淺談森林生物量的測定方法

陳巍

【摘要】：森林生物量是森林生態系統的最基本數量特征，生物量數據是研究許多林業問題和生態問題的基礎，因此，準確測定生物量十分重要。本文通過對闊葉混交林林分生物量的分析，以及從林分因素、立地因素、齡組角度對林分生物量的變化規律進行了分析，為之后林分生物量研究提供一些理論依據與基礎數據。

【關鍵詞】：闊葉混交林；生物量；生物量轉換系數；生物量動態變化

1、 森林生物量研究背景

森林是地球生態系統中不可缺的主要組成部分，它為人類提供了大量的木材資源、動物棲息環境，具有調節小區域氣候、改善空氣質量、防止水土流失、涵養水源等作用，對于森林未來動態的評估具有顯著的意義。過去的十多年中，地球表面溫度已經上升了0.3-0.6攝氏度，自然氣候調控已經超出負荷，氣候變化通過溫度脅迫、水分脅迫、物候變化、生物地球化學循環等方式對森林產生重要的影響。能源是人類賴以生存的物質保證，在先進社會生活生產方面主要的能源消耗仍然以不可再生資源為主，包括煤炭、石油、天然氣等化石燃料，這些資源的使用導致大量的空氣污染以及環境污染，其剩余數量不足以滿足人類今后的需求，從可持續發展的角度考慮，新能源以及可再生生物質能源是解決當前能源枯竭問題的一個主要的方法。森林生物量是研究森林生態系統的重要數據指標，是多數林分模型結構的基礎，對研究大范圍區域內，森林與環境之間的相互作用、生物地球化學循環、、能量流動、凈生產力、碳循環和碳管理以及評估系統生產力與環境的相互關系等都具有重要的科學價值。調查研究得到了幾乎所有常見的針闊葉自然林分以及人工林分的生物量數據，覆蓋多個氣候區域，為全面總結中國森林生物量研究的成果奠定了基礎。由此可見，森林生物量的研究對于解決全球碳循環以及生物質能源的研究有著重要的意義。

2、 森林生物量測定方法

生物量是植物有機生命體在脫去水分后剩余物質的干重總和，也可以理解為單位時間單位面積下，植物通過光合作用以及呼吸作用的共同耦合影響下，剩余的凈初級生產力的剩余累積量。植物生物量包括活體部分以及枯損部分兩個主體，其中活體部分占據植物器官的主體，而植物活體器官主體有著物質的干重總和也被稱為現存量，由于早期研究中，人們往往忽略了枯損部分植物的生物量，所以在文獻中出現的現存量一詞同生物量有著相類似的含義。森林生物量通常包括喬木層生物量（如樹干、樹枝、樹葉、樹根）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等）。在森林當中，林分植被生物量所占比重遠遠小于喬木層林分生物量，尤其是在人工林當中。森林生物量有著不同的測定方法，相對較為準確的方法是對林分不同水平的植物進行直接收獲，分組累計測量求和，測定方法主要包括皆伐法、標準木法和相對生長法三種常規方法。

2.1皆伐法

對于具有開采條件的林分，根據林分面積以及環境條件選擇適應大小的樣地，對該樣地范圍內所有層次的植物進行全部砍伐、切割，不同植物器官重量累計求和，一次性推算單位面積各林層以及器官的生物量。采用該法測定的數據準確可靠，常作為真值與采用其他方法的估計值進行比較，但此法費時費力且具有巨大的破壞性，在實際操作中較少用于測定喬木層生物量，而常用于測定林下植被生物量。

2.2標準木法

此法可細分為平均標準木法和分層標準木法兩種。

2.2.1平均標準木法：首先對標準地內的樹木進行每木檢尺，以調查樹木的胸徑或者樹高為主要區分依據，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，將平均木伐倒后測定不同器官的生物量，然后乘以林分密度得到林分生物量。

2.2.2分層標準木法：按不同胸徑徑階或樹高將標準地樹木分成不同層次，然后在各層內選取標準木，求得生物量后同林分密度株數相乘后得到林分總體生物量。該方法相對于天然林而言更加適合人工栽植的林分。因為人工林具有較高的規律性，單木徑階大小能夠滿足一定的數學規律。根據不同的測樹指標選取的標準木是不同的，進而推算的林分生物量值也存在一定的差異。

2.3相對生長法

基于樹木器官生長量間存在協調生長的相對關系，人們在研究區內選取多株標準木，伐倒后測定標準木的器官生物量，然后建立器官生物量與測樹指標之間的關系，然后再以實測的測樹指標推算林分生物量。此法廣泛應用于森林生物量和生產力的估測中。

3、 森林生物量估算方法

森林資源資料的傳統方法在區域尺度的森林生物量及其動態的評估中仍然占據十分重要的位置，生物量研究還可以用于校驗基于遙感信息的模型并提高其預測性能。森林生物量數據具有較廣的分布范圍，在時間以及空間上具有較高的連續性，調查以及計算具有一定的精度，有著廣泛的適用性，測量獲取相對簡單等優點 。為了更好地研究森林生物量，通常情況下人們更加關注林分特定時間空間狀態下的變化，這使得生物量動態的研究具有更高的意義，目前主要有平均生物量法和材積源生物量法等兩種常規方法。有助于提高中國森林生態系統生物量，碳收支及其動態評估的準確定。

3.1平均生物量法：平均生物量法是指基于野外實測標準地的平均范圍面積生物量與該森林類型的面積來估算區域尺度生物量的方法。該方法在國際生物學計劃實施期間得到廣泛應用。然而，標準地通常選擇高于研究平均生物量水平的林分，這將會高估區域尺度森林生物量。

3.2材積源生物量法：材積源生物量法是指基于立木材積，通過生物量估算參數估算區域尺度器官生物量、地上生物量乃至總生物量的方法。樹干生物量雖然在森林生物量中的比例因發育階段、樹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的相對生長關系。因此，基于立木材積、立木蓄積量來推算森林生物量的理論上是可行的。

4、 森林生物量發展趨勢

目前，全世界各個國家的專家和學者主要從兩方面著手從事對森林生物量的研究。一方面是從森林生物量與森林生態系統中某一影響因子之間的聯系著手，對森林生物量進行不斷的深入和細化的研究；另一方面是研究樹木地上部分生物量隨全球范圍氣候和環境的變化規律，以及地上部分生物量隨全球范圍氣候和環境變化的分布規律。林分生物量的研究主要是通過以建好的林木生物量模型及森林資源清查資料進行估計，由于森林生物量的重要，而測定林分生物量是測定森林生物量的基礎，通過建立林分生物量模型，既可以大大減少外業工作量，又可以減少對森林的保護，最終提高森林生物量的估計精度。為此林分生物量的研究變得越發重要。今后樹種空間結構在林分生長進程中的變化或將成為研究森林生物量的又一趨勢，而目前對于混交林生產力以及地下部分生物量的研究也是趨勢之一。基于遙感技術和樣地實際測量的數據創建生物量模型、森林蓄積量與生物量轉換模型，進一步得到森林碳儲量也是目前研究的熱點之一，結合“3S”技術監測森林生物量和碳儲量變化，對國家森林資源監測意義重大。

【參考文獻】：

[1]孟憲宇. 測樹學[M]. 北京：中國林業出版社， 1996.

[2]馮宗煒， 王效科， 吳剛. 中國森林生態系統的生物量和生產力[M]. 北京：科學出版社，1999.

[3]劉慶， 尹華軍， 程新穎， 等. 中國人工林生態系統的可持續更新問題與對策 [J]. 世界林業研究， 2010， 23（1）： 71-75.

[4]劉國華， 傅伯杰. 全球氣候變化對森林生態系統的影響[J]. 自然資源學報， 2001， 16（1）： 71-78.endprint