浙江省馬尾松林生物量換算因子研究

沈楚楚，朱湯軍，季碧勇，王秀云，張國(guó)江，袁位高，趙彩芳

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；3. 浙江省森林資源監(jiān)測(cè)中心，浙江 杭州 310020）

浙江省馬尾松林生物量換算因子研究

沈楚楚1,2，朱湯軍2*，季碧勇3，王秀云2，張國(guó)江3，袁位高2，趙彩芳2

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；3. 浙江省森林資源監(jiān)測(cè)中心，浙江 杭州 310020）

以馬尾松林為研究對(duì)象，在浙江省12個(gè)縣市選取2009年CFI體系的57個(gè)馬尾松林樣地，根據(jù)樣地平均木，在樣地外圍相似地段確定解析木共計(jì)57株，聯(lián)立樹高曲線方程和生物量模型，同時(shí)使用已公開發(fā)表的10個(gè)馬尾松林生物量模型進(jìn)行估算，由單株累加獲得CFI系統(tǒng)樣地的生物量，計(jì)算樣地生物量與蓄積之比（BEF），建立BEF與林分蓄積之間的關(guān)系。根據(jù)2009年浙江省CFI體系數(shù)據(jù)，推算全省馬尾松BEF = 0.883 9 t/m3。

浙江；馬尾松；生物量模型；生物量換算因子

馬尾松（Pinus massoniana）是我國(guó)亞熱帶地區(qū)特有的鄉(xiāng)土樹種，適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)迅速，是我國(guó)分布最廣的造林樹種之一[1]。根據(jù)2009年浙江省森林資源連續(xù)清查（Continuous Forest Inventory，簡(jiǎn)稱CFI）數(shù)據(jù)顯示，馬尾松位列浙江省優(yōu)勢(shì)樹種第二。許多學(xué)者對(duì)馬尾松地上生物量模型和地下生物量模型作了大量的研究[2～10]，曾偉生還對(duì)馬尾松等五個(gè)主要樹種的生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行分析[11]。為解決樣地調(diào)查向區(qū)域推算的尺度轉(zhuǎn)換，方精云等[12～13]建立“換算因子連續(xù)函數(shù)法”，簡(jiǎn)化了區(qū)域森林生物量的計(jì)算方程。

根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》（簡(jiǎn)稱指南），林木的碳儲(chǔ)量等于生物量乘以含碳率，而生物量等于蓄積與生物量換算因子（Biomass expansion factor，簡(jiǎn)稱BEF）之積。指南提供了BEF的缺省值，但其BEF是依據(jù)氣候帶提供的，亞熱帶樹種只劃分為硬木和針葉林二類，而我國(guó)地形、氣候和森林類型復(fù)雜多樣，氣候帶、森林類型又與省域范圍不能對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致缺省值幾乎不適用。為降低浙江省省級(jí)溫室氣體清單編制的不確定性，本文以馬尾松林為研究主體，利用CFI系統(tǒng)樣地資料，實(shí)地調(diào)查得到解析木數(shù)據(jù)，通過(guò)樹高曲線與生物量模型的聯(lián)立研建，并與已公開發(fā)表的10個(gè)馬尾松林生物量模型對(duì)比估算CFI系統(tǒng)樣地生物量，提高馬尾松樣地生物量的估算精度，求算樣地生物量與蓄積之比即BEF，建立BEF與林分蓄積之間的關(guān)系，以掌握浙江省馬尾松生物量BEF的變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

浙江省位于長(zhǎng)江三角洲南翼，處于北亞熱帶向中亞熱帶氣候過(guò)渡區(qū)域，全省年平均溫度15 ～ 18℃，冬夏季溫差20 ～ 26℃。全年降水充沛，年平均降水量可達(dá)到1 623 mm，降雨季節(jié)主要集中在春夏季。地理地貌特征豐富，從北部沖積平原，到東西部丘陵，再到南部山區(qū)，另有濱海島嶼地貌，有“七山一水二分田”之稱。

浙江省CFI系統(tǒng)始于1979年，以省域?yàn)槌闃涌傮w，采用公里網(wǎng)的系統(tǒng)抽樣技術(shù)，即樣地東西間隔6 km，南北間隔4 km設(shè)固定樣地，樣地為正方形，面積0.08 hm2。從1989年開始每隔5 a進(jìn)行一次復(fù)查，2009年復(fù)查樣地?cái)?shù)為4 252個(gè)。據(jù)2009年（第8次）CFI資料顯示，全省土地面積1 018.00萬(wàn)hm2，其中林地面積660.74萬(wàn)hm2，占64.91%；非林地面積357.26萬(wàn)hm2，占35.09%。林地面積中，森林面積601.36萬(wàn)hm2，森林覆蓋率59.07%。活立木蓄積24 224.93萬(wàn)m3，其中森林蓄積21 679.75萬(wàn)m3，疏林蓄積46.07萬(wàn)m3，散生木蓄積1 697.85萬(wàn)m3，四旁樹蓄積801.26萬(wàn)m3。全省共有馬尾松林面積81.16萬(wàn)hm2，蓄積達(dá)3 971.29萬(wàn)m3，分別占喬木林總面積和總蓄積的19.79%和18.32%，在全省各縣市都有分布；依蓄積量統(tǒng)計(jì)馬尾松林中的天然林占86.74%、人工林占13.26%；幼齡林、中齡林、近熟林和成熟林蓄積量占比分別為7.0%、46.8%、35.8%和10.4%，蓄積量分別為18.27、46.16、63.05、133.41 m3/hm2。

1.2 研究方法

本文以馬尾松林為研究主體，在浙江省范圍內(nèi)選取地理分布較均勻的12個(gè)縣（市）：淳安縣、富陽(yáng)市、平陽(yáng)縣、開化縣、德清縣、天臺(tái)縣、武義縣、常山縣、舟山定海區(qū)、嵊州市、遂昌縣和云和縣，利用2009年CFI系統(tǒng)在該12個(gè)縣市的馬尾松林樣地57個(gè)。根據(jù)樣地平均木，在樣地外圍相似地段依據(jù)胸徑（≤±0.5 cm）和樹高（≤±0.5 m）選取無(wú)病蟲害、無(wú)斷梢、生長(zhǎng)發(fā)育正常的解析木，共計(jì)57株。

樹干解析時(shí)，樹高10 m以上者按2 m區(qū)分段區(qū)分，樹高10 m以下者按1 m區(qū)分段區(qū)分。枝葉部分采用分層抽樣法，將全部枝葉分為4級(jí)：＜1.0 cm，1.0 ～ 2.0 cm，＞ 2.0 ～ 3.0 cm，＞ 3.1 cm，在每一級(jí)中各選出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)枝，稱其鮮重及標(biāo)準(zhǔn)枝的葉鮮重。地下部分采用全挖法，要求在土中不留有大于0.5 cm直徑的根系，把根系上附著的泥土撣去稱重即為根鮮重。將采集的圓盤、枝葉樣品、根系樣品在105℃烘干，其干物質(zhì)量即為生物量，進(jìn)而測(cè)定解析木各器官的含水率、密度和總生物量。

根據(jù)解析木實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，聯(lián)立樹高曲線方程和單木生物量模型，計(jì)算每木生物量，由單株累加計(jì)算樣地生物量，計(jì)算樣地生物量與蓄積之比（BEF），建立BEF與林分蓄積之間的關(guān)系，同時(shí)使用已公開發(fā)表的10個(gè)馬尾松生物量模型進(jìn)行估算。依據(jù)浙江省2009年CFI系統(tǒng)的馬尾松林分總蓄積和總面積，推算出浙江省馬尾松林平均BEF值。

模型評(píng)價(jià)指標(biāo)選用胥輝[14]提出的總相對(duì)誤差（Rs）、平均相對(duì)誤差（E1）、平均相對(duì)誤差絕對(duì)值（E2）和預(yù)估精度（P）4項(xiàng)內(nèi)容：

式中：yi為實(shí)測(cè)值，gi為估計(jì)值，n為樣本容量，tα為置信水平α = 0.05時(shí)的t分布值，T為回歸模型中參數(shù)個(gè)數(shù)，為估計(jì)值的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 建立單木生物量模型

單木生物量模型采用常見的a(D2H)b模型形式。但由于此模型為二元模型，其中含有樹高因子，而CFI樣地?cái)?shù)據(jù)中缺乏每木樹高數(shù)據(jù)，因此需要建立樹高曲線模型來(lái)估計(jì)樹高。樹高曲線模型引用Goulding模型。為了減少誤差，提高模型的估計(jì)精度，本研究采用相容性模型思想，將其生物量模型和樹高曲線模型進(jìn)行聯(lián)立估計(jì)，二者聯(lián)立估計(jì)形式如下：

通過(guò)ForStat 2.1軟件求解方程中的4個(gè)參數(shù)，得方程組中參數(shù)解為a = 0.123 111，b = 0.824 439，c = 0.235 8，d = 2.446 6，相關(guān)系數(shù)R2= 0.875 6。馬尾松生物量模型如下：

相應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)為：Rs = －0.231%，E1= 2.312%，E2= 12.112%，P = 96.342%。

2.2 建立林分BEF-V模型

根據(jù)上述生物量模型計(jì)算CFI系統(tǒng)樣地每木生物量，加總得樣地生物量，并換算為每公頃生物量。蓄積量即引用CFI系統(tǒng)的蓄積數(shù)據(jù)。引用方精云生物量因子連續(xù)函數(shù)法的BEF-V模型[12]，通過(guò)ForStat2.1軟件求解其參數(shù)，建立相關(guān)關(guān)系如下：

式中，V為林分蓄積（m3/hm2），BEF為生物量轉(zhuǎn)換因子（t/m3），決定系數(shù)R2= 0.719。模型各項(xiàng)檢驗(yàn)指標(biāo)為：Rs = 0.050 3%，E1= 0.052 7%，E2= 5.757 7%，P = 97.887 9%。

圖1中，A點(diǎn)和B點(diǎn)是區(qū)分BEF曲線變化的兩個(gè)拐點(diǎn)，而C點(diǎn)所在的位置是浙江省2009年馬尾松林平均蓄積的水平。

2.3 浙江省BEF估算結(jié)果

根據(jù)浙江省2009年CFI資料顯示，浙江省馬尾松林總蓄積為3 971.29萬(wàn)m3，總面積為81.16萬(wàn)hm2，由此推算得：浙江省馬尾松林平均蓄積為 48.93 m3/hm2。浙江省馬尾松林BEF = 0.883 9 t/m3。

3 結(jié)論與討論

3.1 生物量模型的估計(jì)結(jié)果之比較

本研究通過(guò)文獻(xiàn)查閱，搜集10個(gè)全國(guó)各地已發(fā)表的馬尾松生物量模型，分別估算樣地生物量，結(jié)果如表1。

由表1可知，使用不同生物量模型計(jì)算的BEF估計(jì)結(jié)果在0.548 ～ 1.324 t/m3，最大值和最小值差距達(dá)142%。本文估算結(jié)果為0.883 9 t/m3。在10個(gè)生物量模型中，有7個(gè)生物量模型的估算結(jié)果小于本文估算結(jié)果，有3個(gè)生物量模型的估算結(jié)果大于本文估算結(jié)果。

上述研究表明，雖同是針對(duì)馬尾松建立的生物量模型，但由于所研究的地理位置不同，馬尾松林分狀況不同以及研究方法不同等，都會(huì)造成估算結(jié)果之間的顯著差異。因此，在進(jìn)行區(qū)域林分生物量估計(jì)時(shí)，應(yīng)建立有針對(duì)性的、具有地域性的生物量模型以減少引用別處生物量模型引起的誤差。

3.2 與全國(guó)模型、IPCC缺省值對(duì)比

方精云等[12]針對(duì)全國(guó)馬尾松林建立了森林蓄積量與生物量轉(zhuǎn)換模型BEF = 0.510 1＋1.0451/V，依據(jù)該模型計(jì)算，浙江省馬尾松林BEF為0.531 5 t/m3。本研究結(jié)果0.883 9 t/m3比該值大66.30%。根據(jù)IPCC（2006）[15]，馬尾松BEF缺省值為0.72 t/m3，本研究結(jié)果0.883 9 t/m3比缺省值大22.76%。

3.3 Fisher最優(yōu)分割法區(qū)分BEF變化階段

利用Fisher最優(yōu)分割法將BEF-V曲線分為3段，拐點(diǎn)分別出現(xiàn)在林分蓄積為36.45 m3/hm2（圖1中A點(diǎn)處）和75.59 m3/hm2（圖1中B點(diǎn)處）時(shí)，當(dāng)林分蓄積小于36.45 m3/hm2時(shí)為第1階段，此階段林分蓄積量低，幼齡林向中齡林過(guò)渡階段，此時(shí)根生長(zhǎng)占據(jù)著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，樹干生物量和枝葉生物量比重較小，此階段的BEF隨著林分蓄積的增長(zhǎng)而迅速減小，BEF維持在較高的水平；第2階段為蓄積在36.45 m3/hm2至75.59 m3/hm2時(shí)，此階段馬尾松林從中幼林轉(zhuǎn)向近熟林，根生長(zhǎng)趨于緩慢，干生長(zhǎng)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，枝葉亦生長(zhǎng)快速，樹干生物量占據(jù)著地上生物量的主導(dǎo)地位，地上部分生物量的積累速率高于地下部分的生物量，此階段的BEF隨著林分蓄積的增長(zhǎng)而緩慢地變??；第3階段為蓄積大于75.59 m3/hm2時(shí)，此階段馬尾松林一般屬近、成熟林，根生長(zhǎng)已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，樹干生物量和枝葉生物量的生長(zhǎng)也趨于穩(wěn)定，此階段的BEF漸漸趨向0.801 m3/hm2。

浙江省2009年CFI資料，馬尾松中齡林和近熟林二項(xiàng)蓄積之和占總蓄積的82.5%。全省馬尾松林平均蓄積量為48.93 m3/hm2，處于BEF-V曲線第二階段的C點(diǎn)處，隨著林分的逐年生長(zhǎng)，可以預(yù)見浙江省馬尾松BEF將在當(dāng)前水平緩慢地變小。

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Research on Biomass Expansion Factor of Pinus massoniana Forest in Zhejiang

SHEN Chu-chu1,2，ZHU Tang-jun2*，JI Bi-yong3，WANG Xiu-yun2，ZHANG Guo-jiang3，YUAN Wei-gao2，ZHAO Cai-fang2
（1. School of Environment and Resource, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 3. Zhejiang Forest Resource Monitoring Center, Hangzhou 310020, China）

Taking Pinus massoniana forest as the subject of this study, 57 sample plots were selected from 12 counties in Continuous Forest Inventory (CFI) (2009) of Zhejiang province. According to the average trees of 57 plots, 57 analytic trees were selected at similar forest outside the sample plots. Simultaneous equations of DBH-H equation and biomass model were established. Biomass of sample plot was estimated by 10 published biomass models. The ratio of stand biomass and stand volume is BEF, and the relationship between stand stock and BEF was established. According to Zhejiang CFI system 2009 (eighth), BEF of P. massoniana forest in Zhejiang province was 0.883 9 t/m3.

Zhejiang; Pinus massoniana; biomass model; BEF

S718.55＋6

A

1001-3776（2013）03-0039-04

2013-01-31；

2013-04-12

浙江省重點(diǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2010R50030）；浙江省科技廳公益項(xiàng)目（2012C23115）；浙江省林業(yè)廳省院合作項(xiàng)目（2012SY11）

沈楚楚（1988－），女，浙江桐廬人，碩士生，從事林業(yè)碳匯研究；*通訊作者。