第22卷 第5期世 界 林 业 研 究Vol.22 No.5 2009年10月World Forestry Research Oct12009我国的森林生物量研究3马 炜 孙玉军(北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京100083)摘要:论述了我国森林生物量的研究内容及方法,对乔木层、林下植被、凋落物、粗木质残体、根系以及区域尺度的生物量研究进行了总结,概述了直接收获法、回归模型、平均换算因子法等常见的森林生物量估测方法。
最后提出当前我国在研究重点分布、基础数据采集以及空间尺度转换等方面存在的一些问题,指出森林生物量研究在遥感监测等方面的发展趋势。
关键词:森林生物量,模型估算,粗木质残体,尺度转换,遥感反演中图分类号:S758.5 文献标识码:A 文章编号:1001-4241(2009)05-0071-06Forest B i oma ss i n Ch i n aMa W ei SunYujun(The Key Laborat ory for Silviculture and Conservati on of M inistry of Educati on,Beijing Forestry University,Bejing100083,China)Abstract:Forest bi o mass has great research and app licati on value in f orest ecol ogical syste m.Con2 cep ti on,significance and devel opment hist ory of China’s f orest bi omass were exp lained.Extra e m2 phasis was p laced on research contents and methods of forest bi omass in China.An intr oducti on was made on the researches including dom inant s pecies,vegetati on,litter,coarse,r oot and regi onal scale bi omass esti m ati on as well.Some common forest bi omass esti m ati on methods were su mmarized, such as harvest,regressi on model,and bi omass-expansi on-fact or equati on.There still existed s ome shortages in forest bi omass research in China,i.e.in dis p r oporti on of study field,the collec2 ti on of basic data and the scaling-up of measure ment.Finally,the devel opment trend of forest bi o2 mass was pointed out.Key words:forest bi omass,esti m ati on model,coarse woody debris,scaling-up,re mote sensing inversi on 森林生物量是森林生态系统最基本的数量特征,近十几年来,其提供了大量可靠的基础数据用以研究森林生态系统的生产能力以及揭示森林生态系统能量平衡和养分循环等功能过程的变化规律[1-2]。
森林生物量已成为量度森林结构和功能变化的重要指标,并为生态系统的碳汇和碳素循环研究提供关键数据,在碳循环、全球气候变化研究中起到重要作用[3-5]。
目前国际林联(I U FRO)在《国际森林资源监测大纲》中已将森林生物量列为最主要的监测项目之一[6]。
我国植被生物量的研究起步较晚,但经过近30年的发展,已经对森林生态系统中主要乔木、林下植被、凋落物、粗木质残体、根系等生物量进行了大量估测,开拓了不同森林类型、不同气候带与区域尺度生物量等研究领域。
目前,我国森林生物量已经有了大量点上的分散资料的积累,这3收稿日期:2009-05-23基金项目:引进国际先进林业科学技术计划资助项目(948)(2008-4-48);高等学校博士学科点专项科研基金基于树木生长的森林碳储量模型(20060022009);国家自然科学基金资助项目基于森林资源清查的碳循环研究(30571492)作者简介:马炜(1985-),男,福建龙岩人,硕士,主要从事森林资源监测与评价研究,E-mail:bright m a wei@通讯作者:孙玉军,E-mail:sunyj@.an世 界 林 业 研 究第22卷些既有局部典型又有国家尺度的研究大大推进了我国森林生物量及相关的生态系统和全球变化研究的开展,也为系统研究我国的森林植被碳库及其变化打下了基础。
1 研究内容及方法1.1 乔木层生物量估测潘维俦等于1979年最早估测了杉木人工林的生物量和生产力,李文华、冯宗炜等也对长白山温带天然林、南方马尾松人工林等生物量进行了初步研究[1]。
李意德等结合森林采伐采用皆伐法对我国海南岛尖峰岭热带山地雨林生物量进行了调查,取得了较精确的数据[7]。
早期的这些研究使我国森林生态系统生物量的研究在人工林和天然林2个方面都得到了初步发展,但采用的方法基本局限于直接收获法,成本较高,对环境影响也较大。
随着计算机技术和各种先进统计分析软件的广泛应用,在直接收获法基础上衍生出了回归模型估测法,根据相对生长理论,以胸径D、树高H、D2H等为变量,利用数理统计配置回归方程,通过实测生物量或建立统计关系进行宏观拓展,获得某一树种或林型的生物量状况[8-9],具有较高的准确度和可信度,在局部森林生物量估计中广泛采用。
“平均生物量法”结合了大量调查数据和单株测树因子建模,也是较常用的方法[10]。
近十几年来,各地学者结合直接收获法及回归模型对我国主要树种生物量进行了更深入的研究。
乔木单株木生物量研究方面,温远光等按径级标准木法测定了尾叶桉干、皮、枝等器官生物量,建立了相对生长方程推算尾叶桉林分的生物量和生产力[11]。
李燕燕等通过分级取样测定法,对马尾松纯林及马尾松-格氏栲混交林生物量空间结构进行了分析,发现混交林能明显增加生态系统的生物量,特别是枝叶生物量分布结构合理,所占比例较大[12]。
在乔木生物量与林分因子、群落关系研究方面,段爱国等总结前人生物量调查研究资料并结合杉木人工林固定样地长期观测材料,研究了杉木人工林生物量在不同林龄、立地指数和林分密度的变化规律[13]。
刘申等根据鼎湖山多种植被类型乔木生物量研究结果,得到群落生物量递减、倒钟型和递增3种径级分配规律,认为山地常绿阔叶林生物量发展潜力巨大[14]。
目前,我国主要树种以及一些主要森林类型的生物量都已经得到测定,并提出许多较为成熟的估算模型[15-16]。
但是,树冠等因子与乔木生物量关系的研究尚处于起步阶段[17],如何规范生物量计量参数,并解决总量与各维量模型间的相容性也是当前困扰生物量研究的主要问题[18-19]。
1.2 区域尺度森林生物量估测在区域尺度生物量估测领域,冯宗炜等率先总结了全国不同森林类型的生物量及其分布格局[20]。
罗天祥、李文华等进一步建立了我国主要生物生产力优化模型系列,估算了我国森林生物总产量[21]。
平均生物量法、平均换算因子法及换算因子连续函数法基于系统抽样进行样地调查或建立在森林资源清查资料基础上,是估算区域尺度森林生物量较常用的方法。
平均生物量法对于大量不同森林类型和树种构建模型并不容易实现[22]。
平均换算因子法以及换算因子连续函数法则分别通过固定的和随材积变化的生物量转换因子(B EF),再根据林木蓄积推算得到生物量[23-24]。
方精云等结合实测资料和全国森林资源清查资料,建立“B EF=a+b/V”模型,实现了由样地调查向区域推算的简单尺度转换[25]。
陈先刚等根据中国竹林面积及生物量等研究成果,发现我国竹林碳储量在过去50年呈增加趋势,并预测随着面积的增加,竹林碳储量仍将继续增加[26]。
国内区域森林生物量研究范围涵盖了温带、亚热带等气候带,不同森林类型生物量的变化显著,而且天然林乔木层生物量明显大于人工林。
此外,基于遥感技术和模拟模型方法估测区域尺度植被总生物量的研究也得到了初步发展,方精云等较早结合卫星遥感技术和植被等地面空间数据,应用CAS A模型估算了我国植被年净第一性生产量及其时空变化[27]。
李克让等利用CE VS A模拟了国家尺度的植被总碳储量[28]。
为了准确评估森林在全球不同尺度地学过程中的作用,如何更有效地利用森林资源清查资料、遥感技术和模型模拟来监测评估国家和区域尺度的森林生物量和碳储量,正日益成为人们关注的重点。
1.3 林下植被生物量估测林下植被是林下乔木幼苗、灌木、草本及藤本等的统称,因与乔木层相比其生物量仅占10%～30%,处于次要地位而较少受到重视[29]。
上世纪27第5期马炜,孙玉军:我国的森林生物量研究80年代,在结构过于简单的杉木、杨树等人工林系统中暴露出严重的地力衰退等各种生态问题后,林下植被在促进森林生态系统养分循环、维持立地生产力等方面的作用得到肯定[30],灌木等林下植被生物量研究才日渐展开。
林下植被生物量的测定方法主要为传统的“全收获法”和回归模型估测法。
回归模型估测法在近几年迅速发展,多以树高、基径、冠幅、盖度等作为预测变量,建立直线、二项式及指数等多种回归模型。
姚茂和、林开敏等最早对杉木人工林林下植被生物量进行了研究,描述了不同立地指数和不同林龄下的动态特征,提出一系列预测模型[31]。
潘攀等以长白落叶松人工林的林龄和密度为自变量,建立了灌木和草本生物量的多种回归关系[32]。
近年来,松杉类人工林林下植被生物量研究日渐成熟,对于结构较复杂且所占比例较大的阔叶林林下植被生物量的研究也日渐增多[33]。
曾小平等通过研究发现,南亚热带丘陵地带阔叶林林下生物量积累呈明显的增长趋势,并高于针叶林[34]。
杨昆、管东生认为,以冠幅、盖度和高度作自变量建立简单的线性回归方程,能较准确预测南亚热带次生常绿阔叶林林下灌木单株及单位面积生物量[35]。
近几年,国内逐渐有了关于森林生态系统中苔藓等生物量研究的报道,包维楷等通过生物量测定认为,苔藓是评判人工林生态功能恢复效果的必要手段[36]。