黃德權(quán) 胡海清

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

王仲巍

(青島市園林環(huán)衛(wèi)技術(shù)學(xué)校)

孫 龍

(東北林業(yè)大學(xué))

林火是北方森林的主要干擾因子之一，在很大程度上決定著該區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡［1］。大興安嶺是我國北方森林的集中分布區(qū)，也是森林火災(zāi)發(fā)生最為頻繁的區(qū)域之一。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，過去30 a間，黑龍江省大興安嶺地區(qū)共發(fā)生森林火災(zāi)959次，過火面積2.89×106hm2，其中林地面積1.47×106hm2?；馃罅只疔E地的植被恢復(fù)，是人們面臨的一個重要問題［2］。大面積的火燒跡地主要依靠自然更新進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，但是針對一些重度火燒跡地，則根據(jù)區(qū)域特點，主要選擇興安落葉松進(jìn)行了人工造林。但造林后對于生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)狀況研究的較少，尤其是生物量和生產(chǎn)力恢復(fù)的數(shù)據(jù)非常缺乏。關(guān)于興安落葉松林生物量和生產(chǎn)力的研究開展得較早，主要集中于天然林［3－7］和人工林［8－11］兩方面，具體內(nèi)容包括:單木生物量測定［12］、林分生物量［13－14］及生產(chǎn)力［4，6，8－10，13－15］測定、利用模型手段進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)水平的生產(chǎn)力以及區(qū)域生產(chǎn)力模擬［15］等方面的研究，對于不同干擾下生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力動態(tài)變化的研究較少。本文選擇黑龍江省大興安嶺地區(qū)火后不同年代興安落葉松造林地為研究對象，通過樣地設(shè)置、野外采樣以及室內(nèi)分析，研究了火后興安落葉松(Larix gmelini)造林地的生物量和生產(chǎn)力動態(tài)變化，為進(jìn)一步認(rèn)識火燒跡地碳匯恢復(fù)過程，有效開展火燒跡地生態(tài)恢復(fù)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究地點位于黑龍江省大興安嶺林區(qū)(50°10'～53°33'N，121°12'～127°00'E)，面積為 8.35 ×106hm2。該區(qū)屬寒溫帶季風(fēng)氣候，年均氣溫－2℃，最低氣溫－52.3℃，最高氣溫39.0℃。年降水量350～500 mm，降水集中于7—8月份。相對濕度70%～75%。積雪期達(dá)5個月，林內(nèi)雪深30～50 cm。土壤以棕色針葉林土和暗棕壤為主。全區(qū)山勢比較平緩，海拔為300～1 400 m。大興安嶺林區(qū)屬于寒溫帶針葉林區(qū)。森林類型以興安落葉松(Larix gmelinii)林、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)林、興安落葉松—白樺(Betula platyphylla)林和白樺林為主。由于大面積火燒跡地多集中于1987年大興安嶺5·6特大森林火災(zāi)后，因此，本文選擇的火燒跡地造林年份最早為1989年。鑒于火燒跡地造林年份不長，本文還選取了另外兩種造林地類型(荒地造林和濕地造林)作為對比。研究地概況見表1。

1.2 野外取樣和室內(nèi)測定

分別選取大興安嶺加格達(dá)奇、新林、塔河、漠河林業(yè)局立地條件相似的興安落葉松人工林造林樣地。每個年份的造林地設(shè)置3個樣地(20 m×30 m)，分別在喬木層、灌木層、草本層及地被物層進(jìn)行取樣，測定其生物量。喬木生物量應(yīng)用異速生長方程進(jìn)行估算［9］42，其他各層次應(yīng)用收獲法進(jìn)行估算。數(shù)據(jù)處理及分析采用Excel、SPSS等統(tǒng)計分析軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 火后不同時期興安落葉松人工林喬木生物量及生產(chǎn)力

在所選擇的樣地中，火燒跡地人工林中林齡最大為21 a，其喬木生物量為55.19 t/hm2，除12年生和19年生的興安落葉松林生物量稍有降低外，總體呈增加趨勢。19年生興安落葉松喬木生物量下降較為顯著，原因主要是土壤相對較薄(僅10 cm)，養(yǎng)分條件較差。1～10、11～15、16～21年生興安落葉松人工林喬木平均生物量分別為 5.85、14.96、40.53 t/hm2，在火后恢復(fù)時間內(nèi)，呈逐漸增加趨勢，16～21年生的喬木平均生物量最大。

表1 研究樣地概況

由表2還可以看出，興安落葉松在幼齡林階段生物量積累較慢，生產(chǎn)力較低，其原因主要來自于火燒后初期。這一時期，火燒跡地陽光充足，林下灌木草本大量繁殖，生長較快，且大量先鋒樹種白樺侵入跡地，在所調(diào)查的樣地中白樺侵入率達(dá)到了30%，對落葉松的生長起到了一定的抑制作用。后期隨著林分的發(fā)展，郁閉程度增加，部分林下陽性灌草退出生態(tài)系統(tǒng)，喬木生物量及生產(chǎn)力開始快速增加。

表2 火后不同林齡人工林喬木生物量

2.2 火后不同時期興安落葉松人工林灌草及地被物載量

為更好地體現(xiàn)灌草和地被物的變化，以23 a以上的非火燒跡地人工林灌草和地被物載量作為對照，如表3所示:1～10 a，林內(nèi)陽光充足，林地土壤比較貧瘠，有利于林下植被尤其是耐貧瘠的灌木及草本類植被生長，生物量較大，平均值為13.79 t/hm2，遠(yuǎn)大于喬木生物量，占林分生物量的86.0%，地被物載量也較小;11～20 a，隨著林木的生長，郁閉度逐漸增大，部分草本及灌木生長受到抑制，因而其生物量呈下降趨勢，平均生物量為5.85 t/hm2，占該階段林分平均生物量的15.54%，地被物開始積累并逐漸增加，平均載量為4.07 t/hm2，占該階段林分平均生物量的10.8%;21 a以后，在非火燒跡地人工林中灌草生物量處于極低的水平，地被物積累量增加顯著，平均載量可達(dá)17.57 t/hm2，占該階段林分平均生物量的7.6%。故灌草生物量占林分生物量的比例隨林齡的增加而減少。

表3 火后不同林齡興安落葉松人工林灌草及地被物載量

綜合分析林分水平的生物量可以看出:1、9、10年生興安落葉松人工林林下灌木及草本生物量較大，平均為13.79 t/hm2;12年生的興安落葉松人工林樣地中，地被物載量較高，為22.20 t/hm2，遠(yuǎn)大于喬木生物量3.39 t/hm2。最大的林分生物量為火后21年生興安落葉松林，為60.93 t/hm2，其年平均生產(chǎn)力為2.90 t·hm－2·a－1;1～10、11～15、16～21 年生興安落葉松人工林林分平均生物量分別為17.69、29.25、53.90 t/hm2。綜上所述，在所調(diào)查的樣地中，1～10年生興安落葉松人工林的林分生物量主要以灌木和草本的生物量為主，其占林分生物量的比例最大，為86.0%，喬木生長非常緩慢;23～30年生興安落葉松人工林的地被物載量最大，平均值為17.57 t/hm2。

3 討論

火燒跡地21年生人工林喬木生物量可達(dá)55.19 t/hm2，年均生產(chǎn)力達(dá) 2.63 t·hm－2·a－1，其林分生物量可達(dá) 60.93 t/hm2，年均生產(chǎn)力達(dá) 2.90 t·hm－2·a－1，與以往的研究結(jié)果比較，本文21年生落葉松人工林林分生物量(60.93 t/hm2)低于劉世榮［9］在帽兒山人工林實驗站測定的同齡落葉松人工林林分生物量(145.62 t/hm2)，原因主要來自于研究區(qū)域的差異。與國內(nèi)其它興安落葉松研究相比，本文21年生落葉松人工林林分生物量(60.93 t/hm2)與劉志剛［4］測定的內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)興安落葉松天然林幼齡組地上生物量結(jié)果相近(61.31 t/hm2)，根據(jù)興安落葉松人工林和天然林林齡組劃分(人工林20 a以下，天然林40 a以下)，可知人工林林分生產(chǎn)力大于天然林林分生產(chǎn)力;26年生興安落葉松人工林喬木生物量(119.28 t/hm2)與韓銘哲［8］測定的27年生興安落葉松人工林喬木生物量結(jié)果相近(121.36 t/hm2)。

根據(jù)中國人工林的固碳能力的平均值(1.91 Mg/(hm2·a))［16］，可推算出中國人工林的平均生產(chǎn)力約為 3.82 t·hm－2·a－1，高于本文測定的21年生興安落葉松人工林林分年均生產(chǎn)力(2.63 t·hm－2·a－1)，說明火后興安落葉松人工幼齡林的生產(chǎn)力還有待改善，應(yīng)加強撫育措施。由于在火燒跡地上種植人工林的年代有限，從現(xiàn)有的幼齡人工林樣地?zé)o法得知其喬木生產(chǎn)力隨林齡的總體變化趨勢，有待進(jìn)一步研究。

如表4所示，13、14、19、21 a的興安落葉松林人工林中，非火燒跡地與火燒跡地喬木年均生產(chǎn)力差值最大為4.40 t·hm－2·a－1，平均為 2.88 t·hm－2·a－1;林分年均生產(chǎn)力差值最大為 5.09 t·hm－2·a－1，平均為 3.05 t·hm－2·a－1。可知，同齡非火燒跡地人工林林分生產(chǎn)力平均為火燒跡地人工林林分生產(chǎn)力的2.05倍，其中同齡非火燒跡地人工林喬木生產(chǎn)力平均為火燒跡地人工林喬木生產(chǎn)力的2.76倍。

表4 同齡不同造林地類型林木生產(chǎn)力比較 t·hm－2·a－1

非火燒跡地(濕地和荒地)人工林的林分生產(chǎn)力和喬木生產(chǎn)力均大于火燒跡地，原因可能是火燒跡地土壤較為貧瘠，養(yǎng)分狀況決定了林分生產(chǎn)力水平;而非火燒跡地，特別是濕地上的人工林，多為壟臺造林，地勢較高，不受濕地含水率過高的影響，因此比火燒跡地人工林生長更為迅速。建議加大火燒跡地人工林的撫育措施以及林地養(yǎng)分管理，以有效地提高林分生產(chǎn)力水平。

［1］孫龍.1987年大興安嶺林火碳釋放及火后NPP恢復(fù)［J］.林業(yè)科學(xué)，2009，45(12):100 －104.

［2］孔繁花，李秀珍，王旭高，等.林火跡地森林恢復(fù)研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2003，22(2):60 －64.

［3］馮林，楊玉珙.興安落葉松原始林三種林型生物量的研究［J］.林業(yè)科學(xué)，1985，21(1):86 －91.

［4］劉志剛.興安落葉松天然林生物量及生產(chǎn)力的研究［J］.植物生態(tài)學(xué)報，1994，18(4):325 －337.

［5］陸玉寶.興安落葉松天然林林分結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)力特征的研究［D］.呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

［6］孫玉軍，張俊，韓愛惠，等.興安落葉松幼中齡林的生物量與碳匯功能［J］.生態(tài)學(xué)報，2007，27(5):1756 －1762.

［7］海龍.興安落葉松原始林和采伐后恢復(fù)林分的碳匯能力研究［D］.呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

［8］韓銘哲.興安落葉松人工林生物量和生產(chǎn)力的探討［J］.華北農(nóng)學(xué)報，1987，2(4):134 －138.

［9］劉世榮，柴一新，蔡體久.興安落葉松人工群落生量物與凈初級生產(chǎn)力的研究［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1990，18(2):40 －46.

［10］丁寶永，劉世榮，蔡體久.落葉松人工林群落生物生產(chǎn)力的研究［J］.植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報，1990，14(3):226 －235.

［11］張俊.興安落葉松人工林群落結(jié)構(gòu)、生物量與碳儲量研究［D］.北京:北京林業(yè)大學(xué)，2008.

［12］周振寶.大興安嶺主要可燃物類型生物量與碳儲量的研究［D］.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)，2006.

［13］馮宗煒，王效科，吳剛.中國森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量和生產(chǎn)力［M］.北京:科學(xué)出版社，1999:54－95.

［14］鮑春生.興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和碳通量研究［D］.呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

［15］李峰.興安落葉松林分布及生產(chǎn)力對氣候變化的響應(yīng)研究［D］.北京:中國科學(xué)院研究生院，2006.

［16］陳泮勤，王效科，王禮茂.中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支與增匯對策［M］.北京:科學(xué)出版社，2008:165－168.