賴(lài)長(zhǎng)鴻,張 文,劉 波,王麗麗,邱 帥,趙慶霞,金彥強(qiáng)

(1.四川省林業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,成都 610081,2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100001;3.中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所,成都 610081)

森林生物量約占全球陸地植被生物量的90%，是森林固碳能力的重要標(biāo)志，也是評(píng)估全球森林碳收支的重要參數(shù)[1]，迄今為止，全球和區(qū)域水平的森林生態(tài)系統(tǒng)生物量及碳貯量的研究報(bào)道很多，但研究結(jié)果具有很大的不確定性，多數(shù)研究者認(rèn)為是由于森林類(lèi)型多樣，區(qū)域性研究對(duì)象的廣泛性和復(fù)雜性，以及不同估算方法之間的差異、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)算方法不統(tǒng)一所致[2]。目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了較多立木生物量模型的研建工作，但較為系統(tǒng)地研建區(qū)域性立木生物量模型的相對(duì)很少，并且主要針對(duì)我國(guó)東北天然林區(qū)或典型森林生態(tài)系統(tǒng)而開(kāi)展，比較有代表性的一是陳傳國(guó)、朱俊鳳等系統(tǒng)研究建立了東北地區(qū)11個(gè)樹(shù)種的干、枝、葉、根、地上和林木總生物量模型[3]；二是全國(guó)立木生物量建模課題組建立的適用于大尺度范圍的立木生物量模型[4-6]。

森林資源連續(xù)清查是以區(qū)域尺度 (我國(guó)為省級(jí)行政單元)幼小到成熟的全部林木為總體調(diào)查對(duì)象，獲取區(qū)域森林面積、蓄積、林木特征等方面的詳細(xì)資料，具有分布范圍廣、時(shí)間連續(xù)性強(qiáng)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一等優(yōu)點(diǎn)，鑒于森林清查資料的詳細(xì)程度和權(quán)威性，充分有效地利用森林資源清查資料，評(píng)估區(qū)域尺度的森林生物量、碳貯量與碳收支，正日益成為研究的熱點(diǎn)[10]。四川森林資源豐富、類(lèi)型多樣，是我國(guó)西南天然林區(qū)的主體[11～12]，本文以四川省森林資源連續(xù)清查(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“連清”)樣地、樣木信息為基礎(chǔ)，從立木生物量建模類(lèi)型劃分、立木生物量野外調(diào)查樣本分布等問(wèn)題分析研究，以期為四川立木生物量模型的系統(tǒng)研建提供科學(xué)依據(jù)與參考，進(jìn)而為基于森林資源連續(xù)清查成果準(zhǔn)確評(píng)估四川森林生物量，估算省級(jí)區(qū)域尺度的生物量奠定基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)及參考

研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：一是四川5次“連清”(1988、1992、1997、2002、2007年)的成果報(bào)表、調(diào)查樣地(10 098個(gè))、檢尺樣木信息(12.7萬(wàn)株～14.5萬(wàn)株)；二是四川不同類(lèi)型森林空間分布情況(2008a四川森林分類(lèi)經(jīng)營(yíng)區(qū)劃界定成果資料)；三是《四川省林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》(1988～2010年)；四是《四川森林》、《四川松杉植物地理》、《小涼山植物志》等以往科研調(diào)查成果。

1.2 研究方法

1.2.1 建模類(lèi)型劃分

研究采用統(tǒng)計(jì)分析、對(duì)比研究相結(jié)合的方法對(duì)立木生物量建模類(lèi)型劃分進(jìn)行研究。首先，對(duì)四川5次“連清”成果資料進(jìn)行統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取四川多年來(lái)不同森林類(lèi)型資源結(jié)構(gòu)(面積、蓄積)整體情況，結(jié)合《四川省森林資源二類(lèi)調(diào)查細(xì)則》(四川省林業(yè)廳 1993年)、《四川省一元立木材積表》(四川省林業(yè)廳 1980年) 等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)四川主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)的劃分與歸并，按照科學(xué)、適用、精煉、可行的原則，綜合考慮進(jìn)行立木生物量建模類(lèi)型劃分。

1.2.2 樣本構(gòu)成分布

在1.2.1研究中確定的建模優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)四川5次“連清”檢尺樣木胸徑結(jié)構(gòu)、海拔分布、經(jīng)緯度分布情況，然后結(jié)合《四川森林》、《四川松杉植物地理》、《小涼山植物志》等科研成果對(duì)已確定的立木生物量建模類(lèi)型的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)生長(zhǎng)特性、空間分布區(qū)間進(jìn)行對(duì)比分析，考慮野外樣本獲取的難易程度，綜合確定立木生物量建模樣本野外調(diào)查的胸徑大小區(qū)間、海拔及經(jīng)緯度分布范圍。

2 結(jié)果與分析

2.1 建模類(lèi)型劃分

根據(jù)四川5次“連清”成果資料中不同森林類(lèi)型的面積、蓄積情況(見(jiàn)表1)，從表1可知，近20a來(lái)四川不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組) 的面積、蓄積所占比例排序雖有一定變化，但冷杉、云杉、云南松等針葉樹(shù)種和櫟類(lèi)、樺木、楊樹(shù)等闊葉樹(shù)種的面積、蓄積在四川森林面積、蓄積仍然占主要地位。同時(shí)，結(jié)合《四川省一元立木材積表》中優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)建?？傮w劃分，目前排名前10位的樹(shù)種(組)全部單獨(dú)劃分了材積建模類(lèi)型，前11～20位的樹(shù)種(組)有一半(5個(gè))單獨(dú)劃分了材積建模類(lèi)型，前21～30位的樹(shù)種(組)有兩個(gè)單獨(dú)劃分了材積建模類(lèi)型。

四川森林類(lèi)型多樣、林木種類(lèi)繁多，不可能也沒(méi)有必要為所有樹(shù)種建立單株立木生物量模型。因而，只對(duì)資源數(shù)量相對(duì)較多、分布范圍相對(duì)較廣的樹(shù)種，才考慮單獨(dú)建立模型，其它樹(shù)種合并建模。按照下列原則將不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種進(jìn)行歸并建模：① 四川5次“連清”不同樹(shù)種形態(tài)各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)蓄積量、面積前列；② 與四川省一元立木材積表中建?？傮w劃分盡量保持一致；③ 針葉、闊葉均有一定數(shù)量建模樹(shù)種，但建?？傮w數(shù)量不超過(guò)20個(gè)；④ 近年來(lái)四川省大力發(fā)展的用材樹(shù)種。根據(jù)上述原則劃分確定了四川優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)立木生物量建?？傮w(見(jiàn)表2)。

表1 四川5次 “連清”不同森林類(lèi)型蓄積、面積比例 單位：%

注：括號(hào)內(nèi)為該次“連清”比例排序，2007年后優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)資源統(tǒng)計(jì)發(fā)生變化

表2 四川立木生物量建?？傮w劃分

2.2 建模樣本分布結(jié)構(gòu)

2.2.1 胸徑分布范圍

根據(jù)立木生物量建模類(lèi)型劃分結(jié)果，按優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)統(tǒng)計(jì)四川5次“連清”檢尺樣木胸徑分布，各建模優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)之間胸徑范圍變化的差異較大，其他松類(lèi)胸徑變化范圍最大為5.0 cm～144.1 cm(四川森林“連清”樣木起測(cè)胸徑為5.0 cm)，桉屬胸徑變化范圍最小為5.0 cm～40.0 cm，其余優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)胸徑變化范圍詳見(jiàn)表3；云杉、冷杉胸徑變異系數(shù)最大，分別為75.4、72.4，其余優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)胸徑變化范圍詳見(jiàn)表3。

在較大區(qū)域尺度內(nèi)，立木胸徑越大，林木株數(shù)越少；同時(shí)隨著徑階的增大，生物量測(cè)定的工作量將大幅增加，尤其是野外的測(cè)定工作。因此，考慮到立木生物量建模類(lèi)型樣本采集野外工作，應(yīng)當(dāng)包括較多胸徑徑階而且胸徑徑階不宜定得過(guò)大的實(shí)際情況，本研究確定四川地區(qū)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種立木生物量建模樣本野外調(diào)查最大徑階以“連清”檢尺樣木胸徑平均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差(AV+2δ)作為立木生物量野外調(diào)查樣本胸徑最大徑階，同時(shí)擴(kuò)大延伸一個(gè)徑階，由于歷次“連清”調(diào)查中僅對(duì)胸徑≥5.0 cm以上林木進(jìn)行檢尺調(diào)查，對(duì)立木生物量建模樣本按照胸徑徑階下限(5.0 cm)向下延伸一個(gè)徑階?；谝陨蠈?shí)際情況的考慮，四川地區(qū)立木生物量建模類(lèi)型野外樣本胸徑大小分布詳見(jiàn)表3。

表3 建模優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)立木生物量樣本胸徑分布

2.2.2 海拔分布范圍

統(tǒng)計(jì)四川歷次“連清”檢尺樣木的海拔分布 (見(jiàn)表4)。從表4可知，不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)的海拔分布范圍差異較大。因此，根據(jù)各建模優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)海拔分布上、下限極值和平均海拔分布，并參考《四川森林》、《四川松杉植物地理》等相關(guān)資料。本研究采用海拔等分方式對(duì)立木生物量建模優(yōu)勢(shì)樹(shù)種海拔分布范圍進(jìn)行區(qū)間等分，在此基礎(chǔ)上，以建模類(lèi)型海拔分布的平均海拔±1個(gè)海拔區(qū)分段，作為立木生物量野外取樣樣本海拔區(qū)間分布范圍，詳見(jiàn)表4。

表4 建模優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)立木樣本海拔分布

2.2.3 空間分布范圍

根據(jù)歷次四川“連清”檢尺樣木空間范圍分布統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表5)。從表5可知，不同建模樹(shù)種的海拔分布范圍差異較大。因此，根據(jù)各建模優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)空間分布跨度值，本研究采用經(jīng)度、緯度等分方式對(duì)立木生物量建模優(yōu)勢(shì)樹(shù)種海拔分布范圍進(jìn)行區(qū)間等分，并參考《四川森林》、《四川松杉植物地理》等相關(guān)資料，以建模類(lèi)型的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)經(jīng)緯度分布中心±1個(gè)經(jīng)緯度區(qū)分段(忽略極限經(jīng)度、緯度分布帶立木生物量對(duì)建模的影響)，綜合確定各建模類(lèi)型優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)野外取樣樣本經(jīng)度、緯度分布范圍，詳見(jiàn)表5。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文以四川主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)立木生物量建模類(lèi)型劃分為目標(biāo)，基于四川省歷次“連清”成果數(shù)據(jù)和調(diào)查資料，參考四川省頒布多種林業(yè)數(shù)表、相關(guān)著作、專(zhuān)題論述等研究劃分了16個(gè)四川立木生物量建模類(lèi)型，并根據(jù)歷次“連清”檢尺樣木信息(胸徑、海拔、經(jīng)度、緯度)分布統(tǒng)計(jì)分析，確定開(kāi)展立木類(lèi)型生物量野外調(diào)查樣本分布構(gòu)成，但對(duì)于立木生物量野外調(diào)查樣本構(gòu)成分布仍然存在需要進(jìn)一步研究的地方：

表5 建模優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)樣木空間范圍構(gòu)成分布

(1)本文劃分的四川立木生物量建模類(lèi)型野外調(diào)查樣本分布中沒(méi)有考慮樹(shù)高對(duì)立木生物量的影響。大量研究表明，相同樹(shù)種(組)不同樹(shù)高的立木蓄積量、生物量差異極為明顯，但由于“連清”體系中并沒(méi)有大量進(jìn)行樣木樹(shù)高測(cè)定，缺少大量樹(shù)高信息。因此，在本研究中立木生物量野外調(diào)查樣本構(gòu)成分布方面暫時(shí)沒(méi)有考慮樹(shù)高因素，如何通過(guò)其他有效方法，準(zhǔn)確獲取四川大尺度范圍內(nèi)樹(shù)高測(cè)定信息有待進(jìn)一步研究。

(2)關(guān)于立木生物量建模類(lèi)型的樣本數(shù)量確定。關(guān)于建模樣本數(shù)量，已經(jīng)發(fā)表的各種立木生物量模型差異很大，從國(guó)內(nèi)外已發(fā)表的立木生物量模型來(lái)看[12]，雖然建模樣本數(shù)量達(dá)到大樣本要求(50以上)的只是少數(shù)，但近年來(lái)建立的一些大尺度范圍應(yīng)用的立木生物量模型，樣本數(shù)量有增加的趨勢(shì)，一般都要求所選樣木盡量覆蓋整個(gè)直徑分布范圍，并且各個(gè)徑階的樣木數(shù)相等或近似相等的原則。本研究對(duì)關(guān)于樣本數(shù)量多少才合適，并沒(méi)有深入進(jìn)行探討研究，需要多少樣本數(shù)量才能滿(mǎn)足精度要求需要進(jìn)一步細(xì)化研究。

(3)建模類(lèi)型的胸徑大小、樣本空間分布范圍往往需要兼顧不同的生態(tài)地理區(qū)位，野外調(diào)查樣本的胸徑、海拔、經(jīng)緯度等分布范圍原則上應(yīng)該考慮各建模類(lèi)型集中分布范圍區(qū)，沒(méi)有考慮其胸徑、海拔、經(jīng)度、緯度等極限分布區(qū)域區(qū)內(nèi)樣本分布。本研究以四川省多次“連清”成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，同時(shí)也主要考慮立木生物量建模類(lèi)型樣本的野外獲取難度、取樣調(diào)查精度、工作成本經(jīng)費(fèi)，不能無(wú)限擴(kuò)大野外樣本調(diào)查工作的“邊界成本”等實(shí)際情況。如何通過(guò)其他有效方法，來(lái)“獲取”或者“消除”樣本極限值對(duì)立木生物量模型建立的精度影響有待進(jìn)一步更加深入的研究。

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