淺談森林生物量的測(cè)定方法

陳巍

【摘要】：森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)的最基本數(shù)量特征，生物量數(shù)據(jù)是研究許多林業(yè)問(wèn)題和生態(tài)問(wèn)題的基礎(chǔ)，因此，準(zhǔn)確測(cè)定生物量十分重要。本文通過(guò)對(duì)闊葉混交林林分生物量的分析，以及從林分因素、立地因素、齡組角度對(duì)林分生物量的變化規(guī)律進(jìn)行了分析，為之后林分生物量研究提供一些理論依據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】：闊葉混交林；生物量；生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)；生物量動(dòng)態(tài)變化

1、 森林生物量研究背景

森林是地球生態(tài)系統(tǒng)中不可缺的主要組成部分，它為人類提供了大量的木材資源、動(dòng)物棲息環(huán)境，具有調(diào)節(jié)小區(qū)域氣候、改善空氣質(zhì)量、防止水土流失、涵養(yǎng)水源等作用，對(duì)于森林未來(lái)動(dòng)態(tài)的評(píng)估具有顯著的意義。過(guò)去的十多年中，地球表面溫度已經(jīng)上升了0.3-0.6攝氏度，自然氣候調(diào)控已經(jīng)超出負(fù)荷，氣候變化通過(guò)溫度脅迫、水分脅迫、物候變化、生物地球化學(xué)循環(huán)等方式對(duì)森林產(chǎn)生重要的影響。能源是人類賴以生存的物質(zhì)保證，在先進(jìn)社會(huì)生活生產(chǎn)方面主要的能源消耗仍然以不可再生資源為主，包括煤炭、石油、天然氣等化石燃料，這些資源的使用導(dǎo)致大量的空氣污染以及環(huán)境污染，其剩余數(shù)量不足以滿足人類今后的需求，從可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，新能源以及可再生生物質(zhì)能源是解決當(dāng)前能源枯竭問(wèn)題的一個(gè)主要的方法。森林生物量是研究森林生態(tài)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)指標(biāo)，是多數(shù)林分模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，對(duì)研究大范圍區(qū)域內(nèi)，森林與環(huán)境之間的相互作用、生物地球化學(xué)循環(huán)、、能量流動(dòng)、凈生產(chǎn)力、碳循環(huán)和碳管理以及評(píng)估系統(tǒng)生產(chǎn)力與環(huán)境的相互關(guān)系等都具有重要的科學(xué)價(jià)值。調(diào)查研究得到了幾乎所有常見(jiàn)的針闊葉自然林分以及人工林分的生物量數(shù)據(jù)，覆蓋多個(gè)氣候區(qū)域，為全面總結(jié)中國(guó)森林生物量研究的成果奠定了基礎(chǔ)。由此可見(jiàn)，森林生物量的研究對(duì)于解決全球碳循環(huán)以及生物質(zhì)能源的研究有著重要的意義。

2、 森林生物量測(cè)定方法

生物量是植物有機(jī)生命體在脫去水分后剩余物質(zhì)的干重總和，也可以理解為單位時(shí)間單位面積下，植物通過(guò)光合作用以及呼吸作用的共同耦合影響下，剩余的凈初級(jí)生產(chǎn)力的剩余累積量。植物生物量包括活體部分以及枯損部分兩個(gè)主體，其中活體部分占據(jù)植物器官的主體，而植物活體器官主體有著物質(zhì)的干重總和也被稱為現(xiàn)存量，由于早期研究中，人們往往忽略了枯損部分植物的生物量，所以在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)存量一詞同生物量有著相類似的含義。森林生物量通常包括喬木層生物量（如樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉、樹(shù)根）以及林下植被生物量（如灌草、苔蘚、枯枝落葉以及森林腐殖質(zhì)等）。在森林當(dāng)中，林分植被生物量所占比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于喬木層林分生物量，尤其是在人工林當(dāng)中。森林生物量有著不同的測(cè)定方法，相對(duì)較為準(zhǔn)確的方法是對(duì)林分不同水平的植物進(jìn)行直接收獲，分組累計(jì)測(cè)量求和，測(cè)定方法主要包括皆伐法、標(biāo)準(zhǔn)木法和相對(duì)生長(zhǎng)法三種常規(guī)方法。

2.1皆伐法

對(duì)于具有開(kāi)采條件的林分，根據(jù)林分面積以及環(huán)境條件選擇適應(yīng)大小的樣地，對(duì)該樣地范圍內(nèi)所有層次的植物進(jìn)行全部砍伐、切割，不同植物器官重量累計(jì)求和，一次性推算單位面積各林層以及器官的生物量。采用該法測(cè)定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，常作為真值與采用其他方法的估計(jì)值進(jìn)行比較，但此法費(fèi)時(shí)費(fèi)力且具有巨大的破壞性，在實(shí)際操作中較少用于測(cè)定喬木層生物量，而常用于測(cè)定林下植被生物量。

2.2標(biāo)準(zhǔn)木法

此法可細(xì)分為平均標(biāo)準(zhǔn)木法和分層標(biāo)準(zhǔn)木法兩種。

2.2.1平均標(biāo)準(zhǔn)木法：首先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的樹(shù)木進(jìn)行每木檢尺，以調(diào)查樹(shù)木的胸徑或者樹(shù)高為主要區(qū)分依據(jù)，選擇能夠代表這一林分的平均木作為生物量研究的參考木，將平均木伐倒后測(cè)定不同器官的生物量，然后乘以林分密度得到林分生物量。

2.2.2分層標(biāo)準(zhǔn)木法：按不同胸徑徑階或樹(shù)高將標(biāo)準(zhǔn)地樹(shù)木分成不同層次，然后在各層內(nèi)選取標(biāo)準(zhǔn)木，求得生物量后同林分密度株數(shù)相乘后得到林分總體生物量。該方法相對(duì)于天然林而言更加適合人工栽植的林分。因?yàn)槿斯ち志哂休^高的規(guī)律性，單木徑階大小能夠滿足一定的數(shù)學(xué)規(guī)律。根據(jù)不同的測(cè)樹(shù)指標(biāo)選取的標(biāo)準(zhǔn)木是不同的，進(jìn)而推算的林分生物量值也存在一定的差異。

2.3相對(duì)生長(zhǎng)法

基于樹(shù)木器官生長(zhǎng)量間存在協(xié)調(diào)生長(zhǎng)的相對(duì)關(guān)系，人們?cè)谘芯繀^(qū)內(nèi)選取多株標(biāo)準(zhǔn)木，伐倒后測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)木的器官生物量，然后建立器官生物量與測(cè)樹(shù)指標(biāo)之間的關(guān)系，然后再以實(shí)測(cè)的測(cè)樹(shù)指標(biāo)推算林分生物量。此法廣泛應(yīng)用于森林生物量和生產(chǎn)力的估測(cè)中。

3、 森林生物量估算方法

森林資源資料的傳統(tǒng)方法在區(qū)域尺度的森林生物量及其動(dòng)態(tài)的評(píng)估中仍然占據(jù)十分重要的位置，生物量研究還可以用于校驗(yàn)基于遙感信息的模型并提高其預(yù)測(cè)性能。森林生物量數(shù)據(jù)具有較廣的分布范圍，在時(shí)間以及空間上具有較高的連續(xù)性，調(diào)查以及計(jì)算具有一定的精度，有著廣泛的適用性，測(cè)量獲取相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) 。為了更好地研究森林生物量，通常情況下人們更加關(guān)注林分特定時(shí)間空間狀態(tài)下的變化，這使得生物量動(dòng)態(tài)的研究具有更高的意義，目前主要有平均生物量法和材積源生物量法等兩種常規(guī)方法。有助于提高中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)生物量，碳收支及其動(dòng)態(tài)評(píng)估的準(zhǔn)確定。

3.1平均生物量法：平均生物量法是指基于野外實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)地的平均范圍面積生物量與該森林類型的面積來(lái)估算區(qū)域尺度生物量的方法。該方法在國(guó)際生物學(xué)計(jì)劃實(shí)施期間得到廣泛應(yīng)用。然而，標(biāo)準(zhǔn)地通常選擇高于研究平均生物量水平的林分，這將會(huì)高估區(qū)域尺度森林生物量。

3.2材積源生物量法：材積源生物量法是指基于立木材積，通過(guò)生物量估算參數(shù)估算區(qū)域尺度器官生物量、地上生物量乃至總生物量的方法。樹(shù)干生物量雖然在森林生物量中的比例因發(fā)育階段、樹(shù)種和條件等的不同而有較大的差異，但是與立木材積存在很強(qiáng)的相對(duì)生長(zhǎng)關(guān)系。因此，基于立木材積、立木蓄積量來(lái)推算森林生物量的理論上是可行的。

4、 森林生物量發(fā)展趨勢(shì)

目前，全世界各個(gè)國(guó)家的專家和學(xué)者主要從兩方面著手從事對(duì)森林生物量的研究。一方面是從森林生物量與森林生態(tài)系統(tǒng)中某一影響因子之間的聯(lián)系著手，對(duì)森林生物量進(jìn)行不斷的深入和細(xì)化的研究；另一方面是研究樹(shù)木地上部分生物量隨全球范圍氣候和環(huán)境的變化規(guī)律，以及地上部分生物量隨全球范圍氣候和環(huán)境變化的分布規(guī)律。林分生物量的研究主要是通過(guò)以建好的林木生物量模型及森林資源清查資料進(jìn)行估計(jì)，由于森林生物量的重要，而測(cè)定林分生物量是測(cè)定森林生物量的基礎(chǔ)，通過(guò)建立林分生物量模型，既可以大大減少外業(yè)工作量，又可以減少對(duì)森林的保護(hù)，最終提高森林生物量的估計(jì)精度。為此林分生物量的研究變得越發(fā)重要。今后樹(shù)種空間結(jié)構(gòu)在林分生長(zhǎng)進(jìn)程中的變化或?qū)⒊蔀檠芯可稚锪康挠忠悔厔?shì)，而目前對(duì)于混交林生產(chǎn)力以及地下部分生物量的研究也是趨勢(shì)之一?；谶b感技術(shù)和樣地實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)創(chuàng)建生物量模型、森林蓄積量與生物量轉(zhuǎn)換模型，進(jìn)一步得到森林碳儲(chǔ)量也是目前研究的熱點(diǎn)之一，結(jié)合“3S”技術(shù)監(jiān)測(cè)森林生物量和碳儲(chǔ)量變化，對(duì)國(guó)家森林資源監(jiān)測(cè)意義重大。

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