阴山北麓农牧交错区小叶锦鸡儿地上生物量模型构建_乔瑞芳.pdf

第 卷 第 期 年 月内 蒙 古 林 业 科 技 收稿日期：修回日期：资助项目：内蒙古鄂尔多斯森林生态系统国家定位观测研究站运行项目（）作者简介：乔瑞芳（），女，内蒙古呼和浩特人，高级工程师，从事造林、育苗方面研究。：通信作者：杨跃文（），男，内蒙古巴彦淖尔人，副研究员，从事森林培育和森林生态方面的研究。：阴山北麓农牧交错区小叶锦鸡儿地上生物量模型构建乔瑞芳，贾秀斌，杨跃文，何小强，高艳利（呼和浩特市林业和草原局综合保障中心，内蒙古 呼和浩特；内蒙古自治区林业科学研究院，内蒙古 呼和浩特；内蒙古鄂尔多斯森林生态系统国家定位观测研究站，内蒙古 鄂尔多斯）摘 要：以阴山北麓地区小叶锦鸡儿（）人工灌木林为研究对象，在立地和林分调查的基础上，开展小叶锦鸡儿地上生物量预测模型研究，旨在为该区小叶锦鸡儿人工灌木林的抚育管理和资源有效利用提供科学依据。结果表明：平均冠幅（）和灌丛高冠幅面积（）个指标作为自变量来拟合小叶锦鸡儿地上生物量效果最佳，预测模型精度检验的总相对误差（）、平均相对误差（）和平均相对误差绝对值（）均小于，生物量模型 和（）可作为优化模型来估算阴山北麓地区小叶锦鸡儿的地上生物量。关键词：人工灌木林；小叶锦鸡儿；地上生物量；模型；阴山北麓中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，；，）：，（）（）（），（）（），（）：；小叶锦鸡儿（）为豆科锦鸡儿属的落叶灌木，常散生于半干旱区的灌丛化草原，具有较强的抗逆性，在阴山北麓地区广泛应用于退耕还林工程建设，是优良的固沙和水土保持植物；其嫩枝叶可做饲草，也是良好的饲用植物。近年来对小叶锦鸡儿的研究主要集中在叶片化学计量特征、生理生态特性、更新复壮，、饲用价值和饲用试验等方面。随着林业生态工程服务功能效益监测技术的发展，小叶锦鸡儿生物量预测模型和碳汇功能日益受到重视，但现有研究地区主要集中在科尔沁沙地和毛乌素沙地，而对阴山北麓农牧交错区小叶锦鸡儿生物量模型的研究较为缺乏，本研究以阴山北麓地区小叶锦鸡儿人工灌木林为研究对象，在立地和林分调查的基础上，进行小叶锦鸡儿地上生物量模型构建，旨在为该区小叶锦鸡儿人工灌木林的抚育管理和资源有效利用提供科学依据。材料与方法 研究区概况研究区位于乌兰察布市察右后旗（第 期乔瑞芳等：阴山北麓农牧交错区小叶锦鸡儿地上生物量模型构建 ，），属典型的阴山北麓农牧交错区。该区属中温带大陆性季风气候，冬季寒冷漫长，夏季凉爽短促，降水少而集中，昼夜温差大。多年平均气温 ，年均无霜期 ，年均降水量，降水季节分配不均，主要集中在 月，年蒸发量 。该区地带性植被以戈壁针茅草原为主，主要木本植物种有杨（）、榆树（）和小叶锦鸡儿，草本植物主要有戈壁针茅（）、无芒隐子草（）、冰草（）、羊草（）、碱韭（）、蒙古韭（）、冷蒿（）、百里香（）、猪毛菜（）、狗尾草（）等。土壤类型主要为栗钙土，土体腐殖质层浅薄，地面粗糙，常覆盖一层石砾和粗沙。该区风蚀严重，退耕还林（草）工程实施期间多栽植小叶锦鸡儿人工灌木林。研究方法 外业调查及取样方法 年 月，以察右后旗的小叶锦鸡儿人工纯林为研究对象，选择不同林龄、无放牧干扰的标准样地（表），按照灌丛冠幅大小分布选择标准株 个，取样前先调查每个标准株的自然高（灌丛基部到顶梢的平均高度，）、平均冠幅（灌丛东西向和南北向直径的平均值，）、分枝数（个）和分枝基径（分枝地上 处的粗度，）。调查完后刈割地上部分，全株称鲜重（精确到 ），取 鲜样（包括枝条和叶片）带回实验室在 下烘干 称干重，按比例计算每个标准株的地上生物量（）。同时调查记录样地生境特征和植被特征。表 小叶锦鸡儿标准样地信息表 样地号林龄灌丛高平均冠幅造林模式 行 带，带宽间距 行 带，带宽间距 行 带，带宽间距 行 带，带宽间距 带宽间距 ，植株杂乱不成行 数据分析小叶锦鸡儿地上生物量与冠幅的相关性较大，且与灌丛高构成复合指标能更好地提高生物量预测精度，本研究选用灌丛高和灌丛平均冠幅作为小叶锦鸡儿地上生物量预测的主要因子。首先将调查小叶锦鸡儿的生物量按灌丛高和灌丛平均冠幅进行排序，获得按照灌丛高和灌丛平均冠幅从小到大梯度分布的地上生物量数据，最终筛选出 组调查数据进行地上生物量模型构建，剩余 组数据用于预测模型的精度检验。采用 软件进行数据整理。选用变量灌丛高（）、平均冠幅（）、冠幅面积（）、灌丛高平均冠幅（）和灌丛高冠幅面积（），对小叶锦鸡儿单个灌丛地上生物量（）进行分析，建立线性、指数、对数、幂和多项式等模型（表）。根据决定系数（）、检验值和回归检验显著水平（）来筛选生物量预测模型。表 小叶锦鸡儿生物量预测模型 线性方程指数函数对数函数 幂函数 多项式模型（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）注：、为回归方程系数。下同。预测模型精度采用预测值和实测值的总相对误差（）、平均相对误差（）、平均相对误差绝对值（）进行检验，以上精度检验指标越小，则表明模型估测效果越好。采用 软件进行模型拟合和精度检验等统计分析，各指标计算方法如下：（）（）（）|（）内 蒙 古 林 业 科 技第 卷（）（）式中：为实测值；为预估值；为样本数。结果与分析 生物量模型参数的区间由表 可知，小叶锦鸡儿灌丛高为，平均冠幅为 ，冠幅面积为，地上生物量为 。由于按灌丛高和平均冠幅大小梯度进行调查和采样，所以小叶锦鸡儿的各测量指标的离散程度较大，且采样区间也较大。表 小叶锦鸡儿地上生物量模型参数的实测区间 参数灌丛高平均冠幅冠幅面积地上生物量最大值最小值平均值由表 可知，灌丛高、平均冠幅、冠幅面积、灌丛高平均冠幅、灌丛高冠幅面积与地上生物量之间均存在极显著的相关性（），故以上指标均可作为预测小叶锦鸡儿的地上生物量参数。表 小叶锦鸡儿调查因子与地上生物量的相关系数 变量灌丛高平均冠幅冠幅面积灌丛高平均冠幅灌丛高冠幅面积地上生物量灌丛高平均冠幅 冠幅面积 灌丛高平均冠幅 灌丛高冠幅面积 地上生物量 注：表示在 水平上显著相关；表示在 水平上显著相关。小叶锦鸡儿地上生物量模型构建以小叶锦鸡儿地上生物量为因变量，以灌丛高、平均冠幅、冠幅面积、灌丛高平均冠幅、灌丛高冠幅面积为自变量，采用表 中所列出的模型进行拟合，求解相应系数或参数，获得小叶锦鸡儿地上生物量预测模型（表），生物量模型的选择一般要求在回归检验水平显著条件下，决定系数 应尽量大。本研究以决定系数 的平均值（）为参照标准，将 的模型作为小叶锦鸡儿地上生物量预测初选模型，初选模型 个，分别为、。表 小叶锦鸡儿地上生物量预测模型汇总 分组编号模型系数线性方程指数函数对数函数（）（）（）（）（）（）第 期乔瑞芳等：阴山北麓农牧交错区小叶锦鸡儿地上生物量模型构建 表 小叶锦鸡儿地上生物量预测模型汇总（续表）（）分组编号模型系数幂函数多项式模型（）（）（）（）（）（）小叶锦鸡儿地上生物量预测优化模型采用 组小叶锦鸡儿的备检样本对初步筛选出的 个模型进行检验，总相对误差、平均相对误差、平均相对误差绝对值越小表明模型的预测精度越高，一般应小于。通过比较表 中各项模型预测精度检验指标可得，、模型符合精度检验要求，结合表 中预测模型决定系数（：；：），本研究认为以平均冠幅作为自变量的地上生物量预测模型（）和以灌丛高冠幅面积作为自变量的地上生物量预测模型（）（）均可作为小叶锦鸡儿地上生物量预测的优化模型。其散点图如图 和图 所示。表 小叶锦鸡儿地上生物量预测模型精度检验 模型编号总相对误差平均相对误差平均相对误差绝对值050100150200250300350平均冠幅/cm9876543210地上生物量/kgy=1.150+x 1.820R 2=0.930图 小叶锦鸡儿地上生物量随平均冠幅的变化 9876543210地上生物量/kgy=1.067+x 0.785R 2=0.946灌丛高冠幅面积/m302468101214图 小叶锦鸡儿地上生物量随灌丛高冠幅面积的变化 讨论与结论阴山北麓农牧交错区地理位置特殊，是我国北方重要的生态安全屏障，在退耕还林还草工程实施期间，种植了大量的小叶锦鸡儿人工林，但是经营管 内 蒙 古 林 业 科 技第 卷理较为粗放。近年来随着饲料加工产业的发展，小叶锦鸡儿作为优质木本饲料资源备受关注，所以对其生物量的研究有助于当地饲料产业和畜牧业的发展。目前，对于灌木生物量的测定主要依靠刈割收获法和模型预测法，前种方法不仅费时费力，而且对植被破坏性较大，所以在生态脆弱的阴山北麓农牧交错区建立简单易测且破坏力更小的生物量预测模型较为重要。灌木生物量中多以灌丛高和基径等作为自变量拟合生物量模型，也有研究认为风沙区灌木基径不易准确测量，所以多以容易测量的灌丛高和冠幅作为基本指标来预测其地上生物量。本研究中同样存在灌丛基部积沙现象，测量基径较为困难，所以选择灌丛高（）、平均冠幅（），及其复合变量冠幅面积（）、灌丛高平均冠幅（）、灌丛高冠幅面积（）作为自变量来预测小叶锦鸡儿地上生物量。本研究表明，阴山北麓小叶锦鸡儿地上生物量的优化预测模型为幂函数模型，与相关研究一致，。同时，本研究认为平均冠幅和灌丛高冠幅面积 个易测指标作为自变量来拟合小叶锦鸡儿地上生物量效果最佳。优化模型 和（）的决定系数，且两个模型的总相对误差、平均相对误差和平均相对误差绝对值均小于，表明模型的预测精度符合要求，可以用来对研究区的小叶锦鸡儿地上生物量进行预测。参考文献：赵月丹，何兴东，丁新峰，等 平茬对内蒙古典型草原小叶锦鸡儿群落植物的影响 草地学报，（）：徐浩然，俞富洋，贾聪慧，等 两种灌丛化草原小叶锦鸡儿的叶片化学计量特征 草地学报，（）：段利民，童新，吕扬，等 固沙植被黄柳、小叶锦鸡儿蒸腾耗水尺度提升研究 自然资源学报，（）：钟爱清 巨尾桉人工林下种植小叶锦鸡儿对土壤质量的影响研究 浙江林业科技，（）：付青云，刘廷玺，段利民，等 基于稳定性氧同位素分析不同树龄小叶锦鸡儿用水策略 生态学杂志，（）：王东清，温学飞，李浩霞 留茬高度对小叶锦鸡儿光合生理和生长特征的影响 水土保持通报，（）：，胡鸿姣，刘新平，张铜会，等 小叶锦鸡儿饲用营养价值及青贮加工 草业学报，（）：裴淑兰，王刚狮，梁林峰，等 饲用小叶锦鸡儿在山西的最佳采收时期 草业科学，（）：冀红芹，孙亚波，孟令楠，等 日粮中添加小叶锦鸡儿对肉羊生长性能、营养物质表观消化率、屠宰性能和经济效益的影响 饲料研究，（）：包哈森高娃，阿拉坦花，丰洁，等 科尔沁沙地不同林龄小叶锦鸡儿（）人工林群落特征及平茬抚育后状况 中国沙漠，（）：岳喜元，常学礼，刘良旭，等 科尔沁沙地几种固沙植物光谱生物量模型构建与分析 中国沙漠，（）：牛存洋，阿拉木萨，宗芹，等 科尔沁沙地小叶锦鸡儿地上地下生物量分配格局 生态学杂志，（）：童新风，杨红玲，宁志英，等 科尔沁沙地优势固沙灌木的生物量预测模型 中国沙漠，（）：刘陟，周延林，黄奇，等 毛乌素沙地中间锦鸡儿生物量估测模型 干旱区资源与环境，（）：杨跃文，梁建平，赵德旺，等 小叶锦鸡儿退耕还林地林分生长状况 防护林科技，（）：，戎荣，孙斌，武志涛，等 灌丛化草原小叶锦鸡儿灌丛地上生物量测量方法研究 草业学报，（）：唐守正，张会儒，胥辉 相容性生物量模型的建立及其估计方法研究 林业科学，（）：马媛，刘芳，刘湘杰，等 乌兰布和沙漠 种灌木生物量的预测模型 温带林业研究，（）：林伟，李俊生，郑博福，等 井冈山自然保护区 种常见灌木生物量的估测模型 武汉植物学研究，（）：杨昊天，李新荣，王增如，等 腾格里沙漠东南缘 种灌木的生物量预测模型 中国沙漠，（）：