河南省杨树人工林生物量研究

魏红义，丁晋利，彭舜磊



河南省杨树人工林生物量研究

魏红义1，丁晋利2，彭舜磊3

（1.南水北调中线干线工程建设管理局河南直管建管局，郑州 450046；2.郑州师范学院，河南 450044；3.平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室，河南 467000）

利用河南省第7次森林资源连续清查资料，分别采用生物量转换因子法、生物量回归模型法、生物量转换因子连续函数法对河南省杨树人工林生物量进行了估算。经比较模型的适用范围，最终采用生物量转换因子法估算值作为河南省杨树人工林生物量；中、幼林生物量占整个杨树人工林生物量总量的80.47%，表明杨树人工林生物量在各龄组中分布不均衡；河南省杨树人工林生物量总体质量不高，但具有较大发展空间，通过加强杨树人工林的抚育管理措施，对提升整个区域的杨树生物量水平具有重要意义。

森林资源连续清查；生物量；杨树；估算

由于杨树具有生长快、轮伐期短、成材早、产量高、材质优良及易于更新等特点，在河南省各地广泛栽植。目前，河南省农田林网、公路两旁、村庄周围、河道两侧种植大量的杨树人工林，在生态建设方面起到了良好的生态屏障作用。杨树不仅具有巨大的经济价值，同时杨树自身的固碳能力在生态效益中有着重要作用，通过评估区域内杨树人工林生物量的大小，为估算杨树人工林生态系统的碳汇提供参考和基础数据。

1 研究资料与方法

1.1 研究资料

河南省总面积1 670万hm2，其中森林面积336.59万hm2，全省森林覆盖率20.16%。根据第7次清查数据统计[1]，杨树人工林面积92.13万hm2，总蓄积达5 273.12万m3。

全省共设10 355个样地，其中有林地样地1 966个，杨树乔木林样地571个，占全省有林地样地总数的29.04%。

1.2 研究方法

材积源生物量法（volume-derived biomass）是利用林分生物量与木材材积比值的平均值，乘以该森林类型的总蓄积量，得到该类型森林的总生物量的方法。该方法是Brown和Lugo在1984首先提出[2]，由于将生物量和蓄积量之比作为常数来处理，不能很好的反映林木的年龄、生物学特性和立地条件的差异。目前，基于材积源生物量法估算生物量得到较大改进，以生物量转换因子法、生物量回归模型法、生物量转换因子连续函数法等建立的生物量模型，在估算区域生物量中得到广泛应用。

1.2.1生物量转换因子法

生物量转换因子法（biomass expansion factor，BEF）是利用木材密度（一定鲜材积的烘干重）乘以总的蓄积量和总生物量与地上生物量的转换系数求算[3]。

国际政府间气候变化专门委员会（IPCC）以森林蓄积、木材密度、生物量转换因子和根茎比等为参数，建立生物量转换因子的材积源生物量模型，计算公式见（1）[4]：

B＝V×DN×BEF×（1+RSR） （1）

式中：B为生物量（10-3t），V为蓄积（m3）；BEF为生物量转换因子，DN为木材基本密度（取0.395 g·cm-3），RSR为根的生物量与地上部分生物量的比值。

基于148块样地的调查统计基础上，李建华[5]等拟合了杨树的BEF、RSR与林分蓄积的关系，得出相关方程，如公式（2）、（3）：

BEF=EXP（0.321-0.015LnV） （R2=0.729） （2）

RSR=0.62-0.08LnV （R2=0.866） （3）

式中：BEF、V、RSR意义同公式（1），R2为相关系数。

1.2.2生物量回归模型法

生物量回归模型法（biomass regression model）是指基于野外实测样地的生物量与该类型森林面积来求取森林生物量的方法。根据标准木推算林分生物量，用标准木各组成（干、枝、叶、根）的生物量乘以该标准地的树木株数，由相对生长法建立测树指标的相关曲线。在研究区域内选取样木，伐倒后按器官称重，然后根据各器官生物量与某一测树指标（如胸径、树高）间的相关关系进行回归拟合，建立回归曲线方程，以实测的胸径、树高推算林分的生物量。

由于森林清查对样地内每株样木胸径进行了实测，但缺少每株样木的树高值，因此可以直接采用胸径与生物量的回归模型来求算树木的生物量，公式如（4）。

W=aDb（4）

式中：W为每株样木的生物量（10-3t），D为胸径（cm），a、b分别为参数。

1.2.3生物量转换因子连续函数法

生物量转换因子连续函数法（continuous function for BEF）是为克服生物量转换因子法将生物量与蓄积量比值作为常数的不足而提出的。该方法是将单一不变的生物量平均转换因子改为分龄级的转换因子，更加准确地估算区域或国家的森林生物量。

方精云[6]等基于收集到的全国各地生物量和蓄积量的758组研究数据，把中国森林类型分成21类，分别计算了每种森林类型的BEF与林分材积的关系：

BEF=a+b/V （5）

式中：a和b为常数。

方程（5）可表示成生物量和蓄积量的简单线性关系：

B=a+bV （6）

式中：B为生物量（t），a为常数（Mg·m-3），b为常数（t）。

1.3 各估算模型适用条件

各方法的模型参数取值见表1，方法适用条件见表2。

李建华等[5]由生物量转换因子法生物与实测值进行相关检验，检验值为0.738小于0.05/2（148）＝1.96的标准值，验证了模型估算值与实际值没有显著差异。万猛[7]等采用胸径建立的生物量回归模型相关系数达到0.9944，经F检验，模型的相关程度达到了显著（α＝0.05）水平。赵体顺[8]在豫北博爱县对农田防护林毛白杨生物量研究表明，模型值与实测值相对误差为0.656%。

表1 杨树各生物量估算方法

表2 各生物量模型适用条件分析

2 结果与分析

2.1 计算结果

根据河南省第7次森林资源清查资料，将表1中各相关参数代入相应公式，对571块杨树乔木林样地进行逐一计算，由各样地汇总得出全省杨树人工林生物量，河南省杨树人工林生物量结果见表3。

表3 河南省杨树生物量计算结果

根据森林资源清查数据得出，河南省杨树人工林每公顷663株，平均胸径12.8 cm，杨树多以中、幼林分布为主。因此，在选择模型时，充分考虑到杨树品种、年龄、林分生长状况等特性，对生物量的计算结果影响非常大。

采用生物量转换因子法和生物量回归模型估算河南省杨树人工林生物量相差6.67%，而采用生物量转换因子连续函数法估算结果相差53.39%。由于李建华[5]等选用样本和样木代表性更为符合河南省杨树人工林的实际情况，因此，文中采用生物量转换因子法估算得出的3 580.711万t作为全省杨树人工林生物量。

2.2 不同龄级杨树的生物量及密度

森林的生物量与森林的年龄组成密切相关，幼龄林所占的成分越大，森林的总生物量越小。由生物量转换因子法得出杨树各龄级生物量和生物量密度，结果见图1。

从杨树各龄级生物量分布看，各龄级生物量分布明显不均。中、幼林生物量占河南省杨树人工林全部生物量的80.47%，而近、成、过熟林所占比例仅为19.53%，表明中、幼龄林杨树生物量在整个河南省杨树人工林生物量占有较大比重。

图1 杨树各龄级生物量和生物量密度

全省杨树人工林面积达92.13万hm2，虽然杨树总体生物量较大，但生物量平均密度仅为38.87 t·hm-2，而同期我国杨树生物量密度为72.57 t·hm-2[10]，河南省杨树的生物量密度为全国同期平均水平的一半。杨树幼龄林生物量密度最低，仅为25.31 t·hm-2，杨树过熟林生物量密度高达195.54 t·hm-2，今后可以通过加强管理，对中、幼林采取抚育措施提高杨树林的森林质量，河南省杨树人工林的生物量提升空间较大。

2.3 生物量密度空间分布

各区域内生物量分布情况见图2。

图2 河南省杨树人工林各区域生物量密度

由图2可以看出，各区域杨树生物量分布不均，按从小到大顺序排列为豫西＜豫中＜豫北＜豫南＜豫东，豫东生物量最大为1 776.694万t，占到全省总生物量的一半，表明河南省杨树生物量主要集中在豫东平原地区。各区域杨树生物量密度在28.64~51.71 t·hm-2之间，除了豫东地区生物量密度大于平均生物量密度外，其他各区域生物量密度均小于平均值。从影响杨树生物量的树龄、胸径、栽植密度上看，豫东地区相比全省其他各区的数值要大，因此，豫东平原地区的杨树生物量水平要于其他地区。

3 结论与讨论

分别采用生物量转换因子法、生物量回归模型法、生物量转换因子连续函数法对河南省杨树人工林生物量进行了估算，最终采用生物量转换因子法估算结果为3 580.711万t。

河南省杨树人工林林种以商品林为主，且由于杨树具有品种多、生长速度快等特点，基于单株测树因子得出生物量虽然精度较高，但在应用于估算大尺度范围生物量时，应充分考虑杨树的生长特性，选取样本要有代表性和适用性，综合考虑上述因素，模型的选取对估算结果影响较大。

河南杨树林生物量平均密度为38.87 t·hm-2，最高豫东平原地区也远未达到全国杨树林平均水平。杨树人工林生物量整体水平有待提高，这是河南省杨树森林资源急需要解决的问题。

[1]国家林业局华东森林资源中心，河南省林业厅．河南省森林资源连续清查第五次复查成果[R]．2008.

[2] Brown S. L，Lugo A. E．Biomass of tropic forest: A new estimate based on forest volume[J]．Science，1984，223：1290-1293.

[3]赵敏，周广胜．基于森林资源清查资料的生物量估算模式及其发展趋势[J]．应用生态学报，2004，15（8）：1468-1472.

[4] IPCC．Good Practice Guidance for Land Use，Land-Use Change and Forestry[M]．IPCC/IGES，Hayama，Japan，2003.

[5]李建华，李春静，彭世揆．杨树人工林生物量估计方法与应用[J]．南京林业大学学报：自然科学版，2007，31（4）：37-40.

[6] Fang J Y.， Chen A P，Peng C H，et al．Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J]．Science，200l，292：2320-2322.

[7]万猛，田大伦，樊巍，等．豫东平原杨农复合系统物质生产与碳截存[J]．林业科学，2009，45（8）：27-33.

[8]光增云．河南森林生物量与生产力研究[J]．河南农业大学学报，2006，40（5）：493-497.

[9]赵体顺．林农复合生态系统物质循环的研究Ⅰ：农田林网杨树生物量的研究[J]．农村生态环境，1989（2）：1-5.

[10]李海奎，雷渊才．中国森林植被生物量和碳储量评估[M]．北京：中国林业出版社，2010.

Research on the Biomass of Poplar Plantation in Henan Province

WEI Hong-yi1，DING Jin-li2，PENG Shun-lei3

（1.Middle Route Project Construction Administration of Henan Straight CWRA, Zhengzhou 450046,China；2. Zhengzhou Normal University, Henan 450044,China; 3. Key lab for Ecological restoration in the hilly area of Pingdingshan university, Henan 467000,China）

Based on the seventh forestry inventory data of Henan province, three methods (biomass expansion factor, biomass regression model and continuous function for BEF) were selected to estimate biomass of poplar plantation. Comparison with three models, this paper adopted the total estimating biomass by the biomass expansion factor method. The total biomass of poplar plantation concentrated on the under age and middle age class, which accounted for 80.47 percent. Therefore, the biomass of poplar plantation was not proportionate in age class. The biomass density of poplar plantation in Henan province was 38.87 t·hm-2and lower than in China. The quality of poplar plantation was not high and the biomass will be developing space. By the nature measure, the quality of biomass will be promoted in the future.

forest inventory; biomass; poplar; estimation

X17

A

1003-2630（2014）01-0005-04

2014-03-19

河南省教育厅自然科学研究计划项目（2011C170001）

魏红义（1979-），男，山东临朐人，工程师。主要从事水利工程管理及水土保持相关工作。E-mail:hongyiwei@163.com；联系电话：13607662951

（责任编辑：王文彬）