森林生物量測定方法

董華南

【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。本論文研究了森林生物量的測定方法、估算方法及研究森林生物量的現實意義。

【關鍵詞】：闊葉混交林；生物量；生物量分配比例；生物量根莖比；生物量轉換系數；生物量動態變化

1、 生物量研究概況

國內早期生物量的研究主要目的是為了探討生態系統中生物量（單木生物量、林分生物量）同森林生產力之間的關系，進一步闡述了森林生物量和生產力對于全球森林碳平衡的重要性。針對不同的樹種，包括馬尾松、落葉松、油松、紅松等針葉樹種，以及白樺、蒙古櫟、楊樹等闊葉樹種，進行了單木以及全林分生物量的研究。基本建立了多個常見樹種的常用單木、林分生物量計算模型，并在實際工作中進行了進一步的應用。目前，隨著生物碳儲量，以及碳平衡研究的興起，使得我國森林生物量的研究成為新一輪的研究熱點，針對以往的相對準確的森林生物量進行了更加精確、精細的研究并且引入了包括遙感、地統計等許多新的方法，大大提高了我國森林生物量的計算精度。

2、森林生物量研究意義

森林是地球生態系統中不可或缺的主要組成部分，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。地球是一個有著廣泛承載能力的主體，森林作為其中的主要結構，對改善地球氣候環境、生態環境以及碳氧平衡等方面有著十分重要的功效。在過去的十多年中，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。使得越來越多的林業工作者以及林分生態學家投入研究。主要針對森林生物量不同林分類型、不同栽植區域、以及林分生產力、碳儲量分布變化、區域氣候同森林生物量關系等方面進行了詳細的研究 。中國陸續開展了不同地帶主要森林類型生物量和生產力的調查研究工作，生物量是林分森林調查統計中最為重要的評價指標之一。森林生物量與林分生產力之間有著緊密的關系，生物量是所有有機植物通過光合作用產生的有機物質的總和，是地球生態圈中最為傳統，最為基礎的能量形式，被稱為總初級生產量簡稱GPP，是森林生態系統的結構和功能特征的重要指標之一。因不同樹種之間的含水率差異，生長速度差異，以及冠形、尖削度的不同，以及不同樹木之間的樹干、樹根、樹枝、樹葉的所占比重不同，造成了單株樹木生物量以及林分生物量之間的差異。生物量是生物質能源和碳儲量、碳通量計算的最為基礎的數據指標，正確計算并理解生物量對全球能量流動以及不同氣候區域物質循環之間的關系具有重要的現實意義。

3、 森林生物量測定方法

生物量是常見的林業學術詞匯，常見的理解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。

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。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。

3.1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。

3.2標準木法：平均標準木法是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。分層標準木法是按不同胸徑徑階或樹高將標準地樹木分成不同層次，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。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。

3.3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。

3.4森林生物量估算方法

目前，基于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。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。下面就這兩種方法進行較為系統的論述，同時結合中國的研究實際提出未來的研究重點，以期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。

3.4.1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。

3.4.2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。