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思茅松中幼人工林的生物量碳计量参数
发布时间:2018-01-23浏览次数:159返回列表

思茅松中幼人工林的生物量碳计量参数+

李 江1,2,孟 梦2,朱宏涛3,邱 琼2,

翟明普,陈宏伟2,郭永清2

(1北京林业大学研究生院,北京100083;2云南省林业科学院,云南昆明650204;

3中国科学院昆明植物研究所,云南昆明650204)

摘要:通过开展思茅松中幼人T林样地调查,基于实测数据计算了相关碳计量参数并研究了碳计量参数与相关林分因子的关系。结果表明:1)思茅松中幼人T林生物量转化与扩展因子( BCEF)的平均值为0. 5/183 Mg .m3(n=30,95%置信区间:0.5357~0. 5609),低于政府间气候变化专门委员会(1PCC)的缺省值。BCEF和平均树高(H)、林分形高(FH)、蓄积量(V)和林龄(A)存在显著负相关(P<0.05)。BCEF和平均胸径(D)负相关,但相关不显著(P>0.05)。BCEF和N(林分密度)正相关,但相关不显著(P>0.05)。BCEF值与林分凶子的关系函数拟合效果不佳。2)思茅松中幼人T林生物量扩展因子( BEF)的均值为1.78378(n= 30,95%置信区间:1.7171/1~1. 850/13),高于1PCC缺省值。BEF和D、H、FH、V和A存在极显著的负相关(P<0.01),与N存在显著的正相关(P<0. 05)。BEF与A和V的关系以二次曲线函数形式拟合效果较好,与N的关系则以双曲线形式较好,与FH、H和D的关系以幂函数较好。3)思茅松中幼人T林的根茎比(R)均值为0.2/100(n= 30,95%置信区间:0. 219/ 1~0. 2606),与1PCC缺省值基本一致。R与D、H、FH、V和A有极显著的负相关关系,与N有显著的正相关关系。R与D、H、FH、V和A的关系以二次曲线的形式拟合效果较好,与N的关系则以双曲线形式拟合较好。

关键词:思茅松人工林;生物量转化与扩展因子;生物量扩展因子;根茎比

中图分类号:Q 9/ 18

文献标识码:A

文章编号:0253-2 7C

1 060 07

Biomass Carbon Accounting Parameters for Young

and Middle Aged Plantation of Simao Pine

(、Pinus kesiya var. langbianensis)

LI Jiangl,P, MENG MengP, ZHU Hong-Ta03,QIU QiongP,

ZHAI Ming-Pul*,CHEN Hong-WeiP, GUO Yong-QingP

(1 Graduate Schoo/ of Beijing Forestry University,Beijing 100083, China;2 Yunnan Academy

of Forestrv, Kunming 650204, China;3 Kunming Institute of Botany,

Chinese Academy of Sciences, Kunming 650204, China)Abstract: based on data collected from field surveys, biomass carbon accounting parameters including biomass conversion and expansion factor( BCEF),biomass expansion factor( BEF) and root-shoot ratio(R)for Pinus kesiya var. langbianensis plantation were calculated,and relationships between the parameters andrelative stand factors were studied. Main findings were as follows. (1) Mean BCEF for Pinus kesiya var.langbianensis plantation was 0. 5/183 Mg m&acute;3 (n= 30, 95% confidence interval= 0. 5357 - 0. 5609) ? lowerthan the lPCC default value. BCEF for Pinus kesiya var. langbianensis plantation was negatively related tostand form height ( FH ), mean stand height ( H ), stand growing stock ( V ) and stand age ( A ) ( P <0. 05). BCEF was negatively related to mean diameter at breast height ( D ) , but not statistically significant( P >0. 05) ? positively related to stand density ( N ) , not statistically significant ( P >0. 05). Regression e-quations developed for calculating BCEF with stand factors did not give satisfied estimates. (2) Mean BEFfor Pinus kesiya var. langbianensis plantation was l. 78378 (n=30, 95% confidence interval=l. 7171/1-1. 850/13), higher than the lPCC default value. BEF was negatively related to D. H. FH. V and A ( P <0. 01) , positively related to N ( P <0. 05). Regression equations of y =a+ b x+ c x &acute;/ performed well to cal-culating BEF with A and V as variables. Regression equation of y =a+ b/x performed well to calculateBEF with N. Regression equations of y =a x i) performed well to calculate BEF with FH. H and D asvariables. (3) Mean R for Pinus kesiya var. langbianensis plantation was 0. 2/100 (n=30, 95% confidenceintervai=o. 219/1-0. 2606), close to the lPCC default value. R was negatively related to D. H. FH. Vand A (P <0. 01) ? positively related to N ( P <0. 05). Regression equations of y = a+ bx+ c X 2 per-formed well to calculate R with D. H. FH. V and Aas variables. Regression equation of y =a+b/x per-formed well to calculate R with N .Key words: Pinus kesiya var. langbianensis plantation; Biomass conversion and expansion factor ( BCEF ) ;Biomass expansion factor ( BEF ) ; Root to shoot ratio ( R )

森林是陆地生态系统的主体,森林植被碳贮量约占陆地植被碳贮量的82. 5%(Sabine等,2004)。森林在调节全球碳平衡、减缓大氕中温室气体浓度上升及维护全球气候系统等方面具有不可替代的作用。生物量是森林固碳能力的重要标志,也是评估森林碳收支的主要指标(Brown等,1 996),推算森林生物量成为生态学和全球变化研究的重要内容之一(方精云等,2002)。根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)相关规定(IPCC,2003,2006),生物量因子碳计量方法可以用于区域的森林生物量计算,也可用于林分生物量计算,已成为IPCC重点推荐使用的方法之一(罗云建等,2007)。根据IPCC(2006),森林碳计量参数主要包括生物量转化与扩展因子 (Biomass conversion and expansionfactor,BCEF)和生物量扩展因子(Biomassexpansion factor,BEF)和根茎比(Root toshoot ratio,R)等。我国森林碳计量与主要发达国家还有较大差距,迫切需要加强相关的研究,收集和完善相关参数(张小全,2009)。

思茅松(Pinus kesiya Royle ex Gord. var.langbianensis)是我国亚热带西南部山地的代表种,集中分布于云南南部景谷、思茅、普文等地(徐永椿等,1 988;吴中伦等,1 999)。对思茅松林生物量开展过的研究较少,仅见吴兆录和堂承林(1992)利用实测标准木生物量法测定了数块思茅松天然林的生物量,对思茅松人T林生物量碳计量参数的研究未见报道。因IPCC提供的默认参数多来自欧洲和北美,默认参数分别按气候带和森林类型提供的,而我国森林有关的数据是按省或地区统计的(张小全,2009),思茅松主要分布于云南,思茅松人T林的碳计量参数与IPCC的缺省值可能会有较大的差异。为了减少利用IPCC的缺省值开展思茅松人T林碳计量的不确定性,本研究于2008年在云南省思茅松集中分布区的4个县市(景洪、思茅、景谷和镇沅)的多个地点调查了林龄为3~26年的30块思茅松人工林样地,实测了36株思茅松样株的生物量,建立了单株生物量回归方程,通过对样地乔木生物量与蓄积量的测算,计算出思茅松人T林的碳计量参数BCEF、BEF和R,初步研究了上述碳计量参数与林龄、平均胸径、林分密度、蓄积量和形高的关系。研究旨在通过获取本地区的生物量碳计量参数降低思茅松人工林生物量碳计量的不确定性。

1研究方法

1.1 样地调查及样品采集与处理

2008年春季在云南的景谷、思茅、镇沅和普文选取年龄为3~26年的思茅松典型人工林分,设立30 m×30m 的临时样地30块。样地内每木检尺,测量胸径与树高,根据林木平均胸径每样地选取标准木1~2株,共取标准木36株。标准木全株伐倒,地上部分树干连同枝、叶、果实,采用分层切割法于树干基部、13 m、36m,其后每隔2m 断开,每段树干称带皮和去皮鲜重并取样。将树冠等分为上、中、下3层,每层内以<1cm、1~2cm、2~4cm、和>4cm 枝基径分级对枝、针叶和果实分别称重和取样。地下部分根系分0~30cm和30cm 以下两层挖掘,按细根(<10cm)、中根(10~20cm)、粗根(>2cm)和根桩分类称重并取样。主干样品置烘箱内60曟温度下烘2小时后将温度调至1032曟,连续烘5~8h至恒重后称重;松针、树皮、树枝、果实及根样品在80曟下连续烘5~8h至恒重后称重。根据所测定样品的含水率和鲜重计算各样品干生物量(曾立雄等,2008;刘国华等,2003)。

12样地生物量的测定根据36株标准木的实测生物量资料,建立基于树高和胸径测树因子的思茅松单株地上生物量、树干生物量和全株生物量的异速增长方程如下:B 全株=004552*(d2h )092431 (R 2=09956) (1)B 地上=002917*(d2h )095896 (R 2=09967) (2)B 主干=000961*(d2h )103935 (R 2=09956) (3)式中:B 全株为全株生物量(kg),B 地上为地上生物量(kg),B 主干为主干生物量(kg),d 为胸径(cm),h为树高(m)。利用公式(1) (2) (3),根据样地实测数据d 和h计算每木地上生物量、全株生物量和主干生物量。为了使计算的地上生物量与地下生物量(根系)的和等于全株生物量,用公式(4)计算地下生物量,将单株生物量分类累计得到相应的样地生物量。B 地下=B 全株-B 地上(4)样地蓄积量的计算采用云南省森林资源连续清查办公室和云南省林业厅在森林资源调查中使用的形高法(云南省林业厅,2004;云南省森林资源连续清查办公室,2007),计算样地蓄积量。V=G暳FH (5)式中:V 为样地蓄积量(m3),G 为样地胸高断面积(m2),FH 为形高值(m)G 的计算公式如下:G =ni=1毿(di2)2/40000 (6)式中:n 为样地林木数,di 为样木胸径(cm)形高FH 的计算公式为:FH=a暳Hb暵Dc (7)式中:H 为样地平均树高(m);D 为样地平均胸径(cm);形高参数a=065670785,b=092035096,c=0014782样地平均胸径D 计算公式为:D = ni=1di2n (8)样地平均树高H 的计算公式:H =5i=1hi5 (9)式中:hi 为胸径接近平均胸径D 的5株树木的树高(m)碳计量参数的计算根据IPCC (2003,2006),林木生物量的计算公式如下:B =V ·BCEF·(1+R) (10)B =V ·WD·BEF (1+R) (11)式中:B 为林木生物量Mg (Mg=106g);BCEF 为林木地上生物量与蓄积量的比(Mg·m3);V 为蓄积量(m3·hm2);BEF 为林木地上生物量与树干生物量的比,无量纲;R 为林木地下生物量与地上生物量的比,无量纲;WD 为木材基本密度(Mg·m3)根据以上的定义,按公式(12)(13)和(14)计算BCEF ,BEF 和R 。BECF =B 地上V (12)BEF =B 地上B主干(13)R =B 地上B地上(14)采用Excel 和DPS 软件计算碳计量参数,分析BCEF ,BEF 和R 与林龄A (a)、林分密度N (株/hm2)、平均胸径D (cm)、平均高H (m)、形高FH (m)和林分蓄积量V (m3·hm2)的相关性并进行回归。

2结果与分析

21生物量转化与扩展因子(BCEF )思茅松中幼人工林的BCEF 均值为05483Mg·m3 (n=30,95%置信区间:05357~05609)。

为了便于与IPCC的缺省值比较,根据蓄积量分组的BCEF均值为:蓄积量>80m3·hm2,BCEF =05354Mg·m3 (n=9,95%置信区间:05147~05561);蓄积量=41~80 m3·hm2,BCEF =05548Mg·m3 (n=9,95%置信区间:05223~05873);蓄积量=21~40 m3·hm2,BCEF =05423Mg·m3 (n=7,95%置信区间:05166~05689);蓄积量<20 m3 ·hm2,BCEF =05677Mg·m3 (n=5,95%置信区间:05283~06070);各组间差异不显著(P >005)。根据相关系数(表1)判断,BCEF 与H 、FH 、A 和V 有显著的负相关,与D 呈负相关但不显著,与N 呈正相关但不显著,BCEF 和各林分因子中度相关(相关系数最大值为035691)。利用多种函数关系(二次曲线、指数函数、负指数函数、幂函数,双曲线,S曲线)回归分析后发现(表2):BCEF 与H 和FH 的关系以双曲线函数形式的拟合效果稍好,与A的关系则以线性回归形式稍好。与V 的关系用周广胜对落叶松林采用的模型y =1/(a+bx )(赵敏和周广胜,2004)和方精云采用的模型y=a+b/x (方精云等,2002)模拟的结果都不理想(R2 分别为01108和00676)。BCEF 与N 的关系拟和也较差,总体上看各林分因子与BCEF的关系拟合效果不理想,R2 最大值仅为01571。22生物量扩展因子(BEF )思茅松中幼人工林的BEF 均值为178378 (n=30,95%置信区间:171714~185043),根据相关系数(表3)判断,BEF 与D、H、FH、V和A 有极显著的负相关关系,与N 呈显著的正相关关系。利用多种的函数关系(二次曲线函数、指数函数、负指数函数、幂函数,双曲线函数,S曲线函数)的回归分析后发现(表4),BEF 与A和V 的关系以二次曲线函数形式拟合效果相对较好,与N 的关系则以双曲线形式较好,BEF与FH 、H 和D 的关系以幂函数较好。

23根茎比(R )思茅松中幼人工林的R 均值为02400(n=30,95%置信区间:02194~02606)。根据相关系数(表5)判断,R 与D、H 、FH 、V 和A 有极显著的负相关关系,与N 呈显著的正相关关系。利用常见的函数关系(二次曲线函数、指数函数、负指数函数、幂函数,双曲线函数,S曲线函数)回归分析后发现,R 与D、H 、FH 、V 和A 的关系以二次曲线的形式拟合效果较好,与N 的关系则以双曲线形式拟合相对较好(表6)。

3讨论31思茅松人工林碳计量因子与IPCC缺省值比较IPCC是以气候带、森林类型和单位面积蓄积量给出BCEF 的缺省值的,将本研究结果与相应的缺省值列于下表,可以发现本研究测算的BCEF 值比IPCC给出的缺省值要小。当蓄积量小于20 m3·hm2 和介于21~40 m3·hm2 时,IPCC缺省值分别为6和12 (IPCC,2006),比本研究的测定值(05677和05423)分别高出了10倍和2倍以上。可见当林分蓄积量小于40m3·hm2使用IPCC的BCEF 缺省值对思茅松人工林进行碳汇量估算将带来很大误差。而对蓄积量为41~80m3·hm2和大于80m3·hm2的思茅松人工林,BCEF 值分别为05548和05354,已和IPCC的缺省值(06 和055)(IPCC,2006)比较接近。本研究得出的BCEF 值明显低于IPCC缺省值可能的原因有: (1)IPCC 没有分树种和林分类型(人工林和天然林)给出BCEF值,而不同树种间、人工林和天然林间BCEF 值是有差异的(罗云建等,2007); (2)本研究对所有样地进行了每木调查。而多数森林资源调查对林木的起测胸径为5cm,有的甚至是10cm或20cm,漏检了部分小径级林木,因此在使用BCEF 值和蓄积量资料进行生物量估算时要根据林木蓄积量调查起测胸径,选用合适的BCEF 值或对可能的误差进行说明; (3)思茅松中幼人工林BCEF 值低于IPCC缺省值的一个重要原因是思茅松中幼人工林的木材密度较小。有研究表明6~28cm径级的思茅松人工林的木材基本密度均值底部为02787g·cm3,中部为03027g·cm3,上部为02286g·cm3,且思茅松木材的基本密度与年龄存在正相关关系(R =0556,P <005)(李泰君等,2008)。此测定值比温室气体排放中国初始国家信息通报给出的思茅松木材密度缺省值(0. 454)(国家林业局应对气候变化和节能减排工作领导小组办公室,2008)要低很多。

思茅松中幼人T林的BEF均值(1. 78378)比IPCC缺省值(1.3)和国家缺省值(1.58)都要高。可能是因为思茅松人T林在生长的前期,由于密度控制和林分抚育,林木对光照竞争不如天然林强烈,树冠和根系都比天然林能得到更充分的生长,所以BEF值大于综合了多树种和不同林分起源类型(人工林和天然林)的IPCC缺省值和国家缺省值。根据IPCC对BECF和BEF的定义,两者的关系为:BCEF—BEF- WD (WD为木材基本密度)。按本研究独立测算的BCEF(0. 5483 Mg-m)与BEF (1. 78378)均值推算的思茅松木材基本密度WD (0. 3074 g.cm_{)与李泰君等(2008)测定的中幼龄思茅松人T林样木中部的木材基本密度均值(0. 3027 g.cm_{)高度吻合,这从一个侧面证实了本研究的准确性。

思茅松中幼人工林的R均值为0. 24,与IPCC给m的亚热带湿润森林缺省值(地上生物量>125 t.hm-p时,R—0. 24; <125 t.hm-p时,R =0. 22)基本一致,与罗云建等(2007)计算的落叶松人工林R值(0. 2511)相差不大,说明与其它两个碳计量参数相比,R受树种和林分类型等因素的影响较小。

3.2 思茅松人工林碳计量参数的使用

本研究测算的思茅松人T林BCEF和BEF与IPCC的对应缺省值之间存在一定差异,在进行思茅松人T林生物量碳计量时宜采用本研究得出的碳计量参数。思茅松人T林的BEF和R与林分因子(H、FH、A、V和N)存在明显的函数关系,为了更进一步降低人T林生物量碳计量结果的不确定性,可以使用研究建立的BEF和R与林分因子的回归模型计算BEF和R,但白变量不宜超过建立模型的范围。BCEF与林分因子(如H、D、FH、A、V和N)间的回归拟合效果不好,对BCEF与相关林分因子的数量关系尚需要进一步研究。也可采用公式BCEF—BEF.WD通过木材基本密度WD将BEF转换为BCEF,但必须保证木材密度WD和需要转换的BEF和BCEF源白同一抽样林分,否则会带来较大误差(IPCC,2006)。此外,因云南营建思茅松人工林的历史较短,本文调查样地中林龄最大的人工林仅为26年,对碳计量参数随年龄和其它林分因子变化的相关关系还需要进一步跟踪研究。

致谢云南省林业科学院景跃波副研究员为本文提出有益的修改意见;西南林学院2006级研究生刘海刚参加大量野外调查工作。

[参 考 文 献]

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