河南省楊樹人工林生物量研究

魏紅義，丁晉利，彭舜磊

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河南省楊樹人工林生物量研究

魏紅義1，丁晉利2，彭舜磊3

（1.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河南直管建管局，鄭州 450046；2.鄭州師范學(xué)院，河南 450044；3.平頂山學(xué)院低山丘陵區(qū)生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 467000）

利用河南省第7次森林資源連續(xù)清查資料，分別采用生物量轉(zhuǎn)換因子法、生物量回歸模型法、生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法對(duì)河南省楊樹人工林生物量進(jìn)行了估算。經(jīng)比較模型的適用范圍，最終采用生物量轉(zhuǎn)換因子法估算值作為河南省楊樹人工林生物量；中、幼林生物量占整個(gè)楊樹人工林生物量總量的80.47%，表明楊樹人工林生物量在各齡組中分布不均衡；河南省楊樹人工林生物量總體質(zhì)量不高，但具有較大發(fā)展空間，通過加強(qiáng)楊樹人工林的撫育管理措施，對(duì)提升整個(gè)區(qū)域的楊樹生物量水平具有重要意義。

森林資源連續(xù)清查；生物量；楊樹；估算

由于楊樹具有生長快、輪伐期短、成材早、產(chǎn)量高、材質(zhì)優(yōu)良及易于更新等特點(diǎn)，在河南省各地廣泛栽植。目前，河南省農(nóng)田林網(wǎng)、公路兩旁、村莊周圍、河道兩側(cè)種植大量的楊樹人工林，在生態(tài)建設(shè)方面起到了良好的生態(tài)屏障作用。楊樹不僅具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)楊樹自身的固碳能力在生態(tài)效益中有著重要作用，通過評(píng)估區(qū)域內(nèi)楊樹人工林生物量的大小，為估算楊樹人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯提供參考和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究資料與方法

1.1 研究資料

河南省總面積1 670萬hm2，其中森林面積336.59萬hm2，全省森林覆蓋率20.16%。根據(jù)第7次清查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，楊樹人工林面積92.13萬hm2，總蓄積達(dá)5 273.12萬m3。

全省共設(shè)10 355個(gè)樣地，其中有林地樣地1 966個(gè)，楊樹喬木林樣地571個(gè)，占全省有林地樣地總數(shù)的29.04%。

1.2 研究方法

材積源生物量法（volume-derived biomass）是利用林分生物量與木材材積比值的平均值，乘以該森林類型的總蓄積量，得到該類型森林的總生物量的方法。該方法是Brown和Lugo在1984首先提出[2]，由于將生物量和蓄積量之比作為常數(shù)來處理，不能很好的反映林木的年齡、生物學(xué)特性和立地條件的差異。目前，基于材積源生物量法估算生物量得到較大改進(jìn)，以生物量轉(zhuǎn)換因子法、生物量回歸模型法、生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法等建立的生物量模型，在估算區(qū)域生物量中得到廣泛應(yīng)用。

1.2.1生物量轉(zhuǎn)換因子法

生物量轉(zhuǎn)換因子法（biomass expansion factor，BEF）是利用木材密度（一定鮮材積的烘干重）乘以總的蓄積量和總生物量與地上生物量的轉(zhuǎn)換系數(shù)求算[3]。

國際政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）以森林蓄積、木材密度、生物量轉(zhuǎn)換因子和根莖比等為參數(shù)，建立生物量轉(zhuǎn)換因子的材積源生物量模型，計(jì)算公式見（1）[4]：

B＝V×DN×BEF×（1+RSR） （1）

式中：B為生物量（10-3t），V為蓄積（m3）；BEF為生物量轉(zhuǎn)換因子，DN為木材基本密度（取0.395 g·cm-3），RSR為根的生物量與地上部分生物量的比值。

基于148塊樣地的調(diào)查統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，李建華[5]等擬合了楊樹的BEF、RSR與林分蓄積的關(guān)系，得出相關(guān)方程，如公式（2）、（3）：

BEF=EXP（0.321-0.015LnV） （R2=0.729） （2）

RSR=0.62-0.08LnV （R2=0.866） （3）

式中：BEF、V、RSR意義同公式（1），R2為相關(guān)系數(shù)。

1.2.2生物量回歸模型法

生物量回歸模型法（biomass regression model）是指基于野外實(shí)測樣地的生物量與該類型森林面積來求取森林生物量的方法。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)木推算林分生物量，用標(biāo)準(zhǔn)木各組成（干、枝、葉、根）的生物量乘以該標(biāo)準(zhǔn)地的樹木株數(shù)，由相對(duì)生長法建立測樹指標(biāo)的相關(guān)曲線。在研究區(qū)域內(nèi)選取樣木，伐倒后按器官稱重，然后根據(jù)各器官生物量與某一測樹指標(biāo)（如胸徑、樹高）間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行回歸擬合，建立回歸曲線方程，以實(shí)測的胸徑、樹高推算林分的生物量。

由于森林清查對(duì)樣地內(nèi)每株樣木胸徑進(jìn)行了實(shí)測，但缺少每株樣木的樹高值，因此可以直接采用胸徑與生物量的回歸模型來求算樹木的生物量，公式如（4）。

W=aDb（4）

式中：W為每株樣木的生物量（10-3t），D為胸徑（cm），a、b分別為參數(shù)。

1.2.3生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法

生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法（continuous function for BEF）是為克服生物量轉(zhuǎn)換因子法將生物量與蓄積量比值作為常數(shù)的不足而提出的。該方法是將單一不變的生物量平均轉(zhuǎn)換因子改為分齡級(jí)的轉(zhuǎn)換因子，更加準(zhǔn)確地估算區(qū)域或國家的森林生物量。

方精云[6]等基于收集到的全國各地生物量和蓄積量的758組研究數(shù)據(jù)，把中國森林類型分成21類，分別計(jì)算了每種森林類型的BEF與林分材積的關(guān)系：

BEF=a+b/V （5）

式中：a和b為常數(shù)。

方程（5）可表示成生物量和蓄積量的簡單線性關(guān)系：

B=a+bV （6）

式中：B為生物量（t），a為常數(shù)（Mg·m-3），b為常數(shù)（t）。

1.3 各估算模型適用條件

各方法的模型參數(shù)取值見表1，方法適用條件見表2。

李建華等[5]由生物量轉(zhuǎn)換因子法生物與實(shí)測值進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)值為0.738小于0.05/2（148）＝1.96的標(biāo)準(zhǔn)值，驗(yàn)證了模型估算值與實(shí)際值沒有顯著差異。萬猛[7]等采用胸徑建立的生物量回歸模型相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9944，經(jīng)F檢驗(yàn)，模型的相關(guān)程度達(dá)到了顯著（α＝0.05）水平。趙體順[8]在豫北博愛縣對(duì)農(nóng)田防護(hù)林毛白楊生物量研究表明，模型值與實(shí)測值相對(duì)誤差為0.656%。

表1 楊樹各生物量估算方法

表2 各生物量模型適用條件分析

2 結(jié)果與分析

2.1 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)河南省第7次森林資源清查資料，將表1中各相關(guān)參數(shù)代入相應(yīng)公式，對(duì)571塊楊樹喬木林樣地進(jìn)行逐一計(jì)算，由各樣地匯總得出全省楊樹人工林生物量，河南省楊樹人工林生物量結(jié)果見表3。

表3 河南省楊樹生物量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)森林資源清查數(shù)據(jù)得出，河南省楊樹人工林每公頃663株，平均胸徑12.8 cm，楊樹多以中、幼林分布為主。因此，在選擇模型時(shí)，充分考慮到楊樹品種、年齡、林分生長狀況等特性，對(duì)生物量的計(jì)算結(jié)果影響非常大。

采用生物量轉(zhuǎn)換因子法和生物量回歸模型估算河南省楊樹人工林生物量相差6.67%，而采用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法估算結(jié)果相差53.39%。由于李建華[5]等選用樣本和樣木代表性更為符合河南省楊樹人工林的實(shí)際情況，因此，文中采用生物量轉(zhuǎn)換因子法估算得出的3 580.711萬t作為全省楊樹人工林生物量。

2.2 不同齡級(jí)楊樹的生物量及密度

森林的生物量與森林的年齡組成密切相關(guān)，幼齡林所占的成分越大，森林的總生物量越小。由生物量轉(zhuǎn)換因子法得出楊樹各齡級(jí)生物量和生物量密度，結(jié)果見圖1。

從楊樹各齡級(jí)生物量分布看，各齡級(jí)生物量分布明顯不均。中、幼林生物量占河南省楊樹人工林全部生物量的80.47%，而近、成、過熟林所占比例僅為19.53%，表明中、幼齡林楊樹生物量在整個(gè)河南省楊樹人工林生物量占有較大比重。

圖1 楊樹各齡級(jí)生物量和生物量密度

全省楊樹人工林面積達(dá)92.13萬hm2，雖然楊樹總體生物量較大，但生物量平均密度僅為38.87 t·hm-2，而同期我國楊樹生物量密度為72.57 t·hm-2[10]，河南省楊樹的生物量密度為全國同期平均水平的一半。楊樹幼齡林生物量密度最低，僅為25.31 t·hm-2，楊樹過熟林生物量密度高達(dá)195.54 t·hm-2，今后可以通過加強(qiáng)管理，對(duì)中、幼林采取撫育措施提高楊樹林的森林質(zhì)量，河南省楊樹人工林的生物量提升空間較大。

2.3 生物量密度空間分布

各區(qū)域內(nèi)生物量分布情況見圖2。

圖2 河南省楊樹人工林各區(qū)域生物量密度

由圖2可以看出，各區(qū)域楊樹生物量分布不均，按從小到大順序排列為豫西＜豫中＜豫北＜豫南＜豫東，豫東生物量最大為1 776.694萬t，占到全省總生物量的一半，表明河南省楊樹生物量主要集中在豫東平原地區(qū)。各區(qū)域楊樹生物量密度在28.64~51.71 t·hm-2之間，除了豫東地區(qū)生物量密度大于平均生物量密度外，其他各區(qū)域生物量密度均小于平均值。從影響楊樹生物量的樹齡、胸徑、栽植密度上看，豫東地區(qū)相比全省其他各區(qū)的數(shù)值要大，因此，豫東平原地區(qū)的楊樹生物量水平要于其他地區(qū)。

3 結(jié)論與討論

分別采用生物量轉(zhuǎn)換因子法、生物量回歸模型法、生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法對(duì)河南省楊樹人工林生物量進(jìn)行了估算，最終采用生物量轉(zhuǎn)換因子法估算結(jié)果為3 580.711萬t。

河南省楊樹人工林林種以商品林為主，且由于楊樹具有品種多、生長速度快等特點(diǎn)，基于單株測樹因子得出生物量雖然精度較高，但在應(yīng)用于估算大尺度范圍生物量時(shí)，應(yīng)充分考慮楊樹的生長特性，選取樣本要有代表性和適用性，綜合考慮上述因素，模型的選取對(duì)估算結(jié)果影響較大。

河南楊樹林生物量平均密度為38.87 t·hm-2，最高豫東平原地區(qū)也遠(yuǎn)未達(dá)到全國楊樹林平均水平。楊樹人工林生物量整體水平有待提高，這是河南省楊樹森林資源急需要解決的問題。

[1]國家林業(yè)局華東森林資源中心，河南省林業(yè)廳．河南省森林資源連續(xù)清查第五次復(fù)查成果[R]．2008.

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[3]趙敏，周廣勝．基于森林資源清查資料的生物量估算模式及其發(fā)展趨勢[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，15（8）：1468-1472.

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[5]李建華，李春靜，彭世揆．楊樹人工林生物量估計(jì)方法與應(yīng)用[J]．南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，31（4）：37-40.

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[9]趙體順．林農(nóng)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的研究Ⅰ：農(nóng)田林網(wǎng)楊樹生物量的研究[J]．農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，1989（2）：1-5.

[10]李?？?，雷淵才．中國森林植被生物量和碳儲(chǔ)量評(píng)估[M]．北京：中國林業(yè)出版社，2010.

Research on the Biomass of Poplar Plantation in Henan Province

WEI Hong-yi1，DING Jin-li2，PENG Shun-lei3

（1.Middle Route Project Construction Administration of Henan Straight CWRA, Zhengzhou 450046,China；2. Zhengzhou Normal University, Henan 450044,China; 3. Key lab for Ecological restoration in the hilly area of Pingdingshan university, Henan 467000,China）

Based on the seventh forestry inventory data of Henan province, three methods (biomass expansion factor, biomass regression model and continuous function for BEF) were selected to estimate biomass of poplar plantation. Comparison with three models, this paper adopted the total estimating biomass by the biomass expansion factor method. The total biomass of poplar plantation concentrated on the under age and middle age class, which accounted for 80.47 percent. Therefore, the biomass of poplar plantation was not proportionate in age class. The biomass density of poplar plantation in Henan province was 38.87 t·hm-2and lower than in China. The quality of poplar plantation was not high and the biomass will be developing space. By the nature measure, the quality of biomass will be promoted in the future.

forest inventory; biomass; poplar; estimation

X17

A

1003-2630（2014）01-0005-04

2014-03-19

河南省教育廳自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2011C170001）

魏紅義（1979-），男，山東臨朐人，工程師。主要從事水利工程管理及水土保持相關(guān)工作。E-mail:hongyiwei@163.com；聯(lián)系電話：13607662951

（責(zé)任編輯：王文彬）