大興安嶺地區落葉松生物量模型研究

沈威

(遼寧省林業調查規劃院,遼寧 沈陽 110122)

大興安嶺地區落葉松生物量模型研究

沈威

(遼寧省林業調查規劃院,遼寧 沈陽 110122)

以不同年齡、不同密度的落葉松(Larixgmelini)人工林為研究對象，基于標準地37株標準木的樹干解析、枝解析的生物量數據，研究胸徑、樹高、冠幅等指標與單木各分量(樹干、枝、葉)生物量之間的關系，通過統計分析建立了落葉松單木各部分生物量的回歸模型，為了解落葉松人工林生產力，并對其進行合理經營提供了科學依據。

落葉松；生物量；模型；大興安嶺

Abstract TakingLarixgmeliniplantations with different densities at different ages as research objects,based on the biomass analysis of tree stem analysis and branch analysis for 37 standard trees, relationship among the indices (DBH, tree height, crown) and each component (stem, branch, leaf) were studied.Establishing regression model of biomass of the single tree for each part ofLarixgmeliniiby using statistical analysis can not only understand productivity ofLarixgmeliniplantation, but also provide a scientific basis for its rational management.

Key wordsLarixgmelini; biomass; model；Daxing’anling Region

中國從20世紀70年代末開始引入森林生物量的概念。潘維儔等在杉木人工林方面的研究開創了國內研究森林生物量的先河，之后是馮宗煒關于馬尾松人工林生物量的研究，以及李文華等在長白山地區對當地常綠闊葉林開展的生物量研究，為后來中國系統建立全國范圍內的森林植被碳庫及分析其變化打下了基礎。21世紀以來，國內逐漸加強了對森林生物量方面的研究。目前應用比較廣泛的有以下兩種：第一種是胥輝等建立的相容性模型，該模型是基于各分量獨立的生物量模型，結合林木關系得出相容性模型；第二種是劉琪璟研究出的嵌套回歸方法建立生物量，以枝軸為基本單位，通過枝軸到枝條到單株的步驟, 逐級擬合林分的生物量模型。

森林生物量占地球總的生物量的九成以上，它能客觀地反映森林的固碳能力，也能反映森林碳的收支情況，是研究很多林業問題和生態問題的基礎。特別是在人們越來越重視碳循環的今天，森林生物量的研究與估算可以為人們的生產生活提供依據。

1 樣地設置及測量項目

1.1 標準地設置

以不同年齡、不同密度及不同立地條件的落葉松人工林為研究對象，在具有代表性、未經過間伐、生長正常的林分中設置標準地。在樣地內對喬木層進行每木檢尺，測定落葉松胸徑、樹高、枝下高、冠幅等指標；將測定的結果，按徑階統計分組，計算各徑級的平均直徑及平均高，以此為標準在標準地外選擇不同大小的林木作為樹干解析和枝解析樣木。所選的樣木應生長正常,樹干無分叉、無傾斜。

1.2 樹干生物量的測定

將樹木伐倒，按1 m區分段將樹干截斷，稱取各段帶皮的樹干鮮質量，單位為kg，精確到0.1 kg，進行合計，求出地上部分的樹干鮮質量。

各區分段截取圓盤，稱取各圓盤的鮮質量，將圓盤在恒溫下干燥，然后稱取圓盤干質量。

1.3 枝、葉及根的生物量的測定

枝及葉的生物量采用平均重量標準枝法進行。將每輪輪枝的每個枝條沿基部截下，逐個測量其枝葉總生物量。選擇一個標準枝(通常為每輪輪枝中較大的枝條)，稱帶葉枝的鮮質量。摘去標準枝上的葉，分別稱枝鮮質量及葉鮮質量，取枝鮮質量與葉鮮質量之和應該等于帶葉枝鮮質量。將枝剪成10 cm左右的小段，混合均勻，從中抽取100 g作為樣品烘干。葉混合均勻后抽取50 g作為樣品烘干。可采用干質量比法計算樹木干量和每個枝條的葉量和枝量。稱取樣品烘干后的重量(干質量)，通過計算鮮質量與干質量的差值即為樹干樣品或枝葉樣品的含水量。然后通過比例法可以算出樹干和葉的干質量。用同樣的方法測得皮干質量和去皮干質量。由于根的測量樣本分為0.2～2 cm、2～5 cm、>5 cm三段，所以每段的根干質量都必須用對應的樣本數據計算得出(表1)。

表1 生物量計算方法

2 研究方法

2.1 生物量模型的選取

單木生物量模型是以模擬林分內每株樹木各分量(干、枝、葉、皮、根等) 干物質重量為基礎的一類模型。可通過以下三種方式進行研究：

線性模型(加性誤差) :

Y=β0+β1X1+…+βjXj+ε

非線性模型(加性誤差) :

非線性模型(乘性誤差) :

其中Y表示生物量,Xj表示第j個變量,βj表示第j個模型參數,ε表示誤差項。

線性模型通常用最小二乘法的多元線性回歸進行估算，非線性模型(加性模型)通常用迭代參數估計法的非線性回歸方程進行估算。而非線性模型(乘性誤差)通常通過轉化，經過對數變化轉換為線性回歸方程，一般如下

lnY= lnβ0+β1lnX1+…+βjlnXj+ lnε

轉換后的相對生長方程容易進行統計運算，同時經對數變換后，數據滿足線性假設。

2.2 生物量模型的研究方法

首先對單木各器官生物量進行分析，利用樹高和根總干質量、皮總干質量、總的去皮干質量、枝總干質量以及葉總干質量的關系，在Excel中生成離散圖，選擇最合適的趨勢線，得到曲線方程，并比較相似度。選擇相似度比較高的模型作為單木各器官生物量方程，用同樣的方法對胸徑進行同樣的處理。然后比較，選出最優模型。

而對總的生物量的模型選取了3種模型對生物量模型進行研究，對線性模型進行分析，變量選擇樹高H和胸徑D，生成生物量與樹高的關系圖以及生物量與胸徑的關系圖，利用SAS軟件進行擬合處理，估算出參數。然后進行誤差分析。例如:

W=a+D*b

W=a+H*b

W=a+D*b+H*c

式中，W表示生物量，a、b、c表示式中的估計參數，D表示胸徑，H表示樹高。

對落葉松樣木生物量擬合數據進行整理，與林分調查因子間相關關系的進行分析，選擇相關系數較大的變量，構建一個回歸模型來預測落葉松人工林的各部分生物量。根據所計算的各生物量方程的擬合統計量，選擇相關系數較大，并且根據圖表模型的曲線與實際趨勢比較符合的模型來作為生物量方程。

3 結果與分析

3.1 樹木各器官生物量模型的建立

隨著樹高和胸徑增加，單木各器官生物量也隨之增加，兩者之間可能存在一定的線性或非線性關系。本研究分別對生物量與樹高、胸徑的關系進行估算，最后選擇出最優模型。

樹高與生物量模型的擬合關系圖(圖1～圖5)：

圖1 樹高與根總干量關系圖

圖2 樹高與皮總干量關系圖

圖3 樹高與去皮總干量關系

圖4 樹高與枝總干量關系

圖5 樹高與葉總干量關系圖

abR2根總干量y=axb1.77313.28100.1895皮總干量y=abx0.1250e0.26080.6394去皮總干量y=axb0.00703.52100.5404枝總干量y=axb0.00083.30200.1836葉總干量y=axb0.001053.25870.1910

通過對落葉松散點圖的分布及趨勢的分析，樹高與生物量存在著非線性關系。通過比較相關系數(R2)我們發現皮總干量和去皮總干量的相關系數較高，都大于0.5，而根總干量、枝總干量、和葉總干量與樹高的非線性關系并不明顯，相關系數較低(表2)。但總的趨勢是隨著樹高的增加，單木各部分的生物量隨之增加。

由上面的統計量可得針對皮總干量和去皮總干量我們可以利用與樹高的模型對其進行估測。而對于其他干量，由于相關系數太低，線性關系不太明顯，我們可以通過建立其與胸徑之間的關系進行擬合、估測。

胸徑與生物量模型擬合關系圖如下(圖6～圖10):

圖6 胸徑與根總干量關系圖

圖7 胸徑與皮總干量關系圖

圖8 胸徑與去皮總干量關系圖

圖9 胸徑與枝總干量關系圖

圖10 胸徑與葉總干量關系圖

abR2根總干量y=axb15.5292.46820.4887皮總干量y=axb0.02322.12090.8382去皮總干量y=axb0.10752.48040.7888枝總干量y=axb0.00722.48540.4824葉總干量y=axb0.00822.45200.4895

通過對落葉松散點圖的分布及趨勢的分析，選擇胸徑與根總干質量、皮總干質量、總的去皮干質量、枝總干質量以及葉總干質量最優的非線性模型關系。發現最優的非線性模型為y=axb ，其中a、b為參數，x表示胸徑。我們發現胸徑與皮總干量和去皮總干量的非線性關系比較明顯，相關系數較高，而胸徑與其他干量非線性模型的相關系數大多在0.5左右。對于枝總干量和葉總干量，運用胸徑建立模型進行估算會適當優于采用樹高對其進行估算。而對于根總干量，樹高和胸徑與之的非線性關系相似，采用任一自變量即可。

4 結論

通過以上研究，我們發現單木胸徑和單木樹高越大，樹干的生物量越大，枝的生物量也與單木胸徑存在一定的關系。總之，隨著單木的增長，單木的總生物量顯著提高。

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Biomass Model ofLarixgmeliniiin Daxing’anling Region

Shen Wei

(Liaoning Forestry Investigation and Planning Institute 110122)

1005-5215(2017)02-0029-04

2016-11-23

沈威(1982-)，男，遼寧本溪人，工程師，現從事林業調查規劃工作.

S791.22

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.02.010