趙英銘,雷淵才,楊文斌,包春燕,高君亮,黃雅茹,張鴻懌

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所,北京 100091；2中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心,內(nèi)蒙古 磴口 015200；3.國(guó)家林業(yè)局內(nèi)蒙古磴口荒漠生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站,內(nèi)蒙古 磴口 015200；4.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所,北京 100091；5.巴彥淖爾市科技局,內(nèi)蒙古 臨河 015000)

綠洲農(nóng)田防護(hù)林帶根生物量調(diào)查方法

趙英銘1,2,3,雷淵才4,楊文斌1,包春燕5,高君亮1,2,3,黃雅茹2,3,張鴻懌2,3

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所,北京 100091；2中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心,內(nèi)蒙古 磴口 015200；3.國(guó)家林業(yè)局內(nèi)蒙古磴口荒漠生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站,內(nèi)蒙古 磴口 015200；4.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所,北京 100091；5.巴彥淖爾市科技局,內(nèi)蒙古 臨河 015000)

森林固碳可減緩氣候變暖環(huán)境惡化,故碳匯一直是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。我國(guó)人工林已成為林業(yè)主體,西北地區(qū)將成為未來(lái)人工造林的主要區(qū)域,但西北碳匯和生物量的研究較少,為探明西北地區(qū)人工林碳匯功能,且不破壞原有基礎(chǔ)設(shè)施,特開(kāi)展本項(xiàng)研究。以綠洲田渠林路式新疆楊農(nóng)田防護(hù)林帶為調(diào)查對(duì)象,采用空間代時(shí)間的方法,按照胸徑、樹(shù)高由小到大,由胸徑、樹(shù)高與相對(duì)應(yīng)的根生物量建立生長(zhǎng)模型,以此模擬林帶生物量增長(zhǎng)過(guò)程。對(duì)根生物量調(diào)查,采取6個(gè)步驟和相應(yīng)計(jì)算公式,設(shè)計(jì)了一種田渠路林式農(nóng)田防護(hù)林帶根生物量調(diào)查計(jì)算方法,最終建立了由胸徑、樹(shù)高與根生物量的增長(zhǎng)模型,其中胸徑與主根、側(cè)根、根生物量模型分別為W=0.0268D1.32.1717,W=0.0191D1.32.1346,W=0.0465D1.32.1557。模型經(jīng)檢驗(yàn),回歸關(guān)系極顯著,與以往模型相比更可靠實(shí)用。

根生物量；田渠林路式；農(nóng)田防護(hù)林；綠洲；沙漠

0 引言

CO2排放使全球氣候變暖引發(fā)一系列問(wèn)題或?yàn)?zāi)害[1]。森林吸碳放氧可減緩氣候變暖,故森林碳匯一直是研究重點(diǎn)[2-8]。我國(guó)碳循環(huán)及儲(chǔ)量研究雖開(kāi)展較晚,但碳匯及氣候變化已成為當(dāng)前研究重點(diǎn)[9-11]。21世紀(jì)初,國(guó)內(nèi)學(xué)者推算出我國(guó)近50年森林植被碳庫(kù)及其動(dòng)態(tài),對(duì)森林碳匯功能進(jìn)行了評(píng)價(jià)[9,12-15]。碳匯計(jì)算取決于生物量和含碳率的乘積,植物含碳率差異不大,故碳匯研究實(shí)際就是生物量的研究。森林植被碳庫(kù)準(zhǔn)確估算是揭示“碳失匯”現(xiàn)象的重要前提[16]。森林碳儲(chǔ)量研究更多轉(zhuǎn)向人工林領(lǐng)域[17-19],人工林碳貯量與碳平衡研究已成為生態(tài)學(xué)研究熱點(diǎn)[20-24]。我國(guó)人工林面積速增,人工林固碳及減緩氣候變暖作用受到重視[25-27]。森林碳密度和碳貯量研究也進(jìn)行了一些[13-14,28-29],且學(xué)者們給出楊樹(shù)生物量模型[11,30],但種間差異大,無(wú)大徑級(jí)數(shù)據(jù)。魏艷敏[31]、胡莎莎等[32]、桑巴葉等[33]對(duì)新疆楊(Populusalbavar.pyramidalisBunge.)生物量和碳儲(chǔ)量進(jìn)行了研究并給出了生長(zhǎng)方程,但并沒(méi)有提及林帶結(jié)構(gòu)模式對(duì)生物量影響,且所取樣本均為小樹(shù),平均胸徑只有8.26cm,樣本數(shù)量少也不具代表性。目前,我國(guó)西北地區(qū)是未來(lái)林業(yè)造林發(fā)展主要方向,而西北以沙漠為主。磴口沙漠綠洲30年農(nóng)田防護(hù)林經(jīng)營(yíng)模式,是以抗旱樹(shù)種新疆楊為造林樹(shù)種,以窄林帶、小網(wǎng)格為節(jié)水配置的田渠林路式農(nóng)田防護(hù)林模式。此模式下,新疆楊長(zhǎng)勢(shì)和防風(fēng)效果良好,碳匯功能強(qiáng)大,可為西北地區(qū)借鑒。西北防護(hù)林楊樹(shù)是主栽樹(shù)種,其品種差異巨大,但有些碳匯研究并無(wú)細(xì)分至品種[30,34-41]；沙漠綠洲農(nóng)田防護(hù)林生物量和碳匯雖有一些研究[31-33,42-44],但未具體到新疆楊,且區(qū)域差異較大。綜上所述,基于農(nóng)田、渠道、道路、林帶相結(jié)合的窄林帶適合西北地區(qū)的節(jié)水型模式農(nóng)田防護(hù)林,但對(duì)其根生物量研究鮮有報(bào)道。原根生物量調(diào)查方法會(huì)破壞農(nóng)田、渠道、道路。為此,本文以極端干旱氣候條件下沙漠綠洲田渠林路窄林帶節(jié)水造林模式為研究對(duì)象,針對(duì)綠洲田渠路林式農(nóng)田防護(hù)林帶根生物量,提出一種新的研究方法,以期為估算節(jié)水型農(nóng)田防護(hù)林提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于烏蘭布和沙漠東北部磴口綠洲,地理坐標(biāo)為40°27′28.19″N,106°47′5.47″E。屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū),全年氣候干旱少雨,年均降雨量144mm,蒸發(fā)量3 000mm左右,風(fēng)沙危害較重,主要發(fā)生在春季,主害風(fēng)西風(fēng)、西北風(fēng),是沙塵暴發(fā)源地之一。為防風(fēng)固沙，建設(shè)了大面積的農(nóng)田防護(hù)林。由于氣候干旱,水資源匱乏,只能發(fā)展灌溉林業(yè),才能保證林帶正常生長(zhǎng)。灌溉方式有引黃河水灌溉和地下水灌溉。由于農(nóng)田地勢(shì)高于黃河水位,必須建立以電為動(dòng)力的揚(yáng)水站,用抽水機(jī)揚(yáng)水灌溉。所以林帶必須與灌溉渠道緊密結(jié)合,栽植在灌溉渠道上,結(jié)合農(nóng)田灌溉可保證渠道林帶吸收充足水分。但灌溉期畢竟時(shí)間太短,在非灌溉時(shí)期或黃河缺水期,加之水權(quán)置換項(xiàng)目采用渠道襯砌使黃河水引水量總體減少,使得林帶建設(shè)必須靠近農(nóng)田,這樣林帶根系可從林帶兩側(cè)農(nóng)田里吸收水分和養(yǎng)分。為便于人行和苗木運(yùn)輸及林業(yè)機(jī)械運(yùn)輸,以及道路遮陰等因素,農(nóng)田道路以及電網(wǎng)多與林帶相結(jié)合。如此便形成了田渠路林模式的農(nóng)田防護(hù)林,且應(yīng)用廣泛(圖1)。調(diào)查林帶為田渠林路式2行新疆楊防護(hù)林,株行距2.3m×7.2m,年齡20a生,平均胸徑27.75cm,平均樹(shù)高19.96m,渠道寬4m,渠道邊至新疆楊1.6m,新疆楊至路1m。

圖1 一種田渠路林式農(nóng)田防護(hù)林帶結(jié)構(gòu)

2 研究方法

2.1調(diào)查必備工具

該田渠路林式防護(hù)林帶根生物量調(diào)查方法,必須借助小型挖掘機(jī)、0.5-1T的電子秤、40kg小勾秤、鋼卷尺、游標(biāo)卡尺、胸徑圍尺、電鋸、手鋸、斧頭、繩索、記號(hào)筆、塑料袋、烘箱、20kg臺(tái)秤、記錄本和筆,以及較多人工方可完成。所用工具均為普通市場(chǎng)工具,便于購(gòu)買(mǎi)取得,造價(jià)成本低。

2.2調(diào)查方法

為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)缺陷,提供了一種田渠路林式農(nóng)田防護(hù)林帶根生物量調(diào)查方法。選擇樣帶是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

1) 林帶結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)查。調(diào)查林帶胸徑、樹(shù)高、冠幅、株行距等參數(shù)指標(biāo),為選擇目標(biāo)樹(shù)種建模提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2) 選取樣方。因田渠林路式林帶周圍分布著渠道、道路、農(nóng)田,為不破壞基礎(chǔ)設(shè)施,故根系不能完全挖出,只能在特定的空間選取樣方。在選擇目標(biāo)林帶,調(diào)查胸徑、樹(shù)高基礎(chǔ)上,采用空間代替時(shí)間的方法,林帶按胸徑由小到大的順序選擇20棵目標(biāo)伐倒木。對(duì)每一株伐倒木,基于株距2.3m,行距7.2m,樣方寬度應(yīng)小于或等于株行距,以目標(biāo)伐倒木伐根為中心,選定寬×長(zhǎng)×深為2.3m×2.5m×1m的一個(gè)樣方(圖2)。

1-取樣方;2-分土層;3-側(cè)根分級(jí)稱重測(cè)量取樣;4-主根稱重分段取樣;5-推算側(cè)根樣方外截?cái)喔瞪锪?/p>

圖2田渠路林式農(nóng)田防護(hù)林帶調(diào)查方法結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.2Schematicdiagramofthesurveymethodsoffarmlandshelterbeltinfarmland-channel-forest-roadmodel

3) 分土層。在樣方內(nèi)分4層進(jìn)行挖根(0～30cm,30～50cm,50～100cm,100cm以下),邊挖邊揀出全部側(cè)根根系并沖洗,不要草根。

4) 主根稱重分段取樣。在挖到1m深時(shí),用挖掘機(jī)將主根全部拽出,并將深1m內(nèi)樹(shù)根用挖掘機(jī)全部挖出(一般根系不會(huì)超過(guò)2m,到1m深時(shí)完全可拽出),保留主根,將1m深以下側(cè)根鋸斷,根樁部分去掉備用,主根現(xiàn)場(chǎng)稱鮮重并測(cè)量長(zhǎng)度,每隔50cm取圓盤(pán)稱鮮重并烘干稱重,計(jì)算干物質(zhì)含量,再由主根鮮重計(jì)算主根干物質(zhì)的量,即主根生物量。計(jì)算公式:主根生物量=主根鮮重×(樣品干重/樣品鮮重)

5) 側(cè)根分級(jí)稱重測(cè)量取樣和建模方法。側(cè)根生物量取樣方法:按照土壤分層,將每一層根系(包括1m以下的),按根系粗頭直徑分級(jí)(<0.2cm為細(xì)根,0.2～0.5為小根,0.5～2.0cm為中根,2.0～5.0cm為大根,≥5cm為粗根),粗根和大根每一根分別稱其鮮重，測(cè)量?jī)啥酥睆?、長(zhǎng)度,并取樣供烘干稱重,計(jì)算干物質(zhì)含量,粗根和大根稱量總鮮重分別計(jì)算總的干物質(zhì)的量；中根、小根、細(xì)根分別稱量總鮮重,取10～20個(gè)稱鮮重，測(cè)量?jī)啥酥睆?、長(zhǎng)度,并取樣供烘干稱重,結(jié)合總鮮重分別計(jì)算總的干物質(zhì)含量。計(jì)算公式如下:

每層側(cè)根粗根生物量=Σ粗根總鮮重×(樣品干重/樣品鮮重)

每層側(cè)根大根生物量=Σ大根總鮮重×(樣品干重/樣品鮮重)

每層側(cè)根中根生物量=Σ中根總鮮重×(樣品干重/樣品鮮重)

每層側(cè)根小根生物量=Σ小根總鮮重×(樣品干重/樣品鮮重)

每層側(cè)根細(xì)根生物量=Σ細(xì)根總鮮重×(樣品干重/樣品鮮重)

6) 累加計(jì)算根生物量。將以上計(jì)算的主根干物質(zhì)的量和側(cè)根干物質(zhì)的量累加得到根總干物質(zhì)的量,即根系總生物量。

根系總生物量=主根生物量+側(cè)根生物量

2.3側(cè)根生物量建模方法

在樣方內(nèi),按照土壤分層在每層所得截?cái)鄠?cè)根稱量鮮重,按照步驟“5)”計(jì)算各級(jí)側(cè)根干物質(zhì)含量,在測(cè)量鮮重的同時(shí)測(cè)量?jī)啥酥睆?、長(zhǎng)度,將樣方內(nèi)截?cái)鄠?cè)根近似看成圓臺(tái),利用圓臺(tái)體積公式計(jì)算樣方內(nèi)不同直徑側(cè)根密度,再根據(jù)樣方內(nèi)截?cái)鄠?cè)根末端直徑作為樣方外的側(cè)根基徑,將樣方外的側(cè)根近似看成圓錐體,按照?qǐng)A錐體積計(jì)算公式和側(cè)根密度公式((3)式)計(jì)算樣方外側(cè)根鮮重,然后各級(jí)側(cè)根鮮重累計(jì)與相應(yīng)干鮮比相乘得到各級(jí)側(cè)根生物量,再將各級(jí)側(cè)根生物量累加得到側(cè)根總生物量。其計(jì)算過(guò)程如下:

W0=W1+W2

(1)

式中:W0為整根側(cè)根鮮重,W1為樣方內(nèi)截?cái)嗟膫?cè)根鮮重,W2為樣方外截?cái)鄠?cè)根鮮重。

W1樣方內(nèi)側(cè)根形狀接近圓臺(tái),根據(jù)圓臺(tái)體積公式,計(jì)算樣方內(nèi)側(cè)根鮮重((2)式)。

(2)

式中:d1為樣方內(nèi)側(cè)根起始端直徑,d2為樣方截?cái)嗵巶?cè)根末端直徑,l1為樣方內(nèi)側(cè)根長(zhǎng)度,ρ為樣方內(nèi)側(cè)根密度。

(3)

W2為樣方外截?cái)嗟膫?cè)根部分可近似地看成圓錐體,根據(jù)圓錐體體積公式結(jié)合密度得到:

(4)

式中:d2為樣方內(nèi)側(cè)根末端直徑,l2為樣方外側(cè)根系長(zhǎng)度,ρ為樣方外側(cè)根密度。

將(3)式代入(4)式得:

(5)

l1,l2,d1,d2圍成的兩個(gè)三角形應(yīng)為相似三角形,根據(jù)三角形相似原理,可得:

(6)

(7)

(8)

將(7)式代入(1)式得:

(9)

式中:W0為單個(gè)側(cè)根鮮重,W1為樣方內(nèi)單個(gè)側(cè)根鮮重,d1為樣方內(nèi)側(cè)根起始端直徑,d2為樣方內(nèi)側(cè)根末端直徑,l1為樣方內(nèi)側(cè)根長(zhǎng)度,l2為樣方外側(cè)根長(zhǎng)度。

再將計(jì)算的各級(jí)單個(gè)側(cè)根鮮重累加與相應(yīng)干物質(zhì)含量(即干鮮比)相乘得到各級(jí)側(cè)根干物質(zhì)量((10)式)。

∑W01=∑W0×ε

(10)

式中:∑W01為各級(jí)側(cè)根的干物質(zhì)量,∑W0為各級(jí)側(cè)根鮮重,ε為各級(jí)側(cè)根干鮮比。

再將各級(jí)側(cè)根干物質(zhì)的量累加求和得到側(cè)根生物量((11)式)。

(11)

2.4具體實(shí)施方式

1) 圖2為本設(shè)計(jì)的一種具體實(shí)例。如圖2中數(shù)字所示，該田渠路林式農(nóng)田防護(hù)林帶生物量調(diào)查方法,包括6個(gè)步驟,即取樣方—分土層—側(cè)根分級(jí)稱重測(cè)量取樣—主根稱重分段取樣—推算側(cè)根樣方外截?cái)喔瞪锪俊奂佑?jì)算根生物量。在具體實(shí)施時(shí)按照以上6個(gè)步驟,逐一進(jìn)行即可。其特征是:所進(jìn)行的生物量調(diào)查在選定樣方內(nèi)進(jìn)行挖掘,不會(huì)破壞地面的基礎(chǔ)設(shè)施,如渠道、道路、農(nóng)田、電網(wǎng)等,以保證安全性。

2) 該田渠路林式農(nóng)田防護(hù)林帶生物量調(diào)查方法使用時(shí),在進(jìn)行樣方選定的時(shí)候，寬必須與株距保持一致,長(zhǎng)不能影響到渠道、道路、農(nóng)田、電網(wǎng),深達(dá)1m時(shí),用挖掘機(jī)可拽出；根系稱量前應(yīng)先沖洗掉泥土,以免有誤差；在挖土?xí)r借助挖掘機(jī)方便快捷；稱鮮重所用秤,其稱量值范圍應(yīng)在500～1 000kg之內(nèi)(精度±20g)；測(cè)量側(cè)根鮮重、直徑、長(zhǎng)度需用到小型秤(最大稱量40kg,精度±1g),游標(biāo)卡尺、圍尺、盒尺等工具；側(cè)根取樣時(shí)需用到塑料帶或信封袋,用于裝根,樣品需及時(shí)烘干,以防霉變。該調(diào)查方法簡(jiǎn)單,易操作。

3 結(jié)果分析

3.1田渠林路式新疆楊防護(hù)林帶徑級(jí)分布

對(duì)2行田渠林路農(nóng)田防護(hù)林帶156m,共122株新疆楊進(jìn)行調(diào)查,統(tǒng)計(jì)不同徑級(jí)的數(shù)量,得到林帶不同徑級(jí)新疆楊的數(shù)量分布(圖3),其回歸方程的形式為多項(xiàng)式分布((12)式)。

(12)

式中:N變量為不同胸徑內(nèi)的數(shù)量,單位株；D1.3自變量為胸徑,單位cm；相關(guān)系數(shù)R=0.9096,平均胸徑27.75cm。

圖3 田渠林路式新疆場(chǎng)林帶不同徑級(jí)數(shù)量分布圖

3.2林帶根生物量模型

林帶根生物量模型有2種計(jì)算方法:方法1,可通過(guò)胸徑和主根、側(cè)根分別建模,計(jì)算主根、側(cè)根生物量,然后進(jìn)行累加計(jì)算根生物量；方法2,也可通過(guò)胸徑和總生物量直接建模計(jì)算根生物量。

3.2.1田渠林路式2行新疆楊主根生物量建模

據(jù)調(diào)查,新疆楊主根一般不超過(guò)2m,質(zhì)地堅(jiān)硬,密度較大,含水率50%左右,基本涵蓋了一半左右根生物量,所以主根生物量在根生物量中所占比重較大。將20株新疆楊按照胸徑由小到大,由胸徑和與胸徑相對(duì)應(yīng)的主根干物質(zhì)的量建立多個(gè)模型方程,有指數(shù)方程、線性方程、多項(xiàng)式方程、對(duì)數(shù)方程、冪函數(shù)方程,經(jīng)過(guò)認(rèn)真比較后發(fā)現(xiàn)冪函數(shù)分布方程相關(guān)系數(shù)最高,擬合較好(圖4)。2行田渠林路農(nóng)田防護(hù)林帶新疆楊胸徑與主根生物量關(guān)系方程為:

圖4 新疆場(chǎng)林帶主根生物量趨勢(shì)圖

W=0.0268D1.32.1717

(13)

式中:W為主根生物量,單位kg；D1.3為胸徑,單位cm；相關(guān)系數(shù)R=0.9804。對(duì)模型((13)式)進(jìn)行t分布的假設(shè)檢驗(yàn)。經(jīng)查表,自由度18的t0.01=2.878,|t|=21.08>t0.01,表明胸徑與主根生物量有回歸關(guān)系,且模型((13)式)b=2.1717,回歸關(guān)系極顯著。

田渠林路式2行新疆楊20株按照胸徑由小到大,由胸徑、樹(shù)高與相對(duì)應(yīng)的主根生物量建模,選擇相關(guān)系數(shù)最高的冪函數(shù)模型,則由胸徑、樹(shù)高與主根生物量建模為:

(14)

式中:W為根生物量,單位kg；D1.3為胸徑,單位cm；H為樹(shù)高,單位m；相關(guān)系數(shù)R=0.9751。對(duì)模型((14)式)進(jìn)行t分布的假設(shè)檢驗(yàn)。經(jīng)查表,自由度18的t0.01=2.878,|t|=18.65>t0.01,表明胸徑、樹(shù)高與主根生物量有回歸關(guān)系,且模型((14)式)b=0.7363,回歸關(guān)系極顯著。

采用模型(13)式、(14)式,可由胸徑和樹(shù)高計(jì)算主根生物量,這為主根生物量的計(jì)算提供了方便。

3.2.2田渠林路式2行新疆楊側(cè)根生物量建模

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,側(cè)根作為根系的重要組成部分,在根生物量中占有另外50%左右的比例。在干旱的沙漠綠洲,水因子是林帶健康生長(zhǎng)的第一限制因子,故林帶側(cè)根根系的分布多具有向水性,因所調(diào)查的新疆楊林帶為田渠林路模式配置,林帶側(cè)根根系會(huì)向渠道和林帶兩側(cè)的農(nóng)田延伸生長(zhǎng),汲取水分和養(yǎng)分以保證林帶正常生長(zhǎng)。將20株新疆楊按照胸徑由小到大,由胸徑和與胸徑相對(duì)應(yīng)的側(cè)根生物量建立的模型方程,如指數(shù)方程、線性方程、多項(xiàng)式方程、對(duì)數(shù)方程、冪函數(shù)方程中,冪函數(shù)方程相關(guān)系數(shù)最高,擬合較好(圖5)。2行新疆楊胸徑和側(cè)根生物量的方程選用冪函數(shù)方程形式((15)式)。

W=0.0191D1.32.1346

(15)

式中:W變量為側(cè)根生物量(kg),D1.3自變量為胸徑(cm),相關(guān)系數(shù)R=0.9588。對(duì)模型((15)式)進(jìn)行t分布的假設(shè)檢驗(yàn)。經(jīng)查表,自由度18的t0.01=2.878,|t|=14.31>t0.01,表明胸徑和側(cè)根生物量有回歸關(guān)系,且模型((15)式)b=2.1346,回歸關(guān)系極顯著。

圖5 新疆楊側(cè)根生物量變化趨勢(shì)圖

田渠林路式2行新疆楊20株按照胸徑由小到大,由胸徑、樹(shù)高與相對(duì)應(yīng)的側(cè)根生物量建模,選擇相關(guān)系數(shù)最高的冪函數(shù)模型,則由胸徑、樹(shù)高與側(cè)根生物量建模為:

(16)

式中:W為根生物量,單位kg；D1.3為胸徑,單位cm；H為樹(shù)高,單位m；相關(guān)系數(shù)R=0.9677。對(duì)模型((16)式)進(jìn)行t分布的假設(shè)檢驗(yàn)。經(jīng)查表,自由度18的t0.01=2.878,|t|=16.28>t0.01,表明胸徑、樹(shù)高與側(cè)根生物量有回歸關(guān)系,且模型((16)式)b=0.7344,回歸關(guān)系極顯著。

模型(15)式、(16)式,可由胸徑和樹(shù)高計(jì)算側(cè)根生物量,這為側(cè)根生物量計(jì)算提供了方便。

3.2.3田渠林路式2行新疆楊根生物量直接建模

田渠林路式2行新疆楊20株按照胸徑由小到大,由胸徑和與胸徑相對(duì)應(yīng)的根生物量直接建模,在模型方程(線性方程、指數(shù)方程、對(duì)數(shù)方程、多項(xiàng)式方程、冪函數(shù)方程)中選擇相關(guān)系數(shù)最高的冪函數(shù)模型,擬合較好(圖6)。則由胸徑與根生物量直接建模，方程式為:

W=0.0465D1.32.1557

(17)

式中:W為根生物量,單位kg；D1.3為胸徑,單位cm；相關(guān)系數(shù)R=0.9805。對(duì)模型((17)式)進(jìn)行t分布的假設(shè)檢驗(yàn)。經(jīng)查表,自由度18的t0.01=2.878,|t|=21.14>t0.01,表明胸徑與根生物量有回歸關(guān)系,且模型(17)b=2.1557,回歸關(guān)系極顯著。

圖6 新疆楊根生物量變化趨勢(shì)圖

田渠林路式2行新疆楊20株按照胸徑由小到大,由胸徑、樹(shù)高與相對(duì)應(yīng)的根生物量直接建模,選擇相關(guān)系數(shù)最高的冪函數(shù)模型,則由胸徑、樹(shù)高與根生物量直接建模，方程式為:

(18)

式中:W為根生物量,單位kg；D1.3為胸徑,單位cm；H為樹(shù)高,單位m；相關(guān)系數(shù)R=0.9808。對(duì)模型((18)式)進(jìn)行t分布的假設(shè)檢驗(yàn)。經(jīng)查表,自由度18的t0.01=2.878,|t|=21.35>t0.01,表明胸徑、樹(shù)高與根生物量有回歸關(guān)系,且模型(18)b=0.7351,回歸關(guān)系極顯著。

4 結(jié)論與討論

表1列出了相關(guān)文獻(xiàn)與本文所得的新疆楊單株根生物量回歸方程。

表1 田渠林路式2行新疆楊單株根生物量的回歸方程

1)胡莎莎等[32]、魏艷敏[31]、桑巴葉[33]等推算的新疆楊生物量模型與本文模型結(jié)構(gòu)基本一致,但參數(shù)差異較大,其原因是新疆與內(nèi)蒙地域氣候立地條件差異較大、林分類型差異較大、所選新疆楊胸徑差異較大、樣本容量不同造成的。本文所選的新疆楊是針對(duì)內(nèi)蒙西部沙漠綠洲磴口地區(qū),對(duì)該區(qū)新疆楊生物量估算更具實(shí)際指導(dǎo)意義。本文所選研究對(duì)象是2行窄林帶結(jié)構(gòu)的新疆楊林帶,這對(duì)于發(fā)展節(jié)水型窄林帶農(nóng)田防護(hù)林并估算其生物量有著重要的參考意義；本文所選目標(biāo)伐倒木的胸徑范圍包含10～41.97cm,這對(duì)于中齡林、成熟林的生物量估算更有實(shí)際參考價(jià)值,樣本容量是文獻(xiàn)[31-33]中的2～3倍,更具有說(shuō)服性和可靠性。陳章水等[42]推算的新疆楊生物量模型是對(duì)新疆南部疏勒地區(qū)的人工新疆楊片林生物量進(jìn)行調(diào)查,得出的生物量方程模型略有差異,方程的相關(guān)系數(shù)也較本文低,與本文推算模型差異原因是地域的差異、片林和窄林帶差異,以及模型參數(shù)不同造成的。

2)田渠路林式農(nóng)田防護(hù)林帶根生物量調(diào)查方法產(chǎn)生的有益效果是:針對(duì)干旱區(qū)節(jié)水模式農(nóng)田防護(hù)林帶提出的根生物量調(diào)查方法,其簡(jiǎn)單方便,省去了很多繁瑣的工序,如修復(fù)渠道、農(nóng)田、道路等,大大降低了調(diào)查成本,為綠洲農(nóng)田防護(hù)林生物量的計(jì)算提供了研究方法,進(jìn)而為碳儲(chǔ)量和碳匯價(jià)值計(jì)算提供了便利條件,達(dá)到了林業(yè)實(shí)驗(yàn)要求；為西北乃至三北防護(hù)林等林業(yè)工程中,如對(duì)類似田渠林路模式防護(hù)林生物量進(jìn)行調(diào)查的工程項(xiàng)目,提供了參考；給林業(yè)科研工作者提供方便,便于大范圍推廣。

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InvestigationMethodofRootBiomassofOasisFarmlandShelterbelt

ZHAO Yingming1,2,3,LEI Yuancai4,YANG Wenbin1,BAO Chunyan5,GAO Junliang1,2,3,HUANG Yaru2,3,ZHANG Hongyi2,3

(1.InstituteofDesertificationStudies,CAF,Beijing100091,China; 2.ExperimentalCenterofDesertForestry,CAF,Dengkou,InnerMongolia015200,China;3.InnerMongoliaDengkouDesertEcosystemResearchStation,StateForestryAdministration,Dengkou,InnerMongolia015200,China;4.ResearchInstituteofForestResourceInformationTechniques,CAF,Beijing100091,China;5.Bayannao'erTechnologyBureau,Linhe,InnerMongolia,015000,China)

root biomass,farmland-channel-forest-road model,farmland shelterbelt,oasis,desert

S792.11

A

1002-6622(2017)05-0078-08

2017-08-09；

2017-09-27

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(CAFYBB2017MB002,CAFYBB2014MA016,CAFYBB2012003)

趙英銘(1980-),男,內(nèi)蒙古人,高工,在讀博士,主要從事水土保持與荒漠化防治方面的研究。

Email：zhaoyingming2004@aliyun.com

楊文斌(1959-),男,內(nèi)蒙古人,研究員,博導(dǎo),研究方向?yàn)榉郎持紊?。Email：nmlkyywb@163.com

10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.05.014