浙江省馬尾松林生物量換算因子研究

沈楚楚，朱湯軍，季碧勇，王秀云，張國江，袁位高，趙彩芳

（1. 浙江農林大學 環境與資源學院，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023；3. 浙江省森林資源監測中心，浙江 杭州 310020）

浙江省馬尾松林生物量換算因子研究

沈楚楚1,2，朱湯軍2*，季碧勇3，王秀云2，張國江3，袁位高2，趙彩芳2

（1. 浙江農林大學 環境與資源學院，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023；3. 浙江省森林資源監測中心，浙江 杭州 310020）

以馬尾松林為研究對象，在浙江省12個縣市選取2009年CFI體系的57個馬尾松林樣地，根據樣地平均木，在樣地外圍相似地段確定解析木共計57株，聯立樹高曲線方程和生物量模型，同時使用已公開發表的10個馬尾松林生物量模型進行估算，由單株累加獲得CFI系統樣地的生物量，計算樣地生物量與蓄積之比（BEF），建立BEF與林分蓄積之間的關系。根據2009年浙江省CFI體系數據，推算全省馬尾松BEF = 0.883 9 t/m3。

浙江；馬尾松；生物量模型；生物量換算因子

馬尾松（Pinus massoniana）是我國亞熱帶地區特有的鄉土樹種，適應性強，生長迅速，是我國分布最廣的造林樹種之一[1]。根據2009年浙江省森林資源連續清查（Continuous Forest Inventory，簡稱CFI）數據顯示，馬尾松位列浙江省優勢樹種第二。許多學者對馬尾松地上生物量模型和地下生物量模型作了大量的研究[2～10]，曾偉生還對馬尾松等五個主要樹種的生物量轉換系數進行分析[11]。為解決樣地調查向區域推算的尺度轉換，方精云等[12～13]建立“換算因子連續函數法”，簡化了區域森林生物量的計算方程。

根據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》（簡稱指南），林木的碳儲量等于生物量乘以含碳率，而生物量等于蓄積與生物量換算因子（Biomass expansion factor，簡稱BEF）之積。指南提供了BEF的缺省值，但其BEF是依據氣候帶提供的，亞熱帶樹種只劃分為硬木和針葉林二類，而我國地形、氣候和森林類型復雜多樣，氣候帶、森林類型又與省域范圍不能對應，導致缺省值幾乎不適用。為降低浙江省省級溫室氣體清單編制的不確定性，本文以馬尾松林為研究主體，利用CFI系統樣地資料，實地調查得到解析木數據，通過樹高曲線與生物量模型的聯立研建，并與已公開發表的10個馬尾松林生物量模型對比估算CFI系統樣地生物量，提高馬尾松樣地生物量的估算精度，求算樣地生物量與蓄積之比即BEF，建立BEF與林分蓄積之間的關系，以掌握浙江省馬尾松生物量BEF的變化規律。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

浙江省位于長江三角洲南翼，處于北亞熱帶向中亞熱帶氣候過渡區域，全省年平均溫度15 ～ 18℃，冬夏季溫差20 ～ 26℃。全年降水充沛，年平均降水量可達到1 623 mm，降雨季節主要集中在春夏季。地理地貌特征豐富，從北部沖積平原，到東西部丘陵，再到南部山區，另有濱海島嶼地貌，有“七山一水二分田”之稱。

浙江省CFI系統始于1979年，以省域為抽樣總體，采用公里網的系統抽樣技術，即樣地東西間隔6 km，南北間隔4 km設固定樣地，樣地為正方形，面積0.08 hm2。從1989年開始每隔5 a進行一次復查，2009年復查樣地數為4 252個。據2009年（第8次）CFI資料顯示，全省土地面積1 018.00萬hm2，其中林地面積660.74萬hm2，占64.91%；非林地面積357.26萬hm2，占35.09%。林地面積中，森林面積601.36萬hm2，森林覆蓋率59.07%。活立木蓄積24 224.93萬m3，其中森林蓄積21 679.75萬m3，疏林蓄積46.07萬m3，散生木蓄積1 697.85萬m3，四旁樹蓄積801.26萬m3。全省共有馬尾松林面積81.16萬hm2，蓄積達3 971.29萬m3，分別占喬木林總面積和總蓄積的19.79%和18.32%，在全省各縣市都有分布；依蓄積量統計馬尾松林中的天然林占86.74%、人工林占13.26%；幼齡林、中齡林、近熟林和成熟林蓄積量占比分別為7.0%、46.8%、35.8%和10.4%，蓄積量分別為18.27、46.16、63.05、133.41 m3/hm2。

1.2 研究方法

本文以馬尾松林為研究主體，在浙江省范圍內選取地理分布較均勻的12個縣（市）：淳安縣、富陽市、平陽縣、開化縣、德清縣、天臺縣、武義縣、常山縣、舟山定海區、嵊州市、遂昌縣和云和縣，利用2009年CFI系統在該12個縣市的馬尾松林樣地57個。根據樣地平均木，在樣地外圍相似地段依據胸徑（≤±0.5 cm）和樹高（≤±0.5 m）選取無病蟲害、無斷梢、生長發育正常的解析木，共計57株。

樹干解析時，樹高10 m以上者按2 m區分段區分，樹高10 m以下者按1 m區分段區分。枝葉部分采用分層抽樣法，將全部枝葉分為4級：＜1.0 cm，1.0 ～ 2.0 cm，＞ 2.0 ～ 3.0 cm，＞ 3.1 cm，在每一級中各選出一個標準枝，稱其鮮重及標準枝的葉鮮重。地下部分采用全挖法，要求在土中不留有大于0.5 cm直徑的根系，把根系上附著的泥土撣去稱重即為根鮮重。將采集的圓盤、枝葉樣品、根系樣品在105℃烘干，其干物質量即為生物量，進而測定解析木各器官的含水率、密度和總生物量。

根據解析木實測數據，聯立樹高曲線方程和單木生物量模型，計算每木生物量，由單株累加計算樣地生物量，計算樣地生物量與蓄積之比（BEF），建立BEF與林分蓄積之間的關系，同時使用已公開發表的10個馬尾松生物量模型進行估算。依據浙江省2009年CFI系統的馬尾松林分總蓄積和總面積，推算出浙江省馬尾松林平均BEF值。

模型評價指標選用胥輝[14]提出的總相對誤差（Rs）、平均相對誤差（E1）、平均相對誤差絕對值（E2）和預估精度（P）4項內容：

式中：yi為實測值，gi為估計值，n為樣本容量，tα為置信水平α = 0.05時的t分布值，T為回歸模型中參數個數，為估計值的平均值。

2 結果與分析

2.1 建立單木生物量模型

單木生物量模型采用常見的a(D2H)b模型形式。但由于此模型為二元模型，其中含有樹高因子，而CFI樣地數據中缺乏每木樹高數據，因此需要建立樹高曲線模型來估計樹高。樹高曲線模型引用Goulding模型。為了減少誤差，提高模型的估計精度，本研究采用相容性模型思想，將其生物量模型和樹高曲線模型進行聯立估計，二者聯立估計形式如下：

通過ForStat 2.1軟件求解方程中的4個參數，得方程組中參數解為a = 0.123 111，b = 0.824 439，c = 0.235 8，d = 2.446 6，相關系數R2= 0.875 6。馬尾松生物量模型如下：

相應評價指標為：Rs = －0.231%，E1= 2.312%，E2= 12.112%，P = 96.342%。

2.2 建立林分BEF-V模型

根據上述生物量模型計算CFI系統樣地每木生物量，加總得樣地生物量，并換算為每公頃生物量。蓄積量即引用CFI系統的蓄積數據。引用方精云生物量因子連續函數法的BEF-V模型[12]，通過ForStat2.1軟件求解其參數，建立相關關系如下：

式中，V為林分蓄積（m3/hm2），BEF為生物量轉換因子（t/m3），決定系數R2= 0.719。模型各項檢驗指標為：Rs = 0.050 3%，E1= 0.052 7%，E2= 5.757 7%，P = 97.887 9%。

圖1中，A點和B點是區分BEF曲線變化的兩個拐點，而C點所在的位置是浙江省2009年馬尾松林平均蓄積的水平。

2.3 浙江省BEF估算結果

根據浙江省2009年CFI資料顯示，浙江省馬尾松林總蓄積為3 971.29萬m3，總面積為81.16萬hm2，由此推算得：浙江省馬尾松林平均蓄積為 48.93 m3/hm2。浙江省馬尾松林BEF = 0.883 9 t/m3。

3 結論與討論

3.1 生物量模型的估計結果之比較

本研究通過文獻查閱，搜集10個全國各地已發表的馬尾松生物量模型，分別估算樣地生物量，結果如表1。

由表1可知，使用不同生物量模型計算的BEF估計結果在0.548 ～ 1.324 t/m3，最大值和最小值差距達142%。本文估算結果為0.883 9 t/m3。在10個生物量模型中，有7個生物量模型的估算結果小于本文估算結果，有3個生物量模型的估算結果大于本文估算結果。

上述研究表明，雖同是針對馬尾松建立的生物量模型，但由于所研究的地理位置不同，馬尾松林分狀況不同以及研究方法不同等，都會造成估算結果之間的顯著差異。因此，在進行區域林分生物量估計時，應建立有針對性的、具有地域性的生物量模型以減少引用別處生物量模型引起的誤差。

3.2 與全國模型、IPCC缺省值對比

方精云等[12]針對全國馬尾松林建立了森林蓄積量與生物量轉換模型BEF = 0.510 1＋1.0451/V，依據該模型計算，浙江省馬尾松林BEF為0.531 5 t/m3。本研究結果0.883 9 t/m3比該值大66.30%。根據IPCC（2006）[15]，馬尾松BEF缺省值為0.72 t/m3，本研究結果0.883 9 t/m3比缺省值大22.76%。

3.3 Fisher最優分割法區分BEF變化階段

利用Fisher最優分割法將BEF-V曲線分為3段，拐點分別出現在林分蓄積為36.45 m3/hm2（圖1中A點處）和75.59 m3/hm2（圖1中B點處）時，當林分蓄積小于36.45 m3/hm2時為第1階段，此階段林分蓄積量低，幼齡林向中齡林過渡階段，此時根生長占據著絕對的優勢，樹干生物量和枝葉生物量比重較小，此階段的BEF隨著林分蓄積的增長而迅速減小，BEF維持在較高的水平；第2階段為蓄積在36.45 m3/hm2至75.59 m3/hm2時，此階段馬尾松林從中幼林轉向近熟林，根生長趨于緩慢，干生長占據絕對優勢，枝葉亦生長快速，樹干生物量占據著地上生物量的主導地位，地上部分生物量的積累速率高于地下部分的生物量，此階段的BEF隨著林分蓄積的增長而緩慢地變小；第3階段為蓄積大于75.59 m3/hm2時，此階段馬尾松林一般屬近、成熟林，根生長已達穩定狀態，樹干生物量和枝葉生物量的生長也趨于穩定，此階段的BEF漸漸趨向0.801 m3/hm2。

浙江省2009年CFI資料，馬尾松中齡林和近熟林二項蓄積之和占總蓄積的82.5%。全省馬尾松林平均蓄積量為48.93 m3/hm2，處于BEF-V曲線第二階段的C點處，隨著林分的逐年生長，可以預見浙江省馬尾松BEF將在當前水平緩慢地變小。

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Research on Biomass Expansion Factor of Pinus massoniana Forest in Zhejiang

SHEN Chu-chu1,2，ZHU Tang-jun2*，JI Bi-yong3，WANG Xiu-yun2，ZHANG Guo-jiang3，YUAN Wei-gao2，ZHAO Cai-fang2
（1. School of Environment and Resource, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 3. Zhejiang Forest Resource Monitoring Center, Hangzhou 310020, China）

Taking Pinus massoniana forest as the subject of this study, 57 sample plots were selected from 12 counties in Continuous Forest Inventory (CFI) (2009) of Zhejiang province. According to the average trees of 57 plots, 57 analytic trees were selected at similar forest outside the sample plots. Simultaneous equations of DBH-H equation and biomass model were established. Biomass of sample plot was estimated by 10 published biomass models. The ratio of stand biomass and stand volume is BEF, and the relationship between stand stock and BEF was established. According to Zhejiang CFI system 2009 (eighth), BEF of P. massoniana forest in Zhejiang province was 0.883 9 t/m3.

Zhejiang; Pinus massoniana; biomass model; BEF

S718.55＋6

A

1001-3776（2013）03-0039-04

2013-01-31；

2013-04-12

浙江省重點創新團隊（2010R50030）；浙江省科技廳公益項目（2012C23115）；浙江省林業廳省院合作項目（2012SY11）

沈楚楚（1988－），女，浙江桐廬人，碩士生，從事林業碳匯研究；*通訊作者。