黃土區(qū)刺槐人工林群落生物量結(jié)構(gòu)特征

黃土區(qū)刺槐人工林群落生物量結(jié)構(gòu)特征

森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)中有機物質(zhì)的總量，反映了群落的健康狀況以及水養(yǎng)分的利用效率，在森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量循環(huán)的研究中發(fā)揮著重要作用。黃土區(qū)是我國乃至全球生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一,近年來開展的生態(tài)建設(shè)和退耕還林工程極大的改善了該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。刺槐(Robiniapseudoacacia)作為該區(qū)的主要造林樹種,其適應(yīng)性強、耐干旱瘠薄,生態(tài)經(jīng)濟價值高,對改善這一地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境、防止水土流失、調(diào)節(jié)水文狀況具有重要作用。許多研究表明,人工刺槐林可通過次生演替恢復(fù)土壤特性和維持土壤肥力本文以黃土區(qū)不同立地條件人工刺槐林群落為研究對象,采用樣地調(diào)查與標(biāo)準(zhǔn)木實測法,旨在揭示該區(qū)刺槐群落生長與生物量結(jié)構(gòu)的變化過程,為評價刺槐林生態(tài)系統(tǒng)能量利用率和養(yǎng)分循環(huán)以及為森林的多途徑利用提供數(shù)據(jù),為黃土高原和同類型區(qū)退耕還林和森林固碳潛力研究提供科學(xué)依據(jù)。1蘇集山東下統(tǒng)地區(qū)試驗區(qū)位于陜西長武縣、旬邑縣和甘肅涇川縣。海拔1040~1350m,平均氣溫9.7℃,晝夜溫差11.7℃,極端最低氣溫-24.3℃,極端最高氣溫36.3℃,≥10℃活動積溫2955.8℃,年均降水量561mm,無霜期180d,屬典型的大陸性暖溫帶半干旱氣候。地理位置比較特殊,區(qū)位優(yōu)勢相對明顯。刺槐林分布概況及齡級劃分見表1。2學(xué)習(xí)方法2.1調(diào)查樣地的設(shè)置和調(diào)查測定于2010年6月開展野外調(diào)查,樣地選擇根據(jù)地方林業(yè)部門提供的人工刺槐林分布區(qū)域面積、造林年限、造林方式和生長狀況,并結(jié)合國家林業(yè)局二類清查資料,分別在每個研究區(qū)內(nèi)選擇立地條件、坡位、坡度、密度和海拔基本一致的類型,設(shè)立3個固定典型樣地,樣地面積20m×50m,每一樣地分為10m×10m的樣方10個,然后每木檢尺進(jìn)行胸徑、樹高、冠幅等調(diào)查測定。同時,在樣地內(nèi)每4cm為一個徑級,從8cm開始,每個徑級選定3株標(biāo)準(zhǔn)木,共選標(biāo)準(zhǔn)木78株,測定胸徑(D)、樹高(H)、枝下高、冠幅及其周圍生境。同時,對應(yīng)喬木樣地調(diào)查測定林下灌木、草本和枯枝落物的生物量。2.2生物量測定在生物量的調(diào)查測定過程中,為了避免測定對樣地的破壞,測定順序為:枯枝落物層→草本層→灌木層→喬木層。2.2.1干質(zhì)量測定結(jié)合疏林工程和森林間伐撫育標(biāo)準(zhǔn),對選擇的標(biāo)準(zhǔn)木于2010年8月間伐后,進(jìn)行解析,測定其各器官(樹干、枝、葉、果和根系等)的鮮質(zhì)量,并通過取樣(取樣質(zhì)量0.5kg)烘干換算干質(zhì)量,測定其各器官(樹干、枝、葉、果和根系等)的生物量。其中,樹干生物量分上、中、下3段取樣;樹枝生物量根據(jù)其直徑大小,分成<5cm、5~20cm和>20cm3類取樣;樹葉和果實生物量采用全株收獲法;根系生物量采用全挖法劃分為直徑<2cm、2~5cm和>5cm(包括根樁)的3類進(jìn)行取樣。將3個研究區(qū)標(biāo)準(zhǔn)木各器官生物量分別與測樹因子項(胸徑(D),樹高(H)和胸徑的平方乘以樹高(D按下式計算不同徑級單株總生物量:W2.2.2灌木生物量測定在對應(yīng)刺槐喬木樣地選擇灌木樣地,設(shè)置樣方面積為2m×2m,重復(fù)3次,記錄灌木密度(株/hm2.2.3測定草本生物量在對應(yīng)的刺槐喬木樣地,設(shè)置草本樣方面積為1m×1m,重復(fù)3次,記錄草本密度(株/m2.2.4cm,重復(fù)與測定在刺槐喬木林樣地內(nèi)采用樣線法每5m選擇一個樣方,樣方面積20cm×20cm,重復(fù)6次。首先測定其厚度,收集樣方內(nèi)的全部枯枝落物并稱質(zhì)量,然后取樣0.5kg,不足0.5kg的全部帶回室內(nèi),在(65±5)℃烘干后分別測定其生物量干質(zhì)量。2.3數(shù)據(jù)分析采用SPSS16.0進(jìn)行統(tǒng)計分析,多重比較采用LSD法,生物量的模擬采用曲線估計得到最優(yōu)模型。3結(jié)果與分析3.1喬木層的生物量3.1.1喬木層生物量模型建立30年撂荒地、35年坡耕地、30年荒坡地林分密度分別為1050株/hm黃土區(qū)不同立地條件下刺槐林單株生物量與D根據(jù)單株生物量的回歸模型和實測胸徑、樹高,可以計算調(diào)查樣地的喬木層生物量。3個研究區(qū)單株生物量的結(jié)構(gòu)變化總體趨勢是樹干>樹根和樹枝>樹葉和果實,同時,隨著徑級的增大,各器官的生物量均呈增長趨勢(表3)。坡耕地<4cm徑級刺槐的單株生物量最小,僅為8.48kg/株,而荒坡地在其他各徑級中均占有最高的單株生物量。3.1.2不同研究區(qū)槐樹林喬木層的單位面積生物量由表4所知,撂荒地刺槐群落喬木層的生物量為115.70t/hm3.2pium(藥物)各研究區(qū)刺槐林下灌木物種以白刺花(Sophoradavidii)、杠柳(Periplocasepium)、黃刺玫(Rosaxanthina)、沙棘(Hippophaerhamnoides)、陜西繡線菊(Spiraeawilsonii)和野枸杞(Lyciumchinense)等為主。從表5的刺槐林下灌木層數(shù)量特征可知,刺槐群落林下灌木的密度小(0.95~1.11株/m3.3林牧草層物種組成在刺槐群落的組成中,草本層也是重要的組成部分。從表6可以看出,刺槐林草本層的組成多以雜類草為主,無明顯的建群種,而多數(shù)以禾本科(Gramineae)、雜類草和蒿屬(Artemisia)植物占據(jù)優(yōu)勢,牧草品質(zhì)差,物種組成較為單一(8.86~14.00種/m3.4熔封土為荒坡地,耕耕地為荒坡地不同研究區(qū)刺槐林下枯落物厚度差異較大,撂荒地為3.02cm,坡耕地為2.89cm,荒坡地為1.99cm。伴隨厚度的變化,3個研究區(qū)枯枝落物的生物量也依次減少,分別為0.529、0.463和0.306kg/m3.5全球工林生物量趨勢摸清黃土區(qū)不同立地條件下生長的刺槐林群落生物量結(jié)構(gòu)變化,掌握人工林生物量變化趨勢,可以為全球人工林碳匯/源的研究提供科學(xué)依據(jù)。在3種立地條件下,刺槐群落總生物量變化,撂荒地為146.58t/hm其中,撂荒地刺槐群落密度為1050株/hm4討論和結(jié)論4.1森林群落生物量結(jié)構(gòu)調(diào)查本文研究刺槐林不同立地條件、造林密度、生長年限與生物量的變化動態(tài),可為林分的合理采伐與自然更新提供科學(xué)依據(jù)。從表8看出,在黃土區(qū)對刺槐林分喬木層生物量的已有研究報道,均低于本研究的結(jié)果,除立地條件、密度和林齡的不同外,主要在測定方法上存在較大的區(qū)別,以往的研究多以估算和預(yù)測的方法為主,往往低估了刺槐林群落的生物量而本試驗采用實測的方法測定,雖然費工費時,而且對林分也有一定破壞,但實測能較為全面的反映林分的生長狀況。在森林群落生物量結(jié)構(gòu)中喬木層樹干為生物量的主要部分,其年生物產(chǎn)量隨著光合器官的生物量增加而增加。本研究中,荒坡地的林分密度最大(1410株/hm在刺槐群落結(jié)構(gòu)中灌木是重要的組成部分,灌木的分布與生長對林分具有重要的促進(jìn)作用,不僅可以調(diào)節(jié)林分生長空間的溫度和濕度,還可增加林地枯落物,促進(jìn)森林碳積累與轉(zhuǎn)化,灌木根系與喬木根系鑲嵌分布,既可補充土壤有機質(zhì),又可固結(jié)土壤防止坡面沖刷,起到重要的水土保持作用。因此,摸清撂荒地刺槐林下灌木不同器官生物量的結(jié)構(gòu)變化具有重要意義。長期以來林下植被的生物量處于次要地位較少受到重視采用合理的造林密度與撫育管理,是加速刺槐人工林自然更新的重要措施。尤其對刺槐林地土壤采用人為強烈擾動,可促進(jìn)刺槐的根蘗繁殖4.2密度對刺槐人工林群落生長的影響綜合該區(qū)刺槐林生長的不同立地條件、徑級結(jié)構(gòu)和高度及林下植被變化特征,可以判斷在黃土區(qū)