全 文 ：林业科学研究　2008, 21 (4) : 542～547
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2008) 0420542206
长江滩地 I272杨人工林生物量和生产力研究
张　群 1 , 范少辉 23 , 刘广路 2 , 冯慧想 1 , 宗亦尘 1 , 费本华 3
(1. 中国林业科学研究院林业研究所 ,国家林业局林木培育重点实验室 ,北京　100091; 2. 国际竹藤网络中心 ,
竹藤科学与技术重点实验室 ,北京　100102; 3. 中国林业科学研究院木材工业研究所 ,北京　100091)
摘要 :应用典型样地调查法和相对生长法 ,测定了长江滩地 4种密度 14年生 I - 72杨人工林的生物量与生产力。发
现在密度 250～370株 ·hm - 2的范围内 , I - 72杨林分生物量从 102. 40 t·hm - 2增加到 147. 20 t·hm - 2 ,生产力从 7.
31 t·hm - 2 ·a - 1增加到 10. 52 t·hm - 2 ·a - 1。在所调查的林分中 ,地上部分生物量占总生物量的 90% ,其中干
54%、枝 28%、皮 7%、叶 1% ;地下部分生物量仅占总生物量 10%。在 4种密度的林分中 , I - 72杨人工林生物量的
径级分布表现为波浪形 ,随着林分密度的增大 ,生物量高峰出现时的径阶有减小的趋势。
关键词 : I272杨人工林 ;生物量 ;生产力 ;长江滩地
中图分类号 : S792. 11　　　　　文献标识码 : A
收稿日期 : 2006210221
基金项目 : 国家自然科学基金重点项目 (30230420)部分研究内容
作者简介 : 张群 (1978—) ,女 ,福建福州人 ,博士研究生 ,助理研究员.3 通讯作者 : E2mail: fansh@ icbr. ac. cn
A Study on B ioma ss and Productiv ity of Popu lus ×eu ram ericana cv.
‘San M artino’( I - 72 /58) Plan ta tion on Beach Land of Yangtze R iver
ZHANG Qun1 , FAN Shao2hui2 , L IU Guang2lu2 , FENG Hui2xiang1 , ZONG Yi2chen1 , FEI B en2hua3
(1. Research Institute of Forestry, CAF; Key Laboratory of Tree B reeding and Cultivation, State Forestry
Adm inistration, Beijing　100091, China; 2. International Centre for Bamboo and Rattan; Key Laboratory of Bamboo and
Rattan, Beijing　100102, China; 3. Research Institute of Wood Industry, CAF, Beijing　100091, China)
Abstract: By the methods of samp ling typ ical p lots and allometric dimension analysis, the underground and
aboveground biomass and net p rimary p roductivity (NPP) of Popu lus ×euram ericana cv. San Martinopi( I - 72 /58)
p lantation with different densities were measured on the beach land of Yangtze R iver in Anqing City, Anhui
Province. The results showed that the biomass of the stand increased from 102. 40 t·hm - 2 to 147. 2 t·hm - 2 , the
p roductivity increased from 7. 31 t·hm - 2 ·a - 1 to 10. 52 t·hm - 2 ·a - 1 with the trees number increased from 250 to
370 per hectare. Aboveground and underground biomass accounted for 90% and 10% of the total biomass. In
aboveground biomass, the stem , branch, bark and leaf account for 54% , 28% , 7% and 1% , respectively. The
diameter class distribution of biomass and tree’numbers both took on irregular undee curve in p lantations with four
different densities; at the same time, the more the portion of high diameter class, the more the biomass of the
Popu lus ×euram ericana cv.‘San Martino ( I - 72 /58) ’forest in a p lantation with same density.
Key words: Populus euram ericana cv.‘San Martino’( I - 72 /58) p lantation; biomass; p roductivity; beach land of
Yangtze R iver
　　杨树 ( Popu lus spp. )是中纬度地区主要速生树
种 [ 1 ] ,是我国具有代表性的短周期用材树种 ,快速准
确地获取其木材性质 ,对于更好地监控树木生长 ,指
导木材合理加工与利用具有重要意义。传统上木材
第 4期 张 　群等 :长江滩地 I - 72杨人工林生物量和生产力研究
性质的预测与分析基本是采取现场测树和树木实体
锯解检测等方法 ,费时费力 ,对林分的破坏较大 [ 2 ]。
本项研究拟利用现代遥感手段即高空间分辨率卫星
图像处理技术 ,建立先进有效的森林管理与木材性
质结合的分析模型 ,在大范围内快速地对具有典型
意义的长江滩地 I - 72杨 ( Populus ×euram ericana
(Dode) Guneir cv.‘San Martino’( I - 72 /58) )和华
北沙地小黑杨 ( Populus ×x iaohei T. S. Hwang et L i2
ang)林分进行动态高效地预测、监测和管理。其中
卫星树冠图像与人工林杨树木材性质相关关系模型
的建立 ,需要以树木生态学特性和生物学特性等方
面研究的基础数据为联系桥梁 ,确定出林分条件、种
植密度及树木生长特性等测树因子与树冠形态特征
因子及木材材性的内在联系。本文主要从树木生长
特性的角度 ,系统地研究了不同密度长江滩地 I - 72
杨林分的生物量和生产力及其分配规律。
I - 72杨是优良的抗涝速生树种 ,在长江滩地有
较长的栽培历史 ,尤其是“兴林抑螺 ”项目实施以
来 ,在长江滩地上营造了大面积的 I - 72杨“抑螺防
病林 ”。林分的生物量和生产力是反映林分结构、功
能和动态特征的重要指标 [ 3 - 4 ] ,对长江滩地杨树的
生物量和生产力进行研究 ,可以揭示滩地杨树林的
能量、物质循环的规律 ,为提高长江滩地杨树人工林
的生产力和经济效益 ,更好地发挥生态和社会效益
提供理论依据。有关 I - 72杨生物量和生产力的研
究已有报道 [ 5 - 6 ] ,但对生长在季节性水淹条件下 ,不
同密度 I - 72杨生物量的系统研究尚未见报道。因
此 ,对安徽省安庆怀宁县长江外滩 I - 72杨生物量
和生产力的研究 ,既可为滩地 I - 72杨人工林的研
究和评价、集约栽培和经营决策提供科学依据 ,又可
以为实现利用现代遥感手段监测、预测和管理森林 ,
评价木材性质提供数据支持。
1　试验区概况
试验点设在安徽安庆怀宁县海口镇南梗村长江
外滩 ,为江滩地类型 ,地理位置 117°02′E, 30°30′
N。属于亚热带季风气候 ,温和湿润 ,年降水量 1 460
mm,主要集中在 4—8月 ,年际、月际间变化较大 ,丰
水年可达 2 200 mm以上 ,旱水年有时不到 800 mm。
无霜期 244 d,年均温度 16. 7 ℃, ≥10 ℃积温 5 366
℃。海拔高程 12～16 m,滩地呈冬陆夏水状态 ,呈
长条状 ,汛期被洪水淹没 ,淹水深 0. 5～3. 5 m,淹水
时间达 1～3个月 ,且淹水多在高温 7月 ,林木生长
旺盛期间。土壤属非地带性土壤 ,主要为潮土 ,土层
深厚、疏松、肥沃 ,因洪水常有夹砂层 ,土体微酸—中
性 , pH值 6. 5～7. 0[ 6 ]。
2　研究方法
2. 1　样地的设置和调查
试验林分为 I - 72杨人工林 , 1990年栽植 , 2004
年 9月进行野外调查 ,林龄 14 a,调查时设置了有代
表性标准地 6块 (25 m ×40 m )。调查内容包括 :每
木检尺、树高、枝下高和冠幅测定、林下植被调查、土
壤剖面调查、解析木、生物量调查等。各样地基本情
况见表 1。根据标准地的密度差异 ,选取 A1、A2、B1
和 B3标准地进行生物量和生产力测定分析。
表 1　标准地概况及主要测树因子
标准地号 密度 / (株·hm - 2 ) 样地株数 / 株 平均胸径 / cm 平均树高 / m 平均冠幅 / m 枝下高 / m
A1 250 25 32. 52 24. 73 7. 66 10. 62
A2 340 34 27. 64 23. 23 6. 16 11. 53
A3 310 31 28. 07 23. 93 7. 47 9. 36
B1 300 30 30. 00 24. 60 7. 16 9. 80
B2 360 36 29. 92 22. 87 6. 23 9. 6
B3 370 37 31. 75 25. 36 7. 83 8. 86
2. 2　标准木的选择
在每木检尺的基础上 ,根据平均胸径和平均树
高按径阶选取标准木 ,从 24 cm到 38 cm,共分 8个
径阶 ,每个径阶分别选取 1、2、2、2、2、2、2、1株标准
木进行树干解析和生物量测定 ,共选 14株。
2. 3　林木各器官生物量的测定
标准木伐倒实测。地上部分 ,分别测定树干、树
皮、树枝和树叶的鲜质量 ,然后各取一部分样品带回
实验室 ,在 105 ℃下烘干至恒质量 ,计算出各器官的
含水率 ,推算出标准木地上部分各器官的干质量 ;地
下部分 ,将其根系全部挖出 ,测定其鲜质量 ,取一部
分样品带回实验室 ,在 105 ℃下烘干至恒质量 ,推算
出解析木地下部分的生物量。
2. 4　生物量模型拟合及林分估计
利用标准木的胸径、树高及各器官生物量实测
值 ,运用回归模型 W = aDb和 W = a (D2 H) b拟合生物
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
量模型 [ 7 - 11 ] ,将标准地所测得的胸径和树高带入生
物量回归模型中 ,计算出标准地生物量。生产力采
用ΔPn =W / a公式计算 ,其中ΔPn为生产力 , W 为
生物量 , a为树木年龄。数据处理使用统计分析软
件 Spass13. 0。
3　结果与分析
3. 1　相对生长关系的建立
运用相对生长法 ,利用 14株标准木的胸径、树
高和单株生物量实测数据 ,运用上述两个模型进行
拟合 ,计算得出 I - 72杨各部分及单株生物量的回
归方程 (见表 2)。经过 F检验均为极显著相关 ,但
是树枝质量回归模型相关性较小 ,分别为 0. 667 1、
0. 689 9。因此 ,利用 W = aDb 和 W = a (D2 H ) b 两个
模型能很好地估计 I - 72杨全树、树干、树叶、树皮、
树根的生物量 ,而树枝的生物量可以通过 W枝 =W -
W干 - W叶 - W皮 - W根 求得。在实际应用中 ,因为树
高的测量较繁琐且误差较大 ,模型 W = aDb 在应用
时更为方便。
表 2　 I - 72杨人工林回归模型及检验
组分 模型 W = aD b r 模型 W = a (D2 H) b r
树干 W = 0. 418D1. 797 0. 837 33 3 W = 0. 051 (D2 H) 0. 823 0. 864 93 3
树枝 W = 0. 507D1. 354 0. 667 13 3 W = 0. 103 (D2 H) 0. 621 0. 689 93 3
树叶 W = 0. 018D1. 585 0. 763 53 3 W = 0. 003 (D2 H) 0. 736 0. 800 03 3
树皮 W = 0. 046D1. 863 0. 826 43 3 W = 0. 006 (D2 H) 0. 842 0. 842 63 3
树根 W = 0. 046D1. 958 0. 841 43 3 W = 0. 005 (D2 H) 0. 893 0. 866 03 3
全树 W = 0. 765D1. 761 0. 837 33 3 W = 0. 099 (D2 H) 0. 805 0. 863 73 3
3. 2　生物量的径阶分布
通过对 I - 72杨林分生物量的径阶分布分析可
知 ,林分生物量主要集中在 28～36 cm之间 (见图
1) ,其中径阶为 36 cm的林木生物量所占比例最大 ,
为 20% ; 32 cm 的林木生物量所占比例次之 ,为
18% ; 28 cm 的林木生物量与总生物量的比例为
16%。在 I - 72杨林分中 , 14～20 cm的林木株数占
总林分的 4% ,而生物量所占的比例仅为 1%。
图 1　林分生物量径阶分布图
　　研究表明 ,长江滩地 I - 72杨人工林尽管为同
龄人工林 ,但林木个体差异较大 ,在 4种密度的林分
中 ,最小的径阶为 14 cm ,最大的径阶为 42 cm。在 4
种密度林分中 ,生物量的径阶分布呈现出明显波浪
形 ,但也表现出一定的规律性 (见图 2)。密度不同 ,
生物量高峰出现的径阶也不同。在 250株 ·hm - 2的
林分中 ,生物量的最高峰出现在 36 cm ,占总生物量
的 23. 78% ;在 300株 ·hm - 2的林分中 ,生物量的最
高峰出现在 32㎝ ,占总生物量的 31. 24% ;在 340株
·hm - 2的林分中 ,生物量的最高峰出现在 28 cm,占
总生物量的 28. 14% ,从这 3种密度林分生物量高峰
出现的径阶分布情况可以看出 ,随着林分密度的加
大 ,林分生物量生长高峰出现的径阶有逐渐减少的
趋势。从图 2也可以看出 ,在 370株 ·hm - 2的林分
中 ,生物量的最高峰出现在 36 ㎝ ,占总生物量的
25. 95% ,与其他 3种密度林分生物量的径阶分布规
律不符 ,并且其径阶分布的幅度很大 ,从径阶 14 cm
到 42 cm均有分布 ,造成该密度林分生物量径阶分
布的原因 ,是由于该林分受长江滩地季节性水淹干
扰严重 ,林分较其他密度林分分化明显。
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第 4期 张 　群等 :长江滩地 I - 72杨人工林生物量和生产力研究
图 2　不同密度林分生物量百分比的径阶分布图
3. 3　密度与 I - 72杨生物量的关系
密度是影响集约经营人工林生物量的重要因
子。密度不同 ,长江滩地 I - 72杨林分的生物量也
不同 ,当密度在 250～370株 ·hm - 2的范围内 ,林分
生物量呈现出随密度增加而增加的趋势 (见图 3)。
当 I - 72杨密度为 370株 ·hm - 2时 ,具有较大的林
分生物量 ,为 147. 29 t; 250株 ·hm - 2的林分生物量
最小为 102. 40 t。由 250株 ·hm - 2的林分生物量的
径阶分布曲线可以看出 ,生物量主要集中在径阶
36 cm;在 300株 ·hm - 2的林分中 ,生物量主要集中
在径阶 32 cm;在 340株 ·hm - 2的林分中 ,生物量主
要集中在 28 cm; 370株 ·hm - 2的林分生物量分布幅
度较大 ,主要集中在 36 cm的径阶范围之内 (见图 4)。
图 3　不同密度 I - 72杨生物量分布图
图 4　不同密度林分生物量变化情况
3. 4　生物量与生产力在不同器官间的分配规律
图 5揭示了 I - 72杨不同器官的生物量分配 ,
地下部分生物量与总生物量的比例较低 , 仅为
10% ,反映了长江滩地 I - 72杨由于长期生长在水
分充沛的土壤中 ,使其根系不发达 ,根系伸展范围较
小 ,细根较少。在野外测定根系生物量时 ,发现
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
I - 72杨林木根系主要集中在地表 40 cm 范围内。
枝生物量占有的比例较大 ,达到 28% ,而叶生物量
所占比例仅占 1% ,反映了树冠下部枝条生长的有
效叶很少 ,在实际经营中可以通过人工整枝去掉下
部的枝条 ,既可以提高林分的通光透风性 ,节约营
养 ,提高林分的生产力 ,又不会对树木的有效光合面
积造成太大的影响。图 6揭示了 4种密度林分不同
器官的生物量变化情况 ,在 370株 ·hm - 2的林分中 ,
干、枝、叶、皮、根的生产力明显高于其他 3种密度林
分各器官的生产力 ,该密度林分的总生产力达到了
10. 52 t·hm - 2 · a - 1 ,比生产力最小的 250 株 ·
hm - 2的 I - 72杨林分生产力高 43. 9%。
图 5　 I - 72杨不同器官的生物量分配图
图 6　不同密度林分各器官生产力变化情况
4　结论与讨论
(1)用模型 W = aDb和 W = a (D2 H) b均能较好地
估计 I - 72杨人工林的生物量 ,由于在实地测定树
高时较繁琐 ,并且误差较大 ,而胸径的测定十分方
便 ,因此建议在生产实践中运用模型 W = aDb来估计
I - 72杨人工林的生物量。
(2) I - 72 杨地上部分生物量占总生物量的
90% ,其中干占 54%、枝 28%、皮 7%、叶 1% ;地下
部分生物量仅占总生物量 10% ,低于北方的杨树根
系生物量 [ 5, 12 - 14 ]。所调查的 I - 72杨营造在被定期
水淹的长江滩地上 ,水分过多成为 I - 72杨生长的
限制因子 ,根系生物量所占比例小 ,就是土壤水分过
多的反映。土壤缺氧会对杨树正常的新陈代谢造成
影响 [ 15 ] ,在所调查的 I - 72杨林中 ,枝的生物量占有
较大的比例 ,但叶的生物量仅占 1% ,说明 I - 72杨
的生长较虚弱 ,在对其进行经营时 ,应适时地修去下
部树叶较少的枝条。这样可以节省用于该部分枝条
生长的养分 ,也不会对叶生物量产生较大的影响 ,而
且有利于培养无节或少节良材。
(3)密度对 I - 72杨人工林有重要的影响 ,在密
度 250～370株 ·hm - 2范围内 , I - 72杨人工林的生
物量随着密度的增加而增加。密度不同 , I - 72杨种
内竞争的激烈程度不同 ,在一定范围内随着密度的
增加 ,林分对林地的利用率逐渐增大 ,林分的生物量
和生产力也逐渐增加 ;达到一定的密度后 ,随着密度
的进一步增大 ,种内竞争加剧 ,林分的生物量和生产
力开始下降 [ 16 - 17 ]。本研究 14龄的 I - 72杨在密度
为 370株 ·hm - 2时 ,林分生物量和生产力还未出现
降低的趋势 ,如果仅从生物量和生产力方面来考虑
的话 ,还可以继续加大造林密度。
(4)在所调查的 4种密度林分中 ,生物量的径级
分配呈现出无规律的波动性 ,并没有表现出人工同
龄林生物量径阶分配呈正态分布的规律性 [ 18 ] ,说明
长江滩地 I - 72杨在强烈的外因干扰下 (这里主要
指定期水淹的影响 ) ,林木生长产生了强烈的分化 ,
影响了 I - 72杨生产力的提高、经济、生态、社会效
益的发挥 ,可以选择更抗涝的树种栽植在滩地上 ,以
便获得更好的经济、环境效益。
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