闽北不同海拔湿地松生物量模型构建及比较分析

魏年锋

(福建省林业勘察设计院，福建 福州 350001)

闽北不同海拔湿地松生物量模型构建及比较分析

魏年锋*

(福建省林业勘察设计院，福建 福州 350001)

对福建省政和县石屯镇、杨源乡10年生湿地松幼龄林建立多个生物量相容模型，并对不同海拔的湿地松幼龄林生物量比较研究。结果表明：不同海拔的湿地松幼龄林生长差异明显，胸径、树高差异显著，300m海拔区比900m海拔区的平均树高、胸径大；其分别建立的900m海拔区和300m海拔区生物量相容性模型决定系数R2>0.99；300m海拔区10年生湿地松单位面积生物量比900m海拔区高97%。说明海拔对湿地松生物量影响显著，较低海拔区更利于湿地松生长。

海拔；生物量模型；湿地松

湿地松(Pinuselliottii)原产于美国东南部，于20世纪30年代引种到我国，由于其具有抗旱耐涝、生长快、出材质量好、松脂量丰富等特性，已成为我国南方丘陵山区的主要造林树种之一，特别是以丘陵山区为主的闽北地区。生物量作为一种量化指标，对植物的生长评判、立地条件的反应等方面有重要作用[1]。目前国内外对湿地松的生物量做了较为丰富的研究，如Gonzalez[2]、刘海[3]等研究了湿地松的生物量分布特征，肖兴翠[4]、Burkes[5]等研究了不同林分密度的湿地松幼龄林生物量，曾伟生等[6]建立了湿地松的生物量相容性模型；李大岔等[7]、王舒凤等[8]研究了湿地松混交林的生物量组成情况；郑丽垠[9]对不同坡位的湿地松生物量做了分析。但是不同海拔对湿地松幼龄林生物量的影响及比较研究相对较少。湿地松幼龄林时期的生长对未来采脂、出材等都极为重要，其生物量的存储及变化情况受到多方面的制约与促进，比如土壤条件、水热条件、地形因子等。本文以闽北地区10年生湿地松幼龄林为研究对象，重点关注不同海拔对生物量的影响，研究结果对湿地松的人工种植在海拔的选择上有重要指导意义。

1 材料及方法

1.1 研究区概况

研究区位于福建省政和县的石屯镇和杨源乡。石屯镇位于政和县中西部，平均海拔<300 m，年均降雨量1 468 mm，年均温19.1 ℃；杨源乡位于政和县东南部，平均海拔>900 m，年均降雨量1 639 mm，年均温15.5 ℃。300 m海拔区样地位于石屯镇，900 m海拔区样地位于杨源乡。

1.2 研究方法

1.2.1 样地布设与样本选取

于900 m海拔区和300 m海拔区分别选取两块湿地松纯林设置样地，所选样地坡位、坡度等地形情况基本一致。两区湿地松均为2008年造林，造林密度2 500 株/hm2，苗木情况基本一致。在两片林分内各设置2块20 m×20 m的样地，并于2017年4月对样地内的湿地松进行每木检尺(表1)。

表1 样地内湿地松基本情况

在两片不同海拔的林分内各选取5株平均标准木，测量树高、胸径。同时按照“分层切割”进行现场取样，按根、枝、叶、干称取鲜重并分别保存。根部采用“全挖”称鲜重，其余各部分按照1%的比例称重带回实验室，采用80 ℃恒温烘干至恒重，计算不同样品的含水率及干重，获得标准木生物量。

1.2.2 数据处理

国内外学者提出了许多高精度的生物量经验模型[10-12]。曾伟生等[5]采用非线性二元联立方程组建立湿地松生物量相容性模型，决定系数超过0.9。不论是传统回归模型还是生物量与蓄积量相容模型，公式中都含树高、胸径[13]。本次试验选择非线性二元立木生物量方程计算生物量：

M=aDbHc

(1)

式中：M代表生物量总量，a、b、c为系数，D是胸径，H是树高。

利用外业采集的树高、胸径以及实验室实测的生物量数据，修正生物量方程系数，获得10年生湿地松幼龄林的生物量模型。

2 结果与分析

2.1 不同海拔立木生物量

通过对平均标准木的测量分析，得到不同海拔区树种的树高胸径信息，并对结果做显著性检验(表2)。比较发现闽北不同海拔的10年生湿地松幼龄林树高、胸径都存在显著差异(P<0.01)，其中300 m海拔区湿地松的平均树高比900 m海拔区的高1.8m；300 m海拔区湿地松的平均胸径比900 m海拔区的大1.9cm。但300 m海拔区的湿地松树高、胸径的标准差也相应大于900 m海拔区湿地松，说明湿地松在300 m海拔区长势较好，而900 m海拔区的湿地松长势较为均衡。

表2 不同海拔标准木树高胸径对比

注：**为P<0.01水平显著

通过实验得到的样本含水率、生物量计算获得不同海拔的立木生物量，并对结果做显著性检验(表3)。

表3 不同海拔生物量及含水率

注：*为P<0.05水平显著

通过称量、烘干、统计发现300 m海拔区的10年生湿地松立木生物量平均值均高于900 m海拔区湿地松生物量，其中涵盖不同部分之间的生物量平均值与总量的生物量平均值，且300 m海拔区与900 m海拔区之间的10年生湿地松单株立木生物量呈现显著差异(P<0.05)。不同海拔区叶部分的生物量差异最明显，900 m海拔区的10年生湿地松叶部分生物量为300 m海拔区处的43.5%，其余部分都>46%；300 m海拔区10年生湿地松样本的生物量标准差大于900 m海拔区湿地松的样本；不同海拔之间的干部含水率最低，枝部分含水率最高。从表2、表3中可以得出，不同海拔间的树高、胸径、生物量都存在显著差异，因此，生物量相容性模型应该按照不同海拔研建。

2.2 不同海拔湿地松生物量模型建立及比较

通过采集的树高、胸径、生物量按不同海拔区分，在Origin软件内拟合非线性二元函数，最终获得政和10年生湿地松以及其不同海拔10年生湿地松生物量方程如下：

MT=0.06119D2.47724H0.2634(R2>0.99)

(2)

ML=0.0898D2.22595H0.3735(R2>0.99)

(3)

MH=0.09302D2.21868H0.31927(R2>0.99)

(4)

其中：式(2)、(3)、(4)中MT、ML、MH分别代表该地区10年生湿地松生物量、300m海拔区10年生湿地松生物量、900m海拔区10年生湿地松生物量，D代表胸径，H代表树高。

不同海拔的生物量模型决定系数均为R2>0.99，整体高于曾伟生等[5]地下部分0.90，地上部分0.97的研究结果。

结合式(2)、(3)、(4)与表1情况，计算不同海拔湿地松幼龄林生物量，所得政和10年生生湿地松生物量为46.81 t·hmm-2，其中900 m海拔区10年生湿地松生物量为31.69 t·hmm-2，300 m海拔区10年生湿地松生物量为61.37 t·hmm-2。900 m海拔区的10年生湿地松生物量为政和10年生湿地松生物量值的68%，300 m海拔区10年生湿地松生物量比政和10年生湿地松生物量值高31%，300 m海拔区10年生湿地松生物量比900 m海拔区10年生湿地松生物量高97%。

3 结论与讨论

不同的海拔决定和影响着环境中的许多因子，如降水、气温、土壤等，同样影响着湿地松的生长。对300 m与900 m海拔处的10年生湿地松幼龄林生物量，及相容性模型的建立进行研究，发现不同海拔的湿地松有明显的生长差异。由于不同的海拔造成的土壤养分、积温、降水等方面的差异，使得300 m海拔处的环境更适合种植湿地松，但该区域湿地松立木之间长势的差异增大。

在前人研究的基础上，重点研建了10年生温地松幼龄林的整体生物量模型与不同海拔间的生物量模型，结果发现三者的系数差异较大，说明不同海拔的10年生湿地松长势存在较大差异，造成了生物量模型差异较大。模型的决定系数极高，究其原因，本次研究采用同一县域内的10年生幼龄林，其生长环境比较接近，同时龄级一致。通过调查分析，将不同海拔的湿地松生物量分别建模，最终提高了决定系数。

就10年生湿地松幼龄林单株立木而言，300 m海拔区的单株立木平均生物量大于900 m海拔区，并且300 m海拔区10年生湿地松的各部分生物量都大于900m海拔区。标准差中，900 m海拔区的湿地松生物量较小，结合调查数据结果计算得到900 m海拔区10年生湿地松生物量为31.69 t·hmm-2，这与曾伟生等[14]建立的马尾松生物量模型计算结果接近(32.00 t·hmm-2)，证明研究区900 m海拔区湿地松生长情况正常。300 m海拔区10年生湿地松生物量为61.37 t·hmm-2，比900 m海拔区10年生湿地松生物量高出97%，同时其林分保留密度也较大，说明300 m海拔区条件更适合湿地松生长。300 m海拔区的湿地松含水率高于900 m海拔区样本，但是900m海拔区的10年生湿地松长势更平均。

综合分析表明，300 m海拔区的环境中10年生湿地松的平均树高、平均胸径、每公顷生物量、存活率等指标较900m海拔区更大，湿地松在闽北更适应300m海拔区环境。后期将就不同海拔湿地松生物量差异驱动力、定量分析海拔对湿地松生物量差异影响等方向做深入研究。

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魏年锋(1963-)，男，福建罗源人，工程师，长期从事人工速生丰产林、特种用材林、珍稀阔叶林、经济林的培育管理工作，(E-mail)weinianfeng88@163.com。

S791.246

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1004-2180(2017)02-0061-04