綠洲農田防護林單株新疆楊生物量及其根冠比變化分析

劉彩霞

（榆陽區林草生態修復中心，陜西 榆林 719000）

生物量及根冠比主要反饋植物對外部環境的適應性功能高低，是研究植物生長的直接參數。沙漠綠洲樹木根系為了保證樹木穩定性，進化出主根和側根構成的穩固比例結構，形成土壤固結力，以此保證樹木直立生長，強化樹木抗倒伏的穩定程度和生態適應程度，定量估算生物量根冠比為全球碳能量、碳循環研究提供重要參考[2]。

1 研究區概況

試驗區位于毛烏素沙漠定邊縣長城林場，地理坐標在東徑107°15'～108°22'、北緯36°49'～37°53'，地勢處陜北高原與內蒙古鄂爾多斯荒漠草原過渡地帶，海拔1 303～1 907 m，屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，年平均氣溫7.9℃，年平均日照2 743.3 h，年平均降水量316.9 mm，年平均無霜期141 d左右，日照充足，風沙頻繁，風沙活動強烈月份嚴重影響農業和林業生產，試驗區因此建立大范圍綠洲農田防護林網，為試驗提供研究基礎[3]。

2 研究方法

2.1 研究數據

株行距為3 m×7 m；林齡為20 年；算術平均胸徑為27.75 cm；林分平均高為19.96 m；渠道寬為4 m；渠道圩堤至新疆楊為1.59 m；新疆楊至道路為0.99 m。

2.2 試驗儀器

試驗儀器有：CGQ-1 型直讀式測高儀（上海雙旭電子有限公司生產，分辨率誤差1%）；胸徑尺（北京太平洋量具制造有限公司，精度1 mm）；臺秤（常州擎莘自動化科技有限公司生產，精度0.03 kg）；JZC-BTSC 型電子秤（無錫市恒平工業設備有限公司生產，精度1 g）。

2.3 固定樣方調查法

選定林帶株行距3 m×7 m 及3 m×3 m 的林路鄰居布局，樣方小于株行距且不破壞渠道路，設置為2.3 m×2.5 m×2 m，分4 層挖新疆楊根系（0～50 m、50～100 cm、100～150 cm、150～200 cm)），沖洗根系后稱取樣本質量，現場測長并每間隔50 cm稱取樣本質量，經65 ℃烘干至恒定質量后得出：

根系生物量=∑根鮮質量×(干樣品質量/鮮樣品質量)

2.4 側根生物量調查法

樣方4 土壤剖面，每土壤剖面根系按照新疆楊基徑分成5級，分別是細跟、小根、中根、大根、粗跟（<2 mm、2～5 mm、5～20 mm、20～50mm、50 mm），稱取總鮮質量、二端直徑、長度，取樣稱出干質量，計算出干物質具體含量，建模公式帶入計算側根生物量：

式中：W0——側根生物量；W01——樣方內側根生物量；d1——側根基徑；d2——樣方內側根末端直徑。

通過樹干解析，得到胸徑與樹齡的關系：幼樹齡林0～10 cm；中樹齡林10～20 cm；近熟林20～30 cm；成熟林30～40 cm，所有試驗數據經過45 d 實地調查觀測所得，統計方法采用SPSS JAVA 平臺進行統計分析，建立多元線性回歸模型、做顯著性檢驗[4]。

3 結果分析

3.1 各林齡單株新疆楊地上地下生物量變化

幼齡階段需要7年（包含2年生苗），此階段2行防護林單株新疆楊地上生物量達15.212 kg，地下生物量達6.539 kg，單株新疆楊處于扎根階段，地上生物量是地下生物量的2.33倍；中齡階段需要4 年（胸徑達20 cm），此階段新疆楊地上生物量達133.409 24 kg，地下生物量達31.975 71 kg，單株新疆楊地上生物量是地下生物量的4.17 倍，幼齡階段到中齡階段地上生物量比地下生物量增速翻1.79 倍；近熟齡階段需要5年（胸徑30 cm），此階段新疆楊地上生物量增長2.82 倍，地下生物量增長2.59 倍，單株新疆楊地上生物量是地下生物量的4.55 倍，中齡階段到近熟齡階段，地上生物量比地下生物量增速翻1.09 倍；成熟齡階段需要5 年（胸徑達到40 cm），地上生物量增長1.65 倍，地下生物量增長1.53 倍，單株新疆楊地上生物量是地下生物量的4.89 倍，近熟齡階段至成熟齡階段，地上生物量比地下生物量增速翻1.08 倍。建立新疆楊防護林生物量增長模型后，經檢驗模型相關性顯著。

3.2 各林齡單株新疆楊生物量根冠比不同變化

2行農田防護林單株新疆楊生物量根冠比比值平均數值是24.35%。中齡林相對于幼齡林，生物量根冠比減小幅度大，縮減將近50%，進入平臺期，近熟林相對于中齡林，生物量根冠比減少接近0.09%，處于比較穩定的狀態，成熟林相對于近熟林，生物量根冠比減少接近0.07%，持續穩定。

3.3 單株新疆楊生物量根冠比建模

通過單株新疆楊生物量根冠比與胸徑間的關系建立生物量根冠比模型，模擬各林齡生物量根冠比變化趨勢，經過篩選，以下模型的擬合程度最高：

3.4 各林齡單株新疆楊主干和主根生物量密度差異

主干密度差異服從二項式分布，伴隨樹齡增長主干密度呈增長趨勢，與樹齡呈現正相關關系（P＜0.05）；主根密度差異服從線性回歸分布，伴隨樹齡增長呈減小趨勢，與樹齡呈現負相關關系（P＜0.05）。

4 討論

4.1 影響生物量的因素

生物量容易受到多種生物學因素和非生物學因素的干擾，生物學因素主要包含蓄積量、單株新疆楊樹齡、郁閉程度和渠道林密度等，非生物學因素主要包含氣候因素、地貌因素、土壤條件等。單株新疆楊幼齡植苗移栽過程中，人工造植根系不宜過大，避免栽植到林地后要重新修復，一旦重新修復，地上新疆楊各器官生物量生長緩慢，中齡期新疆楊距離空間大競爭小，生物量增速快速，近熟林和成熟林生物量增速放緩主要因為光照、水肥競爭激烈，各器官生長受抑制，增速放緩，在后續的研究中要綜合考慮新疆楊林齡、氣溫和降水等因素對生物量的協同作用。

4.2 影響生物量根冠比的因素

影響生物量根冠比的因素主要因為新疆楊根系是樹冠吸收土壤水分、礦物營養的重要器官，新疆楊根系比樹冠的生長發展完善才能滿足樹冠的生長需求，所以在低樹齡階段生物量根冠比較高，但是根系逐漸完善后先于樹冠進入競爭狀態，所以樹冠生物量增長速度放緩，單株新疆楊生物量根冠比呈現減緩趨勢。

4.3 影響生物量密度的因素

新疆楊在成熟樹齡期，主干生物密度大于主根，主要原因可能是樹齡導致主根密度減小，從力學角度來看，主根承受的壓力大于主干，此時生物量根冠比仍然處于平均水準，充分保持力學結構穩定，承受著地上生物量帶來的重大壓力，但斷根溝破壞了林帶生長，可以及時采伐避免傾倒。所以從力學角度而言，只有新疆楊生物量根冠比穩定才能促使地下生物量與地上生物量協同增長，保持新疆楊穩定性[5]。

5 結論

在正常情況下，伴隨樹齡和胸徑的增長，地上和地下生物量呈現增長趨勢，地上生物量增速大于地下生物量增速，差距伴隨樹齡和胸徑增長逐漸拉開距離。一旦生物量差距變大，增速距離縮小，胸徑增大，生物量根冠比呈現減弱趨勢，減幅縮小平均處于22.34%左右；主干生物量密度伴隨胸徑變化先減后增，與胸徑呈正相關，主根生物量密度伴隨胸徑變化減小，與胸徑呈負相關[6]。