浙江省马尾松林生物量换算因子研究

沈楚楚，朱汤军，季碧勇，王秀云，张国江，袁位高，赵彩芳

（1. 浙江农林大学 环境与资源学院，浙江 临安 311300；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；3. 浙江省森林资源监测中心，浙江 杭州 310020）

浙江省马尾松林生物量换算因子研究

沈楚楚1,2，朱汤军2*，季碧勇3，王秀云2，张国江3，袁位高2，赵彩芳2

（1. 浙江农林大学 环境与资源学院，浙江 临安 311300；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；3. 浙江省森林资源监测中心，浙江 杭州 310020）

以马尾松林为研究对象，在浙江省12个县市选取2009年CFI体系的57个马尾松林样地，根据样地平均木，在样地外围相似地段确定解析木共计57株，联立树高曲线方程和生物量模型，同时使用已公开发表的10个马尾松林生物量模型进行估算，由单株累加获得CFI系统样地的生物量，计算样地生物量与蓄积之比（BEF），建立BEF与林分蓄积之间的关系。根据2009年浙江省CFI体系数据，推算全省马尾松BEF = 0.883 9 t/m3。

浙江；马尾松；生物量模型；生物量换算因子

马尾松（Pinus massoniana）是我国亚热带地区特有的乡土树种，适应性强，生长迅速，是我国分布最广的造林树种之一[1]。根据2009年浙江省森林资源连续清查（Continuous Forest Inventory，简称CFI）数据显示，马尾松位列浙江省优势树种第二。许多学者对马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]，曾伟生还对马尾松等五个主要树种的生物量转换系数进行分析[11]。为解决样地调查向区域推算的尺度转换，方精云等[12～13]建立“换算因子连续函数法”，简化了区域森林生物量的计算方程。

根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）《2006年IPCC国家温室气体清单指南》（简称指南），林木的碳储量等于生物量乘以含碳率，而生物量等于蓄积与生物量换算因子（Biomass expansion factor，简称BEF）之积。指南提供了BEF的缺省值，但其BEF是依据气候带提供的，亚热带树种只划分为硬木和针叶林二类，而我国地形、气候和森林类型复杂多样，气候带、森林类型又与省域范围不能对应，导致缺省值几乎不适用。为降低浙江省省级温室气体清单编制的不确定性，本文以马尾松林为研究主体，利用CFI系统样地资料，实地调查得到解析木数据，通过树高曲线与生物量模型的联立研建，并与已公开发表的10个马尾松林生物量模型对比估算CFI系统样地生物量，提高马尾松样地生物量的估算精度，求算样地生物量与蓄积之比即BEF，建立BEF与林分蓄积之间的关系，以掌握浙江省马尾松生物量BEF的变化规律。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

浙江省位于长江三角洲南翼，处于北亚热带向中亚热带气候过渡区域，全省年平均温度15 ～ 18℃，冬夏季温差20 ～ 26℃。全年降水充沛，年平均降水量可达到1 623 mm，降雨季节主要集中在春夏季。地理地貌特征丰富，从北部冲积平原，到东西部丘陵，再到南部山区，另有滨海岛屿地貌，有“七山一水二分田”之称。

浙江省CFI系统始于1979年，以省域为抽样总体，采用公里网的系统抽样技术，即样地东西间隔6 km，南北间隔4 km设固定样地，样地为正方形，面积0.08 hm2。从1989年开始每隔5 a进行一次复查，2009年复查样地数为4 252个。据2009年（第8次）CFI资料显示，全省土地面积1 018.00万hm2，其中林地面积660.74万hm2，占64.91%；非林地面积357.26万hm2，占35.09%。林地面积中，森林面积601.36万hm2，森林覆盖率59.07%。活立木蓄积24 224.93万m3，其中森林蓄积21 679.75万m3，疏林蓄积46.07万m3，散生木蓄积1 697.85万m3，四旁树蓄积801.26万m3。全省共有马尾松林面积81.16万hm2，蓄积达3 971.29万m3，分别占乔木林总面积和总蓄积的19.79%和18.32%，在全省各县市都有分布；依蓄积量统计马尾松林中的天然林占86.74%、人工林占13.26%；幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林蓄积量占比分别为7.0%、46.8%、35.8%和10.4%，蓄积量分别为18.27、46.16、63.05、133.41 m3/hm2。

1.2 研究方法

本文以马尾松林为研究主体，在浙江省范围内选取地理分布较均匀的12个县（市）：淳安县、富阳市、平阳县、开化县、德清县、天台县、武义县、常山县、舟山定海区、嵊州市、遂昌县和云和县，利用2009年CFI系统在该12个县市的马尾松林样地57个。根据样地平均木，在样地外围相似地段依据胸径（≤±0.5 cm）和树高（≤±0.5 m）选取无病虫害、无断梢、生长发育正常的解析木，共计57株。

树干解析时，树高10 m以上者按2 m区分段区分，树高10 m以下者按1 m区分段区分。枝叶部分采用分层抽样法，将全部枝叶分为4级：＜1.0 cm，1.0 ～ 2.0 cm，＞ 2.0 ～ 3.0 cm，＞ 3.1 cm，在每一级中各选出一个标准枝，称其鲜重及标准枝的叶鲜重。地下部分采用全挖法，要求在土中不留有大于0.5 cm直径的根系，把根系上附着的泥土掸去称重即为根鲜重。将采集的圆盘、枝叶样品、根系样品在105℃烘干，其干物质量即为生物量，进而测定解析木各器官的含水率、密度和总生物量。

根据解析木实测数据，联立树高曲线方程和单木生物量模型，计算每木生物量，由单株累加计算样地生物量，计算样地生物量与蓄积之比（BEF），建立BEF与林分蓄积之间的关系，同时使用已公开发表的10个马尾松生物量模型进行估算。依据浙江省2009年CFI系统的马尾松林分总蓄积和总面积，推算出浙江省马尾松林平均BEF值。

模型评价指标选用胥辉[14]提出的总相对误差（Rs）、平均相对误差（E1）、平均相对误差绝对值（E2）和预估精度（P）4项内容：

式中：yi为实测值，gi为估计值，n为样本容量，tα为置信水平α = 0.05时的t分布值，T为回归模型中参数个数，为估计值的平均值。

2 结果与分析

2.1 建立单木生物量模型

单木生物量模型采用常见的a(D2H)b模型形式。但由于此模型为二元模型，其中含有树高因子，而CFI样地数据中缺乏每木树高数据，因此需要建立树高曲线模型来估计树高。树高曲线模型引用Goulding模型。为了减少误差，提高模型的估计精度，本研究采用相容性模型思想，将其生物量模型和树高曲线模型进行联立估计，二者联立估计形式如下：

通过ForStat 2.1软件求解方程中的4个参数，得方程组中参数解为a = 0.123 111，b = 0.824 439，c = 0.235 8，d = 2.446 6，相关系数R2= 0.875 6。马尾松生物量模型如下：

相应评价指标为：Rs = －0.231%，E1= 2.312%，E2= 12.112%，P = 96.342%。

2.2 建立林分BEF-V模型

根据上述生物量模型计算CFI系统样地每木生物量，加总得样地生物量，并换算为每公顷生物量。蓄积量即引用CFI系统的蓄积数据。引用方精云生物量因子连续函数法的BEF-V模型[12]，通过ForStat2.1软件求解其参数，建立相关关系如下：

式中，V为林分蓄积（m3/hm2），BEF为生物量转换因子（t/m3），决定系数R2= 0.719。模型各项检验指标为：Rs = 0.050 3%，E1= 0.052 7%，E2= 5.757 7%，P = 97.887 9%。

图1中，A点和B点是区分BEF曲线变化的两个拐点，而C点所在的位置是浙江省2009年马尾松林平均蓄积的水平。

2.3 浙江省BEF估算结果

根据浙江省2009年CFI资料显示，浙江省马尾松林总蓄积为3 971.29万m3，总面积为81.16万hm2，由此推算得：浙江省马尾松林平均蓄积为 48.93 m3/hm2。浙江省马尾松林BEF = 0.883 9 t/m3。

3 结论与讨论

3.1 生物量模型的估计结果之比较

本研究通过文献查阅，搜集10个全国各地已发表的马尾松生物量模型，分别估算样地生物量，结果如表1。

由表1可知，使用不同生物量模型计算的BEF估计结果在0.548 ～ 1.324 t/m3，最大值和最小值差距达142%。本文估算结果为0.883 9 t/m3。在10个生物量模型中，有7个生物量模型的估算结果小于本文估算结果，有3个生物量模型的估算结果大于本文估算结果。

上述研究表明，虽同是针对马尾松建立的生物量模型，但由于所研究的地理位置不同，马尾松林分状况不同以及研究方法不同等，都会造成估算结果之间的显著差异。因此，在进行区域林分生物量估计时，应建立有针对性的、具有地域性的生物量模型以减少引用别处生物量模型引起的误差。

3.2 与全国模型、IPCC缺省值对比

方精云等[12]针对全国马尾松林建立了森林蓄积量与生物量转换模型BEF = 0.510 1＋1.0451/V，依据该模型计算，浙江省马尾松林BEF为0.531 5 t/m3。本研究结果0.883 9 t/m3比该值大66.30%。根据IPCC（2006）[15]，马尾松BEF缺省值为0.72 t/m3，本研究结果0.883 9 t/m3比缺省值大22.76%。

3.3 Fisher最优分割法区分BEF变化阶段

利用Fisher最优分割法将BEF-V曲线分为3段，拐点分别出现在林分蓄积为36.45 m3/hm2（图1中A点处）和75.59 m3/hm2（图1中B点处）时，当林分蓄积小于36.45 m3/hm2时为第1阶段，此阶段林分蓄积量低，幼龄林向中龄林过渡阶段，此时根生长占据着绝对的优势，树干生物量和枝叶生物量比重较小，此阶段的BEF随着林分蓄积的增长而迅速减小，BEF维持在较高的水平；第2阶段为蓄积在36.45 m3/hm2至75.59 m3/hm2时，此阶段马尾松林从中幼林转向近熟林，根生长趋于缓慢，干生长占据绝对优势，枝叶亦生长快速，树干生物量占据着地上生物量的主导地位，地上部分生物量的积累速率高于地下部分的生物量，此阶段的BEF随着林分蓄积的增长而缓慢地变小；第3阶段为蓄积大于75.59 m3/hm2时，此阶段马尾松林一般属近、成熟林，根生长已达稳定状态，树干生物量和枝叶生物量的生长也趋于稳定，此阶段的BEF渐渐趋向0.801 m3/hm2。

浙江省2009年CFI资料，马尾松中龄林和近熟林二项蓄积之和占总蓄积的82.5%。全省马尾松林平均蓄积量为48.93 m3/hm2，处于BEF-V曲线第二阶段的C点处，随着林分的逐年生长，可以预见浙江省马尾松BEF将在当前水平缓慢地变小。

[1] 洪伟，吴承祯. 马尾松人工林经营模式及其应用[M]. 北京：中国林业出版社，1999.

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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

浙江省重点创新团队（2010R50030）；浙江省科技厅公益项目（2012C23115）；浙江省林业厅省院合作项目（2012SY11）

沈楚楚（1988－），女，浙江桐庐人，硕士生，从事林业碳汇研究；*通讯作者。