森林生物量测定方法

董华南

【摘要】：森林生物量是森林生态系统的最基本数量特征，生物量数据是研究许多林业问题和生态问题的基础，因此，准确测定生物量十分重要。本论文研究了森林生物量的测定方法、估算方法及研究森林生物量的现实意义。

【关键词】：阔叶混交林；生物量；生物量分配比例；生物量根茎比；生物量转换系数；生物量动态变化

1、 生物量研究概况

国内早期生物量的研究主要目的是为了探讨生态系统中生物量（单木生物量、林分生物量）同森林生产力之间的关系，进一步阐述了森林生物量和生产力对于全球森林碳平衡的重要性。针对不同的树种，包括马尾松、落叶松、油松、红松等针叶树种，以及白桦、蒙古栎、杨树等阔叶树种，进行了单木以及全林分生物量的研究。基本建立了多个常见树种的常用单木、林分生物量计算模型，并在实际工作中进行了进一步的应用。目前，随着生物碳储量，以及碳平衡研究的兴起，使得我国森林生物量的研究成为新一轮的研究热点，针对以往的相对准确的森林生物量进行了更加精确、精细的研究并且引入了包括遥感、地统计等许多新的方法，大大提高了我国森林生物量的计算精度。

2、森林生物量研究意义

森林是地球生态系统中不可或缺的主要组成部分，它为人类提供了大量的木材资源、动物栖息环境，具有调节小区域气候、改善空气质量、防止水土流失、涵养水源等作用，对于森林未来动态的评估具有显著的意义。地球是一个有着广泛承载能力的主体，森林作为其中的主要结构，对改善地球气候环境、生态环境以及碳氧平衡等方面有着十分重要的功效。在过去的十多年中，地球表面温度已经上升了0.3-0.6摄氏度，自然气候调控已经超出负荷，气候变化通过温度胁迫、水分胁迫、物候变化、生物地球化学循环等方式对森林产生重要的影响。使得越来越多的林业工作者以及林分生态学家投入研究。主要针对森林生物量不同林分类型、不同栽植区域、以及林分生产力、碳储量分布变化、区域气候同森林生物量关系等方面进行了详细的研究 。中国陆续开展了不同地带主要森林类型生物量和生产力的调查研究工作，生物量是林分森林调查统计中最为重要的评价指标之一。森林生物量与林分生产力之间有着紧密的关系，生物量是所有有机植物通过光合作用产生的有机物质的总和，是地球生态圈中最为传统，最为基础的能量形式，被称为总初级生产量简称GPP，是森林生态系统的结构和功能特征的重要指标之一。因不同树种之间的含水率差异，生长速度差异，以及冠形、尖削度的不同，以及不同树木之间的树干、树根、树枝、树叶的所占比重不同，造成了单株树木生物量以及林分生物量之间的差异。生物量是生物质能源和碳储量、碳通量计算的最为基础的数据指标，正确计算并理解生物量对全球能量流动以及不同气候区域物质循环之间的关系具有重要的现实意义。

3、 森林生物量测定方法

生物量是常见的林业学术词汇，常见的理解是植物有机生命体在脱去水分后剩余物质的干重总和。也可以理解为单位时间单位面积下，植物通过光合作用以及呼吸作用的共同耦合影响下，剩余的净初级生产力的剩余累积量。植物生物量包括活体部分以及枯损部分两个主体，其中活体部分占据植物器官的主体，而植物活体器官主体有着物质的干重总和也被称为现存量。

森林生物量通常包括乔木层生物量（如树干、树枝、树叶、树根）以及林下植被生物量（如灌草、苔藓、枯枝落叶以及森林腐殖质等）。在森林当中，林分植被生物量所占比重远远小于乔木层林分生物量，尤其是在人工林当中。测定方法主要包括皆伐法、标准木法和相对生长法三种常规方法。

3.1皆伐法：对于具有开采条件的林分，根据林分面积以及环境条件选择适应大小的樣地，对该样地范围内所有层次的植物进行全部砍伐、切割，不同植物器官重量累计求和，一次性推算单位面积各林层以及器官的生物量。采用该法测定的数据准确可靠，常作为真值与采用其他方法的估计值进行比较，但此法费时费力且具有巨大的破坏性，在实际操作中较少用于测定乔木层生物量，而常用于测定林下植被生物量。

3.2标准木法：平均标准木法是对标准地内的树木进行每木检尺，以调查树木的胸径或者树高为主要区分依据，选择能够代表这一林分的平均木作为生物量研究的参考木，将平均木伐倒后测定不同器官的生物量，然后乘以林分密度得到林分生物量。分层标准木法是按不同胸径径阶或树高将标准地树木分成不同层次，在各层内选取标准木，求得生物量后同林分密度株数相乘后得到林分总体生物量。该方法相对于天然林而言更加适合人工栽植的林分。根据不同的测树指标选取的标准木是不同的，进而推算的林分生物量值也存在一定的差异。

3.3相对生长法：基于树木器官生长量间存在协调生长的相对关系，人们在研究区内选取多株标准木，伐倒后测定标准木的器官生物量，然后建立器官生物量与测树指标之间的关系，然后再以实测的测树指标推算林分生物量。此法广泛应用于森林生物量和生产力的估测中。

3.4森林生物量估算方法

目前，基于森林资源资料的传统方法在区域尺度的森林生物量及其动态的评估中仍然占据十分重要的位置，生物量研究还可以用于校验基于遥感信息的模型并提高其预测性能。目前主要有平均生物量法和材积源生物量法等两种常规方法。下面就这两种方法进行较为系统的论述，同时结合中国的研究实际提出未来的研究重点，以期有助于提高中国森林生态系统生物量，碳收支及其动态评估的准确定。

3.4.1平均生物量法：平均生物量法是指基于野外实测标准地的平均范围面积生物量与该森林类型的面积来估算区域尺度生物量的方法。该方法在国际生物学计划实施期间得到广泛应用。然而，标准地通常选择高于研究平均生物量水平的林分，这将会高估区域尺度森林生物量。

3.4.2材积源生物量法：材积源生物量法是指基于立木材积，通过生物量估算参数估算区域尺度器官生物量、地上生物量乃至总生物量的方法。树干生物量虽然在森林生物量中的比例因发育阶段、树种和条件等的不同而有较大的差异，但是与立木材积存在很强的相对生长关系。因此，基于立木材积、立木蓄积量来推算森林生物量的理论上是可行的。