全 文 ：天山云杉林生物量和生产力的研究 3
王　燕 3 3 　赵士洞　(中国科学院自然资源综合考察委员会 , 北京 100101)
【摘要】　对新疆昌吉地区木垒林场天山云杉林的生物量和生产力进行了测定和研究 ,结果表明 ,林分总生物量
为 216. 170t·hm - 2 ,净生长量为 12. 634t·hm - 2 ·年 - 1 . 林分生物量在各器官的分配是 :干占 48. 68 % ,枝占
17. 77 % ,叶占 9. 81 % ,果占 0. 03 % ,根占 18. 6 % ;净生长量的分配是 :干占 31. 49 % ,枝占 1. 2 % ,叶占 12. 7 % ,
果占 0. 46 % ,根占 26. 87 %.
关键词 　天山云杉 　生物量 　生产力
Biomass and net productivity of Picea schrenkiana var. tianshanica forest. Wang Yan , Zhao Shidong ( Com mission
f or Integrated S urvey of N atural Resources Academia S inica , Beijing 100101) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . , 1999 , 10
(4) :389～391.
The measurement of the biomass and net productivity of spruce ( Picea schrenkiana var. tianshanica) forest in Mulei
County of Xinjiang showed that the total biomass was 216. 170t·hm - 2 , and the net productivity was 12. 634t·hm - 2
·yr - 1 . The biomass percentages of stem , twig , needle , fruit and root were 48. 68 % , 17. 77 % , 9. 81 % , 0. 03 % and
18. 60 % , respectively and the net production percentages of them were 31. 49 % , 1. 20 % , 12. 70 % , 0. 46 % and
26. 87 % , respectively.
Key words 　Picea schrenkiana var. tianshanica , Biomass , Productivity.
　　3 中国科学院“九五”重大项目 ( KZ95 T - 04 - 02) .
　　3 3 通讯联系人.
　　1998 - 11 - 16 收稿 ,1999 - 01 - 07 接受.
1 　引 　　言
　　天山云杉 ( Picea schrenkiana var. t ianshanica) 是
第三纪森林植物中的孑遗物种 ,是中亚和亚洲中部山
地的特有种 ,在我国仅在新疆有分布 ,是新疆山地森林
中分布最广、蓄积量最大、材质优良的主要用材树种.
它对天山的水源涵养、水土保持和林区生态系统的形
成和维护起着重要的作用. 自国际生物学计划 ( IBP)
执行到现在 ,森林的生物量和生产力一直是生态学研
究的一个重要领域. 张瑛山等[4 ]曾对天山云杉林的生
物量进行过初步研究 ,但仅是对云杉林的地上部分进
行了研究 ,而没有对根和枯枝落叶层进行研究. 到目前
为止 ,有关天山云杉林生产力的研究尚属空白 ,而生产
力又是生态系统研究的基础 ,因此这方面的工作非常
重要. 为此 ,于 1998 年 7～8 月对位于新疆昌吉地区木
垒林场的天山云杉林进行了调查研究 ,为研究天山林
区森林生态系统生产力形成机制提供了基础资料 ,同
时也为今后合理规划和经营利用天山云杉林提供了科
学依据.
2 　研究地区概况与方法
2. 1 　研究区概况
　　研究区位于新疆昌吉地区木垒县境内的木垒林场营林站 ,
90°04′E , 43°39′N ,海拔 1500m ,坡向西北 ,年平均降水量 400～
700mm ,年均温 2 ℃,最高气温 33 ℃,最低气温 - 30 ℃, ≥5 ℃积
温 1100～2500 度·日 ,生长期 110d ,土壤为灰褐色森林土 ,林下
灌木和草本盖度很小.
2. 2 　天山云杉林生物量的测定
2. 2 . 1 地上部分生物量的测定 　在林分典型样地中设置 5 块
20m ×20m 的标准地后进行每木检尺 ,然后根据每木检尺的结
果计算出每块样地的平均胸径和平均树高 ,并在其中的一块样
地内选取平均木进行生物量和生长量的测定. 由于林区禁止采
伐 ,所以没有按照传统的伐倒平均木和标准木的办法. 我们分
别不同方向用生长锥在标准木的胸径处钻取生长芯 ,量测生长
芯上的皮厚、两年年轮的平均厚度. 爬树取枝条数枝并分上、
中、下 3 段锯取 3 个标准枝 ,枝条取回后 ,分别称取当年生枝
叶、老枝叶及主枝鲜重 ,量取主枝基径、枝长及近两年年轮的平
均宽度 ,称取枝叶比例及老枝叶与当年生枝叶比例. 把枝、叶和
主枝的少量样品带回放在烘箱中烘干至恒重计算失水率 ,将鲜
重换算成干重.
2. 2 . 2 地下部分生物量的测定 　以平均木作为根生物量测定
的标准木 . 为不破坏树木的正常生长 ,分别在标准木所在地的
上坡位、下坡位及空地上各挖 1 个 1m ×1m 的坑 ,总共 5 个坑.
挖出全部的根系并量测根系的基径、皮厚、长度及最近两年年
轮的平均厚度 ,最后称取所有根系的重量. 取一些根系样品带
回 ,放入烘箱中烘干至恒重计算失水率 ,将鲜重换算成干重.
2. 2 . 3 枯枝落叶层生物量的测定 　在林下设置 5 个 10cm ×
10cm 的小样方收集当年落叶和前几年落叶 (根据颜色来辨别
当年落叶和前几年落叶) ,在林下设置 5 个 1m ×1m 的小样方
应 用 生 态 学 报 　1999 年 8 月 　第 10 卷 　第 4 期 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 1999 ,10 (4)∶389～391
收集样方内的枯枝和球果 (同样根据颜色来辨别当年及前几年
凋落的枯枝和球果) . 将收集到的落叶、枯枝和球果取回并称
重 ,然后取少量样品带回放入烘箱中烘干至恒重计算失水率 ,
将鲜重换算成干重.
2. 3 　天山云杉林生物量和净第一性生产力的估算
　　生物量以单株样木生长量测定作为基础 . 尽管在进行林分
生产力高低的比较时 ,常常不是以生物量的多少而是以净第一
性生产力 (又称为净生产量)为标准 ,但林分生物量是有机质多
年积累的结果 ,是研究净第一性生产力的基础. 净第一性生产
力是指单位面积上单位时间内除去呼吸消耗外生产的有机质
的数量. 通常 ,净第一性生产力为单位时间内植物的生长量、植
物凋落物及枯落物量和被动物吃掉的损失量三者之和. 本研究
对被食损失量未作专门调查 ,所以林分净第一性生产力仅为林
分年生长量与当年生长量中因凋落枯损的量之和. 因为本文是
对前人研究工作的补充 ,主要补充测定了枯枝落叶层和地下部
分的生物量 ,另外由于林区禁止采伐 ,所以我们没有采用采伐
标准木和优势木的方法 ,在计算天山云杉林干的生物量时 ,我
们借用了张瑛山等研究的云杉胸径和干生物量间的回归方程 ,
并根据测定的资料用现在的生物量减去两年前的生物量就是
年净生长量 ,有关干生物量的具体做法详见张瑛山等 [3 ] . 枝的
生物量是根据所得的枝基径和枝重间的回归关系求得 ,生长量
计算和干生物量相同. 叶生物量则利用烘干后干物质的量和叶
量间的换算关系求得 ,叶生长量为 1 年生叶量. 根生物量计算
和叶相同 ,在计算根的生长量时采用了体积生长量的方法 ,再
根据容重换算成干重. 最后林分的生物量 W = W干 + W枝 +
W叶 + W果 + W枯枝落叶 + W根 ,净第一性生产力 = P干 + P枝 +
P叶 + P枯枝落叶 + P果 + P根 .
3 　结果与分析
3 . 1 　回归关系的建立
　　利用数学模式来估测森林生态系统中乔木层各器
官的干重 ,进而估测林分生物量的方法是当今世界上
普遍采用的一种简单而可靠的方法 ,通常也称为维量
分析法. 其中应用最多的是利用相对生长率作为基本
依据. 天山云杉的胸径和树干重量之间的回归方程也
是利用这个方法得出[3 ] . 利用相对生长率建立了枝基
径和枝重间的回归关系 (表 1) .
表 1 　回归方程
Table 1 Equation of regression
项目
Item
方　程
Equation
相关系数
Correlation
coefficient
胸径和干重 3 DBH and trunk Ws = 0. 06671·D^ 2. 50811 r2 = 0. 99
枝基径和枝重 DBH and branch Wt = 0. 06013·D^ 2. 19349 r2 = 0. 9333 胸径和干重关系来源于张瑛山等[3 ] .
3 . 2 　天山云杉林生物量
　　经过计算 ,研究区林分总生物量为 216. 170t ·
hm - 2 ,在各器官的分配见表 2.
表 2 　天山云杉林生物量的分配
Table 2 Distribution of biomass of Picea schrenkiana forest( t·hm - 2)
项目
Item
树干
Trunk
枝
Twig
叶
Needle
枯枝
Dead twig
落叶
Fallen needle
果
Cone
根
Root
合计
Total
生物量 Biomass 105. 230 38. 406 21. 202 0. 103 10. 965 0. 058 40. 206 216. 17
占总量 % % of total 48. 68 17. 77 9. 80 0. 05 5. 07 0. 03 18. 6 100
3 . 3 　天山云杉林净第一性生产力
　　净第一性生产力是一定期间内植物光合作用生产
的有机物质扣除该期间内植物呼吸所消耗的有机质量
后剩余的量 ,它能用来衡量森林生态系统生产力的高
低.由表 3 可见 ,研究区林分每年能生产 12. 634t ·
hm - 2的干物质. 其中干材净生长量最大 ,为 3. 978t·
hm - 2·年 - 1 ,占乔木层总生长量的 31. 49 % ,其余各器
官净生长量见表 3.
表 3 　天山云杉林净第一性生长量的分配
Table 3 Net productivity of Picea schrenkiana forest( t·hm - 2·yr)
项目
Item
树干
Trunk
枝
Twig
叶
Needle
枯枝
Dead twig
落叶
Fallen needle
果
Cone
根
Root
合计
Total
净生长量 Net increment 3. 978 0. 151 1. 605 0. 103 3. 345 0. 058 3. 395 12. 634
占总量 % % of total 31. 48 1. 20 12. 70 0. 82 26. 48 0. 45 26. 87 100
3 . 4 　天山云杉林林木生物量和生长量的径级分配
　　由图 1、2 可以看出 ,不同径阶林木的生长具有明
显的差异 ,这种差异在生物量上表现尤为突出 ,生物量
随径阶的增加而增加. 林木生长量的差异则从胸径为
16cm～32cm 表现明显 ,从 32cm 以后生长量之间的差
异则变小. 较小径阶 (16cm)的单株生物量为 119. 3kg ,
生长量为 8. 8kg·年 - 1 ;而最大径阶 (44cm)的单株生物
量为 1120kg ,生长量为 41. 12kg·年 - 1 ;如果以胸径为
28cm 的林木的生物量或生产力为 1 ,则较小径阶和最
大径阶的单株生物量分别为这株林木的 0. 26 和2. 46
倍 ,生长量分别为 0. 25 和 1. 18 倍. 林木间生长量的差
异比生物量的差异大. 另外 ,同一径阶林木生物量在各
器官的分配是干 > 根 > 枝 > 叶 > 果 ,生长量的情况是
干 > 根 > 叶 > 枝 > 果.
3 . 5 　天山云杉林生物量和生产力的评价和分析
3 . 5 . 1 研究区林分生物量的评价 　生物量是研究森林
第一性生产力的基础 ,也是评价森林生态系统结构和
功能重要的数量指标 ,它随年龄的增长而不断积累. 和
093 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷
图 1 　不同径阶立木生物量分布
Fig. 1 Distribution of biomass of standing trees with different diameter
classes.
图 2 　不同径阶立木生长量分布
Fig. 2 Distribution of net productivity of standing trees with different diam2
eter classes.
表 4 　不同地区云杉林生物量和生产力比较[ 1～3 ,6 ,9]
Table 4 Comparison of biomass and net productivity in different regions
地点
Site
林龄
Age
林分生物量
Biomass
(t·hm - 2)
林分生产力
Productivity
(t·hm - 2·yr - 1)
甘肃卓尼县 Zhouni , Gansu 96 238. 11 12. 49
内蒙白音敖包 170 99. 38 5. 69
Baiyinaobao ,Nei Monggol
内蒙贺兰山区 Helanshan ,Nei Monggol 74 100. 44 8. 38
四川松潘地区 Songpan ,Sichuan 46 137. 36 12. 61
新疆木垒县 Mulei ,Xinjiang 100 216. 170 12. 634
其它地区云杉林生物量相比 (表 4) ,木垒林区的云杉
林具有较高生物量.
3 . 5 . 2 研究区林分生产力的分析 　净生长量是衡量林
分生产能力的重要指标. 由表 3 可以看出 ,本研究区天
山云杉林的净生长量为 12. 634t·hm - 2·年 - 1 ,和同一
地区其他林分相比要高 (表 4) . 造成这种情况的主要
原因是因为林分生产力受多种因素的影响如气候、土
壤等. 天山云杉林生长的土壤为山地灰褐色森林土 ,这
是我国西北地区温带、暖温带荒漠地带山地土壤垂直
带中的一种重要森林土壤. 温凉而湿润的中山带是天
山云杉生长的适宜地带 ,在林下每年都有大量的森林
凋落物和草本植物残体堆积于地表 ,形成较厚的有机
质积累层 ,在微生物的作用下 ,逐步分解成大量的腐殖
质.据报道[8 ] , 山地灰褐色森林土中有机质含量
(239. 0g·kg - 1 ,个别的高达 300g·kg - 1以上) 和全氮含
量 (8. 0g·kg - 1 ,个别的高达 10g·kg - 1以上) 都较高 ,为
天山云杉生长提供了良好的土壤基础.
参考文献
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业科技 , (1) :7～10.
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学院学报 , (3) :19～25.
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蒙古林学院学报 , (3) :18～31.
作者简介 　王 　燕 ,女 ,1969 年生 ,1996 年毕业于新疆农业大
学 ,现为中国科学院自然资源综合考察委员会在读博士研究
生 ,现正从事有关天山云杉林的生产力及其对未来气候变化响
应的研究. E2mail :yanwang @cisnar. ac. cn
1934 期 　　　　　　　　　　　　　　　王 　燕等 :天山云杉林生物量和生产力的研究