杉木人工林生物量分布特征及其碳计量参数_蓝肖.pdf
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1、2023 年 4 月第 2 期林业资源管理FOEST ESOUCES MANAGEMENTApril 2023No.2杉木人工林生物量分布特征及其碳计量参数蓝肖,郝海坤,黄开勇,陈琴,戴俊,程琳,陈仕昌(广西壮族自治区林业科学研究院,南宁 530002)摘要:探究杉木人工林生物量的分布规律并建立其生物量预测模型,为预测和评估其固碳能力提供依据。采用野外生物量调查和室内测定等方法,选择广西杉木典型栽培区的不同林龄阶段和不同立地条件的杉木人工林为研究对象,对其根茎比、木材基本密度、含碳率和生物量转化与扩展因子等参数进行分析。结果表明:不同林龄杉木树干生物量的占比最高,幅度为 40.00%67.40
2、%,树根其次,幅度为 14.70%22.70%;杉木的平均根茎比值为 0.263,木材基本密度的平均值为 300.5 kg/m3;不同相对生长方程回归模型对于树干、树皮、树枝、地上生物量、地下生物量以及总生物量的拟合效果并无明显差别;杉木各器官平均含碳率为 50.57%,呈随林龄增加而增加的趋势;杉木树干生物量与蓄积量的关系以幂函数略优,而地上生物量、地下生物量和总生物量与蓄积量的关系则以双曲线模型略优。关键词:杉木;生物量;分配;碳计量参数中图分类号:S791.27;S718.556文献标识码:A文章编号:1002 6622(2023)02 0050 07DOI:10 13466/j cnk
3、i lyzygl 2023 02 007收稿日期:2022 12 23;修回日期:2023 03 21基金项目:国家重点研发计划项目“杉木用材林定向培育技术研究”(2021YFD2201301 03)作者简介:蓝肖(1981 ),女,广西都安人,硕士,高级工程师,主要从事林木育种与栽培技术方面的研究工作。Email:57031848 通讯作者:黄开勇(1973 ),男,广西灵山人,博士,研究员,主要从事林木育种与栽培技术方面的研究工作。Email:398538687 Biomass Distribution Characteristics and Carbon MeasurementParam
4、eters of Chinese Fir PlantationLAN Xiao,HAO Haikun,HUANG Kaiyong,CHEN Qin,DAI Jun,CHENG Lin,CHEN Shichang(Guangxi Forestry esearch Institute,Nanning 530002,China)Abstract:The purpose of this study is to explore the biomass distribution regularity of Chinese firplantation and establish its biomass pr
5、ediction model,and to provide a basis for scientific prediction andreasonable evaluation of its carbon sequestration capacity In the study,the Chinese fir plantations ofdifferent ages and different site conditions in the typical cultivation area in Guangxi were selected as theresearch objects,the ch
6、aracteristics of rhizome ratio,wood basic density,carbon content,biomassconversion and expansion factor were analyzed by means of field biomass survey and indoor measurementThe results showed that the stem biomass of Chinese fir at different ages was the highest(40.00%67.40%),followed by the root(14
7、.70%22.70%)The average rhizome ratio was 0.263,and theaverage wood basic density was 300.5 kg/m3 There was no significant difference in the fitting effect of第 2 期蓝肖等:杉木人工林生物量分布特征及其碳计量参数different relative growth equations on stem,bark,branch,above-ground biomass,underground biomass andtotal biomass T
8、he average carbon content ofall organs was 50 57%,which increased with the increase offorest age The relationship between stem biomass and stand volume was the best with power function,andthe relationship between above-ground biomass,underground biomass,total biomass and volume was bestwith hyperbol
9、ic modelKey words:Chinese fir,biomass,distribution,carbon metering parameters林木生物量是森林生态系统生产力的重要参数和森林资源监测的重要指标1,其测定和估计已成为当前林业科学研究的热点。尤其是 2020 年9 月22 日,在第 75 届联合国大会上,我国正式提出“双碳”目标以来,贯彻新发展理念,走生态优先、绿色低碳的发展道路已成为推动高质量发展的内在要求。与工业减排相比,林业碳汇的成本更具有效性2,而且可以衍生更多效益,因此是世界各国应对气候变化的重要举措3。准确地预测和估算不同森林类型的生物量及其碳储量,为实现我国
10、“双碳”目标中的林业发展规划提供参考,是相关林业科技工作者努力实现的目标。虽然对于杉木 Cun-ninghamia lanceolata(Lamb)Hook 这一树种的生物量估算,前人已经作过诸多研究并取得显著成果,但随着林业科学技术的发展,尤其是良种良法的推广应用,杉木生长的速率和干形已经发生了明显变化,之前探索得出的模型和参数或已不适用于当前的实际情况,需与时俱进对相关参数作进一步的修订与完善。1材料与方法1.1研究区概况研究区域位于广西隆林县、田林县、环江县和苍梧县。此4 个行政区域均处于亚热带季风气候区,自然条件十分优越。研究区域内,气候温和,雨量充沛,雨热同季,无霜期246 331
11、d,年均温15.7 21.2,年均降雨量1 144 1 750 mm;成土母岩以砂页岩和石灰岩为主,砂岩和页岩次之;土壤类型有红壤、黄红壤和黄壤等;海拔在 120 1 260 m 之间。据杉木速生丰产林栽培技术规范(DB45/T 4702015)中关于广西杉木产区的划定,研究区域内除苍梧县全境为边缘产区外,其他 3 个县均属中心产区,均非常适宜杉木生长。1.2样地选取选择样地之前,先对研究区域内的杉木人工林进行全面踏查,以保证所选样地的代表性;然后进行标准地的设置与调查。共选取幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林(其林木年龄分别为5 a,5 10 a,10 16 a,16 25 a,25 a
12、)调查样地 60个,每个调查样地面积不低于600 m2(约1 亩)。在每个行政区域内,每个龄级均调查3 个样地。1.3调查内容和方法1)于2021 年底林木生长封顶期间,对样地内林木进行每木检尺,按单株立木材积累加计算出样地蓄积量,并通过径级和株数加权平均计算平均胸径和平均树高。2)在样地中选择 1 株平均木(依据平均胸径、平均树高)进行砍倒挖掘。先以根桩为中心向四周清除表土,弄清根系的横向伸展范围,再从表层开始逐渐向下挖掘,使根系全部露出,深度以可见的最深根系为准;分别称量地上、地下生物量以及样地内林木枯落物量(枯枝、枯叶);对去皮的树干、树枝、树根以及树皮和树叶等器官进行取样(各约 1 k
13、g),称其鲜重,密封后带回室内,在 85烘箱中烘至恒重后称量,计算标准木各器官生物量干重以及每公顷生物量干重。3)共砍倒挖掘平均木 60 株,采集了相关数据和各器官样本,以进行后续木材基本密度和含碳率测定。选择当前广西杉木立木材积常用的计算公式4 (1)式 进行立木材积计算。V=0.65671 104 D1.769412 H1.069769(1)式中:V 为材积;D 为胸径;H 为树高。1.4样品测定方法1.4.1木材基本密度测定使用浸水法测定。首先,将试样放入水中浸泡至下沉以测定其水分饱和体积;然后,将测完体积的试样在(103 2)的温度下烘干后测定其干材15林业资源管理第 2 期质量(精确
14、到 0.1 g);最后,以前述测定数据计算其基本密度。1.4.2含碳率测定采用湿烧法。此法亦称重铬酸钾氧化外加热法5。虽其测定精度稍低于干烧法,但其操作相对简便快捷并具有很高的准确性和很好的重现性,且检测结果相对稳定,更适于批量样品分析 6。所有待测样品在分析前,均先置于85的恒温箱中烘24 h。每份样品均测定 3 个平行样,结果取平均值。1.5相关模型的选择1.5.1生物量相对生长模型森林生态系统非常复杂,植被类型、立地条件、地域环境、生长阶段以及人为因素的不同影响,均对森林的相对生长规律产生影响。为更科学、准确地估算林木生物量,前人通过研究后,提出了诸多相对生长方程,其中较具代表性的有 8
15、 种。国家林业局在 立木生物量模型及碳计量参数 杉木(LY/T 22642014)中,提出了杉木生物量的一元和二元计算模型,不过其均以胸径 5 cm 为界,分两种方式分别计算,这在实际操作中略显不便,且其立木材积计算模型与广西最近演算的模型也有偏差7。本文依据张浩军等8 应用前述 8 种方程对杉木人工林进行的比较分析结果,选择采用模型(2)式 进行杉木生物量估算。冯仲科等9 的研究结果也表明,依据模型(2)式 进行估算,其结果与实际值的误差最小,更加符合实际。为作比较,本文也选用模型(3)式 进行计算。Y=a (D2H)b(2)Y=a Db(3)式中:Y 为生物量;D 为胸径;H 为树高;a
16、和 b为常数。1.5.2生物量转化和扩展函数模型利用森林蓄积量估算其生物量有两种途径:一是通过生物量与蓄积量的回归模型 生物量转化与扩展函数,即原来的材积源生物量(Volume-derived biomass)方法;二是通过生物量因子。当前森林生物量转化与扩展函数形式主要有幂函数、线性函数和双曲线函数等,具体函数模型如(4)(6)式所示。Y=a Vb(4)Y=a+b V(5)Y=V/(a+b V)(6)式中:Y 为生物量;V 为蓄积量;a 和 b 为常数。1.6数据处理采用 Excel 对数据进行汇总整理,利用 SPSS 进行回归和方差分析及图表绘制。2结果与分析2.1不同器官生物量分配随林龄
17、的变化规律将 60 株平均木不同器官的生物量数据作统计分析,结果如图 1 所示。可以看出,在不同的林龄阶段,杉木整株的生物量均以树干占比最高,幅度为40.0%67.4%,平均值为 57.9%,呈随林龄增加而逐渐增加的明显趋势。其次是树根所占的比例,幅度为 14.7%22.7%,其趋势与树干的相反,大体呈随林龄增加而递减的趋势。中幼龄阶段,林木个体需要积累营养,故需枝叶繁茂,而随着林龄的增长,树干生物量所占比重呈增加的趋势,树枝、叶片和树根等其他部分的生物量所占比例则明显下降。图 1不同龄组杉木各器官生物量的分布特征Fig.1 Biomass distribution characteristi
18、cs of differentorgans of Chinese fir at different stand ages2.2根茎比随林龄的变化规律据野外实测数据,分别统计了杉木地下部分与地上部分的生物量,并作了对比分析,结果如图 2 所示。从总体看,60 株平均木的平均根茎比值为0.263,标准差为 0.095,所测数值波动幅度不大,离散程度较小。其中:最大值 0.294,出现在中龄林阶段,此期间只有发达的根系才能支撑林木的旺盛生25第 2 期蓝肖等:杉木人工林生物量分布特征及其碳计量参数长;最小值 0.172,出现在过熟林阶段,此期间杉木根系拓展生长空间受限,与地上部分生长量已不能同比增加
19、,故其根茎比呈下降趋势。总的来说,杉木人工林的根茎比呈先增大,进入成熟期后又减小的趋势,与实际的生长情况基本符合。图 2不同龄组杉木人工林的根茎比Fig.2 Changes of rhizome ratio of Chinese firplantation at different stand ages2.3木材基本密度随高度的变化规律对 60 株平均木不同高度的木材基本密度测定结果如图 3 所示。可以看出:同一杉木个体在不同高度的木材基本密度存在明显差异,有两处拐点,分别在约 4 m 和 10 m 处出现;10 m 之后(约 10 a生),木材基本密度值呈逐渐增加趋势并最终趋于稳定。据周树荣
20、等10 对广西融水杉木生长规律的研究结果可知,杉木速丰林分的优势木和平均木树高和胸径生长均在 3 a 生起进入速生期,持续 10 年左右,其间或出现个别波动而呈双峰曲线趋势;另据 杉木速生丰产林栽培技术规范(DB45/T 4702015),在广西杉木的中心产区和边缘产区,3 a 生和 13 a 生的杉木,其平均树高为 2.7 3.0 m 和11.6 12.0 m。可见,本研究所得杉木基本密度随树高有 2 处拐点,这与其生长规律是基本吻合的。总体看来,杉木材基本密度的平均值为300.5 kg/m3,与国内部分学者研究的结果基本一致11 12。图 3杉木木材基本密度随树高的变化规律Fig.3 Va
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