陳 新 董文淵 鐘 歡 袁翎凌 夏 莉 黃小東 浦 嬋 吳義遠(yuǎn)

(1 西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 昆明 650224；2 西南林業(yè)大學(xué)筇竹研究院 昆明 650224；3 西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院 昆明 650224；4 大關(guān)縣林業(yè)和草原局 云南昭通 657400；5 南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 南京210037)

構(gòu)建適用于某一研究區(qū)域尺度的單木生物量模型是估算森林經(jīng)營(yíng)碳庫(kù)的關(guān)鍵[1-3]，也是進(jìn)行區(qū)域尺度森林生物量監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。姚文靜等[4]采用Logistic 模型和多項(xiàng)式函數(shù)對(duì)淡竹生物量進(jìn)行數(shù)學(xué)模型擬合，分析了多個(gè)構(gòu)件在不同發(fā)育階段的生物量變化、生物量因子之間的相互關(guān)系及生物量分配；唐建維等[5]構(gòu)建了西雙版納地區(qū)不同年齡人工龍竹的生物量模型，模型精度較高。王柯人等[6]構(gòu)建了龍竹人工林地上生物量回歸模型，各齡級(jí)龍竹胸徑與稈、枝和葉生物量以及地上總生物量的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平，以胸徑為自變量建立的各齡級(jí)地上生物量模型決定系數(shù)均在0.9 以上。

筇竹 (Qiongzhuea tumidinoda) 為禾本科(Gramineae) 筇竹屬 (Qiongzhuea) 植物，屬中小型混生竹類(lèi)，為中國(guó)西南地區(qū)所特有，喜溫涼濕潤(rùn)氣候[7-9]，具有重要的經(jīng)濟(jì)、觀賞和生態(tài)價(jià)值。筇竹生長(zhǎng)速度快、產(chǎn)量高、用途廣，是云南大關(guān)縣重要的森林資源。目前，有關(guān)筇竹無(wú)性系種群生物量結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)、筇竹構(gòu)件生物量積累分配的研究已見(jiàn)報(bào)道[10-11]，而關(guān)于筇竹分株地上部分生物量模型構(gòu)建的研究未見(jiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道。本研究以大關(guān)縣木桿鎮(zhèn)大羅漢壩人工筇竹與黃皮樹(shù)混交林中筇竹地上部分生物量為研究對(duì)象，建立人工筇竹分株地上部分各構(gòu)件生物量及總生物量模型，以期為人工筇竹與黃皮樹(shù)混交林的經(jīng)營(yíng)及其碳匯項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省昭通市大關(guān)縣木桿鎮(zhèn)大羅漢壩，屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降水量為1 335 mm，相對(duì)濕度85%，具有陰涼濕潤(rùn)、熱量不足的氣候特點(diǎn)。該地區(qū)土壤以山地黃壤為主，土壤深厚濕潤(rùn)。林下植被中的灌木主要有菝葜(Smilax china)、西南繡球(Hydrangea davidii)、寒莓(Rubus buergeri) 等，草本主要有粗齒冷水花 (Pilea sinofasciata))、鳳仙花 (Impatiens balsamina)、樓梯草 (Elatostema involucratum)等，蓋度約為60%。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

試驗(yàn)樣地布設(shè)在大關(guān)縣木桿鎮(zhèn)大羅漢壩，地理位置為東經(jīng)104°1′14″、北緯28°5′4″，海拔1 439 m，坡度為21°，坡向?yàn)镾W33°，土壤類(lèi)型為山地黃壤，林分為人工筇竹與黃皮樹(shù)混交林。在混交林中黃皮樹(shù)、筇竹分別于2012 年和2013年秋季造林，上層喬木郁閉度為0.4。2021 年10月在人工筇竹—黃皮樹(shù)混交林中設(shè)置3 個(gè)20 m ×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地。樣地中筇竹生長(zhǎng)情況見(jiàn)表1。

表1 樣地中筇竹分株生長(zhǎng)情況Tab.1 Ramets growth of Q. tumidinoda in sample plots

2.2 標(biāo)準(zhǔn)竹選擇及取樣

分別在3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)按不同年齡(1、2、3、4 年) 各選15 株標(biāo)準(zhǔn)竹(生長(zhǎng)良好、無(wú)病蟲(chóng)害、胸徑與平均胸徑誤差不超過(guò)5%)，共選取180 株。選取的標(biāo)準(zhǔn)竹從基部砍伐，將其稈、枝、葉分離，然后將取得的各構(gòu)件樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室置于105 ℃下殺青30 min，在85 ℃烘箱中烘干至質(zhì)量恒定，稱(chēng)其干質(zhì)量。

2.3 建模與分析方法

以胸徑(DBH) 為自變量，筇竹各年齡分株的稈、枝、葉生物量和地上部分總生物量為因變量，采用直線、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、多項(xiàng)式等對(duì)各年齡分株的各構(gòu)件生物量和分株地上部分總生物量進(jìn)行回歸分析，根據(jù)模型評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇最優(yōu)生物量模型。

利用SPSS 26.0 軟件，采用皮爾遜相關(guān)性分析法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)性分析，以確定各構(gòu)件生物量之間的相關(guān)性，選取相關(guān)系數(shù)最高的調(diào)查因子，建立筇竹各構(gòu)件地上生物量和分株地上部分總生物量的估測(cè)模型。采用決定系數(shù)(R2)對(duì)估測(cè)模型進(jìn)行精度檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同年齡分株各構(gòu)件含水率

筇竹分株各構(gòu)件含水率的差異可反映生物量累積的程度。從不同年齡筇竹分株各構(gòu)件含水率(表 2) 可知，1 年生分株稈含水率最高(66.01%)，4 年生分株葉含水率最低(50.79%)。隨分株年齡的增加，各構(gòu)件含水率均呈逐漸減少趨勢(shì)，1～4 年生筇竹分株地上部分平均含水率分別為57.62%、53.40%、50.01%、42.66%。分析顯示，分株不同年齡之間，稈、葉含水率均存在顯著差異，枝含水率表現(xiàn)為1 年生、4 年生與2 年生、3 年生之間存在顯著差異。各年齡分株含水率均呈現(xiàn)出稈＞葉＞枝的變化規(guī)律。

表2 筇竹不同年齡分株各構(gòu)件含水率Tab.2 Modular moisture content of Q. tumidinoda ramets at different ages

3.2 筇竹分株地上生物量分配

筇竹分株地上部分生物量由稈、枝和葉生物量構(gòu)成。筇竹1～4 年生分株地上部分總生物依次為133.99、123.31、109.76、85.39 g/m2(表3)，各構(gòu)件生物量和總生物量均表現(xiàn)為1 年生＞2 年生＞3 年生＞4 年生，表明分株稈、枝、葉的生物量和地上部分總生物量均隨年齡的增加而減少，且各構(gòu)件生物量在不同年齡間均有顯著差異(P＜0.05)；各年齡的分株生物量均呈現(xiàn)出稈＞葉＞枝的變化規(guī)律。

表3 筇竹不同年齡分株地上部分生物量Tab.3 Aboveground biomass of Q. tumidinoda ramets at different ages

由表3 可知，不同年齡分株稈、枝、葉生物量占地上部分總生物量的比例分別為:1 年生分株為64.71%、14.53%、20.76%，2 年生分株為66.80%、13.41%、19.79%，3 年生分株為70.58%、12.70%、16.72%，4 年生分株為74.97%、11.5%、13.52%。各年齡分株構(gòu)件生物量占地上部分總生物量的比例均呈現(xiàn)出稈＞葉＞枝的變化規(guī)律。

3.3 筇竹分株地上生物量回歸模型構(gòu)建

已有研究結(jié)果顯示，喬木地上生物量與其胸徑存在顯著相關(guān)性[11-12]；對(duì)于竹種而言，以胸徑為單變量的回歸模型能夠較好地反映竹類(lèi)生物量隨胸徑的變化趨勢(shì)[13-15]。因此本研究以筇竹分株胸徑為單一變量，建立地上部分生物量回歸模型。

3.3.1 胸徑與各構(gòu)件生物量的相關(guān)性

從筇竹分株胸徑與各構(gòu)件生物量的相關(guān)性分析結(jié)果 (表4) 可知，1～ 4 年生分株的胸徑(DBH) 與各構(gòu)件生物量均具有良好的相關(guān)性，各年齡分株胸徑與稈、枝、葉生物量和地上部分總生物量的相關(guān)系數(shù)在0.937～0.979，且達(dá)到極顯著水平；其中，胸徑與地上部分總生物量的相關(guān)系數(shù)較高，均在0.960 以上。

表4 筇竹分株胸徑與各構(gòu)件生物量的相關(guān)性Tab.4 Correlation between DBH and modular biomass of Q. tumidinoda ramets

3.3.2 筇竹分株地上部分生物量模型構(gòu)建

以胸徑(DBH) 為自變量，分株的稈、枝、葉生物量和地上部分總生物量為因變量，建立不同年齡筇竹分株生物量估測(cè)模型。結(jié)果顯示(表5)，4 年生分株葉生物量與4 年生地上部分總生物量以?xún)绾瘮?shù)擬合效果最佳，其余均為指數(shù)函數(shù)擬合效果最佳。

表5 筇竹不同年齡分株各構(gòu)件及地上部分總生物量模型Tab.5 Aboveground biomass model of Q. tumidinoda ramets at different ages

從生物量模型的擬合結(jié)果來(lái)看，分株稈生物量模型和地上部分總生物量模型決定系數(shù)(R2)均在0.900 0 以上，而枝和葉生物量模型決定系數(shù)(R2) 變化范圍為0.877 1～0.937 4，模型P值均小于0.01，此結(jié)果與相關(guān)性分析結(jié)果一致。筇竹不同年齡分株地上部分總生物量模型決定系數(shù)(R2) 表現(xiàn)為1 年生的最高(0.958 0)、4 年生的最低(0.941 1)，表明1 年生分株稈、枝、葉生物量較2、3、4 年生分株稈、枝、葉生物量模型精度高。各年齡分株稈生物量模型和地上部分總生物量模型精度較高，其原因可能為一方面是由于稈的測(cè)量誤差比枝和葉小，另一方面各年齡枝和葉生物量在地上部分總生物量中所占比例較小，因此對(duì)分株地上部分總生物量的影響也較小。

4 結(jié)論與討論

筇竹分株含水率可以反映環(huán)境水分供應(yīng)狀況以及分株吸收水分的能力。研究顯示，分株稈、葉含水率在不同年齡間均有顯著差異，枝含水率1 年生、4 年生與2 年生、3 年生之間有顯著差異。各年齡分株的含水率均呈現(xiàn)出稈＞葉＞枝的變化規(guī)律。隨分株年齡的增加，各構(gòu)件含水率逐漸減少，這與李順秋[17]、王晨等[18]、吳遠(yuǎn)彬[19]等的研究結(jié)果一致。

筇竹分株生物量是表征筇竹林分生產(chǎn)力高低的一個(gè)較好指標(biāo)。筇竹分株稈、枝、葉生物量和地上部分總生物量均表現(xiàn)為1 年生＞2 年生＞3 年生＞4 年生，不同年齡間稈生物量存在顯著差異；筇竹地上部分生物量隨著分株年齡的增長(zhǎng)而減小。各年齡分株構(gòu)件生物量均呈現(xiàn)出稈＞葉＞枝的變化規(guī)律，這與董文淵等[10]、吳義遠(yuǎn)等[11]、楊婷婷等[20]、孫剛等[21]的研究結(jié)果一致，各年齡分株構(gòu)件生物量中占比最大的均為稈部。各年齡分株胸徑與稈、枝、葉生物量及地上部分總生物量均存在極顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在0.937～0.979，模型顯著性(P值) 均小于0.01，生物量模型具有較高的可信度，同時(shí)也有著較強(qiáng)的適用性，可用于相似立地條件下的筇竹分株生物量估測(cè)。

從生物量模型的擬合結(jié)果來(lái)看，地上部分總生物量模型的決定系數(shù)(R2) 均在0.930 以上，生物量模型有著較好的普適性。本研究結(jié)果與付小勇、鄭郁善、王路君等的研究結(jié)果一致[22-24]，筇竹稈生物量和地上部分總生物量模型精度較高，而枝生物量和葉生物量模型精度略微偏低，可能是由于枝和葉的樣本收集均在樣竹伐倒之后，在此過(guò)程中會(huì)造成枝和葉的部分損失。在今后的研究中，對(duì)生物量模型的普適性需做進(jìn)一步探索，確保生物量估算達(dá)到預(yù)期效果。