长白山露水河林区乔木层生物量及生产力研究

王 亮， 彭琦云， 耿少波

(1.交通运输部 公路科学研究所, 北京 100088； 2.中国电力工程顾问集团 东北电力设计院有限公司, 长春 130021)



长白山露水河林区乔木层生物量及生产力研究

王 亮1， 彭琦云1， 耿少波2

(1.交通运输部 公路科学研究所, 北京 100088； 2.中国电力工程顾问集团 东北电力设计院有限公司, 长春 130021)

基于长白山露水河林区2003年和2013年两次森林资源规划设计调查中固定样地资料，利用相对生长法，对长白山露水河林区各林分类型的乔木层生物量和生产力进行了研究，结果表明：长白山露水河林区各林分类型乔木层生物量平均为175.07 t/hm2，其中天然林平均乔木层生物量要高于人工林。天然林中针叶树种和慢阔类树种积累生物量的能力较强，而人工林中以人工红松林的乔木层生物量最高。半数以上林分类型随着林龄的增长，乔木层生物量逐步升高；其他林分类型变化趋势不一。长白山露水河林区各林分类型的乔木层生产力平均5.00 t/(hm2·a)，总体看来，人工林的生产力比天然林高。人工林中乔木层生产力最高的是人工红松林，这与人为抚育有关，而天然林中以针叶混交林乔木层生产力最高。

生物量; 生产力; 林分类型; 林龄

生物量和生产力分别是生态系统积累的有机质总量和能力，是维系生态系统正常运转的能量基础和物质来源[1]。生物量的测算方法主要有相对生长法和收获法，以相对生长法应用比较广泛；而生产力的测算方法主要有树干解析法、相对生长法、比值法和气体交换法，以前两种方法应用较多[1-3]。国内对生物量和乔木层生产力的研究很多[2-9]，但是运用森林资源规划设计调查固定样地数据，对全局所有林分类型不同林龄的乔木层生物量和生产力进行的研究尚未见于报道。

长白山林区的生物量和生产力在我国森林总生物量和生产力的构成中占重要地位[10]。但是近四十年来频繁的森林经营活动(包括种子园经营、育苗、造林、修路、取土、施肥和病虫害防治、林参间作、林蛙养殖及森林旅游等)和采伐利用，对该区的原始阔叶红松林破坏严重，目前仅保存有少部分原始阔叶红松林，大部分林地被天然次生林所代替。森林经营活动对森林的生物量和生产力产生了巨大影响[11-12]。为明确目前长白山林区各林分类型乔木层生物量和生产力状况，本研究选取长白山林区具有代表性的长白山露水河林区，采用相对生长法，利用两期森林资源规划设计调查中固定样地资料，以及文献中关于该地区各主要树种的乔木层生物量模型，对长白山露水河林区所有林分类型不同林龄的乔木层生物量和生产力进行研究，以确定各林分类型的乔木层生物量和生产力，以及各自随林龄的变化趋势，为将来合理的进行森林经营提供参考。林龄的划分按照《吉林省森林资源规划设计调查技术细则(2013年)》。

1　研究区概况

长白山露水河林区(42°24′—42°49′N,127°29′—128°02′E)位于吉林省抚松县境内，总经营面积121 295 km2。全局总坡向为西北向，降水多集中在7—8月，年降水量800～1 040 mm。年平均气温11.5℃，最高气温32.2℃，最低气温-44.1℃，≥10℃年积温2 200℃，海拔700～1 000 m，土壤为山地暗棕色森林土，土壤剖面发育明显，平均深度50 cm。研究区属温带大陆性气候，冬夏风向更替明显。地带性植被为阔叶红松林，林木高大茂密，郁闭度高，层次明显，结构复杂。长白山露水河林区共区划为8个林场，主要从事木材和锯材生产。1970年开始森林采伐，经营历史较短，经营措施记录清晰，迄今为止，既有未受干扰保护完好的原始阔叶红松林，又有受不同强度采伐，经不同恢复时间而形成的各种次生林。

2　研究数据与方法

本文利用相对生长法求算长白山露水河林区乔木层生物量和生产力。

数据主要来长白山露水河林区分别于2003年和2013年森林资源规划设计调查中固定样地资料。本研究共收集有效固定样地1 116块，剔除异常标准地(包括采伐过量、新建样地等)，实际用于长白山露水河林区林分类型乔木层生物量和乔木层生产力计算的标准地共计964块。

长白山露水河林区属于长白山林区，该地区的生物量模型很多，利用现有的生物量模型作为长白山露水河林区林木的生物量模型[13-17]。其中地下生物量的测定是一个难点。可根据每一树种的地上生物量(T)与地下生物量(R)之比，记作T/R。根据T/R，由地上生物量求算地下生物量。对于红松(Pinuskoraiensis)、色树(AcermonoMaxim)、椴树(Tiliatuan)、柞树(Quercuspalustris)、水曲柳(Fraxinusmandschurica)等应用徐振帮等[13]关于长白山阔叶红松林几种主要树种的生物量比进行推算：各树种T/R如下：红松为31∶10，色树为62.3∶10，椴树为42.5∶10，柞树R为45.5∶10，水曲柳为58.8∶10。对于榆树(UlmuspumilaL.)、樟子松(Pinussylvestnisvar)、落叶松(Larixgmelinii)、云杉(Piceaasperata)、枫桦(BetulacostataTrautv.)、臭松(Abiesnephrolepis)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、黄菠萝(PhellodendronamurenseRupr.)等树根生物量通过查阅相关资料[13-17]获得。各树种生物量回归方程见表1：

3　结果与分析

3.1长白山露水河林区不同林分类型乔木层生物量

长白山露水河林区各林分类型乔木层生物量在58.77～319.17 t/hm2，平均175.07 t/hm2，这与其他学者[1,12,14,18]所得结果相吻合(表2)。总体看来，天然林平均乔木层生物量(200.03 t/hm2)要高于人工林平均乔木层生物量(136.49 t/hm2)，主要是因为人工林林龄要低于天然林林龄，虽然人工林乔木层生产力比天然林高(见表3)，但是人工林乔木层生物量积累的时间不够，所以总乔木层生物量要低于天然林。天然林中云杉林和针叶混交林乔木层生物量最高，柞树林和枫桦林次之，说明天然林中针叶树种和慢阔类树种积累乔木层生物量的能力较强。而人工林中以人工红松林的乔木层生物量最高，且比红松天然林乔木层生物量要高。这与当地对人工红松林的人为抚育有关，通过实地调查发现，红松作为当地主要经济树种(主要为出产松籽)，人为干扰强烈，林下几乎没有灌草，林木极少被采伐，这对林地红松林乔木层生物量的积累有促进作用。

不同林分类型随林龄的增长，其乔木层生物量变化趋势也不相同。从图1A中可以看出，白桦林、胡桃楸林、落叶松林、云杉林、针阔混交林、阔叶混交林、水曲柳林、柞树林、人工针阔混交林和人工落叶松林等随着林龄的增长，乔木层生物量逐步升高。其中，云杉林乔木层生物量随着林龄的增长上升的幅度最大，表现出良好的乔木层生物量积累能力。其他林分类型生物量随林龄的增长，变化趋势不一。观察图1B可以发现：针叶混交林随着林龄的增长，乔木层生物量反而逐渐降低，通过实地调查我们认为这与采伐和盗采活动有关，采伐严重影响了针叶混交林乔木层生物量的积累；红松林乔木层生物量表现为先降低再逐步升高的现象，红松幼龄林内林木密度较大，经过红松的自疏作用，红松中林龄乔木层生物量急剧下降，随后稳步上升，所以，红松中龄林的乔木密度可以作为红松合理植苗的依据。椴树林、杨树林、人工杨树林、人工阔叶混交林乔木层生物量随林龄变化趋势没有一定规律，这与当地的采伐活动有关。榆树林从成熟林到过熟林，乔木层生物量有所下降，与榆树过熟林林木过多枯死有关。

表1　各树种生物量回归方程

表2　长白山露水河林区各林分类型乔木层生物量

3.2长白山露水河林区不同林分类型乔木层生产力

长白山露水河林区各林分类型乔木层生产力在1.84～14.32 t/(hm2·a)，平均5.00 t/(hm2·a)，这与其他研究所得结果[1,12-13,18-22]吻合。从表3可以看出，人工林的乔木层生产力(6.23 t/(hm2·a))比天然林(4.21 t/(hm2·a))高，但是由于人工林林龄较短，所以其乔木层生物量比天然林要低(表2)。人工林中乔木层生产力最高的是人工红松林，这与人为抚育有关，其次是人工云杉林，说明云杉较为适宜在当地生长，从固碳释氧方面来讲，当地人工林栽植云杉较合适。而天然林中以针叶混交林乔木层生产力最高，所以当地较适合针叶树种的生长。而白桦林的乔木层生产力无论是人工林还是天然林都仅次于针叶林，也是当地进行固碳释氧造林的优良树种，另外，白桦还可作为先锋树种，可以在受严重干扰立地条件下较好的生长，作为林分进一步演替的能量基础和物质来源。榆树林的乔木层生产力最低，在长白山露水河林区，榆树林仅存在两个林龄，分别是成熟林和过熟林，其乔木层生产力分别是2.75 t/(hm2·a)和0.93 t/(hm2·a)，过熟林尤为低，说明榆树过熟林的固碳释氧能力较弱，只有较低的生产能力。

图1　不同林分类型乔木层生物量随林龄变化趋势表3　长白山露水河林区各林分类型乔木层生产力

林分类型乔木层生产力/(t·hm-2·a-1)林分类型乔木层生产力/(t·hm-2·a-1)榆树林1.84人工胡桃楸林4.76落叶松林2.75针阔混交林4.80水曲柳林2.94柞树林4.88其他阔叶林3.03云杉林5.32椴树林3.20臭松林5.40人工水曲柳林3.24人工落叶松林5.48红松林3.53人工阔叶混交林5.53人工樟子松林3.89白桦林5.93枫桦林4.03人工针阔混交林5.99杨树林4.03针叶混交林6.48色树林4.17人工白桦林6.86人工针叶混交林4.19人工云杉林9.83人工杨树林4.45人工红松林14.32胡桃楸林4.61平均5.00阔叶混交林4.66

长白山露水河林区东与白河林区相邻，两个林业局环境条件和采伐程度基本一致，郭志伟于2003年运用材积元法对白河林区各林分类型的生产力进行了估算，估算结果为2.45 t/(hm2·a)，与本研究结果[5.0 t/(hm2·a)]相比，材积源法对生产力的估计偏低，与本文用相对生长法计算的结果偏低约50%。

从表4可以看出：各林分类型不同林龄乔木层生产力变化趋势没有一定规律，每种林分类型固有的生长模式是一方面的原因，另外，采伐活动也对其乔木层生产力造成了一定影响[12,23]。各林分类型乔木层生产力随林龄的变化趋势中，仅柞树林、人工落叶松林和人工针阔混交林的生产力是随林龄增长逐步上升；白桦林的幼龄林和近熟林具有较高的生产力，成熟林较低，随着林龄的升高，生产力有所降低；椴树林近熟林生产力较高，成熟林最低，过熟林有所提高，这是因为椴树过熟林林隙较大，有利于其他树种的生长，所以其生产力较成熟林开始升高；红松林成熟林生产力最高，中龄林最低；胡桃楸林和阔叶混交林生产力变化趋势不明显；落叶松林、榆树林和水曲柳林林龄发育不完整，仅有两个林龄，各自生产力都较低；杨树林中龄林生产力最高，其他林龄生产力变化不大；云杉林中成熟林拥有极高的生产力，高达9.77 t/(hm2·a)，高出平均水平约一倍，其他林龄均低于平均水平，其中幼龄林生产力最低；针阔混交林生产力变化趋势也不明显，中龄林稍高于其他林龄；针叶混交林四个林龄生产力都较高，其中幼龄林最高，为8.18 t/(hm2·a)，远高于平均水平；人工阔叶混交林中除了中龄林生产力低于平均水平外，其他林龄生产力均高于平局水平，且变化趋势不明显，其中近熟林生产力较高；人工杨树林各林龄中成熟林生产力较高，幼龄林最低。

表4　各林分类型乔木层生产力随林龄变化趋势　t/(hm2·a)

4　结 论

森林资源规划设计调查固定样地数据详实可靠，对其有效利用可以产生事半功倍的效果。目前，利用其数据对研究区生物量和生产力进行详尽论述的研究并不多见。本研究的长白山露水河林区各林分类型乔木层生物量在58.77～319.17 t/hm2，平均175.07 t/hm2。与其他研究结果相比较，例如徐振邦对长白山地区林龄为100～200 a之间阔叶红松林的生物量研究结果为199.9～370.2 t/hm2，姜萍利用长白山阔叶红松林25 hm2大样地得出的结果294.8 t/hm2，与本文中混交林在该年龄段的生物量数据相近。说明利用森林资源规划设计调查固定样地数据对林分生物量的估算值较为真实可靠，

本文研究还发现天然林平均乔木层生物量(200.03 t/hm2)要高于人工林平均乔木层生物量(136.49 t/hm2)。另外，不同林分类型随林龄的增长，其乔木层生物量变化趋势也不相同。半数林分类型随着林龄的增长，乔木层生物量逐步升高；其他林分类型变化趋势不一。长白山露水河林区各林分类型的乔木层生产力在1.84～14.32 t/(hm2·a)，平均5.00 t/(hm2·a)。也与徐振邦对长白山地区林龄为100～200a阔叶红松林研究得出生产力(6.59 t/(hm2·a))相近，说明该方法的准确性较高。生产力的研究一直备受关注，目前，森林生物多样性等与生产力之间关系的研究[24]也是热点之一。各地区森林资源规划设计调查固定样地数据都已积累多年，这对林分生产力的研究是极好的资源。

本研究还发现，人工林的乔木层生产力(6.23 t/(hm2·a))比天然林(4.21 t/(hm2·a))高。另外，本文与郭志伟运用材积源法得到的结果进行比较，发现材积源法对生产力的估计偏低，比本文用相对生长法计算的结果偏低约50%。

总之，对森林资源规划设计调查固定样地数据的有效利用，一方面减少了科研的工作量；另一方面可以更大程度的发挥该数据的价值，建议在以后的科研中能引起足够的重视。

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Study on Tree Layer Biomass and Productivity in Forest in Lushihe Forest Bureau of Changbai Mountains

WANG Liang1， PENG Qiyun1， GEN Shaobo2

(1.ResearchInstituteofHighway,MinistryofTransport,Beijing100088,China; 2.ChinaPowerEngineeringConsulting(Group)CorporationNortheastElectricPowerDesignInstitute,Changchun130021,China)

Based on the forest management inventories in Lushihe Forest Bureau of Changbai Mountains in 2003 and 2013, and by using relative growth method, we analyzed the biomass and productivity of various forest types in Lushihe Forest Bureau. The results showed that the average of biomass was 175.07 t/hm2, and the natural forest biomass was higher than the plantations. Conifer species and the slow accumulation of broad tree species in natural forest have strong capabilities to yield biomass, while biomass of artificial Korean pine forest is the highest, which is on the red pine plantation. With the growth of different types of forest age of stand, biomass trend was different. With age increase of more than half of the growth forest types, biomass gradually increased; other forest types changed irregularly. Average productivity of all forest types in Lushihe Forest Bureau was 5.00 t/(hm2·a), and the natural forest biomass was lower than the plantations. The most productive plantation is artificial Korean pine forest, which is related to nursing, while the productivity of natural coniferous forest is the highest.

biomass; productivity; forest age; stand type

2015-07-02

2015-07-16

交通运输部应用基础研究项目“黄土地区公路边坡绿地条件对绿化植被生长及演替的影响机理研究”(2013319223200)

王亮(1985—),男,辽宁阜新人,硕士,工程师,主要从事水土保持、工程绿化、生态环境等领域的科研工作。E-mail：liushao9901@163.com

S718.55+6

A

1005-3409(2016)04-0277-05