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Above ground biomass of Cyclobalanopsis glauca analyzed by tree ring method in karst region

基于年轮分析的桂林岩溶区青冈栎地上生物量研究



全 文 :书广 西 植 物 Guihaia 32(4):464-467                                2012年 7 月  
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2012.04.009
基于年轮分析的桂林岩溶区青冈栎地上生物量研究
潘复静1,张中峰1,2,黄玉清1*,莫 凌1
(1. 广西壮族自治区
中 国 科 学 院
广西植物研究所,广西 桂林541006;2.南京林业大学 森林环境学院,南京210037)
摘 要:采用年轮分析法对岩溶区青冈栎样树年轮和生物量进行测定并对其群落生物量进行估算。研究结果
显示,青冈栎平均树龄46a,平均胸径20.52cm,单位地上生物量为98.668t·hm-2。随着植株的生长,胸径
越大则生物量越大,两者形成明显的幂函数关系。d、e、f、g和h样树地上生物量为2.884、22.567、108.183、
134.314和379.799kg,生物量分配状况是主干>枝条>树叶,大部分的生物量分配在主干,生物量随着胸径
的增大明显加大。
关键词:岩溶;青冈栎;年轮分析;年轮指数;生物量
中图分类号:Q949  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2012)04-0464-04
* Above-ground biomass of Cyclobalanopsis glauca
analyzed bytree-ringmethod in karst region
PAN Fu-Jing1,ZHANG Zhong-Feng1,2,HUANG Yu-Qing1*,MO Ling1
(1.Guangxi Institute of Botany,Guangxi Zhuang Autonomous Region and the Chinese Academy of Sciences,Guilin 541006,
China;2.School of Forestry and Environment,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)
Abstract:Tree-ring character and biomass of Cyclobalanopsis glauca were measured by method of tree-ring analysis and
its aboveground biomass was analysed in karst region.The results showed that average age,average diameter and
aboveground biomass of C.glaucain karst forest was 46a,20.52cm and 98.668t·hm-2,respectively.With increase of
the diameter,the biomass was markedly increased.The aboveground biomass of sample tree d,e,f,g and h was 2.884,
22.567,108.183,134.314and 379.799kg,respectively.Most of the biomass was distributed in the trunk,and the dis-
tribution order was trunk>branches>leaves.
Key words:karst;Cyclobalanopsis glauca;tree-ring analysis;tree-ring index;biomass
  岩溶生态系统是一种环境容量小、抗干扰能力
低的脆弱生态类型,一旦被破坏,生态系统极易退化
(潘复静等,2011)。裸露岩溶区在我国西南成片分
布,生态环境差,生态系统受人为干扰严重,原生植
被较少,只在陡峭的坡地及远离人为干扰的地方才
分布有高大的乔木群落且为次生林群落。青冈栎
(Cyclobalanopsis glauca)是中亚热带常绿阔叶林
的常见物种,是青冈类(属)中分布范围最广的种类,
在次生林中呈优势种(苏宗明,1998)。生长于裸露
岩溶区的青冈栎,其面积指数高,具有较强的水分利
用能力和光能利用效率(张中峰等,2008a,b;Huang
等,2011)。因此,选取青冈栎作为岩溶植物生物量
研究的对象具有一定意义。
生物量是体现植物群落基本特征的指标,同时
也是整个生态系统运行的物质和能量基础,因此,生
物量的测定成为植物群落研究的重要指标。由于岩
* 收稿日期:2011-12-10  修回日期:2012-04-22
基金项目:国家自然科学基金(40872198,41172313);岩溶动力学实验室开放基金(kdl2008-01);中国地质调查局工作项目(水[2011]地调01-15-02)
[Supported by the National Natural Science Foundation of China(40872198,41172313);Open Fund of Karst Dynamics Laboratory(kdl2008-01);Project of
the National Bureau of Geological Research of China(water[2011]geological survey01-15-02)]
作者简介:潘复静(1984-),男,广西钦州人,硕士,研究实习员,主要从事植物生态学研究,(E-mail)panfujing28@163.com。
*通讯作者:黄玉清,博士,研究员,主要从事植物生理生态学研究,(E-mail)hyqcoco@gxib.cn。
溶区立地条件差,采伐工作困难,目前岩溶区植被生
物量的研究不是特别多,主要集中在灌丛和次生林
地上生物量方面,而且研究地域基本集中在贵州的
岩溶区(鄢武先等,1991;朱守谦等,1995;戚剑飞等,
2008),而广西桂林的岩溶区次生林的地上生物量的
研究还较少。生物量研究多采用皆伐法和标准木
法,但皆伐法在岩溶区极易对环境造成不可恢复的
破坏,因此本文将采用标准木法进行生物量的研究。
由于历史原因和人类活动,桂林岩溶区的原生
植被很少,现存的植被以原生植被退化后形成的灌
丛为主,而次生林主要残存于村落后山的风水林中。
本文以桂林大埠乡次生林为例,以群落学调查为基
础,对群落中青冈栎建立了生物量回归模型,并应用
这些模型研究了青冈栎种群地上生物量及其在不同
构件的分配。目的是在探索岩溶区植物种群生物量
研究方法的同时,为揭示桂林岩溶区的次生林生态
系统的结构与功能提供关于生物量的基础数据。
1 研究区概况
研究地点选择广西桂林市南郊大埠乡甘棠村,
地理位置为110°18′~110°22′E,25°01′~25°03′N,
属典型岩溶地貌。该区域山体海拔150~210m(高
差约60m),生长以青冈栎为优势种的次生林植被,
树木茂密。青冈栎主要分布在岩溶石山山体悬崖下
的狭长地带,为群落优势种,伴随生长黄连木(Pis-
tacia chinesis)、圆果化香(Platycarya longipes)等,
偶见小叶栾树 (Koelreuteria minor)、圆叶乌桕
(Sapium rotundifolium)和菜豆树(Radermachera
sinica)等树种。群落中下层种类较少,有粗糠柴
(Mallotus philippinensis)、石山巴豆(Croton eury-
phyllus)、斜叶榕(Ficus tinctoria)以及青冈幼树等
种类。样地设在青冈栎群落内,调查面积700m2,
样地内岩石裸露度约70%,土壤覆盖度为30%;土
壤含水率在旱季约9%~11%,雨季为30%~35%。
2 研究方法
2.1取样
2010年9月,在该区域选取20m×35m的青
冈栎群落样地进行每木调查,样地属于中龄林。样
地中乔木树种为12种,共39棵,所有树木的平均树
高9.04m,平均胸径15.01cm,其中青冈栎18棵,
占50%,青冈栎的平均树高11.83m,平均胸径
20.52cm,为该群落的优势种。根据标准地每木调
查结果,把所有植株分三个胸径级别(分别为10~
15、15~20、20~25cm),计算出各级别的胸径平均
值作为3棵标准样树的参照标准。为减少小径级的
缺失对生物量回归方程的影响,额外增加了0~5
cm和5~10cm的样树。在标准地外,根据标准木
参照标准,取生长正常、无病虫害的青冈栎平均标准
木。0~5cm和5~10cm两个级别的样树只进行
干、枝、叶的鲜干重的测量,0~5cm有4棵树,编号
分别为a、b、c和d。5~10cm有1棵树,编号为e。
10~15、15~20、20~25cm三个级别的样树各有1
棵用于进行年轮测定,胸径从小到大分别编号为f、
g和h。采用实测法分别测量样树树高和胸径,每
棵样树生长状况良好,无断梢弯曲等特征。树干解
析取样按1m为一个区分段截取圆盘,用钢锯截取
底盘、胸径盘和梢头盘。生物量取样采用“分层切割
法”,利用解析木的区分段,分别实测干、枝、叶的鲜
重,对各器官按混合取样法采集少量样品并带回试
验室烘干(鄢武先等,1991)。标准样树的基本信息
见表1。
2.2测量方法
2.2.1年轮指数It(Ring-widthindices) 刨光青冈
栎树木圆盘,利用 WinDENDRO2006年轮分析仪依
次测定各解析木树木圆盘的年轮宽度(精确到
0.001mm)。然后分析其龄阶为1a的不同年龄的
胸径生长变化过程,模拟生长过程曲线。本文利用
WinDENDRO年轮分析系统测定年轮宽度采用何
海(2005)的方法。
年轮指数即年轮生长实际宽度与该树种年生长
期望值的比值。其计算公式如下:
It=Wt/Yt (1)…………………………………
式中,Wt为实际测量的年轮宽度;Yt为预计生
长的年轮宽度。
根据青冈栎年轮生长序列特征探讨其年轮生长
状况选用二回多项式回归方程进行模拟:
y=ax2+bx+c (2)……………………………
式中:y代表年轮生长值,x代表树木的年龄,b
代表系数。
2.2.2生物量特征 分别对主干、枝条和叶子所有
生物量样品称得鲜重,然后取样在实验室65℃恒温
下烘48h至恒重,测定出其各自含水率,换算成干
重,推算其生物量。
5644期        潘复静等:基于年轮分析的桂林岩溶区青冈栎地上生物量研究
2.3数据分析方法
采用SPSS统计软件进行有关参数的回归统计
分析,采用One-way-ANOVA进行方差分析。对青
冈栎样树的生物量-胸径增长、胸径-树龄进行了
回归分析,建立回归方程。根据2009年实测得到的
700m2 样地内的青冈栎胸径值,计算当年每棵样树
的树龄和总生物量。
3 结果与分析
利用年轮分析得到的数据(表1)进行生物量-
胸径、树龄-胸径、生物量-树龄的回归统计分析。
青冈栎样树的生物量-胸径、树龄-胸径、生物量-
树龄模拟结果均以乘幂方程达到最佳。利用上述方
程,计算得到700m2 的青冈栎次生林中,青冈栎平
均树龄46a,平均胸径20.52cm,单位地上生物量
为98.668t·hm-2。随着植株的生长,胸径越大则
生物量越大,两者形成明显的幂函数关系(图1)。
表2结果表明,d、e、f、g和h样树地上生物量为
2.884、22.567、108.183、134.314和379.799kg,生物
量分配状况是主干>枝条>树叶,大部分的生物量分
配在主干,生物量随着胸径的增大明显加大。除了g
样树之外,其余样树的主干均占60%左右,生物量分
配状况比较接近。而g样树树干生物量分配率达
80.67%,其叶生物量及分配率均最低。究其原因,
可能与其所处的位置有关,其周围有几棵较大的青
冈栎围绕,可能使其叶片数量下降,导致植株总体光
合作用能力低,从而影响到整株生物量的积累。而
树木生物量积累与树龄、胸径以及光合作用能力有
关。青冈栎生物量与树龄和胸径之间呈现显著的幂
指数关系(图1)。年轮宽度和年轮指数随着胸径的
增大而逐渐增大(表1)。青冈栎能进行较强的光合
作用,全年均可光合作用,此能力对生物量积累具有
极大好处(Huang等,2011)。虽然不同的个体表现
出稍微差异的状况,但桂林岩溶区青冈栎生物量的
积累规律较明显,其与树龄、胸径以及光合作用的关
表1 样树的基本特征
Table 1 The basic characters of sample trees
特征Characteristics
样树a
Tree a
样树b
Tree b
样树c
Tree c
样树d
Tree d
样树e
Tree e
样树f
Tree f
样树g
Tree g
样树h
Tree h
树高 Height(m) 0.60  1.20  1.30  3.40  6.10  9.3  8.8  11.3
胸径DBH (cm) 0.68  1.13  1.20  3.33  6.21  13.6  17.77  23.12
尖削度taper index  1.13  0.94  0.92  0.98  1.02  1.46  2.02  2.05
年轮宽度ring width(mm) - - - - - 2.182±0.57a 2.674±0.54b 3.058±0.72c
年轮指数tree-ring index - - - - - 0.97±0.26a 1.18±0.23b 1.35±0.29c
总生物量total biaomass(kg) 0.0245  0.0971  0.0909  2.884  22.567  111.482  140.1251  392.1278
树龄tree age(a) 1  2  2  5  12  36  39  45
 注:不同字母表示具有显著差异性。
 Note:The mean difference is significant at the 0.05level.
图1 青冈栎多指标回归模型 a.青冈栎生物量与胸径回归模型;b.青冈栎树龄与胸径回归模型;c.青冈栎生物量与树龄回归模型。
Fig.1 Regression simulation of C.glauca’s multi-indicator a.Regression simulation of C.glaucabiomass and DBH;
b.Regression simulation of C.glaucatree age and DBH;c.Regression simulation of C.glaucabiomass and tree age.
664 广 西 植 物                  32卷
表2 青冈栎5株样树生物量及其各器官分配比例
Table 2 Biomass and its proportion of the organ alocation of the 5sample trees
样树号
Sample No.
树干Bole 枝条Branch 叶片Leaf 合计Total
生物量 (kg)
Biomass
分配 (%)
Distribution
生物量 (kg)
Biomass
分配 (%)
Distribution
生物量 (kg)
Biomass
分配 (%)
Distribution
生物量 (kg)
Biomass
分配 (%)
Distribution
样树d Tree d  1.711  59.33  0.633  21.95  0.540  18.72  2.884  100
样树e Tree e  13.82  61.23  6.63  29.36  2.12  9.41  22.567  100
样树f Tree f  65.545  60.59  36.767  33.99  5.871  5.43  108.183  100
样树g Tree g  108.356  80.67  22.278  16.59  3.680  2.74  134.314  100
样树h Tree h  247.149  65.07  116.831  30.76  15.818  4.16  379.799  100
系紧密,当然与周围的环境也有很大关系。
本研究中,700m2 的青冈栎单位地上生物量为
98.668t·hm-2。西双版纳热带岩溶季雨林的乔木
层地上生物量297.750t·hm-2(戚剑飞等,2008),
贵州岩溶地区的森林乔木层生物量在87.1~139.8
t·hm-2之间(朱守谦等,1995),而与本研究区最近
广西黄冕林场天然次生阔叶林乔木层地上部分的生
物量为62.65t·hm-2(张林等,2004)。由此可见,
在相似的地质环境背景下,本研究的青冈栎林地上
生物量比热带地区岩溶森林的低,比同一气候带的
亚热带贵州岩溶森林基本相同。与相同气候带不同
地质背景的森林相比较,其比亚热带非岩溶天然次
生林的生物量大,这可能与林分的年龄和受干扰程
度相关。我国岩溶地区森林生态系统破坏较严重,
除了几个保护区以外,天然次生林呈小片残存于村
庄后山上。受人为干扰较大。本研究区紧邻村屯,
林内10~20a树龄的个体较少,这可能是导致群落
乔木生物量相对于上述提到的几个岩溶区较低的原
因。岩溶区地下根系系统发达,岩溶区植物分配更
多的生物量到地下部分(Muthukumar等,2003),因
此,岩溶区植物群落总体生物量的具体情况可能要
比地上大很多。
青冈栎平均树龄46a,平均胸径20.52cm,而
青冈栎种群生物量随着年龄增长其生物量也逐渐增
大,这很大程度上突出了青冈栎强大的适应能力及
生理机制。青冈栎能在持续干旱期利用表层岩溶
水,保证蒸腾速率以维持进行较强光合作用的能力
(Huang等,2011;张中锋等,2008a,b)。因此,青冈
栎全年均可进行光合作用。由于青冈栎在岩溶区具
有强的适应机制,生物量积累也较高,年生长量大。
随着植株的生长,树龄和胸径越大,其生物量增长越
快,形成明显的幂函数关系。
本研究得出,青冈栎地上生物量比热带地区岩
溶森林的低,比同一气候带的亚热带贵州岩溶森林
基本相同。但是没有对地下生物量进行研究,研究
的范围也比较小,一定程度上限制了区域性青冈栎
生物量积累规律的准确性。在以后的研究中,希望
加大研究范围和力度,进一步明确岩溶区青冈栎生
物量积累的规律和机制及其主要影响因素的探讨,
为岩溶区植被碳储量研究提供一些基础数据。
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7644期        潘复静等:基于年轮分析的桂林岩溶区青冈栎地上生物量研究
能力较弱是造成这一结果的可能原因。随着时间推
移,云南油杉逐渐被淘汰,而滇青冈的优势地位越来
越明显,最终演变为以滇青冈为优势种的顶级群
落———滇青冈林。在成熟的滇青冈林下,林下幼苗
密度很低,更新个体严重匮乏,更新极为不良,且已
完全找不到云南油杉幼苗的踪迹。铁仔幼苗的空间
分布型则由前期演替阶段时的聚集分布转变为此时
的随机零星分布,这也反映了其更新能力的弱化。
在云南的哀牢山以及欧美的一些地区,同样发生了
地带性植被中更新不良的情况(Evans,1988;Her-
rera,1995)。可能原因是,滇青冈林已发展到演替
的顶级阶段,森林群落结构复杂,林冠上层的郁闭度
很高,而地表枯枝落叶林层较厚,使得林下幼苗得不
到足够的光照和养分的供给,最终导致种子难以萌
发或发育不好。
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