不同产区杉木人工林生物生产力及其与环境因子的关系研究

【摘要】：由于近年来二氧化碳等温室气体排放增加导致全球气候变暖日趋严重,如何减少二氧化碳排放引起科学界的关注。森林作为陆地生态系统生物圈的主体,在减缓大气二氧化碳浓度、调节全球生态系统的碳平衡方面具有重要作用。为评价不同森林生态系统在减缓全球气候变暖中的作用,需要掌握不同森林树种的生物生产力情况,这使得对森林树种生物生产力评估和预测研究重新成为热点。 杉木(Cunninghamia lanceolata)作为自然分布于我国南方16个省区的重要造林树种,具有生长快、产量高、材质好等特点,已有一千多年的人工栽培历史,在南方林业生产中占有重要地位。长期来国内外学者对杉木的生物生产力进行了大量的研究,调查了不同产区、立地、年龄的杉木人工林,建立了大量生物量生长模型,取得了许多研究成果。但由于杉木分布范围广,分布区南北跨10个纬度,东西跨15个经度,不同杉木产区的生长和生物量存在明显的纬度地带性差异,由此导致不同地方的杉木生物生产力预测模型差异很大,缺乏适合不同杉木产区的生物生产力模型,影响了对杉木人工林生物生产力的估测。传统的杉木生物生产力研究比较注重杉木的气候生产力研究,但研究发现杉木的生物生产力与气候因素的相关性不明显,而对杉木生物生产力与分布区土壤肥力的相关研究较少,目前对影响不同分布区杉木生产力的主要环境因素还不清楚,因此揭示杉木在不同产区的生物生产力变化规律和影响其生物生产力的主要环境因素成为当前林业生产中急需解决的重大课题。 有鉴于此,本研究以国家林业局杉木工程研究中心的大量研究基础为依托,收集50多年来国内发表的杉木人工林生物量和生产力相关文献,建立全国杉木生物量数据库,同时利用中国气象科学数据共享网和地球系统科学数据共享网的气候与土壤数据库,建立全国杉木不同产区的生物生产力模型,同时对影响杉木林生物生产力的气象和土壤因子进行相关分析,建立大尺度下的杉木生物生产力估算的通用相对生长方程,为正确评价不同杉木人工林的生产力和碳储量,预测全球变化后杉木的分布和生产力提供科学依据。主要研究结论如下： (1)杉木林生物量的不同估测模型的预测结果存在明显差异。幂函数在杉木各部位生物量模拟中效果最好。其次为指数函数模型,最后为多项式模型。分布区北带多项式模型对枝生物量拟合效果最好,表达式为Y=2.155+0.012D2H+0.590(D2H)2。分布区南带北区幂函数对生物量拟合效果最好,表达式为Y=1.021D-1.067H2.705。分布区南带南区幂函数对总生物量拟合效果最好,表达式为Y=2.592D4.312H-3.172。 (2)不同发育阶段杉木人工林的生物量预测模型存在明显差异。中带地区幼龄前期,幂函数对皮生物量的拟合效果最好,表达式为Y=0.002D10.378H-8.244。幼龄林后期幂函数对总生物量模型的拟合效果最好,模型表达式为Y=2.086D0286H0912。中龄林前期多项式对皮的拟合效果最好,最优模型为Y=25.292-3.999D+0.198D2；中龄林后期多项式对干的模型拟合效果最好,最优模型为Y=60.922-0.29DH+0.001(DH)2。近熟林幂函数模型对皮的生物量模型拟合效果最好,模型为Y=0.359D013H1·185。成熟林指数函数对干生物量的模型拟合效果最好,表达式为Y=53.821e0·002D2。 (3)杉木人工林生物生产力与分布区的气象因子之间存在一定相关。最大日降水量、平均气温距平与杉木生产力呈显著相关,平均气温距平值、最大日降水量和平均相对湿度均与杉木生长量显著相关,模型R2=0.197,P0.001。最优模型表达式为：Y=-13.414-0.284X1+0.412X2-0.011X3。 (4)杉木人工林生物生产力与分布区的土壤因子之间存在相关关系。有效锰、有效硼、碳酸钙、全磷与杉木生物生产力之间显著相关。模型中显著变量与全模型一致,模型R2=0.164,P0.001。最优模型表达式为：Y=7.795+0.131X1-3.940X2-6.625X3-43.204X4。 (5)分布区的综合环境因子对杉木人工林生物生产力有显著影响。降水距平百分率、平均气温距平、最大日降水量、全有效钼、有效硼与杉木生物生产力显著相关。除上述在全模型中显著的因子外,全磷含量也表现出与生产力显著相关,模型整体拟合度R2=0.395,P0.001。最优方程：Y=21.060+0.201X1-5.557X2-0.011X3-23.971X4-16.371X5+62.378X6。