吳明晶

(將樂(lè)國(guó)有林場(chǎng)，福建 將樂(lè) 353300)

森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)最基本的數(shù)量特征之一[1]。測(cè)定森林的生物量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而建立生物量模型減少外業(yè)工作是目前認(rèn)可的[2]。但在研究方法上，國(guó)內(nèi)外研究者普遍采用的是按林木各器官(干、枝、葉、根)分別進(jìn)行選擇模型，分別擬合各自方程中的參數(shù)，即各器官之間的估計(jì)都是獨(dú)立進(jìn)行的[3]，導(dǎo)致擬合的模型之間不相容。為了解決模型之間不相容的問(wèn)題，駱期邦等[4]提出用線性聯(lián)立模型和非線性聯(lián)合估計(jì)模型來(lái)解決總量與分量之間的相容性問(wèn)題；唐守正等[3]利用非線性聯(lián)合估計(jì)方案進(jìn)行模型擬合，并將結(jié)果與比例平差法對(duì)比，認(rèn)為2級(jí)代數(shù)和擬合分配方案為最佳方案；董利虎等[5]采用比值函數(shù)分級(jí)聯(lián)合控制方程組構(gòu)建了以總生物量為基礎(chǔ)的相容性模型來(lái)擬合黑龍江省主要樹(shù)種的生物量相容性模型，模型精度都較高。本文以福建將樂(lè)國(guó)有林場(chǎng)的杉木為研究對(duì)象，采用3級(jí)聯(lián)合控制方案建立生物量相容性模型。

1 研究區(qū)概況

本研究分析數(shù)據(jù)采集于福建將樂(lè)國(guó)有林場(chǎng)，福建將樂(lè)國(guó)有林場(chǎng)地處武夷山脈東南部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有海洋性和大陸性氣候特點(diǎn)，年均氣溫18.7 ℃，年均降水量1676 mm，年均蒸發(fā)量1204 mm，年無(wú)霜期298 d，氣候溫暖濕潤(rùn)。地貌以低山丘陵為主，海拔140～1403 m，林場(chǎng)森林覆蓋率93.5%，主要造林針葉樹(shù)種為杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)、馬尾松(PinusmassonianaLamb.)、濕地松(PinuselliottiiEngelmann)等。

2 材料與方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)木選擇和生物量測(cè)定

本研究分別齡組共設(shè)置杉木標(biāo)準(zhǔn)地14塊，其中幼齡林3塊，中齡林2塊，近熟林3塊，成熟林3塊，過(guò)熟林3塊，標(biāo)準(zhǔn)地信息見(jiàn)表1。在每木檢尺的基礎(chǔ)上，每塊標(biāo)準(zhǔn)地選擇無(wú)斷梢、無(wú)分叉，生長(zhǎng)正常，冠幅、冠長(zhǎng)具有代表性的林木2株作為標(biāo)準(zhǔn)木，分別地上部分和地下部分測(cè)量生物量，地上分為樹(shù)干和樹(shù)冠(樹(shù)枝和樹(shù)葉)生物量，地下指樹(shù)根的生物量。各組分(器官)生物量的測(cè)定方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[6]。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地信息表

2.2 生物量獨(dú)立模型擬合

采用生物量一元、二元模型，擬合整株及各分量(器官)的生物量，分別為：W=aDb(公式1)，W=aDbHc(公式2)，式中：W為生物量；D為標(biāo)準(zhǔn)木胸徑；H為標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)高；a、b、c為方程參數(shù)[7]。

2.3 生物量模型檢驗(yàn)

2.4 生物量相容性模型擬合

采用3級(jí)聯(lián)合控制方案建立生物量相容性模型：1級(jí)控制變量為整株生物量，對(duì)整株生物量的獨(dú)立最優(yōu)模型進(jìn)行回歸估計(jì)，通過(guò)1級(jí)控制按比例分配使地上部分生物量與樹(shù)根生物量之和等于整株生物量；2級(jí)控制變量為地上部分生物量，通過(guò)2級(jí)控制按比例分配使地上部分生物量等于樹(shù)干生物量與樹(shù)冠生物量之和；3級(jí)控制變量為樹(shù)冠生物量，使樹(shù)冠生物量等于樹(shù)枝生物量和樹(shù)葉生物量之和。

3 結(jié)果與分析

3.1 各器官生物量最優(yōu)模型

根據(jù)28株杉木標(biāo)準(zhǔn)木的生物量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以一元、二元生物量模型對(duì)杉木各器官生物量進(jìn)行擬合，并通過(guò)模型檢驗(yàn)指標(biāo)選出各器官的最優(yōu)獨(dú)立模型，各檢驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 各器官一元、二元模型評(píng)價(jià)指標(biāo)

從表2可以看出，各器官二元模型的誤差、均方根誤差都小于一元模型，決定系數(shù)都高于一元模型，所以選定以胸徑(D)、樹(shù)高(H)為自變量的二元模型作為各器官生物量的最優(yōu)模型。

以選出的最優(yōu)獨(dú)立模型擬合各器官的生物量，分別計(jì)算整株生物量擬合值與樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉和樹(shù)根生物量擬合值之和的差異(Δ1)：Δ1=總量-(樹(shù)干+樹(shù)枝+樹(shù)根+樹(shù)葉)，Δ1(%)=Δ1/總量×100；地上生物量擬合值與樹(shù)干生物量擬合值和樹(shù)冠生物量擬合值之和的差異(Δ2)：Δ2=地上部分-(樹(shù)干+樹(shù)冠)，Δ2(%)=Δ2/地上部分×100；樹(shù)冠生物量擬合值與樹(shù)枝生物量擬合值和樹(shù)葉生物量擬合值之和的差異(Δ3)：Δ3=樹(shù)冠-(樹(shù)枝+樹(shù)葉)，Δ3(%)=Δ3/樹(shù)冠×100。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各器官生物量不相容分析

從表3可以看出，整株總量、地上生物量、樹(shù)冠生物量與其對(duì)應(yīng)的各分量之和間存在著不同程度的誤差，這與唐守正等[3]、董利虎等[5]的研究結(jié)果一致，主要是由于各器官的模型擬合是獨(dú)立進(jìn)行的，導(dǎo)致各器官生物量模型之間是不相容的。

3.2 各器官生物量相容性模型

以得出的各器官生物量獨(dú)立最優(yōu)模型為基準(zhǔn)，利用3級(jí)聯(lián)合控制方案建立生物量相容性模型；以總生物量為基礎(chǔ)聯(lián)立方程組進(jìn)行逐級(jí)聯(lián)合估計(jì)，具體步驟如下。

表4 相容性聯(lián)立模型參數(shù)估計(jì)值

通過(guò)對(duì)構(gòu)建的相容性生物量模型進(jìn)行檢驗(yàn)(表5)可以看到，生物量相容性模型在解決整株生物量與各分項(xiàng)生物量以及分項(xiàng)生物量之間相容的基礎(chǔ)上，模型的各評(píng)價(jià)指標(biāo)都較理想(除樹(shù)葉外)，模型擬合能力較好。樹(shù)枝和樹(shù)葉的生物量模型評(píng)價(jià)指標(biāo)較低，一方面可能與樹(shù)枝、樹(shù)葉生物量受樹(shù)冠形狀、大小和飽滿程度以及樹(shù)木長(zhǎng)勢(shì)影響，而這些因素又隨氣候、生境不同而變化有關(guān)；另一方面可能是在樹(shù)枝、樹(shù)葉外業(yè)調(diào)查伐倒過(guò)程、取樣過(guò)程中損失了部分生物量有關(guān)；導(dǎo)致樹(shù)冠部分生物量的評(píng)價(jià)指標(biāo)較低。

表5 相容性聯(lián)立模型評(píng)價(jià)指標(biāo)

4 結(jié)論

本研究用包含胸徑的一元模型和包含胸徑、樹(shù)高的二元模型對(duì)杉木生物量進(jìn)行擬合，結(jié)果表明包含胸徑、樹(shù)高的二元模型擬合效果更好；在選出各器官最優(yōu)獨(dú)立模型的基礎(chǔ)上，采用3級(jí)聯(lián)合控制方案建立各器官生物量間的相容性模型。結(jié)果表明，以整株生物量為基礎(chǔ)建立的相容性方程系統(tǒng)，采用分級(jí)聯(lián)合控制的方法進(jìn)行擬合，能夠有效解決整株生物量與各分項(xiàng)生物量以及分項(xiàng)生物量之間相容的問(wèn)題，而且除了樹(shù)葉生物量模型外，其余生物量模型的擬合效果都較好。

本研究中樹(shù)枝和樹(shù)葉的生物量模型評(píng)價(jià)指標(biāo)較低，一方面可能與樹(shù)枝、樹(shù)葉生物量受樹(shù)冠形狀、大小和飽滿程度以及樹(shù)木長(zhǎng)勢(shì)影響，而這些因素又隨氣候、生境不同而變化有關(guān)，另一方面可能是與樹(shù)枝、樹(shù)葉在外業(yè)調(diào)查伐倒、取樣過(guò)程中損失了部分生物量有關(guān)，在今后開(kāi)展相關(guān)工作中應(yīng)引起重視。