寧夏寧夏人工釀酒葡萄林生物量分配格局及生物量估測模型研究

寧夏寧夏人工釀酒葡萄林生物量分配格局及生物量估測模型研究

生物量作為生態(tài)系統(tǒng)中積累的有機物質總量，是整個生態(tài)系統(tǒng)運行的能量基礎和養(yǎng)分來源。研究生物量分配規(guī)律有助于理解人工林生長格局和資源分配動態(tài)。近年來,國內外學者對許多樹種的生物量進行了研究,并逐漸擴大研究范圍,不僅在個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、區(qū)域和生物圈等多尺度上開展生物量的研究,而且更加深入地對同一樹種的生物量進行研究,包括同一樹種不同地理種源、不同發(fā)育階段和不同自然地帶的生物量差異,以期建立生物量樹種權重指標體系,實現(xiàn)對森林生物量較為精確的估測。利用構件因子來估算人工林生物量,對于人工林生產(chǎn)力、碳儲量、碳匯功能的評價及研究全球氣候變化和碳平衡具有重要科學意義。通過生物量模型的建立來估測灌木林分生物量的研究已有很多報道,灌木生物量自變量以及模型的選擇是多樣的,但都與灌木的形態(tài)有密切聯(lián)系,有研究采用冠幅(C)和高度(H)的復合因子CH作為變量對其生物量進行擬合[8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25],也有研究采用基徑(D)、株高(H)以及復合因子D2H作為自變量對其生物量進行擬合[26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36],均取得理想效果。寧夏賀蘭山東麓地區(qū)因其獨特的土質和氣候條件,被國內外專家公認為世界釀酒葡萄生長最佳生態(tài)區(qū)之一。目前,賀蘭山東麓地區(qū)優(yōu)質釀酒葡萄種植總面積近2萬hm2,占全國葡萄種植總面積的15%,有著巨大的經(jīng)濟、社會及生態(tài)效益。目前,對賀蘭山東麓釀酒葡萄研究主要集中在葡萄產(chǎn)量、品質及土壤環(huán)境方面[38,39,40,41,42,43],對其生物量在時間序列上的生長和分配規(guī)律的研究還鮮見報道,對于生物量估測模型的建立,還不清楚。鑒于此,本研究通過測定賀蘭山東麓不同年齡釀酒葡萄人工林地上及地下生物量,利用株高、莖粗等構件因子建立生物量估測模型,旨在研究人工釀酒葡萄林生物量分配變化規(guī)律,為該地區(qū)釀酒葡萄人工林碳匯功能評價和應對氣候變化研究提供科學依據(jù)。1半干旱氣候、降水、土壤條件本研究區(qū)在位于寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄集中栽培的玉泉營農場(N38°23′,E106°47′)進行,為賀蘭山東麓沖積扇與黃河沖積平原之間的寬闊地帶。該地區(qū)屬溫帶半干旱氣候,年平均氣溫8.5~9.0℃,≥10℃有效積溫3135~3272℃,晝夜溫差10~15℃,年平均降水量在180~200mm,無霜期156d左右,年日照時數(shù)3032h,日照率67%;土壤為淡灰鈣土,土質多為砂壤土。是最適合葡萄生長的地區(qū)之一。農場主栽果樹大部分以釀酒葡萄為主,目前種植面積約1.8萬hm2,林分年齡最長的為13年,80%屬于1~6年林分年齡,全部采用滴灌水肥一體化模式管理,平均種植密度為19020株·hm-2,株行距為0.5m×3m。2學習方法2.1樣地與調查方法于2011年9月,在寧夏賀蘭山東麓玉泉營農場釀酒葡萄人工林地,按照林齡(1a、2a、3a、4a、8a、12a)設立樣地,選擇立地類型與營林措施基本一致的標準樣地(3m×100m)(表1),每個樣地設置5個3m×0.5m的樣方,每個樣方選擇1株進行調查,共計33株。利用卷尺量取株高(H)、分枝數(shù)(BN)、主蔓長(SH)和新梢長(SYH),用游標卡尺量取莖粗(D)。2.2烘干干重采用全收割法,將每株主蔓、新梢及葉全部稱其鮮重后帶回實驗室,樣品放入85℃恒溫烘干至恒重后用電子秤稱其干重。地下生物量測定采用全收獲法。采用1m×1m×3m的標準坑進行挖根,收獲所有可見根,洗掉粘連的土壤,晾干后稱鮮重,樣品放入85℃恒溫烘干至恒重后用電子秤稱其干重。2.3釀酒葡萄生物量估測的回歸分析數(shù)據(jù)處理與作圖采用Excel2003軟件,運用SAS8.2進行方差分析、主成分分析和逐步回歸分析,采用SPSS17.0的BivariateCorrelation分析法對林分年齡、株高、莖粗、主蔓長、新梢長、分枝數(shù)與釀酒葡萄生物量的相關性進行分析,選擇最佳估測模型自變量,同時利用CurveEstimation分析法分別對釀酒葡萄樹生物量進行擬合,建立生物量估測回歸方程。3結果與分析3.1不同林分間株高及新梢生長葡萄樹株高(H)、主蔓長(SH)、新梢長(SYH)、分枝數(shù)(BN)及莖粗(D)大致隨林齡增加而逐漸增大,各構件形態(tài)指標在不同林齡間均有差異(表2)。方差分析和LSD檢驗后結果表明:1a林分株高與2a及2a以上各林分株高均存在極顯著性差異,2a林分與3a、4a及12a林分間株高沒有極顯著性差異,與8a林分下株高有極顯著性差異,3a、4a及12a林分間株高沒有顯著性差異。1a林分主蔓長與其他林分主蔓長間均有極顯著性差異,2a與3a及3a與4a林分間主蔓長沒有極顯著性差異,8a林分主蔓長與12a林分主蔓長沒有顯著性差異。1a林分新梢長與8a林分新梢長間沒有極顯著性差異,與其他各林分間均存在極顯著差異;但2a、3a、4a與12a林分間新梢長沒有差異性。1a林分與2a林分間分枝數(shù)沒有極顯著性差異,與其他林分間存在極顯著差異;4a林分分枝數(shù)與8a林分間分枝數(shù)沒有極顯著性差異8a林分與12a林分間分枝數(shù)沒有極顯著差異。1a林分莖粗與其他各林分間有極顯著差異;2a林分莖粗與3a林分莖粗沒有差異性,與8a、12a林分莖粗間有極顯著性差異;8a林分與12a林分間莖粗也有極顯著性差異。3.2不同林齡的葡萄牙生物量和分配3.2.1釀酒葡萄樹地上生物量圖1為不同林齡釀酒葡萄樹地上生物量、各構件生物量及分配圖。結果表明:隨著林齡的增加,釀酒葡萄樹地上生物量以及其各構件生物量也隨之增加,其中1a釀酒葡萄樹地上生物量平均為18.78g,葉、主蔓、新梢的生物量(平均)分別為9.80g、4.86g和4.12g;12a釀酒葡萄樹地上生物量與葉、主蔓、新梢的生物量(平均)分別為1154.14g、241.89g、750.93g和161.31g,其中主蔓生物量的相差值最大差距為154.5倍,而相差最小的葉生物量也達到24.6倍。根據(jù)方差分析和LSD檢驗結果表明:不同林齡釀酒葡萄樹的地上生物量以及地上各構件生物量間均有差異。從地上單叢生物量看,1a林分釀酒葡萄樹地上生物量與4a、8a及12a林分間均有極顯著性差異,與2a林分及3a林分間沒有極顯著差異性;2a與3a林分地上生物量間也沒有顯著性差異;4a與12a林分地上生物量有極顯著差異;8a與12a林分地上生物量沒有極顯著性差異。從各構件生物量上看,1a林分葉生物量與除2a林分外其他各年份林分葉生物量均存在極顯著性差異;1a林分主蔓生物量與8a及12a林分間均存在極顯著性差異,與2a、3a及4a林分間沒有極顯著性差異,2a與3a及4a林分主蔓生物量沒有顯著性差異,而8a和12a林分間主蔓生物量存在極顯著性差異;1a林分新梢生物量與2a、3a及12a林分間沒有極顯著性差異,與4a及8a林分間有極顯著差異。從不同林齡釀酒葡萄樹地上各構件生物量分配比例上看,1~4a林分為葉生物量>新梢生物量>主蔓生物量,1~4a林分葉生物量是地上生物量的主體,所占比例平均為48.03%,4~12a林分為主蔓生物量>新梢生物量>葉生物量,1~12a主蔓生物量所占比例由19.60%逐漸遞增。3.2.2不同林分間地下生物量的變化由圖2可知,地下生物量隨林齡增加而逐漸增加,1a林分地下生物量與2a及2a以上林分地下生物量間均存在極顯著差異;2a與3a林分地下生物量間沒有顯著性差異,與4a、8a及12a林分間存在極顯著差異;2a與3a及4a與8a林分間地下生物量差異不顯著,而與12a林分間有極顯著性差異;8a與12a林分間地下生物量也存在極顯著性差異。地下生物量占總生物量比例隨林齡增加而有增有減,除1a林分地下生物量>地上生物量外,2~12a林分地上生物量>地下生物量,12a林分地下生物量占總生物量比例最小(32%),8a林分地下生物量所占總生物量比例最大(46%)。3.3釀酒葡萄樹地上生物量及其分配模型與各構件生物量具有顯著相關關系基礎上。本文依據(jù)生物量與各構件因子間的相關性分析,對各構件生物量進行相關顯著性分析(表3),結果表明:林分年齡(A)與莖粗(D)、D2H(H為株高)、D2、DH、地上生物量及地下生物量都有極顯著相關性;D與地上生物量和地下生物量都具有顯著性相關關系;H僅與主蔓長有極顯著性相關關系,D2H與地上生物量和地下生物量具有極顯著相關關系。通過因子分析及主成分分析,并用逐步回歸法篩選,釀酒葡萄樹地上部分生物量與其構件指標相關系數(shù)最大的是D2H,相關系數(shù)為0.927(P<0.01),地下部分生物量與D2H相關系數(shù)為0.729(P<0.01),均達到極顯著水平。由生物量回歸方程散點圖(圖3)可以看出,主蔓生物量和地上生物量建立的估測模型最好,其模型相關系數(shù)為0.938和0.939,均達到極顯著水平(P<0.01),葉生物量和地下生物量次之,其模型相關系數(shù)為0.850和0.892,均達到極顯著水平(P<0.01),新梢生物量最差,其模型相關系數(shù)為0.805,且P<0.01。從各組分生物量回歸方程散點圖看出,冪函數(shù)與各構件生物量間的擬合均取得理想效果。4討論和結論4.1不同枝齡葡萄的冠幅和生物量釀酒葡萄樹地上部各構件指標隨林齡增加而逐漸增大,其中分枝數(shù)的增加值最大,12a林分為1a林分的10倍,較多的分枝數(shù)使賀蘭山東麓釀酒葡萄林的冠幅相應增大,而且在幼齡期的葡萄林處于生長旺盛期,從而分枝數(shù)對地上生物量的增加有很大貢獻。8a葡萄林地上各構件形態(tài)指標較12a葡萄林各構件指標值大,老年葡萄林分枝數(shù)明顯減少,說明12a葡萄林處于衰退期,分枝數(shù)對地上部分的貢獻也開始下降。4.2地上生物量的轉移對于地上生物量來說,隨著林齡增加,釀酒葡萄樹地上生物量及其各組分生物量逐漸增大,各組分生物量占總生物量的比重也隨之發(fā)生變化。1~4a林分葉生物量是地上生物量的主體,到4a后地上生物量由葉及新梢逐漸向主蔓轉移,這體現(xiàn)了干旱區(qū)在有限的灌水量下,隨著林齡的增加,地上生物量由光合器官逐漸向非光合器官轉移,從而在有限水資源條件下,能保證光合器官所需水分供給,是一種生態(tài)適應策略。從2a開始,地下生物量占總生物量的比重逐漸下降,這與種植釀酒葡萄的土質是沙壤土和礫質沙土有關,沙壤土質地粗、富含礫石、土壤結構弱、水下滲速度及水蒸發(fā)速度快、漏水漏肥,因此根系所需水分不足,根伸長生長受水分限制。4.3酒葡萄人工林生物量本研究采用釀酒葡萄樹株高(H)與