小興安嶺主要闊葉樹(shù)種枝生物量模型研究

魏勝利

(黑龍江省林業(yè)碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)中心,黑龍江 哈爾濱 150090)

1 小興安嶺地貌

小興安嶺是從愛(ài)輝-孫吳-北安以北的襄河沿線向東南延伸到松花江一帶的山脈總稱(chēng)。西北界于黑河-孫吳-德都以北，東北以黑龍江為界，南界至松花江以北的山前臺(tái)地，南北長(zhǎng)約450 km，東西寬約201 km,面積為7.43萬(wàn)km2,占全省面積的16.37%。本區(qū)山勢(shì)較低，海拔在400～1 000 m，只有個(gè)別山峰在1 000 m以上，最高峰1 429 m。地勢(shì)西北低，東南高。山嶺復(fù)雜，走向變化較大，有的呈北西-南東向，有的呈南北向，總觀山地外貌較為和緩，分水嶺呈波狀起伏，河谷寬展，有島狀多年冰土層和較大面積的沼澤分布[1]。

2 樣木數(shù)據(jù)的收集與整理

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地的設(shè)置

研究分析的材料來(lái)自位于小興安嶺的黑河市愛(ài)輝區(qū)、孫吳縣、嘉蔭縣、蘿北縣、湯原縣等14個(gè)市、縣、區(qū)的55塊標(biāo)準(zhǔn)地。在具有代表性未經(jīng)過(guò)間伐生長(zhǎng)正常林分中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地。對(duì)樣地中的喬木樹(shù)種進(jìn)行檢尺，并且計(jì)測(cè)每株喬木的冠幅、樹(shù)高、胸徑、枝下高等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.1.1 樣木定位 順坡在標(biāo)準(zhǔn)地兩個(gè)邊上按3 m間隔豎標(biāo)樁，用皮尺按刻度拴在樁上，將標(biāo)準(zhǔn)地劃分成幾個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)按順時(shí)針順序測(cè)定每株樣木的坐標(biāo)方位，橫坡方向?yàn)闄M坐標(biāo)X，順坡方向?yàn)榭v坐標(biāo)Y。

2.1.2 樣木測(cè)定 在胸高位置(上坡處距樹(shù)根的1.3 m處)用圍尺測(cè)胸徑(精確到±0.1 cm);用測(cè)高儀或羅盤(pán)測(cè)樹(shù)高及枝下高(精確到±0.5 m);用皮尺或鋼卷尺測(cè)量樹(shù)冠東、南、西、北四個(gè)方向的半徑(精確到±0.05 m)。

將采集的樣木數(shù)據(jù)按徑階分組統(tǒng)計(jì)，徑階為1～2 cm，據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)樣木胸徑的變化而定。分組后按等斷面積平均求積法將樣木分為五級(jí)，計(jì)算各徑級(jí)的平均高及平均胸徑，按平均胸徑從大到小分為一級(jí)到五級(jí)，并選擇4～8株標(biāo)準(zhǔn)樣木作為解析木。

2.2 枝解析

在活樹(shù)冠內(nèi)分別輪枝逐枝按序編號(hào)，按不同輪枝對(duì)每一個(gè)枝條測(cè)量以下樹(shù)冠結(jié)構(gòu)各因子：枝長(zhǎng)(BL)、枝的方位角(φ)、總著枝深度(DINC)、著枝角度(θ)、基徑(BD)、弦長(zhǎng)(BC)、弓高(g)及每個(gè)枝條的2級(jí)枝每年生產(chǎn)數(shù)量。在每一輪枝內(nèi)篩選1～2個(gè)中等大小生長(zhǎng)正常枝作為標(biāo)準(zhǔn)枝進(jìn)行解析，測(cè)算枝條年齡及各年枝長(zhǎng)生長(zhǎng)和基徑生長(zhǎng)。采用10倍讀數(shù)的顯微鏡測(cè)定各標(biāo)準(zhǔn)枝基徑生長(zhǎng)和年齡，而枝長(zhǎng)生長(zhǎng)則根據(jù)2級(jí)分枝的輪枝位置直接測(cè)定。在1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)枝每輪2級(jí)枝中分別篩選一個(gè)中等大小生長(zhǎng)正常的作為2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)枝，測(cè)算其弓高、基徑、弦長(zhǎng)、枝長(zhǎng)以及著生在其上的每輪三級(jí)枝個(gè)數(shù)。

2.3 枝、葉的生物量測(cè)定

將樹(shù)木伐倒后，將樹(shù)冠按等段長(zhǎng)分為上、中、下三層。將每層枝條砍下依次排列在林地上，稱(chēng)取每個(gè)枝條的鮮質(zhì)量，進(jìn)行合計(jì),算出各層帶葉枝鮮質(zhì)量，并計(jì)算出各層樹(shù)冠的平均帶葉枝鮮質(zhì)量(WBL)，在每層中選取2～3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)枝，摘葉測(cè)定樣枝葉質(zhì)量和枝質(zhì)量，求出枝葉比,計(jì)算各層總?cè)~鮮質(zhì)量和枝鮮質(zhì)量。在每層取50 g葉樣品和100 g枝樣品。在105±2 ℃恒溫下干燥，測(cè)定樣品干質(zhì)量，計(jì)算出各層葉、枝的干質(zhì)量比(PW=W干/W鮮)。根據(jù)干質(zhì)量比求出枝和葉的干質(zhì)量，將三層合計(jì)求出整株樹(shù)枝和葉量的干質(zhì)量。

3 研究方法

3.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪x擇

利用各樣木的枝量(WS)(因變量)與胸徑(D)、冠幅(CW)、樹(shù)高(H)等自變量之間的關(guān)系建立生物量的回歸參數(shù)模型。本文中選了4種模型對(duì)所選樣本進(jìn)行擬合：

y=a×Db

(1)

y=a×Db×Hc

(2)

y=a×Db×CWc

(3)

y=a×CWb

(4)

其中：y-樹(shù)枝質(zhì)量；D-胸徑；H-樹(shù)高；CW-冠 幅

3.2 模型的最優(yōu)選擇

利用回歸擬合統(tǒng)計(jì)量，如估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)誤(Sy.x)Sy.x=[RSS/(n-p)]0.5，均方差(MSE)MSE=RSS/(n-p)，p—參數(shù)個(gè)數(shù)，RSS—?dú)埐钇椒胶?，n—樣本個(gè)數(shù)相關(guān)系數(shù)(R2)等比較4個(gè)模型的擬合程度，從中選擇最優(yōu)模型。

4 結(jié)果與分析

4.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?/h3>

根據(jù)現(xiàn)地調(diào)查所采集各解析木的生物量數(shù)據(jù)，采用Statistics 6.0統(tǒng)計(jì)軟件分析和研究白樺林(胸徑、樹(shù)高、冠幅)等闊葉樹(shù)種樹(shù)木因子與單木樹(shù)枝生物量之間的關(guān)系。

用公式(1)～公式(4)樹(shù)枝生物量預(yù)估模型對(duì)各樹(shù)種解析木樹(shù)枝生物量(表1)進(jìn)行擬合，其各模型擬合結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 各樹(shù)種解析木樹(shù)枝生物量調(diào)查因子

表2 各樹(shù)種樹(shù)枝生物量預(yù)估模型擬合結(jié)果

4.2 最優(yōu)模型的選擇

對(duì)各樹(shù)種樹(shù)枝生物量最優(yōu)模型進(jìn)行選擇：

白樺：選用方程y=a×Db×Hc，相關(guān)系數(shù)r=0.406 2最大，RSS=759 365 716 930.6最小，效果較優(yōu)。枝量模型方程預(yù)估為：WB=0.002×D-0.74×H6.73

白樺枝量與樹(shù)高及胸徑關(guān)聯(lián)性較大。

椴樹(shù)：選用方程y=a×Db×CWc，相關(guān)系數(shù)r=0.937 1最大，RSS=1 592 126 815.70最小，效果較優(yōu)。枝量模型方程預(yù)估為：WB=2.02×D3.14×CW-0.76

椴樹(shù)枝量與冠幅及胸徑關(guān)聯(lián)性較大。

黑樺：選用方程y=a×Db×CWc，相關(guān)系數(shù)r=0.967 2最大，RSS=1 073 689 973.68最小，效果較優(yōu)。枝量模型方程預(yù)估為：WB=0.02×D4.68×CW-0.32

黑樺枝量與冠幅及胸徑關(guān)聯(lián)性較大。

胡桃楸：選用方程y=a×Db×CWc，相關(guān)系數(shù)r=0.681 7最大，RSS=4 921 011 300.45最小，效果較優(yōu)。枝量模型方程預(yù)估為：WB=465.92×D0.61×CW1.97

胡桃楸枝量與冠幅及胸徑關(guān)聯(lián)性較大。

黃檗：選用方程y=a×Db×CWc，相關(guān)系數(shù)r=0.499 8最大，RSS=13 708 125 049.22最小，效果較優(yōu)。枝量模型方程預(yù)估為：WB=3 686.76×D0.7×CW0.46

黃檗枝量與冠幅及胸徑關(guān)聯(lián)性較大。

蒙古櫟：選用方程y=a×Db×Hc，相關(guān)系數(shù)r=0.954 6最大，RSS=15 042 011 816.44最小，效果較優(yōu)。枝量模型方程預(yù)估為：WB=32.06×D3.53×H-1.29

蒙古櫟枝量與樹(shù)高及胸徑關(guān)聯(lián)性較大。

山楊：選用方程y=a×Db×Hc，相關(guān)系數(shù)r=0.959 3最大，RSS=1 050 275 026.69最小，效果較優(yōu)。枝量模型方程預(yù)估為：WB=0.01×D3.54×H1.37

山楊枝量與樹(shù)高及胸徑關(guān)聯(lián)性大。

水曲柳：選用方程y=a×Db×CWc，相關(guān)系數(shù)r=0.925 8最大，RSS=1 584 329 474.66最小，效果較優(yōu)。枝量模型方程預(yù)估為：WB=12.6×D2.75×CW-0.45

水曲柳枝量與冠幅及胸徑關(guān)聯(lián)性大。

五角槭：選用方程y=a×Db×CWc，相關(guān)系數(shù)r=0.665 3最大，RSS=6 904 562 389.23最小，擬合較優(yōu)。枝量模型方程預(yù)估為：WB=884.01×D0.8×CW1.05

五角槭枝量與冠幅及胸徑關(guān)聯(lián)性大。

白榆：選用方程y=a×Db×CWc，相關(guān)系數(shù)r=0.796 9最大，RSS=3 467 110 754.15最小，擬合較優(yōu)。枝量模型方程預(yù)估為：WB=938.16×D0.8×CW0.82

白榆樹(shù)枝量與冠幅及胸徑關(guān)聯(lián)性較大。

5 結(jié)論

5.1 喬木樹(shù)枝生物量與胸徑相關(guān)性密切，樹(shù)枝生物量隨著胸徑的增加，也明顯的增加。

5.2 通過(guò)選用4個(gè)候選生物量生長(zhǎng)方程模型，進(jìn)行了模型參數(shù)的檢驗(yàn)及模型優(yōu)度擬合，確定了不同闊葉樹(shù)樹(shù)枝生物量最優(yōu)預(yù)估模型。

5.3 樹(shù)枝生物量與冠幅的相關(guān)性要大一些，這是因?yàn)楣夂献饔玫脑颉?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1] 李景文，陳大珂.黑龍江森林[M].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，1993:12-13

[2] 王磊，賈煒瑋，李鳳日．孟家崗林場(chǎng)森林景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析[J].植物研究，2008,4(1)：34-38

[3] 陳靈芝，任繼凱，鮑顯誠(chéng)．北京西山人工油松林群落學(xué)特征及生物量的研究[J]．植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)報(bào)，1984,8(3)：173-181