甘肅亞高山云杉人工林地上部分生物量研究

閆倩倩， 馮宜明， 陳學(xué)龍

(甘肅省白龍江林業(yè)管理局林業(yè)科學(xué)研究所， 甘肅 蘭州 730070)

甘肅亞高山云杉人工林地上部分生物量研究

閆倩倩， 馮宜明， 陳學(xué)龍

(甘肅省白龍江林業(yè)管理局林業(yè)科學(xué)研究所， 甘肅 蘭州 730070)

通過對甘肅省白龍江林區(qū)沙灘林場的22塊云杉人工林標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行調(diào)查研究，以胸徑、樹高、D2H分別為自變量擬合建立云杉人工林樹干、樹冠及地上部分生物量模型。通過假設(shè)檢驗(yàn)，所擬合的生物量具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，方程為W樹干=0.146D2.065，W樹冠=0.029D2.431，W地上=0.155D2.214。

云杉； 地上部分； 生物量模型

隨著全球范圍氣候變暖，森林在生態(tài)系統(tǒng)平衡中所發(fā)揮的關(guān)鍵性作用得到廣泛認(rèn)同，森林生物量已成為森林經(jīng)營的重要指標(biāo)之一。森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)最基本的數(shù)量特征[1]，它既表明森林的經(jīng)營水平和開發(fā)利用的價值，同時又反映森林與其環(huán)境在物質(zhì)循環(huán)和能量流動上的復(fù)雜關(guān)系[2-3]；森林生物量的測定是研究許多林業(yè)問題和生態(tài)問題的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確測定森林生物量一直被各國林學(xué)家和生態(tài)學(xué)家重視[4-5]，而生物量的測定工作既復(fù)雜又困難，傳統(tǒng)的生物量測定需要大量的人力、物力、財力的支持，而且具有破壞性。因此，確定一種行之有效而又準(zhǔn)確的調(diào)查方法是非常必要的[6-8]，樹木生物量與樹木胸徑、樹高等測樹因子之間有著密切的關(guān)系，這為利用測樹因子直接估測樹木生物量提供了依據(jù)。

目前世界上最常用的測定生物量的方法是生物量模型估計(jì)法[9-13]。這種方法是利用易測因子來推算難于測定的林木生物量，而且有一定的精度保證，進(jìn)而達(dá)到減少測定生物量外業(yè)工作的目的。尤其是對于一些大范圍的森林生物量調(diào)查，利用生物量模型進(jìn)行估計(jì)能大大減少外業(yè)調(diào)查工作量。我們以甘肅省白龍江林區(qū)沙灘林場云杉人工林林木生物量為研究對象，通過標(biāo)準(zhǔn)木生物量實(shí)測與數(shù)學(xué)回歸，對其生物量模型、生物量器官分配進(jìn)行探討，從而為甘肅亞高山人工林云杉的合理經(jīng)營和開發(fā)利用提供快速簡便的科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在舟曲縣沙灘林場，以云杉人工林為研究對象。本區(qū)為高山內(nèi)陸型氣候，氣溫變幅大,冬寒夏涼，年平均氣溫3.9 ℃，最高氣溫26.7 ℃,年平均降雨量966.6 mm，無霜期93天，凍土期134天左右，凍土厚度66 mm。林區(qū)森林植物垂直分布具有規(guī)律性，自然植被種類較多。

1.2研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)調(diào)查 按照不同林分密度、海拔，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)設(shè)置22個標(biāo)準(zhǔn)地， 標(biāo)準(zhǔn)地面積根據(jù)微地形大小而定，設(shè)定范圍為 0.02～0.09 hm2。 對標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行每木調(diào)查，測定林分的平均胸徑、平均高以及密度等因子。根據(jù)平均胸徑、平均高選定標(biāo)準(zhǔn)木，伐倒標(biāo)準(zhǔn)木，進(jìn)行生物量測定。標(biāo)準(zhǔn)地基本情況見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地基本情況Tab 1 Basicconditionsofsampleplots標(biāo)準(zhǔn)地號面積(hm2)年齡(年)平均胸徑(cm)株數(shù)密度(株/hm2)郁閉度海拔(m)10 043616 313750 8289920 043014 3715750 7290030 033112 4315000 7291040 043813 5918750 9288450 043715 648500 7280260 043517 347500 7278070 043413 2112000 8280680 043415 269250 8280690 043916 315500 92626100 0752916 599730 72286110 043818 717000 72633120 093114 69185512608130 043415 7415500 72620140 043016 6412000 72598150 043220 436000 72465160 043419 777250 72447170 0453818 689550 72652180 043217 8114500 82666190 043417 58250 72665200 094619 037880 72592210 044323 18750 72620220 024527 28500 62637

1.2.2 生物量模型的建立 以所測云杉生物量與胸徑、樹高的數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用胸徑、樹高以及二者的組合作為生物量模型的自變量，采用Spss 18.0統(tǒng)計(jì)軟件和Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和相關(guān)分析，擬合出云杉各部分的生物量模型。

(1) 生物量的測定

枝條生物量的測定：分別稱量并記錄每一伐倒木的鮮枝條總質(zhì)量，分別收集樹冠上、中、下不同部位的 0.5～1.0 kg 鮮枝條，準(zhǔn)確稱量并記錄鮮枝條樣品質(zhì)量。帶皮樹干的采樣方法：將樣木的樹干由其基部至樹梢按2 m長分為若干段，分段稱量，記錄帶皮樹干的總鮮質(zhì)量，然后在每分段的樹干基部取約 5 cm 厚的圓盤，作為帶皮樹干樣品，并由樹干基部至樹梢將圓盤依次標(biāo)號，分別稱量并記錄圓盤鮮質(zhì)量。將枝條、圓盤鮮樣品分別裝入密封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室烘干后稱其干質(zhì)量。 通過枝條樣品干重推算枝條生物量；通過圓盤和樹梢干重推算出樹干生物量，枝條生物量與樹干生物量之和為云杉地上部分生物量。

(2) 生物量模型的建立

目前生物量模型中主要應(yīng)用的是相對生長模型，用相對生長法推算生物量，以Hux ley(1932) 提出的相對生長的法則為依據(jù)[14-15]，即生物體的兩部分X和Y或整個X和部分Y之間存在著下列關(guān)系:

Y=aXb

2 結(jié)果與分析

2.1樹干生物量模型

樹干生物量是森林生物量的主要部分，經(jīng)計(jì)算，樹干生物量與各自變量存在顯著的回歸(見表2、圖1)。從表2中可以看出，以胸徑平方乘以樹高作為自變量擬合的方程最好，決定系數(shù)在 0.804，且方程相伴概率值P<0.001，從圖1中也可以看出較多點(diǎn)落在曲線上，大多點(diǎn)都比較接近曲線，說明曲線與樣本觀測值較為接近，即方程W樹干=108.006(D2H)0.817具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 樹干生物量模型Tab 2 Biomassequationfortrunk自變量回歸方程式胸徑D(cm)W樹干=0 146D2 065樹高H(m)W樹干=0 124H2 302D2HW樹干=108 006(D2H)0 817決定系數(shù)R2F值相伴概率值P0 74838 90800 51519 31400 80447 1410

圖1 樹干生物量回歸曲線圖Fig.1 Regression curve of trunk biomass

2.2樹冠生物量模型

從表3、圖2中可以看出，樹冠生物量與各自變量也存在顯著性關(guān)系。通過對比，以胸徑為自變量擬合的方程式其決定系數(shù)最大，相伴概率值達(dá)到了極顯著水平，且實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)較多落在曲線上，即以胸徑作為自變量的擬合方程模型最佳。所以在樹冠生物量模型中，方程W樹冠=0.029D2.431具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3地上部分生物量模型

總體而言，云杉地上部分生物量與各自變量間也存在顯著性關(guān)系(見表4、圖3)。 從擬合的三個方程式的決定系數(shù)來看，以胸徑、D2H為自變量擬合的方程其決定系數(shù)都在0.85以上，說明方程擬合較好，且實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)較多落在曲線上，考慮到在實(shí)際中胸徑較易準(zhǔn)確測定，所以一般采用胸徑擬合的方程式即W地上=0.155D2.214。

表3 樹冠生物量模型Tab 3 Biomassequationforcanopy自變量回歸方程式胸徑D(cm)W樹冠=0 029D2 431樹高H(m)W樹冠=0 172H1 956D2HW樹冠=65 18(D2H)0 893決定系數(shù)R2F值相伴概率值P0 75053 95900 2957 5460 0130 68739 4650

圖2 樹冠生物量回歸曲線圖Fig.2 Regression curve of canopy biomass

表4 地上部分生物量模型Tab 4 Biomassequationforabove?groundofPiceaasperata自變量回歸方程式胸徑D(cm)W地上=0 155D2 214樹高H(m)W地上=0 29H2 156D2HW地上=180 125(D2H)0 848

續(xù)表4 地上部分生物量模型決定系數(shù)R2F值相伴概率值P0 901164 30400 52319 69700 895154 5370

圖3 地上部分生物量回歸曲線圖Fig.3 Regression curve about above-ground biomass of Picea asperata

3 結(jié)論與討論

云杉人工林單株地上部分生物量以及各器官生物量模型的建立，以胸徑、樹高、D2H分別為自變量擬合的方程中可以看出，在樹干生物量模型以及地上部分生物量模型中，以胸徑、D2H擬合的方程較好，都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但考慮到實(shí)際測算因子的難易程度，一般采用以胸徑為自變量的方程即W樹干=0.146D2.065，W地上=0.155D2.214來估測樹干生物量以及地上部分生物量；在樹冠生物量模型中，從本文擬合的方程及回歸分析得出，同樣以胸徑為自變量擬合的方程其優(yōu)化度較高W樹冠=0.029D2.431，但在實(shí)際中由于樹冠受環(huán)境因子及季節(jié)變化較大難以正確把握[16]，要提高測算精度，還待考慮其他因子如冠幅等。

[1] 李文華.森林生物生產(chǎn)量的概念及其研究的基本途徑[J].自然資源,1978(1):71-72.

[2] 肖文發(fā),聶道平,張家誠.我國杉木林生物量與能量利用率的研究[J].林業(yè)科學(xué)研究,1999,12(3):237-243.

[3] 馮宗煒,王效科,吳剛.中國森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量和生產(chǎn)力[M].北京:科學(xué)出版社,1999.

[4] 閆文德,田大倫,何功秀.湖南會同第2代杉木人工林喬木層生物量的分布格局[J].林業(yè)資源管理,2003(2):5-7,12.

[5] 彭小勇.閩北杉木人工林生物量模型的研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué),2007.

[6] 胥輝.林木生物量模型研究評述[J].林業(yè)資源管理,1997(5):33-36.

[7] 薛立,楊鵬.森林生物量研究評述[J].福建林學(xué)院學(xué)報,2004,24(2):283-288.

[8] 項(xiàng)文化,田大倫,閆文德.森林生物量與生產(chǎn)力研究評述[J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,2003,22(3):57-60.

[9] 胥輝, 張會儒.林木生物量模型的研究[M].昆明: 云南科技出版社, 2002.

[10] 胥輝.一種生物量模型構(gòu)建的新方法[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2001,29(3):35-40.

[11] 王超,高紅真,臧永琪.白樺林木單株生物量的研究[J].林業(yè)科技,2010,35(1):7-9.

[12] 韓有志,李玉娥.華北落葉松人工林林木生物量的研究[J]．山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1997,17(3):278 -283．

[13] 王維楓,雷淵才,王雪峰,等.森林生物量模型綜述[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2008,23(2):58-63．

[14] 唐守正,張會儒,胥輝.相容性生物量模型的建立及其估計(jì)方法研究[J].林業(yè)科學(xué),2000,36(專刊 1):19-27.

[15] 胥輝.兩種生物量模型的比較[J].西南林學(xué)院學(xué)報,2003,23(2):36-39.

[16] 駱期邦,曾偉生,賀東北,等.立木地上部分生物量模型的建立及其應(yīng)用研究[J].自然資源學(xué)報,1999,14(3): 271-277.

ResearchonabovegroundbiomassforPiceaasperataplantationsinGansu

YAN Qianqian， FENG Yiming， CHEN Xuelong

(Institute of Forestry Science, Bailongjiang Management Bureau of Gansu Province, Lanzhou 730070, China)

Through the investigation on 22 sample plots ofPiceaasperataplantation in the beach forest farm of Bailongjiang forestry region, this paper fits and establishes a biomass model of tree trunk, tree canopy and above-ground vegetation with diameter, tree height andD2Has independent variables respectively.By hypothesis test, the fitted biomass has statistical significance, and the equations wereWtrunk=0.146D2.065,Wcanopy=0.029D2.431,Wabove-ground=0.155D2.214.

Piceaasperata; above-ground; biomass model

2015-11-26

甘肅省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目 “甘肅省亞高山人工云杉林結(jié)構(gòu)優(yōu)化及功能恢復(fù)模式研究”(144FKCK072)。

閆倩倩(1984-)，女，甘肅榆中人，主要從事森林生態(tài)、森林經(jīng)營研究工作。

S 791.8

A

1003-5710(2016)01-0093-04

10.3969/j.issn.1003-5710.2016.01.000

(文字編校：張 珉)