《测树学第十二章》PPT课件.ppt

森林计测学 Forest Mensuration 第12章 森林生物量的测定 p基本概念 p树木生物量的测定 p林分生物量的测定 第1节 概述 l森林生物量是森林生态系统的最基本数量特征。 1994年 联合国粮农组织在“国际森林资源监测大纲”中就明确规定 ：森林生物量是森林资源监测中的一项重要内容。 l森林生产力的调查是正确认识、管理和利用森林生态系统 的前提。 l森林生物量数据是研究许多林业问题和生态问题的基础。 如森林碳储量计算；森林生产力的测定；研究森林物质循 环和能量流动。 1 基本概念 1.1 森林生产量和生产力 l总初级生产量：森林生态系统中所有绿色植物，由光合作 用所生产的有机物质总量，称为总第一性生产量。因绿色 植物利用光能合成的 有机物质总量，是地球上最初和最 基础的能量储存，故又称为总初级生产量（GPP表示）， 可简称为总生产量。 l净初级生产量：在初级生产量中，也就是说在植物所固定 的能量或所制造的 有机物质中，有一部分是被植物己的 呼吸消耗掉了，剩下的部 分才以可见有机物质的形式用 于植物的生长和生殖，所以我们把 这部分生产量称为净 初级生产量（NPP表示）。 l初级生产力：绿色植物积累或固定有机物质的速率。单位 时间和单位面积上积累的有机物质的量。初级生产力通常 是用每年每平方米所生产的有机物质干重（gm-2a-1）或 每年每平方米所固定能量值（Jm-2a-1）表示。 l生产量与生产力这两个概念既有区别又有联系。二者的区 别在于，前者所表示的是“量”的大小，后者所表示的是速 率，是一个“速度”的概念；二者的联系是，当用单位时间 和单位面积来表示生产量时，生产量与生产力是一致的。 1.2 生物量和现存量 l生物量：指任一时间区间（可以是1年、10年或100年）某 一特定区域内生态系统中绿色植物净第一性生产量的累积 量(即NPP)；即某一时刻的生物量也就是在此时刻以前生 态系统所累积下来的活有机质量的总和。通常是用平均每 平方米生物体的干重 kg/hm2、g/m2，或能量kJ/m2表示。 l现存量：指在某一特定时刻调查时，森林生态系统单位面 积上所积存的有机质的重量。现存量的变化不等于净第一 性生产量，必须加上各种损失量后才能算作净第一性生产 量。 1.3 净生产力和连年生产力 l平均净生产力：是森林植物群落生物量（W）被年龄（a ）所除之商，一般用QW表示。 l连年净生产力是森林群落某年（a）的生物量（Wa），与 其上一年（a-1）生物量（Wa-1）之差，以表示具体某一 年的净生产力，一般用ZW表示。 1.4 次级生产量 l动物和其他异养生物的生产量称为次级生产量或第二性生 产量，其生产力也相应地称为次级生产力或第二性生产力 。 l一般来讲，我们所谈及的森林生产力就是指森林生态系统 中的初级生产力。 2 森林生产力的组成与结构 2.1 森林不同组分的生物量 l森林构成的主要生物组分包括：乔木、灌木、草本植物、 苔藓植物、藤本植物以及凋落物层等。乔木层的生物量是 森林生物量的主体，一般大约占森林总生物量的90%以上 。在人工林中乔木生物量占99%，灌木和草本植物所占的 比例很少。 2.2 森林植物不同组成分量的生物量结构 l植物体各部分所占总生物量的比例是很不相同的。根据对 一 个栎林幼年期的研究，树干约占生物量的25%，树根占 40%，树枝和树叶占33%，而花和种子只占2%。在林下灌 木的生物量中，根占 54%、茎占21%、叶占23%。 l植物的地下生物量和地上生物量有时差异也很大。地下生 物量（根）和地上生物量（茎、叶、花等）的比值（简称 R/S） 如果很高，就表明植物对于水分和营养物质具有比 较强的竞争能力，能够生活在比较贫瘠恶劣的环境中，因 为它们把大部分净生产量都用于发展根系了。如果/S比值 很低，说明植物能够利用较多的日光能，具有比较高的生 产能力。 l在森林生态系统中，R/S比值 一般都很低，从森林的树冠 层到底层，各层植物的R/S比值是逐 渐增加的。 l乔木层中的生物量以树干部分所占比例最高，约占全层生 物量的65-75%、枝量7-13%，叶量2-ll%、根量ll-20%，各 部分器官所占比例依各种条件不同而异。每年生物量存贮 于干的比例是随年龄的增加而增加。相反，枝、叶和根的 生物量比例比随年龄增加而减小。立地条件愈好、立木密 度愈高、干的比例也愈 高，而枝、叶和根的比例则愈低 。果实生物量的估算值常在1%-5% 之间，花和芽鳞的生 物量较小，大约为0.2-0.8%。 第2节 树木生物量的测定 1 树木生物量的组成 l树木的生物量可以分为地下及地上两部分，地下部分是指 树 根系的生物量（WR）；地上部分主要包括树干生物量 （WS）、枝生物量（WB）和叶生物量（WL）。在生物量 的测定中，除称量各 部分生物量的干重量外，有时还要 计算它们占全树总生物量干重 的百分数，此百分数称为 分配比。树干占地上部分的分配比最大（一般为6570% ），而枝叶部分的分配比约各占15%左右。 l树木生物量与树木胸径、树高等测树因子之间也有着密切 的关系，这些关系也为树木生物量测定提供了依据。在树 木生物量测定中，树冠量的大小与形状对枝、叶量的多少 有着显著的影响，因此，在实际工作中，要研究反映冠形 和冠量的因子。 l描述因子：树高（h）、枝下高（hb）、冠长（CL）、冠 幅（CW）、 冠长率（CR）、树冠圆满度（CW/ CL ）、树冠投影比（CW/D） 2 鲜重与干重 l鲜重：树体在自然状态下含水时的重量 l气干重：树木伐倒后，在自然大气状态下经过相当期间失 去树体内大部分水时的重量。 l干重 （绝干重）：树木干燥后去掉结晶水的重量 。测定 方法：把试样放入烘箱干燥，一般在1032 ，经6小 时左右，取出称重，如二次重量有不等，再放人烘箱烘， 经6小时后取出称重，直到绝干状态（恒重）。 l在外业中只能测得树木的鲜重，然后采用各种方法将鲜重 换算为干重，最常用的换算方法是计算树木的干重比(Pw)。 l树体含水率 树木含水率的变化： l干重比（PW）与含水率成反比关系 l纵向：树干不同部位含水率并部均匀，梢部和胸高以下含 水率最大，胸高以上逐渐减少，再向上又增多。 l横向：边材和心材因树种不同含水率也不同。 l在取样时要分别树干的不同部位取样来测定干重比（PW） 或含水率。 3 叶面积 1) 阔叶树：叶片大、形状不规则。可采用激光（或光电） 叶面积测定仪或将叶片轮廓绘在坐标纸上，用求积仪测定 其面积。一般采用以下方法：分别各冠层（上、中、下） 取100枚样叶，测其鲜重，用直径为a cm的打孔器测100个 a cm直径园孔的面积和鲜重。 100个样叶的面积100个叶鲜重100小园片的面积/试样重 标准木的叶面积 标准木的叶鲜重样叶面积/样叶鲜重 2) 针叶树：其形状比较规整，接近某种几何体，按相应的 表面积计算公式计算其叶面积。 例如：樟子松、赤松和黒松等针叶2针近似圆柱体，一个 针叶为半圆柱体，其表面积公式为： 红松每个针叶近似三棱形：S3al 4 树木生物量的测定 全部称重法： l这种方法是测定树木生物量最精确的方法，获得的数据可 靠，但费时、费工，工作量极大，很少采用。 l具体方法：将树木伐倒，摘除全部枝、叶，分别称其树干 、枝、叶、根的鲜重，采样烘干得到样品干重与鲜重之比 ，从而计算样木各组分的干重。 4.1 树干重量的测定 l树干鲜重在野外采用全部称重法 l对选出的标准木(用径级标准木法)或样木伐倒，按区分求 积法（树干解析）把树干分成若干段，并截取圆盘。测定 各区分段和每个圆盘的鲜重。 树干鲜重各区分段重园盘梢头 l将所有圆盘装入塑料袋取回，在室内从各圆盘再取样，测 定试样鲜重后，把试样放入烘箱干燥，测得各园盘的干重 ，并计算各园盘的干重比（Pw），利用Pw推算各区分段绝 干重 ，合计得到全树干的干重。 4.2 枝、叶生物量的测定 l树木的枝条分1年生和多年生枝。 l树叶因所在树冠部位（上、中、下）不同，其含水率不同 ；落叶树的叶龄为1年，但常绿树的叶龄不同，其含水率 不同。 l树木枝与叶生物量的测定方法：全数调查法、标准枝法 4.2.1 全数调查法 l将树冠中每个枝条砍下，先测定每个枝条的带叶枝鲜重（ WBL) ，再把全部叶摘掉分别测定叶量（ WL ）和枝量（ WB ）。但WBL WLWB 注意事项： 1）测定迅速，防止枝、叶水分蒸发； 2）测定时间：叶伸展落叶期间测定，不同季节叶量（ 鲜重）变化比较大； 3）区分当年生和多年生枝、叶测定生物量； 4）不要与其他树木的枝叶相混； 5）测定工具、精度和计量单位要一致。 4.2.1 标准枝法 (1)以重量为基准的分级标准枝法 l标准枝具有平均带叶枝鲜重，叶量中等的枝条。 测定方法： 1）将树冠分上、中、下三层，按顺序测定每个枝条带叶 的枝鲜重，并计算出平均带叶枝鲜重，按平均重量选取抽 取35个标准枝。 2）对标准枝摘叶，分别测定枝量和叶量，并在每一层取 烘干样品（叶：50g；枝100g）。 3）根据每层标准枝推算出各层枝、叶的鲜重和干重，然 后将各层枝、叶重量相加，得到树木的枝重与叶重。 (2)以基径和枝长为基准的分级标准枝法 标准枝具有平均基径(d0)和平均枝长(l)，且叶量中庸的 树枝 。 测定方法： 1）将树冠分上、中、下三层，按顺序测定每个枝条基径 (d0)和枝长(l), ，并计算出各层平均基径和枝长， 2）选取标准枝：各层按平均基径和枝长，选取抽取35 个标准枝。 3）标准枝摘叶，分别测定枝量和叶量，并在每一层取烘 干样品（叶：50g；枝100g）。 4）根据每层标准枝推算出各层枝、叶的鲜重和干重，然 后将各层枝、叶重量相加，得到树木的枝重与叶重。 枝重 叶重 式中 N全树的枝数 n标准枝数 4.3 树根生物量测定 l以标准木或样木之伐根为中心，将全部树根挖出。 l分层(0-30-50-100cm)，边挖边拣出全部根系，不要草根。 l按粗度分级(5cm为粗根)，分别称其鲜重， 并取样供烘干用。根桩部分单独称重并取样。 l根量测定费时又费工，且不易取得精确结果。经常采用比 值（地上生物量与地下生物量）方法估计。 第2节 林分生物量的测定 1 皆伐实测法 l为较准确地测定林分生物量，或者为检验其他测定方法的 精 度，往往采用小面积皆伐实测法，即在林分内选择适 当面积的林地，将该林地内所有乔、灌、草等皆伐，测定 所有植物的生物量 （Wi），它们生物量之和（Wi）即为 皆伐林地生物量，并接下式计算全林分生长量（W）： 该方法适合测定林分中的灌木、草本等植物生物量。 A全林分面积 S皆伐林地面积 2 标准木法 2.1平均标准木 l以每木调查结果计算出全部立木的平均胸高直径为选择标 准木的依据，选择标准木，伐倒称重。然后，用标准木的 平均值 W乘单位面积上的立木株数N，或用标准木生物量 Wi的总和( )乘单位面积上胸高总断面积G与标准木胸高 断面积g总和( )之比，求出单位面积上的林分生物量W ，即 2.2 分层标准木法 l依据胸径级或树高级将林分或标准地林木分成几个层，然 后在各层内选测平均标准木，并伐倒称重，得到各层的平 均生物量测定值Wi，乘以单位面积各层的立木株数Ni，即 得到各层生物量Wi，各层生物量之和，即为单位面积林分 生物量总值W。 2.3 回归分析法 l林木生物量回归估计法是以模拟林分内每株树木各分量 （干、枝、叶、皮、根等）干物质重量为基础的一种估计 方法。它是通过样本观测值建立树木各分量干重与树木其 它测树因子之间的一个或一组数学表达式，该数学表达式 也称林木生物量模 型。 l林木生物量模型的方程很多，概括起来有三种基本类型： 线性模型，非线性模型，多项式模型。 2.3.1 相对生长模型（非线性模型） l非线性模型应用最为广泛，其中相对生长模型最具有代表 性，是所有模型中应用最为普遍的一类模型。 l相对生长模型：指用指数或对数关系反映林木维量之间按 比例协调增长的模型。作为比例变化协调增长的这些指数 或对数关系被称为相对生长。 l在林分生物量估测中，经常采用林木胸径（D）、树高 （ H）等测树因子建立林木生物量回归估计方程。 式中 W林木生物量 D林木胸径 H林木树高 a、b回归常数 2.3.1 多项式模型 式中 W林木生物量 D林木胸径 H林木树高 a、b回归常数