桉樹、相思、濕地松生物量估算系數(shù)差異特征及其影響因素

劉曉華，杜阿朋，許宇星，王志超，黃潤霞，竹萬寬*

桉樹、相思、濕地松生物量估算系數(shù)差異特征及其影響因素

劉曉華1，杜阿朋2，許宇星2，王志超2，黃潤霞2，竹萬寬2*

（1. 廣東湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，廣東 湛江 524088；2. 中國林業(yè)科學(xué)研究院速生樹木研究所，廣東 湛江 524022）

對已出版或發(fā)表的我國不同地點(diǎn)的桉樹（主要包括尾巨桉、巨尾桉、尾葉桉和尾細(xì)桉等）、相思（主要包括馬占相思、黑木相思、大葉相思、臺(tái)灣相思和肯氏相思等）和濕地松生物量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和篩選，分析不同人工林生物量3個(gè)常見估算系數(shù)（生物量轉(zhuǎn)換與擴(kuò)展系數(shù)BCEF、生物量擴(kuò)展系數(shù)BEF和根莖比）的差異特征以及與林分結(jié)構(gòu)特征（林齡、胸徑、樹高、林分密度、林分蓄積量）、氣候因子（年均氣溫、年均降水量）和地形因子（海拔）的關(guān)系。結(jié)果表明：桉樹、相思、濕地松人工林的BCEF平均值分別為0.66 Mg·m?3、0.98 Mg·m?3、0.69 Mg·m?3，BCEF平均值分別為1.26、1.61、1.66，平均值分別為0.19、0.23、0.22。桉樹林生物量估算系數(shù)的主要影響因子為樹高和林分密度，相思林生物量估算系數(shù)主要受胸徑和蓄積量影響。濕地松林生物量估算系數(shù)受林分結(jié)構(gòu)特征影響不大，主要受到氣候因子（年均溫度、年均降水量）和地形因子（海拔）影響。因此，在估算區(qū)域尺度人工林生物量時(shí)應(yīng)考慮林分結(jié)構(gòu)特征及氣候和地形因子引起的生物量估算系數(shù)差異。

桉樹；相思；濕地松；生物量估算系數(shù)；影響因子

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，對陸地植物總固碳量和碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率分別達(dá)82.5%和33% ～ 46%，在調(diào)節(jié)全球碳平衡及減緩溫室氣體濃度上升中具有不可替代的作用[1-2]。森林生物量是評估森林碳收支過程的重要指標(biāo)，提高其估算精度對于量化森林生態(tài)系統(tǒng)固碳效率、森林可持續(xù)發(fā)展及評估氣候變化等至關(guān)重要[3-4]。政府間氣候變化委員會(huì)（IPCC）發(fā)布的《土地利用、土地利用變化和林業(yè)的優(yōu)良做法指南》和《2006 IPCC國家溫室氣體清單編制指南》均建議使用生物量估算參數(shù)法評估區(qū)域森林生物量[5]。常用的森林生物量估算系數(shù)包括生物量轉(zhuǎn)換與擴(kuò)展系數(shù)（BCEF）、生物量擴(kuò)展系數(shù)（BEF）、根莖比（）和基本木材密度（D）等。相關(guān)研究表明，生物量估算系數(shù)隨森林類型、林齡、林分密度、立地條件等變化表現(xiàn)出很大差異[5-7]。因此，研究生物量估算系數(shù)與影響因子間的關(guān)系，對提高森林生物量估算精度意義重大。

桉樹（spp.）、相思（spp.）、濕地松（）是我國南方常見的造林樹種，本研究利用收集整理的桉樹、相思、濕地松林生物量數(shù)據(jù)，分析BCEF、BEF和估算系數(shù)的差異特征及主要影響因子，以期為提高區(qū)域尺度森林碳收支評估準(zhǔn)確度提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及篩選

收集整理CNKI中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和萬方數(shù)據(jù)庫已發(fā)表或出版的144篇文獻(xiàn)（其中桉樹52篇，相思60篇，濕地松32篇），共543（桉樹248條，相思182條，濕地松113條）條生物量實(shí)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)指標(biāo)包括：研究區(qū)（試驗(yàn)地），經(jīng)緯度（°），海拔（m），年均氣溫（℃），年均降水量（mm），林齡（年），平均胸徑（cm），平均樹高（m），林分密度（株·hm?2），林分蓄積量（m3·hm?2），樹干、樹皮、樹枝、樹葉、樹根生物量（Mg·hm?2）和喬木地上部分、地下部分生物量（Mg·hm?2）等。數(shù)據(jù)篩選原則按照竹萬寬等[5,8]文中所述。數(shù)據(jù)來源見表1。

表1 數(shù)據(jù)來源

1.2 生物量估算公式

IPCC提倡的森林生物量計(jì)算基于生物量和蓄積量的轉(zhuǎn)換系數(shù)，計(jì)算公式[90]為：

BCEF=/（1）

BEF=/（2）

=/（3）

式中為地上部分生物量（Mg·hm?2），為樹干生物量（Mg·hm?2），為地下部分生物量（Mg·hm?2），為蓄積量（m3·hm?2）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析法分析桉樹、相思、濕地松生物量估算系數(shù)的差異特征，Pearson相關(guān)性分析法分析生物量估算系數(shù)與影響因子的關(guān)系特征，回歸分析建立生物量估算系數(shù)與影響因子的關(guān)系模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物量估算系數(shù)差異特征

由圖1可知，相思人工林生物量估算系數(shù)BCEF平均值（0.98±0.09 Mg·m?3）顯著高于桉樹（0.66±0.01 Mg·m?3）和濕地松（0.69±0.15 Mg·m?3），BEF表現(xiàn)為相思（1.61±0.06）和濕地松（1.66±0.11）顯著高于桉樹（1.25±0.02），表現(xiàn)為三個(gè)樹種之間無顯著差異。

2.2 生物量估算系數(shù)與影響因子的相關(guān)性分析

由圖2可知，桉樹生物量估算系數(shù)BCEF與樹高和蓄積量呈極顯著負(fù)相關(guān)，BEF與樹高、林齡、胸徑、蓄積量呈極顯著負(fù)相關(guān)，僅與蓄積量呈極顯著負(fù)相關(guān)；相思生物量估算系數(shù)BCEF與胸徑、樹高、蓄積量呈極顯著負(fù)相關(guān)，BEF與胸徑、樹高、蓄積量、林齡呈極顯著負(fù)相關(guān)，僅與蓄積量、樹高呈極顯著負(fù)相關(guān)；濕地松生物量估算系數(shù)BCEF、BEF、與林分結(jié)構(gòu)特征因子均不存在顯著相關(guān)性。

圖中不同小寫字母表示差異顯著（P<0.05）。Different lowercase letters on the bars indicate significant differences among treatments (P<0.05).

Age 林齡；DBH 平均胸徑；H 平均樹高；D 林分密度；V 林分蓄積量。Age: stand age; DBH: mean diameter at breast height; H: mean tree height; D: stand density; V: stand volume.

由圖3可知，桉樹生物量估算系數(shù)BCEF、BEF與海拔、降水量及氣溫的相關(guān)性均不顯著，與海拔呈極顯著正相關(guān)；相思生物量估算系數(shù)BCEF、與氣溫分別呈顯著、極顯著負(fù)相關(guān)；濕地松生物量估算系數(shù)BCEF與氣溫呈顯著正相關(guān)，BEF與海拔、氣溫呈顯著正、負(fù)相關(guān)，僅與降水量呈顯著正相關(guān)。

由圖4可知，桉樹生物量估算系數(shù)BCEF、BEF與樹高的關(guān)系分別符合線性和二次多項(xiàng)式模型，BCEF隨樹高增大而減小，說明隨著桉樹的樹高生長，地上部分中的樹干所占生物量比重逐漸增大。桉樹BEF隨樹高增大先出現(xiàn)減小趨勢，在樹高達(dá)到16.7 m后出現(xiàn)增大趨勢，說明在桉樹的生長前期，樹干生物量積累速率較樹枝、樹葉快，而生長后期樹干生物量積累速率相比于生長前期較樹枝、樹葉有所減小。與林分密度符合對數(shù)函數(shù)模型，隨林分密度增大而減小，說明隨著桉樹的生長，根系所占生物量比例一直在減小，這主要是由于地上部分生物量積累速率較地下部分更快。

相思生物量估算系數(shù)BCEF、BEF與胸徑的關(guān)系分別符合對數(shù)和二次多項(xiàng)式模型，均隨胸徑增大而減小，表明隨著相思的徑向生長，樹干部分所占生物量比例逐漸增大。與蓄積量的關(guān)系符合冪函數(shù)模型，隨蓄積量的增大急劇減小后趨于平緩，表明相思生長后期地上與地下部分生物量所占比例基本維持不變。

濕地松生物量估算系數(shù)與林分結(jié)構(gòu)特征因子的回歸關(guān)系不明顯。

ASL 海拔；T 年均氣溫；P 年均降水量。ASL: altitude; T: average annual temperature; P: average annual precipitation.

Age 林齡；DBH 平均胸徑；H 平均樹高；D 林分密度；V 林分蓄積量。Age: stand age; DBH: mean diameter at breast height; H: mean tree height; D: stand density; V: stand volume.

由圖5可知，桉樹生物量估算系數(shù)與海拔的關(guān)系符合線性模型，隨海拔升高而增大。相思生物量估算系數(shù)BCEF、BEF、分別與氣溫、海拔、氣溫呈指數(shù)、冪函數(shù)、冪函數(shù)模型，均隨影響因子增大而減小。濕地松生物量估算系數(shù)BCEF、BEF、分別與氣溫、海拔、降水量符合線性、線性、指數(shù)函數(shù)模型，均隨影響因子增大而增大。

ASL 海拔；T 年均氣溫；P 年均降水量。ASL: altitude; T: average annual temperature; P: average annual precipitation.

3 討論與結(jié)論

BCEF表征林分生物量和蓄積量之間的關(guān)系，本研究中，桉樹、相思、濕地松人工林的BCEF平均值分別為0.66、0.98、0.69 Mg·m?3，其中，桉樹和濕地松BCEF與亞熱帶闊葉林接近（0.66 Mg·m?3），而相思BCEF則遠(yuǎn)高于桉樹和濕地松，可能是由于相思樹干和樹枝生物量所占比例較大[8]，地上部分生物量相對較大。

BEF和表征林分器官生物量的分配狀況。本研究中，桉樹BEF平均值（1.26）低于溫帶闊葉林（1.4）和部分亞熱帶常綠闊葉林（1.39），相思（1.61）和濕地松（1.66）則高于溫帶和部分亞熱帶常綠闊葉林，但三者都低于熱帶闊葉林（3.4）[91]。桉樹屬于速生樹種，自然整枝能力較強(qiáng)，且冠幅較小，樹枝、樹葉生物量占比小于相思、濕地松及其他常綠闊葉樹種，且樹干生物量占比高于其他樹種[5]，因此桉樹BEF平均值較小。桉樹平均值（0.19）低于相思（0.23）和濕地松（0.22），且三者均低于IPCC報(bào)告的部分闊葉林（0.24 ～ 0.46），可能是因?yàn)殍駱?、相思、濕地松適生區(qū)降水量較大，土壤水分條件較充足，減弱了植株生物量向根系的分配。

林分結(jié)構(gòu)特征對生物量估算系數(shù)的影響在不同樹種之間存在較大差異。本研究中，桉樹生物量估算系數(shù)的主要影響因子為樹高和林分密度，相思生物量估算系數(shù)則主要受到胸徑和蓄積量的影響，濕地松生物量估算系數(shù)與林分結(jié)構(gòu)特征的關(guān)系特征不明顯，但卻受到氣候因子（溫度和降水量）和地形因子（海拔）較大影響。因此，在對不同樹種生物量估算時(shí)，應(yīng)考慮林分結(jié)構(gòu)特征（樹高、胸徑、林分密度、蓄積量等）、氣候因子（溫度、降水量）及地形因子（海拔）等對生物量估算系數(shù)的影響。

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Differences in Biomass Estimation Coefficients ofspp.,spp. andand Their Key Influencing Factors

LIU Xiaohua1, DU Apeng2, XU Yuxing2, WANG Zhichao2, HUANG Runxia2, ZHU Wankuan2*

(1. Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve, Zhanjiang 524022, Guangdong, China; 2. Research Institute of Fast-growing Trees, Chinese Academy of Forestry, Zhanjiang 524022, Guangdong, China)

Data from published literature on biomass measurements ofspp. (including×,×,×and),spp. (including,,,and) andforests in different locations in China were collected and analyzed. The characteristics of three common estimation coefficients of biomass (biomass conversion and expansion factor BCEF, biomass expansion factor BEF, and root/shoot ratio) in different forests and the relationship with stand structure characteristics (stand age, mean DBH, mean tree height, stand density, and standing volume), climatic factors (annual average temperature and annual average precipitation) and topographic factors (elevation) were summarized and differences examined. The results showed that the mean BCEF values ofspp.,spp., andforests averaged 0.66 Mg·m?3, 0.98 Mg·m?3and 0.69 Mg·m?3, respectively, the mean BEF values were 1.26, 1.61 and 1.66 respectively, and the meanvalues were 0.19, 0.23 and 0.22 respectively. The main factors influencing the biomass estimation coefficients offorests were tree height and stand density, while the biomass estimation coefficients offorests were mainly affected by DBH and stocking volume. Estimated biomass coefficients forforests were not significantly influenced by stand structural characteristics, but mainly by climatic factors (mean annual temperature, mean annual precipitation) and topographic factors (elevation). Therefore, differences in biomass estimation coefficients due to stand structure characteristics and climatic and topographic factors should be taken into account when estimating biomass of planted forests at the regional scale.

spp.;spp.;; estimation coefficients of biomass; impact factor

10.13987/j.cnki.askj.2023.04.002

S714.5

A

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2022KJCX020）；廣東省林業(yè)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測平臺(tái)項(xiàng)目（2022CG644）

劉曉華（1991— ），女，碩士，研究方向?yàn)槿斯ち稚鷳B(tài)監(jiān)測。E-mail: liuxh324@163.com

竹萬寬（1989— ），男，助理研究員，從事森林生態(tài)學(xué)研究。E-mail:zwk_2015@163.com