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森林生物量

单位面积上长期积累的全部活有机体的总量。通常用单位面积上的干物质重量或热量表示。森林生物量是在长期生产与代谢过程中积累的结果。它不是逐年生产量的总和,而是逐年的生产量减去由于林木的自然稀疏和凋落物,在有人为干扰的地方,还要去掉由于采伐和抚育等消耗的部分剩余的活有机物的数量,因此又称森林现存量。长期以来林学家对森林产量的测定局限于林木的树干部分。

单位面积上长期积累的全部活有机体的总量。通常用单位面积上的干物质重量或热量表示。森林生物量是在长期生产与代谢过程中积累的结果。它不是逐年生产量的总和,而是逐年的生产量减去由于林木的自然稀疏和凋落物,在有人为干扰的地方,还要去掉由于采伐和抚育等消耗的部分剩余的活有机物的数量,因此又称森林现存量。

长期以来林学家对森林产量的测定局限于林木的树干部分。随着生产的发展和科学技术的进步,人们对森林生态系统的认识日益深刻,对森林生态系统各组成部分的利用范围日益广泛。为了研究森林生态系统中物质循环与能量流动的规律,充分合理地利用森林的这一可更新资源,都需要对森林生态系统中的全部活有机体进行测定,因而生物量的研究,得到迅速的发展。从理论上讲,森林生物量的测定应包括森林生态系统中全部植物、动物和微生物有机体。但在实际测定时,由于测定技术的限制,往往把注意力放在对生态系统中绿色植物地上部分的测定,对其他部分的研究则比较薄弱。有些学者提出在研究生物量时还应包括森林中的死地被物的数量,以了解森林中物质循环与代谢的特点。

规律

森林是陆地上分布很广的一种生态系统,其生物量总和约1680×109吨,占整个陆地生态系统生物量总和的90%以上。不同地理区域的森林生态系统生物量有很大差异,即使在同一地区也因林龄、立地条件、林木遗传特性、林分密度与结构以及经营管理等不同而异。但一般地说有以下几个带规律性的表现:①从赤道向两极方向随着纬度增高,森林生态系统的生物量逐渐降低。分布在赤道附近的热带雨林生物量最高,达500吨/公顷以上,亚热带森林次之,平均为400吨/公顷,温带阔叶林则为300吨/公顷,北方针叶林为200吨/公顷,灌丛仅为68吨/公顷。②在相同的立地条件下,生物量是年龄的函数。在一块经过皆伐或是一片裸露的土地上开始形成森林时,最初的生物量是很低的。随着年龄的增加,生物量也不断增加,当森林达到成熟阶段,森林的生产量枯损量接近平衡,在一个相当大的面积上,生物量保持相对稳定。③天然林的生物量随立地条件的改善和林分疏密度的增加而提高。但是森林生态系统中各种成分的消长及其相对的比率则有较复杂的变化规律。例如,随着林分郁闭的增加,乔木层的生物量也随之增加,而下木层和草本层的生物量反而减少。又如随着总生物量的增加,树干的重量也增加,而叶子的生物量与森林的总生产量间并无明显的关系,因此随着总生物量的增加,叶子的生物量在其中所占的百分率下降。通常在幼林阶段时地下部分在生物量中所占的比例较成年阶段为高。在一般情况下成熟林的地下部分约占生态系统总生物量的20~30%。随着环境条件的恶化,特别是干旱、寒冷和大风的环境条件下,森林生态系统中地下部分的比例显著增加。④在人工进行栽植和管理的条件下,可以出现生物量很高的森林。

测定方法

森林由于其高大和结构复杂的特点,生物量的测定技术较其他类型的陆地生态系统更为复杂。森林生物量的测定通常是按乔木层、下木层和草本活地被物层分别进行的。对乔木层生物量的测定方法是传统的测树学方法发展起来的,常用的有皆伐实测法、平均木法、随机抽样法和相关曲线法。①皆伐实测法:将样地上的立木全部伐倒,称量全部树木各部分的重量,或测定各株树木的材积,再根据木材比重换算出全林乔木的生物量。这种方法十分费工,但可得出准确的数据,通常用于特殊的实验或用来作为检验其他间接测定方法的准绳。②平均木法:采伐并实测具有林分平均直径的树木的生物量,再乘以总株数即可求出林木的生物量。为了保证测定的精度,应采伐多株具有平均直径的样木,测定其生物量,再推算出单位面积的生物量。平均木法的另一种变型是将研究地段的林木按其大小分级,在各级内分别选取平均木,首先推算出各级林木的生物量,再合计成单位面积上林木的生物量。③随机抽样法:研究地段上随机选取多株样木,伐倒并测定其生物量,公式为

森林生物量

式中 W为全林树干生物量;ΣW为样木生物量之和;G为研究地段总胸高断面积;Σg为样木胸高断面积总和。④相关曲线法:在研究地区随机选取各种大小的林木,测定其生物量,再根据树木生物量与某一测树指标(如胸径或树高等)间存在的相关关系,利用数理统计方法配制回归方程。据研究,生物量与胸高直径间存在着幂函数的相关关系,即W=aD这里,W为树木的生物量;ab为参数;D为胸高直径。利用最小二乘法求出回归方程中的参数,再用林分每木检尺的资料,根据公式求出各直径级树木的生物量,进而计算出全林树木的生物量。鉴于利用胸高直径作为自变量时,参数ab在不同林分中变动较大,故又引进树高(H)作为第二个变量,利用W=a(D2H)b来估算出生物量,后者所获得的ab数值具有较广泛的应用范围。

在测定林木生物量时,除应计算树干的重量外,还应测定林木的枝、叶和根的数量。通常枝、叶的测定采用对样木全割(摘)称重法。根量的测定采取全挖法或在样地内机械设立样方或壕沟,挖取称量壕沟或土柱内的根量,再推算出单位面积上根的生物量。

测定下木层的生物量时,对体积较大的下木,可在样地内再设立一些较小的样方利用收割称重法进行测定。草本小灌木层的生物量通常是在样地内设立面积为1平方米的样方进行测定。对于苔藓层的测定可以在更小的样方中进行。

森林中动物的生物量研究得很少,但其数量与绿色植物相比是微不足道的。森林中的草食性动物(主要为多种昆虫及啮齿类和有蹄类)只占植物量的十万分之一,而肉食性动物(主要为鸟类)只占草食性动物的百分之一。土壤中含有大量的生物,其种类和数量比森林其余部分要多得多。据统计,一平方米森林表土里可以包含有数百万细菌、真菌和数十万只线虫、螨类和跳虫。此外尚有环节动物、软体动物、节肢动物和哺乳动物。但目前对这部分动物和微生物的数量还缺乏系统的研究。(见