绿洲农田防护林单株新疆杨生物量及其根冠比变化分析

刘彩霞

（榆阳区林草生态修复中心，陕西 榆林 719000）

生物量及根冠比主要反馈植物对外部环境的适应性功能高低，是研究植物生长的直接参数。沙漠绿洲树木根系为了保证树木稳定性，进化出主根和侧根构成的稳固比例结构，形成土壤固结力，以此保证树木直立生长，强化树木抗倒伏的稳定程度和生态适应程度，定量估算生物量根冠比为全球碳能量、碳循环研究提供重要参考[2]。

1 研究区概况

试验区位于毛乌素沙漠定边县长城林场，地理坐标在东径107°15'～108°22'、北纬36°49'～37°53'，地势处陕北高原与内蒙古鄂尔多斯荒漠草原过渡地带，海拔1 303～1 907 m，属温带半干旱大陆性季风气候，年平均气温7.9℃，年平均日照2 743.3 h，年平均降水量316.9 mm，年平均无霜期141 d左右，日照充足，风沙频繁，风沙活动强烈月份严重影响农业和林业生产，试验区因此建立大范围绿洲农田防护林网，为试验提供研究基础[3]。

2 研究方法

2.1 研究数据

株行距为3 m×7 m；林龄为20 年；算术平均胸径为27.75 cm；林分平均高为19.96 m；渠道宽为4 m；渠道圩堤至新疆杨为1.59 m；新疆杨至道路为0.99 m。

2.2 试验仪器

试验仪器有：CGQ-1 型直读式测高仪（上海双旭电子有限公司生产，分辨率误差1%）；胸径尺（北京太平洋量具制造有限公司，精度1 mm）；台秤（常州擎莘自动化科技有限公司生产，精度0.03 kg）；JZC-BTSC 型电子秤（无锡市恒平工业设备有限公司生产，精度1 g）。

2.3 固定样方调查法

选定林带株行距3 m×7 m 及3 m×3 m 的林路邻居布局，样方小于株行距且不破坏渠道路，设置为2.3 m×2.5 m×2 m，分4 层挖新疆杨根系（0～50 m、50～100 cm、100～150 cm、150～200 cm)），冲洗根系后称取样本质量，现场测长并每间隔50 cm称取样本质量，经65 ℃烘干至恒定质量后得出：

根系生物量=∑根鲜质量×(干样品质量/鲜样品质量)

2.4 侧根生物量调查法

样方4 土壤剖面，每土壤剖面根系按照新疆杨基径分成5级，分别是细跟、小根、中根、大根、粗跟（<2 mm、2～5 mm、5～20 mm、20～50mm、50 mm），称取总鲜质量、二端直径、长度，取样称出干质量，计算出干物质具体含量，建模公式带入计算侧根生物量：

式中：W0——侧根生物量；W01——样方内侧根生物量；d1——侧根基径；d2——样方内侧根末端直径。

通过树干解析，得到胸径与树龄的关系：幼树龄林0～10 cm；中树龄林10～20 cm；近熟林20～30 cm；成熟林30～40 cm，所有试验数据经过45 d 实地调查观测所得，统计方法采用SPSS JAVA 平台进行统计分析，建立多元线性回归模型、做显著性检验[4]。

3 结果分析

3.1 各林龄单株新疆杨地上地下生物量变化

幼龄阶段需要7年（包含2年生苗），此阶段2行防护林单株新疆杨地上生物量达15.212 kg，地下生物量达6.539 kg，单株新疆杨处于扎根阶段，地上生物量是地下生物量的2.33倍；中龄阶段需要4 年（胸径达20 cm），此阶段新疆杨地上生物量达133.409 24 kg，地下生物量达31.975 71 kg，单株新疆杨地上生物量是地下生物量的4.17 倍，幼龄阶段到中龄阶段地上生物量比地下生物量增速翻1.79 倍；近熟龄阶段需要5年（胸径30 cm），此阶段新疆杨地上生物量增长2.82 倍，地下生物量增长2.59 倍，单株新疆杨地上生物量是地下生物量的4.55 倍，中龄阶段到近熟龄阶段，地上生物量比地下生物量增速翻1.09 倍；成熟龄阶段需要5 年（胸径达到40 cm），地上生物量增长1.65 倍，地下生物量增长1.53 倍，单株新疆杨地上生物量是地下生物量的4.89 倍，近熟龄阶段至成熟龄阶段，地上生物量比地下生物量增速翻1.08 倍。建立新疆杨防护林生物量增长模型后，经检验模型相关性显著。

3.2 各林龄单株新疆杨生物量根冠比不同变化

2行农田防护林单株新疆杨生物量根冠比比值平均数值是24.35%。中龄林相对于幼龄林，生物量根冠比减小幅度大，缩减将近50%，进入平台期，近熟林相对于中龄林，生物量根冠比减少接近0.09%，处于比较稳定的状态，成熟林相对于近熟林，生物量根冠比减少接近0.07%，持续稳定。

3.3 单株新疆杨生物量根冠比建模

通过单株新疆杨生物量根冠比与胸径间的关系建立生物量根冠比模型，模拟各林龄生物量根冠比变化趋势，经过筛选，以下模型的拟合程度最高：

3.4 各林龄单株新疆杨主干和主根生物量密度差异

主干密度差异服从二项式分布，伴随树龄增长主干密度呈增长趋势，与树龄呈现正相关关系（P＜0.05）；主根密度差异服从线性回归分布，伴随树龄增长呈减小趋势，与树龄呈现负相关关系（P＜0.05）。

4 讨论

4.1 影响生物量的因素

生物量容易受到多种生物学因素和非生物学因素的干扰，生物学因素主要包含蓄积量、单株新疆杨树龄、郁闭程度和渠道林密度等，非生物学因素主要包含气候因素、地貌因素、土壤条件等。单株新疆杨幼龄植苗移栽过程中，人工造植根系不宜过大，避免栽植到林地后要重新修复，一旦重新修复，地上新疆杨各器官生物量生长缓慢，中龄期新疆杨距离空间大竞争小，生物量增速快速，近熟林和成熟林生物量增速放缓主要因为光照、水肥竞争激烈，各器官生长受抑制，增速放缓，在后续的研究中要综合考虑新疆杨林龄、气温和降水等因素对生物量的协同作用。

4.2 影响生物量根冠比的因素

影响生物量根冠比的因素主要因为新疆杨根系是树冠吸收土壤水分、矿物营养的重要器官，新疆杨根系比树冠的生长发展完善才能满足树冠的生长需求，所以在低树龄阶段生物量根冠比较高，但是根系逐渐完善后先于树冠进入竞争状态，所以树冠生物量增长速度放缓，单株新疆杨生物量根冠比呈现减缓趋势。

4.3 影响生物量密度的因素

新疆杨在成熟树龄期，主干生物密度大于主根，主要原因可能是树龄导致主根密度减小，从力学角度来看，主根承受的压力大于主干，此时生物量根冠比仍然处于平均水准，充分保持力学结构稳定，承受着地上生物量带来的重大压力，但断根沟破坏了林带生长，可以及时采伐避免倾倒。所以从力学角度而言，只有新疆杨生物量根冠比稳定才能促使地下生物量与地上生物量协同增长，保持新疆杨稳定性[5]。

5 结论

在正常情况下，伴随树龄和胸径的增长，地上和地下生物量呈现增长趋势，地上生物量增速大于地下生物量增速，差距伴随树龄和胸径增长逐渐拉开距离。一旦生物量差距变大，增速距离缩小，胸径增大，生物量根冠比呈现减弱趋势，减幅缩小平均处于22.34%左右；主干生物量密度伴随胸径变化先减后增，与胸径呈正相关，主根生物量密度伴随胸径变化减小，与胸径呈负相关[6]。