馬尾松人工純林不同器官含碳系數(shù)分析

郭文清， 徐清乾， 許忠坤， 郭文平

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.攸縣黃豐橋國有林場， 湖南 攸縣 412307)

馬尾松人工純林不同器官含碳系數(shù)分析

郭文清1， 徐清乾1， 許忠坤1， 郭文平2

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.攸縣黃豐橋國有林場， 湖南 攸縣 412307)

以湖南省馬尾松純林為對象，利用假設(shè)檢驗和回歸分析方法，對馬尾松林木各器官以及全林木含碳系數(shù)進行了回歸檢驗分析。結(jié)果表明： 林木各器官的含碳系數(shù)在統(tǒng)計上大都存在顯著差異，樹干不同高度處干材的含碳系數(shù)從上到下總體上呈逐漸增大的趨勢，不同粗細(xì)樹根的含碳系數(shù)根莖到細(xì)根、粗根依次減小，根莖、細(xì)根、粗根兩兩之間并無顯著差異；83株解析木地上部分的平均含碳系數(shù)為0.5066，28株解析木樹根的含碳系數(shù)為0.4919，全林木生物量的平均含碳系數(shù)為0.5052；林木不同器官及全林木生物量的含碳系數(shù)與林木直徑和樹高沒有相關(guān)性。

馬尾松； 含碳系數(shù)； 生物量； 假設(shè)檢驗； 回歸分析

森林的固碳釋氧功能對緩解全球氣候變暖發(fā)揮著重要作用，因此森林碳儲量監(jiān)測日益受到重視，而含碳系數(shù)是一項重要的基礎(chǔ)計量指標(biāo)[1]。由于不同樹種之間的含碳系數(shù)相對來說變化不大，比較以往的研究結(jié)果，可知國內(nèi)外的很多學(xué)者都選取了平均含碳系數(shù)0.5[2-5]，也有的選取平均含碳系數(shù)為0.45的[6-7]。在《土地利用、土地利用變化和林業(yè)優(yōu)良做法指南》一文中，大力推薦使用0.5作為含碳系數(shù)[8]。但是，很多學(xué)者經(jīng)過大量的研究證明，不同的樹種它們的含碳系數(shù)是有區(qū)別的[9-14]。我們以湖南馬尾松純林的含碳系數(shù)測定數(shù)據(jù)，對各個器官含碳系數(shù)進行分析，既為馬尾松的碳儲量評估提供計量依據(jù)，也為規(guī)范有關(guān)含碳系數(shù)測定工作提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究樣地位于湖南省懷化市會同縣，地處云貴高原東緣斜坡、雪峰山脈的西南，氣候?qū)賮啛釒駶櫄夂?。年平均氣?6.6℃，極端最高溫和最低溫分別為39.1℃和-8.5℃；年均降雨量為1304.2mm，年均相對濕度達83%。境內(nèi)群山起伏，土層深厚肥沃，氣候溫和，無霜期長，雨量適中，植被繁茂，為發(fā)展林業(yè)生產(chǎn)提供了得天獨厚的優(yōu)越環(huán)境[15]。

2 研究方法

2.1數(shù)據(jù)獲取

2010年—2012年，在會同縣83塊固定標(biāo)準(zhǔn)地附近選擇了83株與固定標(biāo)準(zhǔn)地立地條件相近，與馬尾松人工林林分平均直徑Dg和平均高HD相接近(一般要求相差在±5%以下)且干形中等的林木作為平均標(biāo)準(zhǔn)木(解析木)。

將解析木的胸徑和冠幅全部進行實測，通過破壞性抽樣方法將樣木伐倒，進而測量樹高和冠干長度。采用抽樣方法測定林木各器官干重，最后推導(dǎo)計算出樹根的干重。地上與地下部分干重之和即為解析木全林木生物量，將解析木生物量乘以相應(yīng)生長級的株數(shù)并累加起來作為林分生物量的估算值。

2.2數(shù)據(jù)分析

2.2.1 假設(shè)檢驗

(1) 獨立數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗

獨立樣本是由用于對比的兩套樣本組成的，本文中我們假設(shè)它們來自相同的總體，即假設(shè)：H0∶μ1=μ2，最后依照下面的公式計算統(tǒng)計量t的值[1,16]：

(1)

當(dāng)n1=n2=n時，式(1)可以簡化為：

(2)

依據(jù)樣本的自由度df=n1+n2-2，查t分布的臨界數(shù)值tα(一般取α=0.05)，最后把按照式(1)或式(2)計算得到的t的絕對值與tα的大小進行比較。假如大于tα，則否定假設(shè)H0；否則，假設(shè)成立，接受假設(shè)H0。

(2) 成對數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗

在對成對數(shù)據(jù)的平均數(shù)進行比較時，最先要假設(shè)2個樣本所歸屬的總體平均數(shù)的差值是0，也就是假設(shè)H0∶μ1=μ2=0，把成對觀測值之間的差值d=x1-x2當(dāng)作一個新的變量，最后按照以下公式來計算統(tǒng)計量t值[1]：

(3)

依據(jù)樣本自由度df=n-1，查t分布的臨界數(shù)值tα，最后把按照式(3)計算得到的t的絕對值與tα的大小進行比較。假如大于tα，則否定假設(shè)H0；否則，假設(shè)成立，接受假設(shè)H0。

2.2.2 回歸分析 采用多元線性回歸的方法對不同器官的含碳系數(shù)與林木的直徑、樹高以及年齡等因子之間是否存在相關(guān)進行分析。假設(shè)含碳系數(shù)與林木的直徑和樹高等因子滿足以下線性回歸方程：

y=a+bx1+cx2+ε

(4)

采取最小二乘法對參數(shù)進行估計。

(1) 回歸方程的顯著性檢驗

含碳系數(shù)的變化可以理解為由兩部分組成：一是因為直徑、樹高和年齡發(fā)生了變化而引起的變化，這一部分可以利用回歸方程式(4)來解釋；另一部分是由其他的因素或者誤差而產(chǎn)生的。運用n組觀測數(shù)據(jù)對含碳系數(shù)進行回歸估計分析，最后根據(jù)計算出的檢驗統(tǒng)計量F值與顯著性概率P值進行分析[1]。

(2) 回歸系數(shù)的顯著性檢驗

回歸方程式(4)假如在統(tǒng)計上是顯著的，可以說明模型的回歸系數(shù)b，c，d不全是0，但是不能排除其中一個或兩個參數(shù)是0。如果某個系數(shù)值接近于0，說明它與0的顯著差異性不大，就說明其相對應(yīng)的變量對含碳系數(shù)的影響不顯著。至于回歸參數(shù)顯著與否，要利用回歸估計結(jié)果計算而來的檢驗統(tǒng)計量t與顯著性概率P的值來進行分析判斷[1]。

3 結(jié)果與分析

3.1樹干不同高度處的含碳系數(shù)

分別在樹干的7/1，3.5/10和1/10樹高處(分別代表上、中、下三處)對干材取了2個樣品測定其含碳系數(shù)，83株解析木共計504個測定數(shù)據(jù)。樹干不同部位干材的平均含碳系數(shù)由上部到下部分別為0.4881，0.4996，0.5108。對上、中、下部(分別用1，2，3表示)干材含碳系數(shù)的差異顯著性檢驗進行了分析，其t值結(jié)果如表1所示。

表1 樹干不同高度處干材含碳系數(shù)的假設(shè)檢驗結(jié)果Tab 1 Thehypothesistestresultsofcarboncoefficientofdrywoodofthetrunkatdifferentheights檢驗方法干材t12t23t13tα獨立數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗4 86?4 39?9 32?1 97成對數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗5 14?4 93?12 85?1 98 注：取顯著性水平α=0 05，標(biāo)注“?”者表示差異顯著，下同。

從表1可知，2種檢驗方法得到的結(jié)果一致： 樹干上部和中部、上部和下部以及中部和下部的干材含碳系數(shù)差異均顯著，上部和下部的差異檢驗值最大。其中，干材上部的含碳系數(shù)最小，下部最大。通過上、中、下3個部分的生物量進行加權(quán)計算得出干材處的平均含碳系數(shù)為0.5029。

3.2樹根不同部位的含碳系數(shù)

在83株解析木中選取了28株測定地下部分的生物量和含碳系數(shù)，經(jīng)過計算得到根莖、粗根(≥10 mm)和細(xì)根(2～10 mm，不含2 mm以下須根)處的平均含碳系數(shù)分別為0.4928，0.4891和0.4924。對樹根不同部位(根莖、粗根、細(xì)根分別用1，2，3表示)的平均含碳系數(shù)進行了差異顯著性檢驗，其t值計算結(jié)果見表2。

表2 樹根不同部位含碳系數(shù)的假設(shè)檢驗結(jié)果Tab 2 Thehypothesistestresultsofcarboncoefficientatdifferentpositionsofrootoftree檢驗方法樹根t12t23t13tα獨立數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗1 641 420 252 001成對數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗1 872 39?0 412 052

從表2可知，2種檢驗方法得到的結(jié)果稍有差異： 按照獨立數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗結(jié)果可知，樹根不同部位的含碳系數(shù)兩兩之間均無顯著差異；而按照成對數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗結(jié)果可以看出，根莖和粗根的含碳系數(shù)之間無顯著差異，根莖與細(xì)根的含碳系數(shù)之間也無顯著差異，但是粗根和細(xì)根之間的含碳系數(shù)差異顯著。由于在整個根系中細(xì)根的生物量所占的比例平均不足10%，又因為根莖與粗根的含碳系數(shù)之間并無顯著差異，所以在現(xiàn)實林分中采樣時可認(rèn)為樹根不同部位的含碳系數(shù)間無顯著差異。樹根含碳系數(shù)的算術(shù)平均值為0.4919。

3.3不同器官含碳系數(shù)的差異分析

根據(jù)83株解析木的含碳系數(shù)的計算結(jié)果，干皮、樹枝、樹葉含碳系數(shù)的算術(shù)平均值分別為0.4523，0.4828和0.5959。根據(jù)上述研究結(jié)果，全林木各器官的含碳系數(shù)從大到小的順序依次為： 樹葉>干材>樹根>樹枝>樹皮，各器官含碳系數(shù)的平均值分別為： 0.5959，0.5029，0.4919，0.4828和0.4523。將地上部分各器官(包括干材、干皮、樹枝、樹葉，分別用1，2，3，4表示)的平均含碳系數(shù)進行差異顯著性檢驗，其t值計算結(jié)果如表3所示。

表3 地上部分各器官含碳系數(shù)的假設(shè)檢驗結(jié)果Tab 3 Thehypothesistestresultsofcarboncoefficientofdifferentorgansaboveground檢驗方法地上部分t12t13t14t23t24t34tα獨立數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗7 97?3 47?8 91?3 56?12 69?10 47?1 97成對數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗9 38?4 12?9 23?4 26?15 38?12 61?1 98

由表3可知，2種檢驗方法得到的檢驗結(jié)果一致： 干材、干皮、樹枝、樹葉兩兩之間含碳系數(shù)差異均顯著。其中，干皮和樹葉、樹枝和樹葉之間的差異相對較大。

根據(jù)干材、干皮、樹枝和樹葉各分項生物量及其含碳系數(shù)，可以加權(quán)算出每株解析木地上部分的含碳系數(shù)，83株解析木地上部分的平均含碳系數(shù)為0.5066。該值介于樹葉和干材的含碳系數(shù)之間，很明顯與樹根的含碳系數(shù)有顯著差異。樹葉含碳系數(shù)0.5959和樹皮含碳系數(shù)0.4523與樹根含碳系數(shù)0.4919有顯著差異，而樹根含碳系數(shù)與干材、樹枝和地上部分含碳系數(shù)的差異通過利用式(1)進行計算，其t值分別為3.59，2.67和1.86，與臨界值1.97相比較，說明樹根含碳系數(shù)與樹枝、干材含碳系數(shù)均有顯著差異，與地上部分差異不顯著。根據(jù)地上部分和地下部分生物量及其含碳系數(shù)，可以加權(quán)算出每株解析木全林木的含碳系數(shù)，28株解析木的平均含碳系數(shù)為0.5052。不同器官及全林木含碳系數(shù)之間的對比情況見圖1。

圖1 不同器官含碳系數(shù)對比Fig.1 The contrast of carbon coefficient of different organs

3.4不同器官含碳系數(shù)的相關(guān)分析

根據(jù)上述研究基礎(chǔ)，建立干材、干皮、樹枝、樹葉、地上部分、地下部分(樹根)及全林木含碳系數(shù)與林木直徑和樹高的線性回歸方程(4)，將回歸方程顯著性指標(biāo)F值、P值以及回歸系數(shù)顯著性指標(biāo)t值和p值的計算結(jié)果列于表4。

表4 不同器官含碳系數(shù)回歸方程的假設(shè)檢驗結(jié)果Tab 4 Thehypothesistestresultsofcarboncoefficientregressionofthedifferentorgans模型回歸方程顯著性指標(biāo)回歸系數(shù)顯著性指標(biāo)abcF值P值t值p值t值p值t值p值干材0 32650 8463193 26?0 0000?1 06270 2874-1 06440 2791干皮0 39540 7954203 14?0 0000?0 72160 5026-0 97020 5355樹枝1 37850 2357157 85?0 0000?1 31550 1895-0 85210 4602樹葉0 20160 9132112 26?0 0000?-0 14320 7864-0 27110 8824地上0 79620 5437217 31?0 0000?1 52190 3157-1 36290 2137樹根1 25740 0345?61 44?0 0000?0 99820 3607-1 30670 3290全林木1 44590 0398?106 85?0 0000?1 03310 5342-1 54340 2375 注：“?”表示在α=0 05水平上回歸方程或回歸系數(shù)顯著。

從表4可知，7個回歸方程均不顯著，即各個自變量的回歸系數(shù)在統(tǒng)計上與0均無顯著差異；從回歸系數(shù)的顯著性檢驗來看，除了全部的常數(shù)項a均極其顯著以外，其余系數(shù)均不顯著。說明各器官的含碳系數(shù)相對穩(wěn)定，林木直徑和樹高的大小對各器官的含碳系數(shù)均沒有影響，各器官含碳系數(shù)不隨林木直徑和樹高的變化而變化。研究結(jié)果與曾偉生[17]、黨永峰[18]等學(xué)者的研究結(jié)果相對一致。

4 結(jié)論與討論

通過對馬尾松純林林木各器官含碳系數(shù)的分析可知，林木各器官的含碳系數(shù)在統(tǒng)計上大部分都有著顯著差異，按從大到小的順序依次為：樹葉>干材>樹根>樹枝>樹皮，其平均含碳系數(shù)分別為： 0.5959，0.5029，0.4919，0.4828和0.4523。樹干不同位置處干材的含碳系數(shù)總體上表現(xiàn)出從上到下逐漸增大的趨勢，上部的含碳系數(shù)明顯小于中部和下部，而中部的含碳系數(shù)小于下部的含碳系數(shù)，其中上部和下部的含碳系數(shù)差異最顯著；樹根不同部位的含碳系數(shù)有從根莖到細(xì)根、粗根依次減小的趨勢，根莖、細(xì)根、粗根兩兩之間并無顯著差異；林木地上部分和地下部分的含碳系數(shù)沒有顯著差異，83株解析木地上部分的平均含碳系數(shù)為0.5066，28株解析木樹根的含碳系數(shù)為0.4919，全林木生物量的平均含碳系數(shù)為0.5052；林木各個器官以及全林木生物量的含碳系數(shù)在一定的范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，與林木的直徑以及樹高的大小并無關(guān)系。

基于以上分析，林木各器官的含碳系數(shù)應(yīng)該分別測定，其中在樹干處還需要分別測定其上、中、下3部分。

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(文字編校：張 珉)

AnalysisoncarboncontentfactorsofdifferentorgansofpurePinusmassonianaforest

GUO Wenqing1, XU Qingqian1, XU Zhongkun1, GUO Wenping2

(1.Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004， China; 2.Huangfengqiao Forestry Farm of Youxian, Youxian 412307, China)

Based on the data of purePinusmassonianaforest in Hunan province, the carbon content factor (CCF) of different organs and the whole tree were analyzed using hypothesis test and regression analysis. The results showed that, in statistics the CCF of different organs were almost significantly different, stem wood’s CCF increased from the top to the down.The order by CCF of different thickness roots from highest to the smallest was rhizome, thin root and thick root, there was no significant difference among them.The average CCF of the 83 parse trees was 0.5066, root’s average CCF of 28 parse trees was 0.4919, average CCF of whole tree’s biomass was 0.5052.The CCF of different organs and whole tree’s biomass were not related to its diameter and height.

Pinusmassoniana; carbon content factor; biomass; hypothesis test; regression analysis

2014-04-24

湖南省林業(yè)科技項目“湖南近自然森林經(jīng)營試驗與示范”(2012-HNLYKY-03)。

郭文清(1987-)，男，河南省林州市人，碩士，主要從事森林經(jīng)理和馬尾松經(jīng)營技術(shù)研究。

S 791.248

A

1003-5710(2014)04-0040-05

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2014. 04. 009