洞庭湖区短轮伐期杨树人工林生物量调查

王海风， 肖兴翠， 付 洁， 彭立新， 龚细娟，3

(1.湖南泰格林纸集团 茂源林业有限责任公司， 湖南 岳阳 414002； 2.四川省林业科学研究院， 四川 成都 610081；3.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

洞庭湖区短轮伐期杨树人工林生物量调查

王海风1， 肖兴翠2， 付 洁1， 彭立新1， 龚细娟1，3

(1.湖南泰格林纸集团 茂源林业有限责任公司， 湖南 岳阳 414002； 2.四川省林业科学研究院， 四川 成都 610081；3.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

为实现杨树人工林的分类经营，提高杨树人工林的经济效益，采用标准木法对洞庭湖区杨树人工林中不同径阶林木生物量进行了测定。结果表明：7年生杨树人工林的径阶集中分布在14～20 cm。不同径阶杨树单株不同器官生物量均遵循树干>树枝>树根(含桩)>树皮>树叶的分配规律；随着径阶的增长，树干在单株、林分内所占的比例均呈增长趋势；小于5 cm的主干、树枝和根的生物量与地上部分的胸径和树高均成幂函数关系，相关系数分别为0.839 4、0.940 5和0.994 7。

杨树； 人工林； 径阶； 生物量； 分布规律

杨树(Populus)具有分布广泛[1-3]、适应性强、生长迅速且用途广、经济效益高等特点，是用材林、防护林和“四旁”(宅旁、村旁、路旁、河旁)绿化的主要树种，是世界上最有利用价值的树种之一[4-8]。以往，杨树采伐剩余物都被抛弃。随着科技的发展和杨树生产工艺的不断改进，其木材的加工利用分得更细。其中小头直径大于12 cm的木材用作旋切材，8～12 cm的木材作为纸浆材，5～8 cm的木材作为枝桠材；直径小于5 cm的梢头、树枝和树根则可以用作生物质能源材料。作者研究了洞庭湖区杨树人工林不同径阶的生物量，可为杨树分类经营、采伐剩余物的充分利用以及总体经营效益的提高提供依据。

1 试验区概况

试验地位于常德市澧县七里湖。该区气候属于南亚热带向北亚热带过度的季风湿润气候，年均气温16.5 ℃，年均降雨量1 447.9 mm，年均湿度82%。试验地属于河湖冲击岛屿，土壤为河湖冲积物形成的潮土，pH值8.0～8.5，土层厚度1 m以上，土壤较为肥沃。造林时间为2005年3月，株行距为3 m×4 m(即833株/hm2)，采用钢钎打孔扦插方法，扦插深度为70 cm。杨树品种为鲁山杨，造林用苗为2年根1年杆无根苗，苗高≥4 m，地径≥3 cm。调查时间是2012年7月，树龄7年。

2 研究方法

采用标准木法对杨树人工林的单株和林分生物量进行测定。

2.1地上部分生物量的调查

分别选取径阶为6、8、10、12、14、16、18、20、22、24 cm的标准木各3株，伐倒后实测树高及胸径，以2 m为区分段进行分层切割，分别测定径阶为6、8、10、12、14、16、18、20、22、24 cm各段的树干、树枝、树皮、树叶的鲜质量，并分别取混合样200 g(树干、树皮的取样方法均是分别在每1段取200 g，再进行均匀混合，然后四分法取样；树枝的取样方法是从树冠的4个方向分别取粗细树枝各200 g，再分段混合均匀，随机取样；树叶的取样方法是在混合均匀的树叶堆里取样800 g，再采取四分法取样)带回实验室，置于105 ℃恒温箱内烘干至恒质量，计算含水率及各器官的干质量。

2.2根系调查

地下部分采用全挖法[3-4]，以树桩为中心，向外挖1个半径为2 m宽的圆形剖面，然后将根系及泥土一起挖出，拣出所有根系并清理干净泥土后称量树根鲜质量。取大小根系混合样200 g，带回实验室，置于105 ℃恒温箱内烘干至恒质量，计算含水率及干质量。

2.3数据分析

以小于5 cm的主干、树枝及树根鲜质量与林木的树高、胸径测定值进行回归分析[9]，建立回归模型：

W=a(D2H)b[10-12]。

式中：W——小于5 cm的主干、树枝或根系鲜质量(kg/株)，

D——胸径(m)，

H——树高(m)。

模型拟合采用SAS(Statistial Analysis Sys-tem)软件的REG过程[13]。利用鲜质量数据和相对生长模型W=a(D2H)b对标准木实测数据进行拟合得出单株各组分的回归方程，并对各器官的生物量与根系生物量的比例进行比较。

3 结果与分析

3.1杨树林分径阶分布及林分与不同径阶林木单株树干鲜质量

不同径阶杨树树干不同规格树干鲜质量及其分布见表1。

从表1中可以看出：7年生杨树人工林的径阶分布集中在14～20 cm，该类径阶林木的株数占林木总株数的72.63%。杨树林分中，小头直径大于12 cm的树干鲜质量最大，为77.61 t/hm2，占树干总鲜质量的66.48%；其次是8～12 cm的，为24.69 t/hm2，占21.15%；5～7 cm及小于5 cm的最小，合计为14.43 t/hm2，合计占12.36%。由于不同径阶的木材价格不同，可根据市场需求，进行分类经营，将大于12 cm的木材作为旋切材出售，8～12 cm的木材作为纸浆材销售，而对于5～7 cm及小于5 cm的干材、梢头、树枝可打成片作为生物质材料出售，以提高杨树木材的利用率及经济效益。

3.2不同径阶杨树单株生物量及其分配

不同径阶杨树单株生物量分配见表2。

由表2可见：7年生杨树人工林中不同径阶杨树各器官的生物量均以树干占单株总生物量的比例最大，占49.12%～74.83%，说明单株生物量的积累主要是树干生物量的积累；其次是树枝的，占8.42%～23.20%；树根的占9.73%～16.72%；树叶生物量所占比例最小，仅为0.87%～4.41%。其生物量分配规律是：树干>树枝>树根(含桩)>树皮 >树叶。随着径阶的增长，树干在杨树单株生物量中所占的比例也大致呈增长趋势。随着科学的发展和杨树加工工艺水平的提高，现在林分内小于5 cm的主干、枝梢以及树根都可以加以利用，这3项的生物量合计约占林分总生物量的30%。从表2还可以看出，10个不同径阶的杨树根系生物量占林分总生物量的11.83%；各个径阶平均单株根系生物量不同，占单株生物量的9.73%～16.72%，随着径阶的增大，单株根系生物量迅速增加。根桩和粗根生物量是根系生物量的主要组成部分，占根系生物量的87%以上。

表1 杨树林分径阶分布及林分与不同径阶林木单株树干鲜质量Tab1 Thediameterdistributionofdifferentsizeorderpopulustreeandtimberfreshweightofforeststandanddifferentspecificationanditsdistribution径阶(cm)林分中分布株数(株/hm2)单株树干鲜质量(kg/株)林分树干鲜质量(t/hm2)>12cm8～12cm5～7cm<5cm合计>12cm8～12cm5～7cm<5cm合计24113138331832351973499834503500300238522142468336173922422893334605100500340520106179752800900325220001905297095034233218189136003525925310183602570666175059347016201101003250218581516350203065343916432861410942153635145027595754593961580301044124722332783101714761801051310480072901092233312332473813215113023351847543101741519750260480200936176983401038012006018合计77612469109634711674

表2 不同径阶杨树单株各器官平均生物量Tab2 Theaveragebiomassofeachorganallocationofdifferentsizeorderpopulusperplant径阶(cm)树高(m)树干树枝树叶树皮树根干质量(kg)比例(%)干质量(kg)比例(%)干质量(kg)比例(%)干质量(kg)比例(%)干质量(kg)比例(%)单株总干质量(kg)242201371472489491796226119948501223811831892222215113357483842127624216082254214749731514820197750859441686213036328788870317431380126321819673246353131015105084419167951269110111527161715854623913201239282301848903116112379384141603531594917551041189318521878653110059351213921576314154552803008730990439311513417101171234599213652810542631607783301602206081106995974129215102420310186019616711170678347491223201640111510679451181672707平均537066381251101219323855869095711838090 注：表中“比例”指占单株总质量的比例。

3.3不同径阶杨树生物量的结构特征

生物量结构特征是指林木或林分各组分质量之间或各组分质量与总生物产量以及它们与林地面积的比值[14]。包括：

A=W枝/W叶；

B=(W枝+W叶)/W总；

C=W叶/W总；

D=W干/W地上部分。

式中：W枝、W叶、W干分别为树枝、树叶和树干各器官的生物量；W地上部分为树地上部分各器官的生物量之和；W总为全树所有器官的生物量之和；A为枝叶比；B为枝叶指数；C为光合器官与非光合器官比值；D为干材与地上部分生物量比值。

7年生不同径阶杨树生物量结构特征见表3。由表3可见，不同径阶的杨树枝叶比变化较大，当径阶为6 cm和12 cm时，其枝叶比分别达到16.72和16.88，随着径阶的变化变化较大，自然整枝的程度也较高。干材与地上部分生物量的比值(D)呈现随径阶的增大而增大的趋势。

表3 7年生不同径阶杨树人工林生物量结构特征Tab3 Thebiomassstructurecharacteristicsindifferentsizeorderofseven⁃year⁃oldpopulusplantation径阶(cm)ABCD24743011001082225260100020832079901900207018296018004071164400160030711455502100306712168801600107110506016003072894401800206961672026001058

3.4不同径阶杨树根系生物量与地上部分生物量的相关比

根系是树木从土壤中吸取养分和水分的重要器官，并为林木的地上部分提供固定和支撑作用[15]。根量的多少直接影响到地上部分的生长发育，而地上部分又为根系的生长发育提供有机营养物质和能量，两者之间相互影响又相互联系。地上部分各器官(干、枝、皮、叶)的生物量与树根生物量的相关比见表4[10，16]。由表4可以看出：随着径阶的增大，杨树生物量干根比呈增大趋势；枝根比在径阶为14时达到最大，为1.60，可能是由于密度以及自然整枝等原因所致。

表4 不同径阶地上各器官生物量与地下器官(树根)生物量的相关比Tab4 Comparisononbiomassofdifferentorgansanddif⁃ferentdiameterundergroundorgan径阶(cm)树高(m)干根比枝根比皮根比叶根比24220613080042010222157690870560162019743112205102118196577119072040161715041070730241416054116008002912139549134079007101173740850490168110357077051012678294139057009平均501111061018

对不同径阶杨树单株小于5 cm的主干、树枝及树根与其树高、胸径因子D2H进行回归分析，得出相应的回归方程，结果见表5。

表5 小于5cm的主干、树枝及树根生物量与树高和胸径的回归方程Tab5 Theregressionequationsofbiomassandtreeheightanddiameteratbreastheightoflessthan5cmofmainstem，branchandrootbiomass因子回归方程样本数相关系数R小于5cm的主干W=35493(D2H)01443 1008394树枝W=446230(D2H)075271009405树根W=669180(D2H)081571009947

从表5可以看出，小于5 cm的主干、树枝及树根的生物量与胸径和树高均呈幂函数关系，其相关系数分别为0.839 4、0.940 5和0.994 7。根据回归方程可以有效地计算出杨树各器官的生物量，以为生产实际提供依据。

4 结论与讨论

(1)7年生杨树人工林单株各器官生物量分配规律是：树干>树枝>树根(含桩)>树皮>树叶。不同径阶杨树各器官生物量中，树干占杨树单株生物量的比例均最大，占单株生物量的49.12%～74.83%，且随着径阶的增长，树干在单株、林分内所占的比例均大致呈增长趋势。树枝和树根占单株生物量的24.34%，可作为生物质能源材料开发利用。

(2)7年生杨树小于5 cm的主干、树枝及树根的生物量与胸径和树高均呈幂函数关系，其相关系数分别为0.839 4、0.940 5和0.994 7。利用所得的回归方程可以通过林木的树高、胸径来推算出单位面积内小于5 cm的主干、树枝及根系的生物量。这在林业生产经营及科研中有一定的应用价值。

(3)本文生物量估测数据是根据7年生、造林密度为833株/hm2的杨树人工林生物量数据来推算的。若林分超过7年生，应用前应进行适合性检验，并确定校正值。

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ThebiomassinvestigationofshortrotationperiodofpopulusplantationinDongtingLakearea

WANG Haifeng1， XIAO Xingcui2， FU Jie1， PENG Lixin1， GONG Xijuan1，3

(1.Tiger Forest & Paper Group Co.， LTD.， Yueyang 414002， China； 2.Forestry Science Research Institute of Sichuan Province， Chengdu 610081， China； 3.Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China)

In order to realize the classification of populus plantation management，improve the economic benefits of populus plantations，using the standard wood method of Dongting Lake on artificial order different diameter trees in the forest biomass was determined.Results show that the trees diameter distribution of seven-year-old of populus plantation is concentrated in the order of 14 cm to 20 cm.Different size order different organ biomass per plant populus are trunk > branches > roots(including pile)> bark > distribution regularity of leaves.Trunk diameter with the increase of tree age，stage of growth within the plant，plantation proportion showed a trend of increase.Less than 5 cm of the trunk，branches and aerial parts of the root biomass and a power function relationship with diameter at breast height and tree height，the correlation coefficient was 0.839 4，0.940 5 and 0.994 7，respectively.

populus； plantation； diameter grade； biomass； distribution law

2015-12-04

“十二五”农村领域国家科技计划课题(2011 BAD 38BO7)。

王海风(1980-)，男，河南省范县人，工程师，本科，主要从事森林培育及森林保护的研究。

S 718.5

A

1003 — 5710(2016)02 — 0087 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2016. 02. 016

(文字编校：唐效蓉)