紅花爾基沙地天然樟子松林生物量研究

張曉琳　孫亞娟　王家軍

摘要 為了解樟子松天然林的生物量，對紅花爾基的樟子松生物量進行了測定和分析，結果表明：樟子松葉面積指數一般為4.3～5.2，最高為7.7，最低為0.673 6。在年齡相同、郁閉度相同條件下，單位面積生物量隨平均胸徑的增加而增加。樟子松地上生物量與地下生物量的比值隨年齡增加而增加，比值為3.3～4.55，平均為3.92;根系生物量是全部生物量的1/5。樟子松的根系主要分布在0～15 cm土層，占全部根系的62.788%，>15～40 cm土層根系占14%，40 cm以下占23.78%。地上平均凈生產力最高為2 665.7 kg·hm·a，最低為149.5 kg·hm·a。全部生物量最大凈生產力為2 394.8 kg·hm·a。葉面積與葉干質量比隨年齡增加而下降。樟子松枝、葉、干、根的含水率平均為51.766%～55.35%，2年生球果含水率平均76.366%。

關鍵詞 紅花爾基;樟子松天然林;生物量

中圖分類號：S791.253 文獻標識碼：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.04.020

Biomass of Natural Pinus sylvestris var. mongolica stand in Honghuaerji Sandy Land

Zhang Xiaolin Sun Yajuan Wang Jiajun

（1.Hulun-Beir Honghuaerji Forestry Bureau，Hulun-Beir 021112，Inner Mongolia;2. Qiqihar Branch，Heilongjiang Academy of Forestry Sciences，Qiqihar 161005，Heilongjiang）

AbstractIn order to understand the biomass of natural Pinus sylvestris var. mongolica stand，the biomass of P. sylvestris var. mongolica of Honghuaerji were determined and analyzed，the results indicated that the leaf area index was between 4.3-5.2，which the highest value was 7.7 and the lowest value was 0.6736. Under the same age and canopy density，biomass per unit area increased with the increase of mean DBH. The ratio of aboveground biomass to underground biomass increased with age，ranging from 3.3 to 4.55，with an average of 3.92. The root biomass was 1/5 of the total biomass. The roots were mainly distributed in 0-15 cm soil layer，accounting for 62.788% of the total roots，and the roots accounted for 14% over 15-40 cm soil layer，and 23.78% below 40 cm. The highest aboveground net productivity was 2665.7 kg·hm·a and the lowest was 149.5 kg·hm·a. The maximum net productivity of total biomass was 2394.8 kg·hm·a. The ratio of leaf area to dry leaf mass decreased with age. The average moisture content of branches，leaves，stems and roots ranged from 51.766% to 55.35%，and average water content of 2-year cones was 76.366%.

Key wordsHonghuaerji;natural Pinus sylvestris var. mongolica stand;biomass

內蒙古自治區呼倫貝爾市紅花爾基沙地樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）林是我國最大的樟子松種子林基地。經過幾十年的發展，森林面積不斷擴大，每年為生產提供大量種子。為科學經營好樟子松林，達到最有效地利用光能、土地資源，提高產量，需要對樟子松生物量的生長規律，特別是樟子松的生長同結實的關系進行研究。通過建立有關生物量的數學模型，找出影響樟子松生長與結實的影響因子，并通過這些因子對樟子松生長及結實情況進行預測。

1 研究區概況

研究區位于紅花爾基林場施業區內。地理位置47°54′—48°54′ N，119°46′—120°30′ E，海拔600～900 m。屬半干旱的大陸性氣候，冬夏氣溫相差懸殊。冬季嚴寒干燥，多西北、西南風，且常受寒流侵襲。年平均氣溫為2.4 ℃，1月平均氣溫-28.3 ℃，絕對最低氣溫-49.3 ℃，冬季時間達8個月之久。全年積雪不多，僅11～16 mm。4月以后氣溫開始回升。7月平均氣溫20.8 ℃，極端最高氣溫達40.1 ℃。無霜期110 d。年平均降水量322.8 mm。年蒸發量1 403.8 mm，大于降水量的3倍。凡樟子松叢林所占據的沙包，全為干燥的沙土，即松林沙土，腐殖質含量較低，僅為1%左右，透水性大，持水性低。地形屬山地丘陵，相對高差低于300 m，坡度較小，過渡平緩。森林植被以樟子松為主，其次為白樺（Betula platyphylla）、山楊（Populus davidiana）。林下灌木主要有柳葉繡線菊（Spiraea salicifoliab）、野刺玫（Rosa davurica）、山丁子（Malus baccata）、柳（Salix spp.）類。草本植物有地?。–orydalis bungeana）、莎草（Cyperus rotundus）、細葉鳶尾（Iris tenuifolia）、寸草苔（Carex duriuscula）、唐松草（Thalictrum aquilegiifolium var. sibiricum）、白頭翁（Pulsatilla chinensis ）、羊草（Leymus chinensis）、委陵菜（Potentilla chinensis）。

2 研究方法

2.1 標準地選擇

2018年6月在樟子松林內選擇林相完整、郁閉度在0.5左右、結實良好、不受病蟲危害或危害較輕的地段作為標準地。標準地面積200～600 m。

2.2 林分因子測定

對所選標準地進行每木檢尺，利用加權平均法計算平均胸徑。按徑階測樹高，計算平均高。按照平均胸徑和平均高，以平均樹高±5%、平均胸徑±5%為標準，選擇標準木1株。測量標準木的樹高、胸徑。林分因子見表1。

常規生物量調查：將樹冠平均分為3層，在每層內取樣，并取一定量的葉進行面積測定，共取27個樣。

根系生物量調查：以根樁為中心，2 m為直徑，深1 m作為根量調查的范圍。將根系分3層取樣：第1層0～15 cm;第2層>15～40 cm;第3層>40～100 cm。將每層內的根按直徑大小分3級（特大根：>5.0 cm;大徑根：2.0～5.0;中徑根：<2.0 cm），稱取全部根的質量并分級取樣、標記，稱取樣品質量[1]。在105 ℃恒溫下烘干至恒質量，約8 h，稱取樣品質量，計算樣品的含水率[1]。

采用方差分析及數學模型擬合的方法[2]對生物量變化進行分析。

3 結果與分析

3.1 樟子松的葉面積指數

葉面積指數是指葉表面積與林地面積之比值。由表2可知，葉面積指數最小值為0.673 6，最大值為7.742 5，一般葉面積指數為4.3～5.2之間，表明天然林的變異性較大。最小值所對應凈生產量為4 558.3 kg·hm，最大值對應凈生產量為37 281.3 kg·hm，葉面積指數在4.3～5.2之間，對應生物量為15 537.9～23 924.0 kg·hm，表明葉面積指數越大，生物量也隨之增大。

3.2 樟子松不同年齡生物量及其變化趨勢

根據標準地林木年齡及其所對應的林分平均胸徑、樹高，計算各部分生物量。由表3可知，15～27年生的樟子松林分，其地上部分生物量隨年齡增長呈現上升的趨勢，其他干、枝、葉、果的生物量隨年齡增長也呈現上升的趨勢。

樟子松地上生物量與地下生物量之間的關系，可通過地上生物量與地下生物量比值及地下生物量與全部生物量的比值反映出來。

從表4可看出，地上生物量與地下生物量在14～23年范圍內最大比值為7.8，最低為3.3。除18年生比值7.80和23年生比值3.37兩個標準木外，其他標準木的比值差異不大，且隨著年齡增大而增大。這說明隨著年齡的增加，地上部分生物量的增加快于地下。比值的范圍在3.30～4.55之間，平均為3.92（兩個個別比值除外）。

根與全部生物量之比，有隨年齡增加的趨勢，最大值為0.229，最小值為0.114，平均為0.208，即根系大約是全部生物量的1/5。

3.3 樟子松根系按年齡變化在各層次的分布情況

從表5可看出，不同土壤層次樟子松根系生物量隨年齡變化無明顯規律性，0～15 cm平均為62.787%，>15～40 cm為14.00%，>40～100 cm為23.78%。這種分配結果可作如下解釋：0～15 cm是營養成分集中的層次，凝結水豐富，根的趨肥、趨水性導致這種分配。>15～40 cm營養少、含水率又低，而40 cm以下含水率又有所增加，因此，>40～100 cm土層根的分布量高于>15～40 cm主要是由于水分的變化引起。在沙地，樟子松根系由于營養與水分的變化常呈現層狀分布。

3.4 樟子松的生產力

樟子松林分凈初級生產力受溫度和降水的綜合影響，凈初級生產力與氣候因子的關系屬于溫度敏感型，在人工林條件下，生產力較高[3]。對標準地凈生產力進行測算，結果表明，第88-10號標準地地上平均凈生產力最高，為2 665.7 kg·hm·a。最低為88-5號標準地，地上平均凈生產力為149.5 kg·hm·a。從現有材料看，根系的最大凈生產力為518.8 kg·hm·a，最低為110.5 kg·hm·a。全部生物量最大凈生產力達2 394.8 kg·hm·a。

3.5 葉面積與葉干質量回歸式的建立及不同年齡全葉量的比較

本試驗共測9個株樣，將樹冠分為上、中、下3個層次，共27組數據，對統計到的數據以干質量（W）作自變量，葉面積（S）作因變量，以方程S=aW+b形式進行擬合，擬合結果為：S=5 597.302 W+22 901.501 3，相關系數為0.57。通過葉的質量就可以估算葉的表面積。

對88-9號標準木的葉按不同年齡進行測定，2～3年生10 g鮮葉測量結果見表6。由表6可見，同一株樹的2年生、3年生葉單葉平均長度及直徑都在增加。一束葉的表面積3年生為2年生的1.5倍。葉面積與葉干質量比隨年齡增加而下降。

3.6 樟子松不同器官含水率分析

將樟子松樣木分別以平坦、緩坡、高崗3種不同地形統計含水率，通過方差分析表明，樟子松各器官含水率在3種不同立地（地形）下差異不顯著，樟子松的不同器官的含水率有所差異，2年生球果的含水率和3年生球果的含水率差異顯著。枝、葉、樹干和樹根之間的含水率差異不顯著，但它們與2年生及3年生球果之間差異都顯著。從平均值看，樹體含水率在50%以上，而2年生球果在6月含水率為76.366%。

4 結論

4.1 在所調查地區樟子松葉面積指數一般為4.3～5.2，最高為7.7，最低為0.673 6。葉面積指數受單株冠幅、密度及單株葉面積的影響。冠幅越大，單株葉面積越大，密度越大，則葉面積指數越大。

4.2 樟子松林分生物量與林分平均樹高、胸徑呈正相關關系，通過擬合方程，可以估算林分的生物量;在15～27年內樟子松生物量呈現指數上升趨勢。樟子松地上生物量與地下生物量的比值隨年齡而增加，比值為3.30～4.55，平均為3.92;根系生物量是全部生物量的1/5。樟子松不同年齡階段結實量不同，一般隨著年齡增加而增加，林緣木單株結實良好。

4.3 樟子松的根系主要分布于0～15 cm的土層中，占全部根系的62.788%，>15～40 cm占14%，40 cm以下占23.78%。

4.4 地上平均凈生產力最高為2 665.7 kg·hm·a，最低為149.5 kg·hm·a。從現有材料看，根系的最大凈生產力為518.8 kg·hm·a，最低為110.5 kg·hm·a。全部生物量最大凈生產力達2 394.8 kg·hm·a。

4.5 一束葉的表面積，3年生為2年生的1.5倍。葉面積與葉干質量比2年生為102.10 cm·g，3年生為79.09 cm·g，隨年齡增加而下降。

4.6 樟子松的枝、葉、干、根各器官之間含水率無顯著差異，但都與2年生及3年生球果的含水率差異顯著。在14～27年內，不同年齡的各器官含水率差異不顯著。

參考文獻：

[1] 趙清峰，孔慧清，關麗鵬.淺議森林生物量的測定方法[J].防護林科技，2013（10）：86-87

[2] 孟憲宇.測樹學[M].3版.北京：中國林業出版社，2006

[3]? 曹恭祥，王云霓，季蒙，等.呼倫貝爾沙地樟子松林凈初級生產力對氣候變化的響應[J].生態學報，2021（13）：5352-5359