密度之間生長量存在顯著差異，密度2 500 株/hm2，3 333 株/hm2，4 444 株/hm2的地徑生長量明顯大于密度6 667株/hm2，10 000株/hm2的生長量。而在造林第2年地徑的生長速度明顯快于第3年，各密度在第2年增長量依次為2.67 cm，2.99 cm，3.36 cm，3.26 cm，3.79 cm，第3 年增長量依次為1.41 cm，1.17 cm，1.63 cm，1.41 cm，1.50 cm，生長量分別減少了47%，61%，51%，57%，60%.

3.2 造林密度對林分生物量及生物量分配的影響

生物量是植物群落中一定時間內單位面積上的植物干重總量。林分生物量的多少，反映了林分利用自然的潛能，是衡量生產力的重要指標，對評價該林分生產力和營林水平具有重要意義。2009年10月對不同密度林分生物量及各組分生物量進行測定，結果見表1.

表1 造林3 a后林分生物量及其分配

由表1可知，造林3 a后沙棗能源林林分生物量隨密度的減小而減小，不同密度林分生物量大小為10 000株/hm2＞6 667株/hm2＞4 444株/hm2＞3 333株/hm2＞2 500株/hm2.密度10 000株/hm2林分生物量比2 500株/hm2提高了60%，而比密度6 667株/hm2，4 444 株/hm2，3 333 株/hm2分別提高了3%，7%，35%.通過Spss16.0方差分析可知，密度10 000 株/hm2，6 667 株/hm2，4 444 株/hm2之間林分生物量無顯著差異，而與密度 3 333株/hm2，2 500株/hm2之間存在顯著差異。

3.3 造林密度對林分各組分熱值的影響

熱值是單位質量的物質完全燃燒所釋放出來的熱量，植物各組分的熱值是各組分干物質單位質量完全燃燒所釋放的熱量。熱值是計算林分能量的基礎，在生物量和熱值的基礎上可以計算林分的現存能量。沙棗能源林各組分熱值、灰分含量、去灰分熱值見表2.

不同密度下，各組分熱值大小變化規律一致，依次為:葉＞枝＞干＞根。經方差分析可知，不同密度之間各組分熱值均無顯著差異。灰分含量是植物體對元素聚集度的體現，特別是金屬元素。不同密度下各組分灰分含量大小順序均為:葉＞根＞枝＞干。去灰分熱值是去除由于元素聚集不同造成的熱值差異，更能體現各組分熱值的真實情況。不同密度下各組分去灰分熱值大小順序均為:葉＞枝＞干＞根，經檢驗，不同密度之間各組分去灰分熱值也不存在顯著性差異。

表2 沙棗能源林各組分熱值及去灰分熱值

3.4 不同造林密度能量現存量比較

林分的能量現存量體現培育的目的林分在現有生態條件下所固定的太陽能總量，可作為燃料型能源林評價的重要指標。根據林分各組分平均熱值和各組分生物量乘積，推出各組分能量現存量，再累加得林分能量現存量。不同密度林分能量現存量比較，見表3.

表3 不同密度林分能量現存量比較

由表3可以看出，由于不同密度之間熱值無顯著差異，能量的大小取決于林分生物量。能量現存量的變化規律和林分總生物量變化規律呈現一致性，均隨著密度的減小而減小。造林3 a后，密度10000株/hm2能量現存量最大，分別比6 667株/hm2，4 444株/hm2，3 333 株/hm2，2 500 株/hm2提高了4%，7%，36%，59%.經方差分析可知，密度10 000株/hm2，6 667 株/hm2，4 444 株/hm2之間能量現存量無顯著差異，但均與密度3 333株/hm2，2 500株/hm2存在顯著差異。

4 結論與討論

1)通過對造林后第2年和第3年的連續觀察，發現不同造林密度下株高和地徑的生長量變化規律一致。造林第3年株高和地徑增長速度明顯慢于第2年，分別降低56% ～75%，47% ～61%.

2)造林3 a后，沙棗能源林林分生物量隨密度的減小而減小。密度10 000株/hm2，6 667株/hm2，4 444株/hm2之間林分生物量無顯著差異，而與3 333株/hm2，2 500株/hm2之間存在顯著差異。

3)熱值僅在各組分之間存在差異，而不同密度之間熱值不存在差異，說明密度不會對熱值產生影響。

4)能量現存量和林分總生物量的變化規律呈現一致性，均隨著密度的減小而減小。密度10 000株/hm2，6 667 株/hm2，4 444 株/hm2之間同樣不存在差異，而與3 333株/hm2，2 500株/hm2之間差異顯著。

因此，綜上所述，從造林后 3 a來看，密植(10 000株/hm2，6 667 株/hm2，4 444 株/hm2)的生物量及能量現存量明顯高于疏植(3 333株/hm2，2 500株/hm2)。所以，對于以獲得生物質能為目的短輪伐期經營的燃料型沙棗灌木能源林培育來說，密植要好于疏植。但在實際生產中不能只考慮生物量和熱能，還需考慮生產成本問題，在10 000株/hm2，6 667株/hm2，4 444株/hm2這3種密度林分生物量和熱能無差異的前提下，以密度4 444株/hm2生產成本最小。從株高、地徑生長變化來看，造林第3年沙棗生長勢開始減弱，株高、地徑生長量明顯小于第2年。因此，2 a～3 a可以作為沙棗林的最佳輪伐期。

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