基于森林资源清查资料的盈江县森林生物量和生长量分析.pdf

/基于森林资源清查资料的盈江县森林生物量和生长量分析汤明华 刘娟 高林 赵金发 樊骥善 余涛(云南省林业调查规划院 生态分院 云南 昆明 云南林业职业技术学院云南 昆明 云南省林业调查规划院 云南 昆明)摘要:为确定盈江县森林碳储量和碳汇潜力的变化特征及其影响因子 以便更好地分析盈江县森林生物量和生长量 基于盈江县 年和 年森林资源清查数据 利用生物量换算因子连续函数法和异速生长方程 评估盈江县森林碳储量和碳汇潜力的变化特征及其影响因子 结果显示:()盈江县森林生物量储量丰富 达 /其中:栎类林最大 为 /核桃林最低 为 /()不同林龄林分生物量差异较大近熟林最高 其次分别为中龄林、成熟林、过熟林、幼龄林()常绿阔叶林的林分生长量最大 其次是落叶阔叶林和针叶林 结果表明:盈江县森林生物量储量丰富且以阔叶林为主 林龄和年均气温是影响林分生长和生物量的主要因素关键词:森林资源清查 生物量评估 生长量 影响因子 随机森林模型中图分类号:文献标识码:文章编号:()():()/()():第 卷 期 年 月 西 部 林 业 科 学 收稿日期:基金项目:“连清”成果应用专项研究课题 第一作者简介:汤明华()男 硕士 高级工程师 主要从事森林资源规划设计调查工作:通信作者简介:余涛()男 硕士 高级工程师 主要从事森林资源规划设计调查工作:随着城市化进程加快、化石燃料用量增加、土地利用变化加剧 大气 浓度显著增加 由此引发的环境问题日益突出 控制大气 浓度升高成为 世纪国际社会面临的重大挑战之一陆地生态系统通过光合作用将大气 固定在植被和土壤中 作为重要的碳汇之一 植被和土壤可以有效减缓大气 浓度增加 这已经成为学术界普遍认可的观点 巩固和提升生态系统碳汇功能是实现我国 年前碳达峰、年前碳中和重要战略目标森林生态系统是维持生物圈和地圈动态平衡重要的陆地生态系统类型 也是陆地生态系统最主要的生产者 森林生物量约占全球陆地植被生物量 是森林固碳能力的重要标志 同时也是评估森林碳收支的重要参数 森林及其变化对陆地生物圈及其它地表过程有着重要影响 在全球应对气候变化的大背景下 由于森林在全球碳循环中发挥着重要作用 森林生物量和碳储量越来越受到世界各国的广泛关注 早在 世纪 年代末 年代初 冯宗炜、李文华等就开始对我国森林生物量测定开展研究 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 森林生态系统的生物多样性与生产力关系受环境因子变化影响很大 其中 气候和土壤的变异表现最为突出森林碳储量是森林碳汇功能的具体表现云南省作为我国林业大省 森林碳汇功能将为我国应对气候变化做出巨大贡献 盈江县隶属德宏傣族景颇族自治州 地处高黎贡山西坡 是中国唯一具有伊洛瓦底江水系热带生物区系的地区 辖区内热带山地森林生态系统保存完好 生物多样性极其丰富 特别是分布着许多独特的珍稀特有物种 森林资源丰富 森林面积达 蓄积量为 生物量为 单位面积生物量为 /本研究利用云南省德宏州盈江县森林资源连续清查数据和生物量换算因子连续函数法估算该区域森林生物量 探讨区域森林生物量估计的可行方法 研究结果可以为县级生态效益评价、生态补偿机制中的补偿量计算以及二氧化碳排放权的有偿转让的价值评估等提供参考 材料与方法 研究区概况盈江县位于云南省德宏傣族景颇族自治州西北部 地处喜马拉雅山延伸横断山脉的西南端 为高黎贡山西坡 地势东北高 西南低 海拔 区内属南亚热带季风气候 热带、亚热带和温带气候集中于一县 即北热带、亚热带、温带气候并存 地貌组合形态多样 地势高低突出具有“立体气候”特点 年均气温 年平均相对湿度 冬无严寒、夏无酷暑 四季难分、春意常浓 全年无霜期长达 年均日照时数 年均降雨量 常年受西南季风影响 每年 月为雨季 降雨量占全年的 冬春少雨干燥 研究区域内有砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤、黄棕壤、棕壤、亚高山灌丛草甸土 个森林土类 从低海拔到高海拔随生物条件发育 依次呈明显的垂直分布 根据云南植被 盈江县主要有雨林、季雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、暖性针叶林、竹林、灌丛 个植被类型 样地调查本研究采用的基础数据是盈江县第九次森林资源清查(云南省第七次复查)样地统计资料 年 月 年 月在盈江县已设置好的 块固定样地内进行野外调查 样地海拔在 之间 每个样地面积为 ()调查时记录样地基本情况 如地貌、海拔、坡向、坡位、坡度、土壤名称及厚度、腐殖质厚度、枯枝落叶厚度、植被类型、灌木覆盖度及高度、草本覆盖度及高度、植被总覆盖度、地类、权属、森林类别等 项因子 在每个乔木林样地中记录样地内出现的所有乔木种类 调查内容包括物种名、起源、胸径、树高、龄组、年龄、郁闭度、群落结构、树种结构及林层结构等特征 同时记录样地内出现的灌木与草本种类 生物量估算方法 生物量转换因子连续函数法生物量转换因子连续函数法是为克服生物量转换因子法将 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 以更加准确地估算区域或国家的森林生物量/其中:和 为参数 为生物量转换因子 为林分蓄积 盈江县主要森林生物量与蓄积量关系见表 西 部 林 业 科 学 年表 生物量和蓄积量转换模型参数 序号适应树种备注杉木 针叶云南松()、思茅松()针叶华山松()针叶西南桦()阔叶栎类 阔叶硬阔、杂木、矮林 阔叶巨尾桉()阔叶相思木()、软阔 阔叶针叶混交 混交针阔混交 混交阔叶混交 混交 生物量异速生长模型根据盈江县 年和 年森林资源连续清查固定样地调查数据 选取 个样地作为本研究中主要森林类型生长量的计算 通过 个不同时间段主要森林类型生物量的增减作为乔木生长量的衡量标准 将森林资源连续清查中树种分为 类 分别是云南松类、杉木类、桦木类、栎类及其它阔叶类 其中:杉木类包括柳杉()、秃杉()等 桦木类包括桤木()和西南桦()两个树种 栎类包括杯状栲()、刺栲()、大果青冈()、滇青冈()、短刺栲()、多变石栎()、光叶石栎()、华南石栎()、黄毛青 冈()、栲 树()、麻 栎()、木果石栎()、青冈()、栓皮栎()、小叶青冈()、硬斗石栎()等 个树种 其他阔叶树种归为一类 样地不同乔木物种适用的生物量异速生长方程见表 表 盈江县主要森林类型乔木地上生物量计算方程 生物量方程适用树种组 栎类 桦木类 其它阔叶类 杉木类 云南松类 影响因子筛选选取与森林生物量密切相关的气候(气温、降水)、林分密度、林木个体大小差异及林龄作为森林生物量影响因子 林木大小个体差异为样地中所有乔木个体胸径的标准差与胸径的平均值的比值 本研究所选气候因子为年平均气温与年降雨量 气候因子从 中提取 是基于()建立起来的气候模型 采用双向插值法和偏导海拔调整方案相结合的方法 其输出结果已经在云南省 个气象站点得到验证 利用取样点(地)的经度、纬度和海拔数据就可以提取气候因子 数据分析通过多元回归分析年平均降雨量、年平均气温、林分密度、林木个体大小差异及林龄对林分生物量的影响 并通过随机森林模型评估生物因子及非生物因子对林分生物量的贡献 随机森林模型无须考虑一般线性回归分析面临的共线性问题 不用做变量选择 现有的随机森林软件包都给出了所有变量的重要性 所有分析过程均在 语言 版本中完成 结果与分析 不同森林类型生物量大小分布盈江县组成纯林、混交林的主要优势树种(组)有其他阔叶树(包括其他硬阔)、栎类、西南桦、桤木、杉木等 个树种(组)本次森林资源清查中未统计蓄积量的不纳入生物量的计算 各主要优势树种(组)面积、蓄积及生物量分布见表 第 期 汤明华等:基于森林资源清查资料的盈江县森林生物量和生长量分析表 盈江县不同森林类型生物量大小分布 森林类型面积/占总面积比例/蓄积量/单位面积蓄积量/生物量/占总生物量比例/单位面积生物量/其他阔叶树 其他硬阔 西南桦 栎类 桤木 麻栎 杉木 秃杉 木荷 柚木 云南松 其他软阔 华山松 橡胶 垂柳 核桃 喜树 巨尾桉 枫香树 榕树 合计 注:表中各物种为麻栎()、秃杉()、木荷()、柚木()、橡胶()、垂柳()、核桃()、喜树()、枫香树()、榕树()下同 由表 可知 盈江县森林面积达 蓄积量为 生物量为 单位面积生物量为 /单位面积生物量最大的类型为栎类组成的森林类型 达 /单位面积生物量最小的类型为核桃()组成的森林类型 为 /森林面积最大的是以其他阔叶树组成的森林类型 同时其蓄积量与 生 物 量 也 是 最 大 该 类 型 占 总 生 物 量 的 其次是其他硬阔、西南桦、栎类、桤木及麻栎等 达到总生物量的 其他类型的森林所占比例较少 多是人工林 如杉木、柚木()、橡胶()、核桃、喜树()等 树 种 组 成 的 人工林 不同龄组乔木林生物量大小分布 年盈江县森林资源连续清查显示 盈江县乔木林面积与蓄积中中龄林与近熟林占比例最大 过熟林的面积最小 而幼龄林的蓄积量最小生物量的大小顺序依次是近熟林中龄林成熟林过熟林幼龄林(表)表 不同龄组森林生物量大小分布 类型面积/占总面积的比例/蓄积量/占总蓄积量的比例/生物量/占总生物量的比例/幼龄林 中龄林 近熟林 成熟林 过熟林 合计 西 部 林 业 科 学 年 主要植被类型林分生物量及生长量在 年盈江县森林资源连续清查固定样地调查的基础上 筛选出 个样地进行森林植被类型林分生物量及生长量的统计 共计分出 个植被类型 基本概括了盈江县的大部分植被类型 分别是常绿阔叶林、落叶阔叶林及针叶林 其中 常绿阔叶林在 年、年的林分生物量均要高于落叶阔叶林及针叶林 林分生长量也是以常绿阔叶林为最大(表)表 盈江县主要森林植被类型的林分生物量及年均生长量 植被类型 年生物量/年生物量/林分年均生长量/常绿阔叶林 落叶阔叶林 针叶林 注:表中量的数值为平均值标准差 下同 林分生物量的影响因子 林分生物量及乔木生长量与影响因子的一元线性回归模型盈江县主要森林植被林分生物量与林分密度、林龄、乔木个体大小差异、年均降雨量及年均气温的一元线性回归模型分析结果(图)显示 林分生物量随着林龄的增长而增加 随着乔木个体大小差异的增大而增加 同时 林分生物量随着年均气温的的增大而降低 而随林分密度及年均降雨量无显著变化趋势盈江县主要森林植被林分乔木生长量与林分密度、林龄、乔木个体大小差异、年均降雨量及年均气温的一元回归分析结果(图)显示 各林分乔木生长量与林分密度、乔木个体大小差异及年均降雨量不存在显著的线性关系 但随着林龄的增大而增加 随着年均气温的增大而减小图 盈江县主要森林植被林分生物量与影响因子关系 第 期 汤明华等:基于森林资源清查资料的盈江县森林生物量和生长量分析图 盈江县主要森林植被林分乔木生长量与影响因子关系 林分生物量与影响因子的多元回归模型盈江县主要森林类型林分生物量与林分密度、林龄、乔木个体大小差异、年均降雨量及年均气温之间的多元归回分析结果(表)显示 林分密度与林龄是林分生物量的主要影响因子 尤其是林龄 盈江县主要森林类型林分乔木生长量与林分密度、林龄、乔木个体大小差异、年均降雨量及年均气温之间的多元归回模型分析结果见表 结果显示 林龄是影响林分乔木生长量的主要影响因子表 林分生物量与影响因子之间的多元回归模型分析 影响因子变量系数变量系数标准误 检验值林龄 林分密度 乔木个体大小差异 年均降雨量 年均气温 注:多元回归方程 表 林分乔木生长量与影响因子之间的多元回归模型分析 影响因子变量系数变量系数标准误 检验值林龄 林分密度 乔木个体大小差异 年均降雨量 年均气温 注:多元回归方程 西 部 林 业 科 学 年 影响因子对林分生物量的贡献应用随机森林模型对盈江县主要森林植被林分生物量的影响因子的贡献进行定量分析 结果(图)显示 林龄对盈江县主要森林植被林分生物量的重要性最大 其相对重要性达 节点纯度为 其次是年均气温 尽管年均气温在多元回归模型中对林分生物量无显著影响 但是作为气候因子的主要指标之一 是影响森林生物量的主要因子 随机森林模型结果显示其对林分生物量具有较大的影响图 建立在随机森林模型上影响因子对林分生物量的重要性 应用随机森林模型对盈江县主要森林植被林分乔木生长量的影响因子的贡献进行定量分析 森林随机模型的解释率有 (图)结果显示林龄对盈江县主要森林植被林分乔木生长量的重要性最大 其相对重要性达 节点纯度为 其次是年均气温 年均气温也是影响森林乔木生长的主要因子图 建立在随机森林模型上影响因子对林分乔木生长量的重要性 讨论与结论盈江县森林面积达 蓄积量为 生物量为 单位面积生物量为 /中龄林与近熟林占总生物量的比例最大 本研究中单位面积生物量最大的类型为栎类组成的森林类型(单位面积生物量为 /)与张钦云对盈江县主要森林类型碳汇功能研究、张修玉等对西双版纳森林植被碳储量研究中的相关结论一致 盈江县属南亚热带季风气候 湿热湿润 雨量充沛 日照长 优越的气候条件适宜植物的生长 该区域保存了许多古老原始的动植物种类 是我国印缅热带生物地理区系中资源最集中、最典型的区域 根据 年森 第 期 汤明华等:基于森林资源清查资料的盈江县森林生物量和生长量分析林资源二类调查统计 森林覆盖率为 根据 年最新的森林资源二类调查统计 盈江县的森林覆盖率已达到 盈江县森林植被起到了重要的碳汇功能 且其碳汇功能呈上升趋势盈江县主要森林的乔木生长量在 /()其中常绿阔叶林的林分生物量为 /()及生长量要高于落叶阔叶林及针叶林 成为盈江县森林生物量的主要组成部分根据第六次森林资源清查结果 云南省林分单位面积平均生产力为 /()阔叶林分乔木生长量为 /()盈江县的主要森林林分乔木生长均高于云南省平均水平 盈江县分布的婆罗双()林 是我国少有的热带单优森林群落之一 这类森林林木高大 树龄古老 热带雨林在全球碳循环中起着非常重要的作用 其生物量现存量较大 但其碳汇能力相对较弱 其碳汇为 /()或者其乔木增长量相对缓慢 尽管本研究将热带雨林纳入到常绿阔叶林中进行生物量的统计分析 然而其林分生长量的贡献不大 盈江县还分布有大面积的季风常绿阔叶林 该植被是我国森林生态系统中生产力最高、生物多样性最丰富及生态系统功能高的类型之一贡献了盈江县常绿阔叶林林分乔木生长量的大部分 林分生物量包括了乔木、灌木、草本及凋落物生物量 本研究仅针对林分的生物量进行了分析而忽略了其他组成的贡献 同时限于试验条件及经费预算 也未考虑土壤碳储量的贡献 因而在今后的研究工作中 应补充完善这方面的工作 以充实研究结论在影响林分生物量的因子中 林龄、林分密度及年均气温具有较大的影响 尤其是林龄是最主要的影响因子 林龄和年均气温也是影响林分乔木生长量的主要影响因子 林龄是影响森林林分生物量的重要因子 森林生物量随着林龄的增大而增大 幼龄林阶段 树木的树叶、树枝、树根生物量和养分储量所占比例较大 随着时间的推移 生物量和养分含量向树干分配比例逐渐增大 老龄阶段由于稀疏过程 树干的营养积累比例达到最大 生物量积累也最大 本研究发现 各林分乔木生长量也随林龄增大而增加 各林分乔木生长量随着年均气温的增大而下降 主要是由于年均气温较高的区域是人为活动较为频繁 原生植被多数被破坏 现在更新的多是中幼龄林 影响到乔木林分的生产力参考文献:.():.:.:():.于贵瑞朱剑兴徐丽等.中国生态系统碳汇功能提升的技术途径:基于自然解决方案.中国科学院院刊():.王斌刘某乘张彪.基于森林资源清查资料的森林植被净生产量及其动态变化研究.林业资源管理():.方精云陈安平赵淑清等.中国森林生物量的估算:对 等 一文(:)的若干说明.植物生态学报():.张昌顺刘爱兵谢高地等.基于森林资源清查的迪庆州森林生物量及生产力研究.资源科学():.张海浪廉旭刚王镭学等.基于无人机低空遥感数据的时序动态生物量计算研究.森林工程():.卢士欣贾炜玮孙毓蔓等.基于局部回归模型的森林生物量动态变化分析/.西南林业大学学报(自然科学).().:/./.冯源王连晶.县域尺度乔木林碳储量及碳汇特征分析 以马关县为例.西部林业科学():.曾伟生陈新云蒲莹等.基于国家森林资源清查数据的不同生物量和碳储量估计方法的对比分析.林业科学研究():.李海奎赵鹏祥雷渊才等.基于森林清查资料的乔木林生物量估算方法的比较.林业科学():.方精云刘国华许嵩龄.我国森林植被的生物量和净生产量.生态学报():.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.应用生态学报():.邓蕾上官周平.基于森林资源清查资料的森林碳储量计量方法.水土保持学报():.徐伟义金晓斌杨绪红等.中国森林植被生物量空间网格化估计.自然资源学报():西 部 林 业 科 学 年.():.:.:.艾建林赵元藩温庆忠等.云南省 年森林资源变化研究.林业资源管理():.周金杰续珊珊.云南省森林碳储量现状与动态分析.林业调查规划():.周瑞伍彭明春张一平.云南主要森林植被碳储量及固碳潜力模拟研究.云南大学学报(自然科学版)():.曾伟生.云南省森林生物量与生产力研究.中南林业调查规划():.欧强新李海奎雷相东等.基于清查数据的福建省马尾松生物量转换和扩展因子估算差异分析 种集成学习决策树模型的比较.应用生态学报():.杜虎曾馥平王克林等.中国南方 种主要人工林生物量和生产力的动态变化.生态学报():.甘世书贺鹏肖前辉.中国西南地区栎类和桦木立木地上及地下生物量模型研究.中南林业调查规划():.:.康昕王笑梅侯嫦英等.林木个体大小差异对群落地上生物量及物种多样性的影响.生态学杂志():.李欣海.随机森林模型在分类与回归分析中的应用.应用昆虫学报():.张钦云.盈江县主要森林碳汇功能及其固碳价值评价.山东林业科技():.张修玉许振成王俊能等.西双版纳森林植被碳储量动态与增汇潜力研究.生态环境学报():.张卓亚杨欣.铜壁关自然保护区不同森林生态系统碳储量及碳密度评估.林业调查规划():.张学全.盈江县森林资源动态变化分析.山东林业科技():.刘伦辉余有德.云南西部盈江县的婆罗双林及其群落学特点的研究.云南植物研究():.(责任编辑:刘永刚)第 期 汤明华等:基于森林资源清查资料的盈江县森林生物量和生长量分析