森林生物量測(cè)定方法

董華南

【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。本論文研究了森林生物量的測(cè)定方法、估算方法及研究森林生物量的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】：闊葉混交林；生物量；生物量分配比例；生物量根莖比；生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)；生物量動(dòng)態(tài)變化

1、 生物量研究概況

國(guó)內(nèi)早期生物量的研究主要目的是為了探討生態(tài)系統(tǒng)中生物量（單木生物量、林分生物量）同森林生產(chǎn)力之間的關(guān)系，進(jìn)一步闡述了森林生物量和生產(chǎn)力對(duì)于全球森林碳平衡的重要性。針對(duì)不同的樹(shù)種，包括馬尾松、落葉松、油松、紅松等針葉樹(shù)種，以及白樺、蒙古櫟、楊樹(shù)等闊葉樹(shù)種，進(jìn)行了單木以及全林分生物量的研究?；窘⒘硕鄠€(gè)常見(jiàn)樹(shù)種的常用單木、林分生物量計(jì)算模型，并在實(shí)際工作中進(jìn)行了進(jìn)一步的應(yīng)用。目前，隨著生物碳儲(chǔ)量，以及碳平衡研究的興起，使得我國(guó)森林生物量的研究成為新一輪的研究熱點(diǎn)，針對(duì)以往的相對(duì)準(zhǔn)確的森林生物量進(jìn)行了更加精確、精細(xì)的研究并且引入了包括遙感、地統(tǒng)計(jì)等許多新的方法，大大提高了我國(guó)森林生物量的計(jì)算精度。

2、森林生物量研究意義

森林是地球生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的主要組成部分，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。地球是一個(gè)有著廣泛承載能力的主體，森林作為其中的主要結(jié)構(gòu)，對(duì)改善地球氣候環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及碳氧平衡等方面有著十分重要的功效。在過(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。使得越來(lái)越多的林業(yè)工作者以及林分生態(tài)學(xué)家投入研究。主要針對(duì)森林生物量不同林分類型、不同栽植區(qū)域、以及林分生產(chǎn)力、碳儲(chǔ)量分布變化、區(qū)域氣候同森林生物量關(guān)系等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究 。中國(guó)陸續(xù)開(kāi)展了不同地帶主要森林類型生物量和生產(chǎn)力的調(diào)查研究工作，生物量是林分森林調(diào)查統(tǒng)計(jì)中最為重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。森林生物量與林分生產(chǎn)力之間有著緊密的關(guān)系，生物量是所有有機(jī)植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)的總和，是地球生態(tài)圈中最為傳統(tǒng)，最為基礎(chǔ)的能量形式，被稱為總初級(jí)生產(chǎn)量簡(jiǎn)稱GPP，是森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特征的重要指標(biāo)之一。因不同樹(shù)種之間的含水率差異，生長(zhǎng)速度差異，以及冠形、尖削度的不同，以及不同樹(shù)木之間的樹(shù)干、樹(shù)根、樹(shù)枝、樹(shù)葉的所占比重不同，造成了單株樹(shù)木生物量以及林分生物量之間的差異。生物量是生物質(zhì)能源和碳儲(chǔ)量、碳通量計(jì)算的最為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)指標(biāo)，正確計(jì)算并理解生物量對(duì)全球能量流動(dòng)以及不同氣候區(qū)域物質(zhì)循環(huán)之間的關(guān)系具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3、 森林生物量測(cè)定方法

生物量是常見(jiàn)的林業(yè)學(xué)術(shù)詞匯，常見(jiàn)的理解是植物有機(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。

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。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。

3.1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。

3.2標(biāo)準(zhǔn)木法：平均標(biāo)準(zhǔn)木法是對(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。分層標(biāo)準(zhǔn)木法是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，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。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。

3.3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。

3.4森林生物量估算方法

目前，基于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。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。下面就這兩種方法進(jìn)行較為系統(tǒng)的論述，同時(shí)結(jié)合中國(guó)的研究實(shí)際提出未來(lái)的研究重點(diǎn)，以期有助于提高中國(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。

3.4.1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。

3.4.2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。