項(xiàng)茂林，陶吉興，季碧勇，張國(guó)江，姚鴻文，王劍武

（浙江省森林資源監(jiān)測(cè)中心，浙江 杭州 310020）

森林植被碳庫(kù)是林業(yè)碳匯的重要計(jì)量對(duì)象，目前，無(wú)論在森林群落或森林生態(tài)系統(tǒng)尺度上還是在區(qū)域、國(guó)家尺度上，IPCC等國(guó)際組織以及世界各國(guó)普遍采用的森林植被碳儲(chǔ)量估算方法是直接或間接測(cè)定森林生物量，再乘以生物量中碳元素含量（含碳系數(shù)）推算而得[1～2]。因此，各類森林植被生物量評(píng)估，是計(jì)量碳儲(chǔ)量的關(guān)鍵。杭州市從2008年開始，每年綜合運(yùn)用固定樣地監(jiān)測(cè)、森林資源檔案更新、補(bǔ)充調(diào)查、復(fù)位調(diào)查、模型更新、馬爾科夫轉(zhuǎn)移模型估計(jì)、線性回歸估計(jì)等監(jiān)測(cè)方法，構(gòu)建了設(shè)區(qū)市森林資源市縣聯(lián)動(dòng)年度監(jiān)測(cè)體系[3]，獲取了同一時(shí)段市縣兩級(jí)森林資源數(shù)據(jù)，并連續(xù)公布了全市的森林植被總生物量[4～6]。2010年，浙江省采用2009年森林資源連續(xù)清查第一手野外調(diào)查數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，以樣地為評(píng)估基本單元，建立了森林植被生物量評(píng)估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，測(cè)算了全省各類森林植被喬木層、下木層、灌木層、草本層的地上及地下生物量[7～8]，查清了浙江省森林植被生物量現(xiàn)狀和變化動(dòng)態(tài)。但是，由于采用的是以市域或省域?yàn)榭傮w的抽樣調(diào)查方法，生物量測(cè)算結(jié)果不能分解到各縣。本文利用杭州市已公告使用的2010年度各縣域森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查（簡(jiǎn)稱“二類調(diào)查”）更新數(shù)據(jù)（其中拱墅、濱江、江干為最新調(diào)查數(shù)據(jù)）為基礎(chǔ)，根據(jù)布設(shè)于杭州市范圍內(nèi)的樣地生物量數(shù)據(jù)庫(kù)建立喬木生物量模型，充分利用有關(guān)生物量評(píng)估參數(shù)，測(cè)算了杭州市各縣域森林植被生物量現(xiàn)存量，以期為設(shè)區(qū)市開展縣域森林植被生物量評(píng)估提供一種評(píng)估方法。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2010年，杭州市繼續(xù)開展了森林資源市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)。從監(jiān)測(cè)層級(jí)上，分為市級(jí)抽樣控制調(diào)查監(jiān)測(cè)體系和縣級(jí)二類調(diào)查動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系[3]。其中市級(jí)抽樣控制調(diào)查監(jiān)測(cè)樣地基礎(chǔ)年（2008年）為2709個(gè)，2010年為一般調(diào)查年，樣地?cái)?shù)691個(gè)，樣地調(diào)查方法與國(guó)家森林資源連續(xù)清查相同，調(diào)查內(nèi)容包括樣地因子調(diào)查、樣木或樣竹每木（竹）檢尺等內(nèi)容。文中市級(jí)總體評(píng)估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用2010年樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，它將用于估算全市總體的各類植被生物量，并以此真值，檢驗(yàn)所轄各縣域森林植被生物量評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確度，同時(shí)為縣域生物量評(píng)估提供模型建模樣本。

縣級(jí)二類調(diào)查動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)檔案更新、補(bǔ)充調(diào)查和復(fù)位調(diào)查[9～11]等更新方法，對(duì)各縣域的二類調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。更新內(nèi)容包括面積更新和蓄積更新兩部分，更新結(jié)果受市級(jí)樣地抽樣置信區(qū)間控制，更新精度得到較好保證。更新后的縣域森林資源數(shù)據(jù)庫(kù)，滿足森林資源二類調(diào)查技術(shù)要求，它為開展縣域森林植被生物量評(píng)估提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。由于上城區(qū)、下城區(qū)為純城區(qū)縣，未開展森林資源二類調(diào)查，且占全市生物量比例非常小，本文不作縣域森林植被生物量評(píng)估，但對(duì)市域總體評(píng)估時(shí)包括該二城區(qū)的生物量；此外，拱墅、濱江、江干3城區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為2012年最新二類調(diào)查數(shù)據(jù)。

2 評(píng)估方法

市級(jí)總體的抽樣控制樣地生物量的評(píng)估方法，以樣地為評(píng)估基本單元，采用單株生物量模型法（各類喬木，毛竹、雜竹）和單位面積生物量法（矮化喬木林群落、灌木經(jīng)濟(jì)林群落、一般灌木林群落、其他林地群落），對(duì)樣地水平的各類森林植被生物量進(jìn)行測(cè)算，最后運(yùn)用系統(tǒng)抽樣統(tǒng)計(jì)方法，將樣地水平微觀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到全市宏觀尺度[8]。為評(píng)估喬木林、疏林、毛竹林、雜竹林樣地的林下植被生物量，根據(jù)2010年浙江省森林植被生物量評(píng)估結(jié)果參數(shù)，其占喬木層生物量的比例分別按0.2783、0.7659、0.1077和0.1321計(jì)算。喬木層生物量和林下植被生物量之和，就是包括喬木層、下木層、灌木層和草本層在內(nèi)的樣地群落生物量。

縣域森林植被生物量評(píng)估，根據(jù)不同植被類型采用不同技術(shù)方法，總體技術(shù)路線為：通過(guò)利用市級(jí)樣地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)為建模樣本，建立蓄積量——生物量回歸模型，對(duì)小班中的各類林木（包括喬木林、疏林、散生木、四旁樹）進(jìn)行生物量評(píng)估；利用已有的單位面積生物量參數(shù)，以對(duì)植被生物量影響較大的調(diào)查因子為調(diào)整系數(shù)，分別測(cè)算毛竹林、雜竹林、國(guó)家特別規(guī)定灌木林、一般灌木林和其他林地的生物量。單位面積生物量等評(píng)估參數(shù)選用精度較高且已公告使用的浙江省森林植被生物量評(píng)估結(jié)果中的有關(guān)參數(shù)[7～8]。

2.1 喬木林與疏林

以系統(tǒng)布設(shè)于全市各縣的有蓄積喬木林和疏林樣地的蓄積量和生物量成對(duì)值為數(shù)據(jù)源，將其轉(zhuǎn)換成單位面積蓄積量和單位面積生物量成對(duì)值。根據(jù)林分蓄積量與生物量之間存在的相關(guān)關(guān)系，建立生物量與蓄積量的線性模型，利用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法[12～13]，由樹干蓄積推算喬木層生物量。其模型如下：

轉(zhuǎn)化為生物量與蓄積量的簡(jiǎn)單線性關(guān)系為：

式中，a、b為參數(shù)，B為每公頃生物量（t/hm2），V為每公頃蓄積量（m3/hm2）。

喬木林和疏林的蓄積量與生物量轉(zhuǎn)換模型以（2）式為基本模型式，建模結(jié)果及相關(guān)系數(shù)[14]見表1。回歸模型根據(jù)優(yōu)勢(shì)樹種不同，劃分為3個(gè)建模單元。

為評(píng)估喬木林或疏林群落總生物量，還需測(cè)算林下植被（下木層、灌木層、草本層）生物量。根據(jù)2010年浙江省森林植被生物量評(píng)估的評(píng)估參數(shù)，喬木林、疏林群落總生物量與其喬木層的比值分別為1.2783和1.7659，本次縣域森林植被生物量測(cè)算采用該值作為系數(shù)，評(píng)估喬木林、疏林群落的生物量。

喬木林、疏林小班的生物量評(píng)估方法為，首先以小班單位面積蓄積量為自變量，根據(jù)優(yōu)勢(shì)樹種選擇相應(yīng)回歸模型，計(jì)算單位面積生物量，再將單位面積生物量與小班面積相乘，就是小班總生物量。

表1 喬木林疏林每公頃蓄積量與每公頃生物量回歸模型Table 1 Regression model for per hectare volume and biomass of scattered arbor forest

2.2 竹林

根據(jù)竹種不同，竹林分為毛竹林和雜竹林。竹林生物量評(píng)估，以已有評(píng)估結(jié)果評(píng)估參數(shù)[7～8]為基數(shù)，即毛竹林群落45.93 t/hm2，雜竹林群落40.38 t/hm2，各小班以此為基礎(chǔ)，乘以株數(shù)調(diào)整系數(shù)，計(jì)算得到毛竹林和雜竹林小班單位面積生物量。單位面積生物量與小班面積相乘，就是小班總生物量。株數(shù)調(diào)整系數(shù)為：

另外，由繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行環(huán)境參數(shù)(電氣設(shè)備運(yùn)行方式、保護(hù)整定值等)導(dǎo)致的不發(fā)跳閘信號(hào)，稱其為第二類拒動(dòng)，其概率為P2(i)，表示多重化配置的繼電保系統(tǒng)中共n 套保護(hù)的第i 套的此類拒動(dòng)概率。繼電保護(hù)系統(tǒng)拒動(dòng)概率：

式中，Ni為某毛竹林和雜竹林小班的單位面積株數(shù)；N為縣域毛竹林和雜竹林平均單位面積株數(shù)，計(jì)算公式為：

式中，Si為某毛竹林和雜竹林小班面積，n為全縣所有毛竹林和雜竹林小班總個(gè)數(shù)。

2.3 灌木林和其他林地

灌木林分為一般灌木林和灌木經(jīng)濟(jì)林。根據(jù)2010年浙江省森林植被生物量評(píng)估結(jié)果[7～8]，單位面積生物量參數(shù)為：一般灌木林群落20.10 t/hm2，灌木經(jīng)濟(jì)林群落18.38 t/hm2。灌木林小班生物量評(píng)估與竹林小班相同，也是以此為基礎(chǔ)，乘以灌木覆蓋度調(diào)整系數(shù)計(jì)算得到一般灌木林和灌木經(jīng)濟(jì)林小班單位面積生物量，單位面積生物量與小班面積相乘，就是小班總生物量。覆蓋度調(diào)整系數(shù)為：

式中，Gi為某小班的一般灌木林和灌木經(jīng)濟(jì)林覆蓋度；G為全縣所有一般灌木林和灌木經(jīng)濟(jì)林小班的平均覆蓋度，計(jì)算公式為：

式中，Si為某一般灌木林和灌木經(jīng)濟(jì)林小班面積，n為全縣所有一般灌木林和灌木經(jīng)濟(jì)林小班總個(gè)數(shù)。

2.4 其他林地

其他林地指未成林地、無(wú)立木林地、宜林地等地類，其小班生物量評(píng)估以7.12 t/hm2為評(píng)估參數(shù)，再乘以小班面積得到小班總生物量。

2.5 散生木與四旁樹

表2 散生木四旁樹總蓄積量與總生物量回歸模型Table 2 Regression model for total volume and biomass of scattered trees

3 結(jié)果與分析

利用杭州市級(jí)抽樣控制樣地的生物量數(shù)據(jù)，根據(jù)抽樣估計(jì)理論，在p< 0.95的可靠性保證下，杭州市森林植被總生物量的抽樣總值為6744.88×104t，抽樣精度97.65%，抽樣置信區(qū)間為（6586.45×104，6903.31×104），樣地的樣本均值為4.59 t；其中喬木林群落5635.21×104t，占植被總生物量的83.5%，抽樣精度96.86%，抽樣置信區(qū)間為（5458.18×104，5812.24×104），樣地的樣本均值為3.46 t。

利用杭州市各縣（市、區(qū)）二類調(diào)查更新數(shù)據(jù)，根據(jù)以上評(píng)估方法，對(duì)森林植被生物量評(píng)估結(jié)果進(jìn)行匯總，杭州市各縣域森林植被總生物量為6888.54×104t，處于全市總體抽樣置信區(qū)間內(nèi)；如以抽樣總值為真值，差值為143.66×104t，準(zhǔn)確度為97.9%。其中喬木林群落5880.38×104t，略高于抽樣置信區(qū)間的上限，但如以抽樣總值為真值，差值為245.17×104t，準(zhǔn)確度為95.6%。各縣域各類森林植被生物量評(píng)估結(jié)果見表3。

表3 各縣域各類森林植被生物量Table 3 Biomass of different forest vegetation in each counties 104t

4 結(jié)論與討論

本文利用杭州市的市級(jí)抽樣控制樣地和所轄各縣域的森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，分別測(cè)算了市域總體及各縣域副總體的森林植被生物量。將各縣域生物量匯總結(jié)果與市級(jí)總體抽樣結(jié)果比較，各縣總生物量匯總值處于抽樣結(jié)果置信區(qū)間內(nèi)，若以抽樣總值為真值，匯總結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度。從構(gòu)成森林植被生物量的主體——喬木林群落看，評(píng)估結(jié)果同樣具有較高精度和準(zhǔn)確度。這表明，本文采用的縣域森林植被生物量評(píng)估方法，可適用于杭州市內(nèi)各縣開展森林植被生物量評(píng)估，利用各縣的二類調(diào)查更新數(shù)據(jù)測(cè)算的縣域森林植被生物量，可視為將全市總體的生物量評(píng)估結(jié)果分解落實(shí)到各縣。同時(shí)，市級(jí)樣地?cái)?shù)據(jù)調(diào)查、縣級(jí)二類數(shù)據(jù)調(diào)查更新以森林資源市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)體系[3]為依托，這為準(zhǔn)確評(píng)估市縣兩級(jí)生物量提供了科學(xué)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取途徑，因此，文中基于市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)體系開展的對(duì)市、縣兩級(jí)的生物量評(píng)估，可為設(shè)區(qū)市開展生物量市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)提供借鑒，將森林資源市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)范疇從森林面積、森林蓄積等傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)因子擴(kuò)展到生物量等生態(tài)因子。

建立森林資源市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)體系是開展森林植被生物量市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)的必要條件。根據(jù)杭州市近年來(lái)的監(jiān)測(cè)實(shí)踐，監(jiān)測(cè)體系可由市級(jí)抽樣控制調(diào)查監(jiān)測(cè)體系和縣級(jí)二類調(diào)查動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系兩部分組成，市級(jí)抽樣控制調(diào)查監(jiān)測(cè)以宏觀性監(jiān)測(cè)為主，縣級(jí)二類調(diào)查動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)與市級(jí)抽樣控制調(diào)查聯(lián)動(dòng)，采用不同數(shù)據(jù)更新方法，對(duì)各縣域副總體的二類調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行更新[3]。目前，就浙江省內(nèi)來(lái)說(shuō)，僅杭州市具備開展森林植被生物量市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)條件，其他設(shè)區(qū)市由于尚未開展森林資源市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)，暫不具備開展森林植被生物量市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)條件。

縣域森林植被生物量評(píng)估，采用的是全省或全市平均的評(píng)估參數(shù)和模型，各縣域由于資源稟賦和森林結(jié)構(gòu)不同，可能存在一定差異，因此，縣域森林植被生物量的評(píng)估結(jié)果可能存在一定的不確定性。此外，由于森林資源抽樣調(diào)查體系與二類調(diào)查體系之間的差異，使全市竹林面積、灌木林面積、散生木四旁樹蓄積等值的抽樣調(diào)查結(jié)果與二類調(diào)查結(jié)果不完全一致，從而導(dǎo)致了全市總體的生物量抽樣結(jié)果與各縣域的匯總結(jié)果存在一定差值，在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意這些問(wèn)題。

[1]李?？诇Y才. 中國(guó)森林植被生物量和碳儲(chǔ)量評(píng)估[M]. 北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2010. 13－25.

[2]李?？?，雷淵才，曾偉生. 基于森林清查資料的中國(guó)森林植被碳儲(chǔ)量[J]. 林業(yè)科學(xué)，2011，47（7）：7－13.

[3]張國(guó)江，季碧勇，王文武，等.設(shè)區(qū)市森林資源市縣聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)體系研究 [J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2011：28（1）：46－51.

[4]杭州市林業(yè)水利局. 2008年杭州市森林資源與生態(tài)狀況公告[N]. 杭州日?qǐng)?bào)，2009-07-27(5).

[5]杭州市林業(yè)水利局. 2009年杭州市森林資源與生態(tài)狀況公告[N]. 杭州日?qǐng)?bào)，2010-06-10(A7).

[6]杭州市林業(yè)水利局. 2010年杭州市森林資源與生態(tài)狀況公告[N]. 杭州日?qǐng)?bào)，2011-08-12(A5).

[7]浙江省林業(yè)廳. 浙江省森林資源狀況及其功能價(jià)值（2010）[N]. 浙江日?qǐng)?bào)，2011-01-16(12).

[8]季碧勇，陶吉興，張國(guó)江，等. 高精度保證下的浙江省森林植被生物量評(píng)估[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，29（3）：328－334.

[9]劉安興. 浙江省森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系方案[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，22（4）：449－453.

[10]劉安興. 森林資源監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J]. 浙江林業(yè)科技，2005，25（4）：70－76.

[11]季碧勇，張國(guó)江，趙國(guó)平，等. 基于固定樣地的縣級(jí)森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)方法[J]. 林業(yè)資源管理，2009（5）：50－53.

[12]Fang J Y, Chen A P, Peng C H,et al. 2001. Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J]. Science, 2001(292)：2320－2322.

[13]方精云，劉國(guó)華，徐嵩齡. 我國(guó)森林植被的生物量和凈生產(chǎn)量[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，1996，16（5）：497－508

[14]駱期邦，曾偉生，賀東北. 林業(yè)數(shù)表模型理論、方法與實(shí)踐[M]. 長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2001. 378－388.