基于生长因子模型的i-72杨树林生物量研究

基于生长因子模型的i-72杨树林生物量研究

柳树是平原地区重要的建筑材料、保护树种、水土保护树种和绿化树种。同时，它也是森林碳交换项目的首选树种之一。准确估算杨树生物量,尤其是估算区域范围内的杨树林生物量是进行林业碳汇交易的前提条件。因此,从设置样地开始,选取了23株标准木研究杨树的生物量模型,并结合样地调查资料,推出了杨树的生物量扩大因子(BEF)、树根生物量与地上部分生物量的比值(RSR)与林分测树因子的相关关系,以期为人们根据森林资源调查数据并利用BEF与RSR推算大面积的杨树林生物量提供依据。1材料和方法1.1阴山山地气候特点研究区位于河南省西北部的武陟县境内(113°10′～113°39′E,34°56′～35°10′N),属黄、沁河冲积平原,地势平坦、土壤肥沃、水资源丰富,属暖温带大陆性季风型气候。全年平均气温为14.4℃,无霜期212d,年平均降水量为538.2mm,降水集中在7～9月,10℃以上积温平均4746.0℃,滩区土壤有机质平均含量1.206%,全氮0.063%,速效磷16.4mg/kg,速效钾102mg/kg。1.2乔木层生物量模型的建立综合考虑林分所处的立地条件、林分年龄、林分密度差异和不同的培育目标等,在试验区以商品林为主兼顾部分生态林和工业原料林为调查目标,共设置148块标准地(样地面积为0.06hm2),进行每木检尺,测定年龄、平均树高、平均胸高直径、蓄积、面积及株数等测树因子。根据林木的径级分布,按每个径级各选标准木1～2株进行解析,共选择10年生的标准木23株,胸径分布范围为12～36cm,所选品系为I-72杨,造林密度为834株/hm2(3m×4m)。将标准木伐倒后,地上部分从上到下以2m为一个区分段,分层对树干、树枝、树叶进行取样,烘干称重;地下部分将其根系全部挖出,最后进行烘干测重。根据以上23株林木生物量的实测值,利用Huxley提出的林木相对生长法则,即y=axb建立相关生长关系。这里y取林木各部分的生物量,x取林木的胸径D或林木的胸径平方与高的积(D2H)。根据拟合结果,把148个样地的胸径、树高分别代入生物量模型然后乘以株数得出样地各个部分的生物量,然后拟合BEF、RSR与测树因子的方程,最后通过林分蓄积、木材密度及拟合的生物量扩展因子求算杨树林分的生物量(TB):TB=[V·DN·BEF]·(1+RSR),(1)式中:TB为总生物量;V为林分蓄积;DN为木材基本密度(0.395g/cm3);BEF为生物量扩展因子;RSR为根的生物量与地上部分生物量的比值。2结果与分析2.1生物量模型拟合根据林木相对生长法则,利用各径级伐倒木各部分器官的生物量与胸高直径D、D2H之间幂函数的相关关系,分别建立生物量模型。拟合结果见表1。由表1可知,各回归方程R2基本上大于0.90,其中生物量与D2H之间的R2都比与胸高直径的R2大,这表明生物量与D2H的相关性更为密切,同时也避免了相同胸径不同树高所产生的生物量差别问题。因此笔者以生物量与D2H的相关关系来估算生物量。2.2生物量扩展因子法生物量扩展因子(BEF)是总生物量(或地上部分生物量)与树干生物量的比值。根据生物量扩展因子与林分测树因子的关系,可有效地利用森林资源普查资料推算森林生物量。有报道指出,如果地上部分或全部生物量与树干生物量有密切的关系,就可以利用现已广泛存在的林分蓄积和树干材积增长资料推算森林生物量和生产力。笔者利用生物量模型推算出各林分的树干、树叶、树枝生物量,得到了各林分地上部分生物量与树干生物量的比值即生物量扩展因子,作生物量扩展因子与林分平均高、林龄、胸高断面积、林分蓄积的散点图,来了解生物量扩展因子与测树因子的关系,并结合国内外大量的文献资料,应用SPSS软件对生物量扩大因子与林分平均高、林龄、胸高断面积和林分蓄积分别进行曲线拟合,拟合的最佳回归方程及对应的散点图见图1。通过拟合生物量扩展因子与林分调查因子的最佳回归方程可知,生物量扩展因子与林分平均高及林龄呈双曲线关系,扩展因子的倒数与(胸高断面积+最大胸高断面积)的比值呈幂函数关系,且拟合效果都比较理想。对林分蓄积来说,用林分蓄积的对数进行拟合,效果比较理想,R2达到0.729。同时,由图1可以发现,杨树的生物量扩展因子主要集中在1.3左右,且随着林分平均高、林龄、胸高断面积及林分蓄积的增加呈下降趋势,并逐渐稳定在1.26左右。2.3最优模型的确定及拟合林木根部生物量是森林碳贮量计量系统中一个重要组成部分,由于对根部生物量研究较少,且缺乏现成的资料可以利用,因此人们通常用根的生物量与地上部分生物量的比值(RSR)来求取根部生物量并取得了较好的效果。1996年IPCC所提供的温带阔叶林的RSR值为0.25。由于不同植物的RSR值可能不同,并且同一树种不同年龄、不同立地条件之间的RSR值也可能存在变化,用统一默认值0.25会引起生物量很大的变化。因此,研究RSR值与测树因子之间的关系,能推出不同年龄、不同蓄积所对应的RSR值,进而准确推算出不同生长状况下森林的根部生物量。笔者根据生物量模型推算出不同样地的根部生物量,求出根部生物量与地上部分生物量的比值(RSR),作出RSR与林分平均高、林龄、胸高断面积、蓄积以及地上部分生物量的散点图,并应用SPSS软件分别对其进行曲线拟合,拟合的最佳回归方程及对应的散点图见图2。通过拟合RSR与测树因子的回归方程发现,RSR随着林分平均高、林龄、胸高断面积及林分蓄积的增加而变小,最后稳定在0.14左右。其中,RSR与林分平均高最佳拟合方程的决定系数达到0.909,曲线呈指数曲线关系;与林分蓄积的最佳拟合方程的决定系数达到0.866,说明根部生物量和地上部分生物量的比值与林分平均高和林分蓄积有很好的相关性。2.4成对数据检验为了验证利用森林生物量扩展因子法求算森林生物量的精度,把通过W=a(D2H)b所求得的值作为林分实际值,以通过生物量扩展因子法求得的生物量作为理论值进行成对数据检验(t检验)。通过林分平均高、林龄、胸高断面积与林分蓄积求得的t值(绝对值)分别为:0.485、0.501、0.089、0.738,均小于查表所得的t0.05/2(148)=1.96,说明模型估计值与实际值没有显著差异,即通过生物量扩展因子(BEF)和树根与地上部分生物量的比值(RSR)求算的生物量与通过树木解析求算的生物量没有显著差异,模型适用于杨树生物量的估算。3林分密度和生物量扩展因子bef的关系(1)杨树人工林的生物量扩展因子(BEF)和根与地上部分生物量的比值(RSR)均与林分的测树因子有很好的相关性。从拟合结果看,BEF和RSR值都随林分平均高、林龄、林分蓄积、胸高断面积的增大而减小,最大值1.37,最小值为1.26,与许多研究者估算的1.3～1.4相近。RSR值的最大值为0.58,最小值为0.13,变化幅度较大,只有林龄为8～10a的RSR值才与IPCC1996年推荐的温带阔叶林的RSR为0.25相近。因此,对于杨树林来说,生物量扩展因子(BEF)用常用值1.3产生的误差较小,但是对于RSR值来说,不同年龄、不同蓄积等用默认值0.25计算出来的生物量与实际生物量会有很大的差别,通过模型来求算根部生物量则能得到理想的结果。(2)根据杨树人工林生物量扩展因子(BEF)和根与地上部分生物量的比值(RSR),就可以利用现已广泛存在的杨树林分蓄积和树干材积增长量资料,推算杨树人工