基于森林资源清查资料的生物量估算模式及其发展趋势

基于森林资源清查资料的森林生物量估算是在景观、区域甚至全球尺度上评估森林碳收支的重要手段。且在陆地生态系统碳循环和全球变化研究中起着十分重要的作用．对3种常见的基于森林资源清查资料估算生物量的方法及其不足进行较为系统概述的基础上,指出了其未来的研究方向：1)综合考虑森林生物学因素与非生物学因素对森林生物量的影响,特别是蓄积量和林龄,以及气候因子在估算生物量中的作用;2)明确森林总生物量与活立木生物量的关系;3)建立基于森林资源清查资料的遥感驱动生物量估算模型,为森林生物量的准确估算提供方法和依据．     

基于森林资源清查数据估算中国森林生物量固碳潜力

森林是全球陆地生态系统中最大的植被碳库和碳汇,森林固碳被认为是各国抵减工业温室气体排放的重要途径,通过森林资源清查数据编制国家温室气体清单也是大多数国家的选择。但是,由于森林固碳本身的复杂性,未来通过森林固碳能够抵消多少工业碳排放往往并不清楚。如何基于森林资源清查数据估算森林的固碳潜力,仍是一个值得深入研究的领域。通过能够公开获得的森林资源清查数据,分起源(人工林和天然林)、36个树种、5个林龄组建立了国家和省两级森林蓄积量年增长量模型,并以第六次森林资源清查期为起点,估算了基线情景(造林、管理、干扰、气候、采伐等条件不变)下2001—2200年前中国森林生物量变化和中国森林生物量固碳潜力。结果认为,天然林蓄积量年增长量一般低于人工林;多数天然林树种的蓄积量增长过程符合理论上认为的中间高、前后低的逻辑斯蒂曲线形式,即中龄林、近熟林、成熟林年增长量高,幼龄林和过熟林年增长量低;人工林蓄积量增长过程多为前期高、后期低的形式,即幼龄林、中龄林和近熟林年增长量高,成熟林和过熟林年增长量低。基线情景下中国森林碳容量为12.82 Pg C,其中人工林为6.6 Pg C,天然林为6.2 Pg C;相对于2001年碳储量来说,到2200年中国森林生物量固碳潜力为6.52 Pg C。综合已有研究认为,中国森林生物量固碳潜力为6.52—13.57 Pg C。本研究可以用于优化森林生长过程模型,为我国森林管理政策的制定提供参考。     

基于生物量回归方程估算黔中喀斯特常绿落叶阔叶混交林木本植物的根系生物量

常规根系生物量研究方法在我国西南喀斯特森林地区实施困难,根系挖掘法所得研究结果不确定性高,导致目前根系生物量数据匮乏。选择贵州中部喀斯特常绿落叶阔叶混交林为对象,建立常规的根系生物量回归方程,结合群落调查数据,以期研究该森林木本植物的根系生物量特征及其空间分布格局。利用106株乔木、34株灌木和34株藤本标准木根系数据,构建了5种优势乔木(安顺润楠Machilus cavaleriei、化香树Platycarya strobilacea、云贵鹅耳枥Carpinus pubescens、云南鼠刺Itea yunnanensis和窄叶石栎Lithocarpus confinis)、3种优势灌木(刺异叶花椒Zanthoxylum dimorphophyllum、倒卵叶旌节花Stachyurus obovatus和异叶鼠李Rhamnus heterophylla)和2种优势藤本(藤黄檀Dalbergia hancai Benth和小果蔷薇Rosa cymosa)以及乔木通用、灌木通用和藤本通用共13个根系生物量回归方程。利用这些方程计算得到该喀斯特森林木本植物总根系生物量为22.72Mg/hm2。乔木根系生物量(22.57 Mg/hm2)远高于灌木和藤本,占森林总根系生物量的99.30%。5个优势乔木树种的根系生物量(19.67 Mg/hm2)占森林总根系生物量的86.54%。物种根系发达程度是影响根系生物量空间分布格局的重要因素。研究可为喀斯特地区植被地下生物量与碳储量的全面估算提供一个新途径。     

我国森林植被的生物量和净生产量

利用森林蓄积量推算森林生物量和净生产量的方法,系统研究了我国森林植被的生物生产力。结果表明,我国森林生物生产力的地理分布规律与世界总趋势一致,但量上有差异,具体表现在：我国森林生物量的平均值小于世界平均水平,而净生产量却显得较高;我国森林的总生物量是９１０２．８７×１０６ｔ,其中,林分为８５９２．１３×１０６ｔ,经济林３２５．７２×１０６ｔ;竹林１８５．０２×１０６ｔ,疏林、灌木林７９０．５４×１０６ｔ;森林和疏林（含灌木林）的总生产力分别是１１７７．３１×１０６ｔ／ａ和４５８．１６×１０６ｔ／ａ。研究结果还显示,用材积推算的生物量（材积源生物量）比用平均生物量计算的结果更符合实际。分析中国森林在中国及全球陆地碳库中的作用发现,与其他区域和世界平均水平相比较,中国森林在中国陆地植被中所起的主导作用较弱,它的生物量不足全球森林总生物量的１％,然而,它在保护中国土壤碳库功能方面起着其他植被类型所无法替代的作用。     

浙江省森林生物量动态

以浙江省1976至2004年森林资源连续清查资料为数据源,采用基于生物量与蓄积之间关系的生物量转换因子连续函数法,对全省林分生物量和包括林分在内的森林生物量动态进行估计。森林生物量为包括林分、疏林、灌木林、竹林、经济林和四旁树在内的所有林木生物量之和。结果表明,浙江省1976至2004年间森林生物量从1.00828×10^8Mg上升到2.44426×10^8Mg;其中,林分生物量由0.5712×10^8Mg上升到1.51128×10^8Mg。森林生物量和林分生物量的年平均增长速度分别为5.1%和9.1%。在1999至2004年间,森林生物量和林分生物量增长速度均明显加快,分别达到8.6%和10.1%。在1976至2004年间,全省森林面积年均增长速度为1.0%,森林平均生物量从16.50Mg·hm^-2上升到36.59Mg·hm^-2。但是,在森林资源总量不断增加的同时,全省林分质量仍维持较低水平。2004年全省林分单位面积生物量为38.40Mg·hm^-2,远低于全国平均水平（77.40Mg·hm^-2）。研究还表明,利用森林资源连续清查数据和基于单株测树因子的森林生物量模型能够估计大尺度范围内的森林生物量及其动态,但亟待在统一标准下建立和完善覆盖所有树种的生物量模型。     

三峡库区森林生产力和固碳能力估算

基于第六次、第七次和第八次三期森林资源清查数据,采用森林蓄积(生长量)扩展方法,估测三峡库区森林生产力和碳储量及碳密度变化,并利用2012 年三峡库区林地“一张图”更新调查数据,制作森林碳密度等级分布图。同时采用气候潜力模型估测潜在生产力,对比现实生产力,研究三峡库区森林生产力和固碳能力状况。结果表明:1)三峡库区森林总生物量1.33×108 t,总碳储量0.68×108 t,其中马尾松和栎类碳储量所占比例较大(分别为42.1%和12.1%),碳密度呈“东高西低”的分布格局, 平均为37.36 t⋅hm–2; 2)2002-2012 年, 三峡库区森林碳储量从2002 年的40.51 Tg C 增加到2012 年的68.88 Tg C, 年均净增长2.84 Tg C, 森林的碳汇作用显著, 尤其是在2007-2012 年间的碳汇作用最强。3)三峡库区森林潜在生产力应在13.52 - 21.77 t⋅hm–2⋅a–1 之间, 现在库区林分生产力介于2.85 - 6.19 t⋅hm–2⋅a–1, 平均为4.75t⋅hm–2⋅a–1,仅为潜在生产力的21.8%-35.1%。显然,三峡库区森林碳储总量以及森林生产力和固碳能力明显提高,只要进一步加强森林经营管理,加大保护力度, 提高森林生产能力和固碳能力仍然具有非常巨大的潜力。     

三峡库区植被生物量和生产力的估算及分布格局

三峡工程对三峡库区的生态环境将会产生巨大影响,对库区生物量和生产力的本底研究具有重要的科学意义和历史价值.以108块临时样地及森林资源清查数据为基础,对三峡库区植被生物量和生产力进行估算,结果表明:(1)三峡库区植被总生物量和年生产力分别为1.17×108t、1.77×107t,占全国森林植被的0.91%和3.62%,均高于全国平均水平;(2)三峡库区马尾松林生物总量最多,达到4.14×107t,常绿阔叶林单位面积生物量最高,为85.60t hm-2;(3)竹林的NPP最高,为10.10t a-1 hm-2,柏木林最低,仅为4.21t a-1 hm-2;(4)三峡库区植被平均生物量和NPP均呈现"东高西低,北高南低"的分布格局,与经纬度没有明显相关性;(5)森林植被平均生物量随着海拔上升而增加,在海拔为1500～1800m范围内达到最大值59.05t hm-2,随后迅速下降.(6)NPP随海拔变化呈现"先减后增随后又减"的规律,最大值出现在900～1200m区段,为7.07t a-1 hm-2;(7)库区海拔在300～1500m间的森林植被总生物量和总生产力分别为8.15×107t和10.38×106t a-1,占整个库区的83.58%和83.83%.     

基于TM影像、森林资源清查数据和人工神经网络的森林碳空间分布模拟

森林是陆地生态系统中最大的碳库,在全球碳平衡和减缓全球气候变化方面发挥着不可替代的作用。当前主要利用森林资源清查数据和优势树种材积源-生物量的关系进行碳储量估算,在此基础上有效结合遥感影像数据将会更好的满足相关部门对国家和区域森林碳储量计算的需求。利用临安市2004年森林资源清查的930个样地数据和同年度Landsat TM影像数据,提取6个波段灰度值以及与碳储量相关性相对较大的3个波段组合,结合人工神经网络对研究区森林碳储量及其分布进行有效模拟。结果显示,用误差反向传播算法训练神经网络较好的重建了森林碳密度空间分布和变化,森林碳地上部分模拟结果与样地实测值之间的一致性好,全区域模拟结果森林碳平均值为0.98Mg(10.89Mg/hm²),总体森林碳密度模拟结果低于样地平均值约13%,进一步验证了人工神经网络在对大范围森林碳估算与模拟上具有较好的效果,为区域森林碳储量的估测研究提供有效的方法支持。     

宝天曼自然保护区栓皮栎林生物量和净生产力研究

对河南内乡宝天曼自然保护区４５年生天然次生栓皮栎林的生物量和净生产力的研究表明,栓皮栎林生物量为１６７．６４１７ｔ·ｈｍ－２,其中乔木层为１５８．８３８２ｔ·ｈｍ－２,占总量的９４．７５％;该林净生产力为８．４８８０ｔ·ｈｍ－２·ａ－１,其中乔木层为７．９２５４ｔ·ｈｍ－２·ａ－１,生物量平均相对生长速率为０．０４１．灌木层的生物量和净生产力分别为０．０６９４和０．０４５６ｔ·ｈｍ－２·ａ－１;而草本层的分别为０．１０４１和０．０９０８ｔ·ｈｍ－２·ａ－１．凋落物现存量为８．６３ｔ·ｈｍ－２,凋落物量为５．０３９５ｔ·ｈｍ－２·ａ－１,分别占总量的５．１５％及５９．３７％．净生产量与叶面积指数、叶量成正比关系,而与叶效率呈负相关关系．     

基于森林资源清查资料分析山东省森林立木碳储量

利用山东省第7次森林资源清查数据,采用生物量-蓄积量转换函数和平均生物量法,结合不同树种的含碳率,研究山东省森林生态系统立木碳储量、碳密度及其按优势树种、龄组和林种的分布特征.结果表明: 2007年山东省森林立木碳储量为25.27 Tg,其中,针叶林、针阔混交林和阔叶林的立木碳储量分别占全省立木碳储量的8.6%、2.0%和89.4%.不同林龄组的立木碳储量大小顺序为幼龄林>中龄林>成熟林>近熟林>过熟林,其中幼龄林和中龄林占全省立木总碳储量的69.3%.用材林、经济林和防护林的立木碳储量分别占全省立木碳储量的37.1%、36.3%和24.8%.山东省森林平均立木碳密度为10.59 t·hm^-2,低于全国平均水平,主要是由于现有森林用材林和经济林比重高,中幼林多、成过熟林少.
     

我国落叶松林生物量碳计量参数的初步研究

通过整理归纳落叶松(Larix)天然林和人工林的生物量文献数据,研究探讨了有关生物量碳计量参数,结果表明:1) 落叶松生物量转化与扩展因子(Biomass conversion and expansion factor, BCEF)的平均值为0.683 4 Mg·m^-3 (n=113, SD=0.355 1),其中天然林为0.555 1 Mg·m^-3 (n=56, SD=0.058 2),明显小于人工林的0.809 5 Mg·m^-3 (n=57, SD=0.465 0)(p<0.05);生物量扩展因子(Biomass expansion factor,BEF)的平均值为1.349 3 (n=134, SD=0.384 4),其中天然林为1.176 3 (n=63, SD=0.039 9),也明显小于人工林的1.502 9 (n=71, SD=0.478 0)(p<0.05)。天然林与人工林的BCEF和BEF随林龄(Stand age, A)、平均胸径(Diameter at breast height, DBH)和林分密度(Stand density, D)的增加呈现相反的变化趋势。天然林的BCEF和BEF随A和DBH的增加而增加,随D的增加而呈降低趋势。人工林随A和DBH的增加呈指数降低并趋于稳定值,随D的增加而呈增加趋势。2) 根茎比(Root∶shoot ratio,R)的平均值为0.245 6 (n=156, SD=0.092 6),其中天然林为0.237 6 (n=64, SD=0.061 8)),人工林为0.251 1 (n=92, SD=0.109 0),二者无明显差异(p<0.05)。天然林的R随A和DBH的增加分别呈明显的指数和幂函数增加,而随D的增加呈幂函数下降,而人工林的R与A、DBH和D没有显著相关性(p<0.05)。3) 群落生物量扩展因子(Community biomass expansion factor,CBEF)的平均值为1.079 2 (n=49, SD=0.100 5),其中天然林为1.103 9 (n=29, SD=0.114 9),明显大于人工林的1.043 4 (n=20, SD=0.061 4) (p<0.05)。由于天然林和人工林的某些碳计量参数(如BCEF、BEF、CBEF)间存在明显差异,在进行落叶松林生物量碳计量时需分别天然林和人工林计算,在使用有关参数时还需考虑A、DBH和D等因素,有利于降低计量中的不确定性。但是人工林的有些参数(如人工林BCEF和BEF与D的关系、天然林和人工林的CBEF等)尚需进一步研究。     

中国森林生物量的估算：对Fang等Science一文(Science, 2001,291: 2320-2322)的若干说明

 Science杂志于2001年发表了方精云等人关于中国森林植被碳库及其变化的论文(Fang et al., 2001, 291: 2320～2322)。该文利用大量的生物量实测数据,结合使用中国50年来的森林资源清查资料及相关的统计资料,基于生物量换算因子连续函数法,研究了中国森林植被碳库及其时空变化。这是一个大时空尺度的工作,涉及一些大尺度生态学研究的原理、方法以及尺度转换问题。由于篇幅所限,论文并未详细说明这些问题。为了帮助理解大尺度生态学研究的方法和思路,本文给出了论文中涉及生物量计算的理论基础,对     

兴安落叶松林碳平衡及管理活动影响研究 （英文）

 在利用大兴安岭地区根河落叶松(Larix gmelini)林生态系统定位研究站的实际观测资料验证CENTURY模型的基础上,探讨了林业经营管理方式对兴安落叶松林碳循环的影响,指出：1）目前兴安落叶松林是一个碳汇,每年净吸收碳2.65 t·hm-2。2）砍伐将使兴安落叶松林生物量和生产力下降,土壤碳含量则有所增加。干扰强度越大则其植物总生物量、生产力和土壤碳含量变化幅度越大,伐后恢复时间也越长。3）连年去除枯枝落叶处理使兴安落叶松林土壤碳含量下降,土壤越来越贫瘠。植物总生物量在前30年迅速增加,之后则趋于稳     

兴安落叶松天然林生物量及生产力的研究

 依据生物量标准木237株、解析木814株以及355块标准地实测材料对内蒙古大兴安岭林区三个气候区兴安落叶松天然幼、中龄林的生物量和净初级生产力进行了分析比较。结果表明,兴安落叶松天然林的生物产量明显受热量带的影响。残差分析证实了VAR模型lnW =lna+blnD+cD或lnW=lna+bln D2H+CD2H在估测兴安落叶松天然林生物量方面的应用价值,该模型对相对生长率随D或D2H呈线性变化的情况更为适合。本文还给出了各气候区适宜的林分密度和叶面积指数范围。     

水曲柳和落叶松细根寿命的估计

树木细根(直径≤2 mm)是控制树木与其周围环境进行能量交换和物质分配的主要器官,其寿命的长短决定了每年被分配到土壤中碳和养分的数量。我们使用微根管技术监测了水曲柳(Fraxinus mandshurica)和落叶松(Larix gmelinii)细根生长、衰老、死亡的动态过程,运用Kaplan-Meier方法估计细根存活率及中位值寿命(Median root lifespan,MRL),做存活曲线(Survival curve)。用对数秩检验(Log-rank test)比较不同树种、不同土壤层次、不同季节出生的细根寿命差异程度。研究结果表明,随观测期延长,细根存活率逐渐下降,在观测期内的各个时点上,水曲柳细根存活率显著高于落叶松(p<0.001),说明水曲柳细根寿命明显长于落叶松,两树种的MRL分别为111±7 d和77±4 d。无论是水曲柳还是落叶松,土壤下层(20~40 cm)的细根存活率始终高于上层(0~20 cm),差异程度均达到显著水平(p_落=0.001, p_水<0.001),落叶松上下两层的MRL分别为62±11 d 和95±11 d,水曲柳为111±6 d和124±20 d,这与土壤环境因子的垂直分布有关,下层土壤延长细根寿命。不同同龄根群(Root cohort)的细根寿命不同。落叶松夏季产生的细根存活率显著高于春季(p=0.042),中位值寿命分别是MRL_春=47±13 d,MRL_夏=82±6 d。水曲柳不同细根同龄根群与落叶松具有相似的季节性,夏季产生的细根存活率在同一时间点上要显著高于春季(p=0.014)。     

基于NDVI的中国天然森林植被净第一性生产力模型

根据叶面积指数、归一化植被指数（ＮＤＶＩ）建立了中国森林植被净第一性生产力（ＮＰＰ）模型：ＮＰＰ＝－０．６３９４－６７．０６４ｌｎ（１－ＮＤＶＩ）经我国１３组森林植被生产力数据的验证表明,该模型的预测结果与实测值相符较好。通过与Ｃｈｉｋｕｏ模型和综合模型（周广胜等,１９９６）预测结果的比较,该模型在总体上优于Ｃｈｉｋｕｇｏ模型和综合模型。表明基于ＮＤＶＩ的净第一生产力模型对我国森林植被有良好的适应     

辽宁省长白落叶松人工林立地分类研究

利用通径分析(PA)、主成分分析(PCA)、典范分析(CA),筛选影响长白落叶松(Larisolgensis)生长的主导因子和研究地形、土壤、林木三者相互关系。结果表明,坡向、土壤质地、土壤厚度是主导因子;坡向与土壤质地、土厚、土壤有机质密切相关。利用生态学的立地分类方法,将辽宁东部长白落叶松人工林划分为3个立地类型组,14个主要立地类型。阴坡立地类型组有厚层、中层粉砂壤土类型和厚层、中层壤质土类型以及厚层粘壤土类型;半阴、半阳坡立地类型组有厚层、中层粉砂壤土类型,厚层、中层壤质土类型,中层砂质土类型和薄层土立地类型;阳坡立地类型组有厚层、中层、薄层土立地类型。     

不同龄组的热带森林植被生物量与遥感地学数据之间的相关性分析

 在森林植被生物量遥感动态监测方面最基础性的研究是探讨生物量与遥感数据及其派生数据、地形数据和气象数据之间的相关性。为此,以我国云南省西双版纳的热带森林植被为例,分别对幼龄林、中龄林、近熟林和成过熟林的生物量与其对应的LANDSAT TM数据及其派生数据、气象数据和地形数据之间的相关性进行了分析。首先,利用森林资源连续清查的林业固定样地数据,通过各树种组的各器官生物量估算模型计算出各样地森林植被的生物量,并根据样地的坐标来建立样地GIS数据库。然后,利用地形图对遥感图像进行几何校正,并对遥感图像进行主成分变换、缨帽变换以及植被指数的计算来产生其派生数据。其次,将栅格样地数据、遥感数据（如LANDSAT TM数据）及其派生数据（如各种植被指数数据、主成分数据、缨帽变换的亮度、绿度和湿度数据）、栅格地形数据（如DEM和坡向）和栅格气象数据（包括年平均温度、大于0 ℃的积温、年平均降雨量和湿润度）统一到同一坐标系和投影下,并将所有的数据内插为30 m分辨率的格网数据,利用样地数据与遥感数据及其派生数据、地形数据和气象数据进行栅格空间叠加分析,从而得到各样地的样地数据、遥感数据及其派生数据、地形数据和气象数据。再次,根据各样地优势树种所属的龄组将所有的数据层化为幼龄林、中龄林、近熟林和成过熟林等几个不同龄组的样本数据。最后,分别对幼龄林、中龄林、近熟林和成过熟林的样地生物量与其对应的遥感数据和派生数据、气象数据和地形数据进行相关性分析。研究表明,在所有的因子中,幼龄林的生物量与LANDSAT 的TM1和TM6波段的亮度值在0.05的水平上呈显著相关,其相关系数均为-0.33;中龄林的生物量与降雨量在0.05的水平上呈显著相关,其相关系数为0.33;近熟林的生物量与LANDSAT TM的派生数据VI3、LANDSAT的TM4和缨帽变换的亮度值在0.05的水平上呈显著相关,其相关系数分别为0.50、-0.45和-0.45;成过熟林的生物量与主成分变换的第二主成分（PC2）在0.05的水平上呈显著相关,其相关系数为-0.46。在0.05的水平上,近熟林的生物量与LANDSAT TM的派生数据VI3的相关系数最高,达到0.50,其次是成过熟林的生物量与主成分变换的第二主成分的相关系数,为-0.46。     

四川红杉人工林分生物量和生产力的研究

本文对卧龙自然保护区60年代人工栽培的四川红杉林分生物量和生产力进行了测定和研究。按“径阶标准木法”和“样方收割法”分别调查了乔木层、灌木层、草本地被层和枯枝落叶层。据调查数据,应用“相对生长法则”建立了估测乔木层单株木各器官干重的回归方程,相关系数均达到极显著水平。文中还研究了林分平均净生产量和产量结构。结果表明：四川红杉人工林分生物量平均为135.17t／ha,净生产量为10820.52kg／ha·a,其中乔木层生物量为113.57t／ha,占林分生物量的84.02%,净生产量为8951.63kg／ha·a,占林分净生产量的82.73%。林分中灌木层、草本层的生物量和净生产量分别占林分生物量和净生产量的1.01%和3.16%、4.44%和13.86%。枯枝落叶层现存量为14.23t／ha,占林分的10.53%,林分年凋落物量和枯损物量为3996.14kg／ha·a,占林分生产力的36.93%。