福建將樂杉木生物量相容性模型分析

吳明晶

(將樂國有林場，福建 將樂 353300)

森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)最基本的數(shù)量特征之一[1]。測定森林的生物量費(fèi)時費(fèi)力，而建立生物量模型減少外業(yè)工作是目前認(rèn)可的[2]。但在研究方法上，國內(nèi)外研究者普遍采用的是按林木各器官(干、枝、葉、根)分別進(jìn)行選擇模型，分別擬合各自方程中的參數(shù)，即各器官之間的估計都是獨(dú)立進(jìn)行的[3]，導(dǎo)致擬合的模型之間不相容。為了解決模型之間不相容的問題，駱期邦等[4]提出用線性聯(lián)立模型和非線性聯(lián)合估計模型來解決總量與分量之間的相容性問題；唐守正等[3]利用非線性聯(lián)合估計方案進(jìn)行模型擬合，并將結(jié)果與比例平差法對比，認(rèn)為2級代數(shù)和擬合分配方案為最佳方案；董利虎等[5]采用比值函數(shù)分級聯(lián)合控制方程組構(gòu)建了以總生物量為基礎(chǔ)的相容性模型來擬合黑龍江省主要樹種的生物量相容性模型，模型精度都較高。本文以福建將樂國有林場的杉木為研究對象，采用3級聯(lián)合控制方案建立生物量相容性模型。

1 研究區(qū)概況

本研究分析數(shù)據(jù)采集于福建將樂國有林場，福建將樂國有林場地處武夷山脈東南部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有海洋性和大陸性氣候特點，年均氣溫18.7 ℃，年均降水量1676 mm，年均蒸發(fā)量1204 mm，年無霜期298 d，氣候溫暖濕潤。地貌以低山丘陵為主，海拔140～1403 m，林場森林覆蓋率93.5%，主要造林針葉樹種為杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)、馬尾松(PinusmassonianaLamb.)、濕地松(PinuselliottiiEngelmann)等。

2 材料與方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)木選擇和生物量測定

本研究分別齡組共設(shè)置杉木標(biāo)準(zhǔn)地14塊，其中幼齡林3塊，中齡林2塊，近熟林3塊，成熟林3塊，過熟林3塊，標(biāo)準(zhǔn)地信息見表1。在每木檢尺的基礎(chǔ)上，每塊標(biāo)準(zhǔn)地選擇無斷梢、無分叉，生長正常，冠幅、冠長具有代表性的林木2株作為標(biāo)準(zhǔn)木，分別地上部分和地下部分測量生物量，地上分為樹干和樹冠(樹枝和樹葉)生物量，地下指樹根的生物量。各組分(器官)生物量的測定方法參見文獻(xiàn)[6]。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地信息表

2.2 生物量獨(dú)立模型擬合

采用生物量一元、二元模型，擬合整株及各分量(器官)的生物量，分別為：W=aDb(公式1)，W=aDbHc(公式2)，式中：W為生物量；D為標(biāo)準(zhǔn)木胸徑；H為標(biāo)準(zhǔn)木樹高；a、b、c為方程參數(shù)[7]。

2.3 生物量模型檢驗

2.4 生物量相容性模型擬合

采用3級聯(lián)合控制方案建立生物量相容性模型：1級控制變量為整株生物量，對整株生物量的獨(dú)立最優(yōu)模型進(jìn)行回歸估計，通過1級控制按比例分配使地上部分生物量與樹根生物量之和等于整株生物量；2級控制變量為地上部分生物量，通過2級控制按比例分配使地上部分生物量等于樹干生物量與樹冠生物量之和；3級控制變量為樹冠生物量，使樹冠生物量等于樹枝生物量和樹葉生物量之和。

3 結(jié)果與分析

3.1 各器官生物量最優(yōu)模型

根據(jù)28株杉木標(biāo)準(zhǔn)木的生物量實測數(shù)據(jù)，以一元、二元生物量模型對杉木各器官生物量進(jìn)行擬合，并通過模型檢驗指標(biāo)選出各器官的最優(yōu)獨(dú)立模型，各檢驗指標(biāo)見表2。

表2 各器官一元、二元模型評價指標(biāo)

從表2可以看出，各器官二元模型的誤差、均方根誤差都小于一元模型，決定系數(shù)都高于一元模型，所以選定以胸徑(D)、樹高(H)為自變量的二元模型作為各器官生物量的最優(yōu)模型。

以選出的最優(yōu)獨(dú)立模型擬合各器官的生物量，分別計算整株生物量擬合值與樹干、樹枝、樹葉和樹根生物量擬合值之和的差異(Δ1)：Δ1=總量-(樹干+樹枝+樹根+樹葉)，Δ1(%)=Δ1/總量×100；地上生物量擬合值與樹干生物量擬合值和樹冠生物量擬合值之和的差異(Δ2)：Δ2=地上部分-(樹干+樹冠)，Δ2(%)=Δ2/地上部分×100；樹冠生物量擬合值與樹枝生物量擬合值和樹葉生物量擬合值之和的差異(Δ3)：Δ3=樹冠-(樹枝+樹葉)，Δ3(%)=Δ3/樹冠×100。結(jié)果見表3。

表3 各器官生物量不相容分析

從表3可以看出，整株總量、地上生物量、樹冠生物量與其對應(yīng)的各分量之和間存在著不同程度的誤差，這與唐守正等[3]、董利虎等[5]的研究結(jié)果一致，主要是由于各器官的模型擬合是獨(dú)立進(jìn)行的，導(dǎo)致各器官生物量模型之間是不相容的。

3.2 各器官生物量相容性模型

以得出的各器官生物量獨(dú)立最優(yōu)模型為基準(zhǔn)，利用3級聯(lián)合控制方案建立生物量相容性模型；以總生物量為基礎(chǔ)聯(lián)立方程組進(jìn)行逐級聯(lián)合估計，具體步驟如下。

表4 相容性聯(lián)立模型參數(shù)估計值

通過對構(gòu)建的相容性生物量模型進(jìn)行檢驗(表5)可以看到，生物量相容性模型在解決整株生物量與各分項生物量以及分項生物量之間相容的基礎(chǔ)上，模型的各評價指標(biāo)都較理想(除樹葉外)，模型擬合能力較好。樹枝和樹葉的生物量模型評價指標(biāo)較低，一方面可能與樹枝、樹葉生物量受樹冠形狀、大小和飽滿程度以及樹木長勢影響，而這些因素又隨氣候、生境不同而變化有關(guān)；另一方面可能是在樹枝、樹葉外業(yè)調(diào)查伐倒過程、取樣過程中損失了部分生物量有關(guān)；導(dǎo)致樹冠部分生物量的評價指標(biāo)較低。

表5 相容性聯(lián)立模型評價指標(biāo)

4 結(jié)論

本研究用包含胸徑的一元模型和包含胸徑、樹高的二元模型對杉木生物量進(jìn)行擬合，結(jié)果表明包含胸徑、樹高的二元模型擬合效果更好；在選出各器官最優(yōu)獨(dú)立模型的基礎(chǔ)上，采用3級聯(lián)合控制方案建立各器官生物量間的相容性模型。結(jié)果表明，以整株生物量為基礎(chǔ)建立的相容性方程系統(tǒng)，采用分級聯(lián)合控制的方法進(jìn)行擬合，能夠有效解決整株生物量與各分項生物量以及分項生物量之間相容的問題，而且除了樹葉生物量模型外，其余生物量模型的擬合效果都較好。

本研究中樹枝和樹葉的生物量模型評價指標(biāo)較低，一方面可能與樹枝、樹葉生物量受樹冠形狀、大小和飽滿程度以及樹木長勢影響，而這些因素又隨氣候、生境不同而變化有關(guān)，另一方面可能是與樹枝、樹葉在外業(yè)調(diào)查伐倒、取樣過程中損失了部分生物量有關(guān)，在今后開展相關(guān)工作中應(yīng)引起重視。