不同結構落葉松天然林生物量及生產力特征

摘 要 落葉松天然林作為森林系統的重要組成部分，其生物量及生產力在不同林分結構下具有不同表現。以甘肅省甘南州卓尼縣落葉松為主要研究對象，通過落葉松解析木數據，對不同林分結構下的落葉松天然林生物量及生產力特征進行分析，以確定合理的落葉松林分結構，促進落葉松天然林更新和發展。試驗結果表明，不同林型結構及林分密度下的落葉松生物量及生產力均存在差異，草類-落葉松的生物量及生產力優于蘭花-落葉松，35～47年生草類-落葉松的生物量及生產力優于54～63年生草類-落葉松。不同林分密度下，35～47年生草類-落葉松最大生物量為2 358株·hm-2，最大生產力為982株·hm-2；55～64年生草類-落葉松最大生物量和生產力均為2 044株·hm-2；53～62年生蘭花-落葉松最大生物量和生產力為1 690株·hm-2。

關鍵詞 落葉松；林分結構；生物量；生產力；甘肅省甘南州卓尼縣

中圖分類號：S791.22；S718.5 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.04.032

近年來，全球氣候變化對森林生物產生了較大影響，為合理開發、利用森林資源，須加大對森林生物量及生產力的研究力度。目前，相關研究者主要對森林生產量動態和分布格局進行研究，關于林分結構對落葉松天然林生物量及生產力特征的研究較少。筆者主要以草類-落葉松、蘭花-落葉松兩種林型為主要研究對象，分析天然林生物量及生產力特征，進而為落葉松天然林高產經營奠定堅實基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗區域

試驗地為甘肅省甘南藏族自治州卓尼縣某林場，位于甘肅省甘南藏族自治州東南部，地處東經102°46′～104°02′，北緯34°10′～35°10′，屬高原性大陸氣候，寒冷濕潤，四季不明，年日照時間2 450.4 h，年平均氣溫5.6 ℃，年降水量487.1 mm，無霜期114 d。林場內以落葉松林為主，林型有草類-落葉松林、蘭花-落葉松林，林下植物有蘭花等[1]。

1.2 試驗設計

以甘肅省甘南州卓尼縣某林場的落葉松為主要研究對象，該林場林型主要為草類-落葉松林（Ⅰ型）、蘭花-落葉松林（Ⅱ型）。設置五邊形樣地，樣地直徑40 m，五邊形樣地內設置9個樣圓，樣圓直徑6 m，相鄰樣圓間保持4 m距離，樣地排列按照從中央向四周的方向進行排列，共計16塊樣地，樣地概況見表1。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 解析木數據測定

試驗于2021年10月上旬開展，在樣地內對樹高、冠幅、胸徑、枝下高、林下植被、土壤等進行調查測量。從每個樣地中選擇不同類型的林木，采用定量和定性相結合的方法，在每木檢尺的基礎上，選出優勢木（生長良好，無病蟲害，胸徑和樹高最大）、平均木（生長尚好，無病蟲害，胸徑和樹高接近于平均林高和胸徑）、被壓木（生長良好，無病蟲害，胸徑和樹高落后平均林高和胸徑），其中平均樹高為15 m、平均胸徑為14.5 cm。每個樣地的優勢木、平均木和被壓木各1株，共48株，然后進行樹干解析。

1.3.2 生物量數據測定

采用常規方法對生物量進行測定。根據落葉松解析木數據，結合生物量模型，對樹干、枝、葉的生物量進行測定。

1）在測定樹干生物量時，取樣地內具有代表性的樹干，將其按1 m分段，先測定樹干鮮質量，帶回實驗室后測定其干質量，根據不同分段含水量計算樹干生物量，樹干生物量計算公式為

WD=1.363 1×10-5×（D2H）1.054 5（1）

式中：WD表示落葉松單株帶皮樹干重，t；D表示胸徑，cm；H表示樹高，m。

2）在測定枝、葉生物量時，取樣地內具有代表性的樹冠，分上中下3層，每層按照東南西北4個方向進行取枝，各截取2個標準枝（1 m），剝取其上全部葉片，帶回實驗室后測定干質量。枝生物量計算公式為

Wl=3.042 99×10-5×（d2l）1.010 6（2）

式中：Wl為落葉松枝的干重，t；d表示落葉松枝莖，cm；l表示落葉松枝長，m。

葉生物量計算公式為

Wsi=1.654 1×10-5×（d2l）0.634 3（3）

式中：Wsi表示落葉松葉的干重，t，d表示落葉松枝莖，cm；l表示落葉松枝長，m。

1.3.3 落葉松天然林生物量及生產力在不同林分密度下的數據測定

為充分考慮林分密度對生物量的影響，將2種林型密度劃分為3個密度水平，即＜1 000株·hm-2，

1 000～2 000株·hm-2、2 000～3 000株·hm-2，并按照林分每公頃胸高斷面積（或蓄積）與相同離地條件下標準計算林分每公頃胸高斷面積（或蓄積）之比，確定具體的林分密度。計算公式為

（4）

式中：G林和M林分別表示的是林分每公頃胸高斷面積和蓄積，G標和M標分別表示的是標準林分每公頃胸高斷面積和蓄積，株·hm-2。

1.4 數據分析

通過Excel 2010軟件統計試驗處理，采用SPSS 14.0軟件進行數據統計[2-3]。

2 結果與分析

2.1 落葉松天然林解析木在不同林型下的表現

由表2可知，林型Ⅰ優勢木占比為55.5%，林型Ⅱ優勢木的占比為57.1%，二者差距較小。除樣地1和樣地3外，其余優勢木樣地的胸徑均大于等于9.5 cm。

在樹高方面，林型Ⅰ的平均樹高為10.7 cm，林型Ⅱ的平均樹高為10.0 cm，林型Ⅱ的樹高高于林型Ⅰ，二者無顯著差異。在生物量方面，林型Ⅰ的干、枝、葉的平均生物量分別為0.019 t、0.004 t、0.001 t，林型Ⅱ的干、枝、葉的平均生物量分別為0.022 t、0.003 t、0.001 t，林型Ⅱ的干、枝、葉生物量均高于林型Ⅰ，二者無顯著差異。

2.2 落葉松天然林生物量及生產力在不同林型下的表現

針對草類-落葉松林，為便于分析，將35～64年

生草類-落葉松林劃分兩個階段，即35～47年生草類-落葉松林、50～64年生草類-落葉松林。由表3、表4、表5可知，35～47年生草類-落葉松林、50～64年生草類-落葉松林、53～62年生蘭花-落葉松林平均總生物量及各器官生物量在不同林型下具有不同表現。與53～62年生蘭花-落葉松林的平均總生物量相比，35～47年生、50～64年生草類-落葉松林的平均總生物量較高，分別高18.0%、6.9%；與53～62年生蘭花-落葉松林的生產力相比，35～47年生、50～64年生草類-落葉松林的生產力較高，分別高66.13、4.84%。在干生物量方面，35～47年生、50～64年生草類-落葉松林分別比53～62年生蘭花-落葉松林低16.85%、2.90%；在枝生物量方面，35～47年生草類-落葉松林比53～62年生蘭花-落葉松林高92.31%，50～64年生草類-落葉松林比53～62年生蘭花-落葉松林高18.27%；在葉生物量方面，35～47年生草類-落葉松林比53～62年生蘭花-落葉松林高71.79%，50～64年生草類-落葉松林比53～62年生蘭花-落葉松林高12.82%。與蘭花-落葉松天然林相比，草類-落葉松天然林平均總生物量及生產力較高。針對草類-落葉松生物量及生產力，35～47年生草類-落葉松生物量及生產力高于55～64年生草類-落葉松生物量及生產力。

2.3 落葉松天然林生物量及生產力在不同林齡下的表現

由表3、表4、表5可知，在不同林齡下落葉松天然林生物量及生產力具有不同表現，落葉松天然林生物量及生產力隨著林齡增大具有較大的變化，無明顯規律；不同樣地的生物量存在較大差異，分析可能是受立地條件等因子影響。如樣地4和樣地5的林齡、樣地3和樣地7的林齡相同，但由于林型不同，其生物量及生產力存在差異。對比不同林齡下的草類-落葉松和蘭花-落葉松生物量和生產力，60林齡下的草類-落葉松總生物量最高，為75.81 t·hm-2，生產力為1.24 t·hm-2·a-1，61林齡下的蘭花-落葉松總生物量最高，為61.39 t·hm-2，生產力為0.99 t·hm-2·a-1。由此可見，草類-落葉松要優于蘭花-落葉松。

2.4 落葉松天然林生物量及生產力在不同林分密度下的表現

由圖1、圖2、圖3可知，在不同林分密度下不同林齡的落葉松天然林生物量及生產力具有不同表現，不同林齡的落葉松天然林生物量及生產力隨著密度的增大具有較大的變化，無明顯規律。35～47年生草類-落葉松最大生物量出現在2 358株·hm-2，最大生產力出現在982株·hm-2；55～64年生草類-落葉松最大生物量和生產力均出現在2 044株·hm-2；53～62年生蘭花-落葉松最大生物量和生產力均出現在1 690株·hm-2。

3 結論與討論

落葉松天然林是甘肅省甘南州卓尼縣重要的樹種之一，也是甘肅省甘南州卓尼縣需要重點保護的天然林品種。為促進落葉松天然林的更新和發展，須掌握不同結構落葉松天然林生物量及生產力的特征。通過本次試驗，了解到不同林型結構及林分密度對落葉松天然林生物量及生產力特征具有不同影響[4]。草類-落葉松總生物量與生產力均高于蘭花-落葉松林，除干生物量外，草類-落葉松的枝、葉生物量均高于蘭花-落葉松林；35～47年生草類-落葉松最大生物量出現在2 358株·hm-2，最大生產力出現在982株·hm-2，55～64年生草類-落葉松最大生物量和生產力均出現在2 044株·hm-2，53～62年生蘭花-落葉松最大生物量和生產力均出現在1 690株·hm-2。表明不同林型、不同林齡、不同林分密度對落葉松天然林生物量及生產特征具有不同影響。因此，需合理設置落葉松天然林結構，從而促進落葉松天然林的更新和發展[5]。但不同結構落葉松天然林受到的影響因素較多，機理復雜，還需進一步探討不同結構落葉松天然生物量及生產力的特征。

參考文獻：

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[2] 曲恬甜，閆濤，張文，等.落葉松人工林草本植物群落特征和生物量對氮添加的響應[J].北京大學學報（自然科學版），2019，55（3）：587-596.

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[4] 孫志虎，王秀琴，陳祥偉.不同撫育間伐強度對落葉松人工林生態系統碳儲量影響[J].北京林業大學學報，2016，38（12）：1-13.

[5] 張逸如，劉曉彤，高文強，等.天然林保護工程區近20年森林植被碳儲量動態及碳匯（源）特征[J].生態學報，2021，41（13）：5093-5105.

（責任編輯：張春雨）