森林生物量的研究进展

森林生物量的研究进展-生物论文

森林生物量的研究进展

摘要：森林生物量是森林生态系统的最基本数量特征，是研究许多森林问题和生态问题的基础。建立森林生物量模型的目的是制定全国森林植被（包括乔木、灌木和草本）生物量的计量标准，为评价我国森林生产力和森林质量，以及监测我国的森林固碳释氧能力提供基础依据。

关键词：森林；生物量；生态系统

1 森林生物量

生物量是一定时间、一定空间一种或数种生物有机体的总重量，或者一个群落内所有生物有机体的总重量，前者是种的生物量，后者是群落的生物量。生物量实质是绿色植物在单位面积上通过同化器官进行光合作用积累的有机物和能量。群落生物量的多少，反映了群落利用自然潜力的能力，是衡量群落生产力的重要指标，也是研究森林生态系统物质循环的基础。

森林生物量是近代林学中发展起来的一项新内容，它是指各种森林在一定的年龄、一定的面积上所生长的全部干物质的重量，它是森林生态系统在长期生产与代谢过程中积累的结果。森林生物量是研究森林生态系统结构和功能的基本数据，主要有3个研究目的：一是在全球或区域的尺度上通过对森林生物量和生产力的地理空间分布规律，以及与气候因子、植物群落分布之间关系的研究，可以估算地球生物圈的承载能力。森林具有减缓温室效应的作用，森林生物量和生产力的研究与森林碳汇功能紧密结合起来，使森林的生物量和生产力成为新的研究热点。二是在生态系统的尺度上，某一森林生态系统生物产量的分布格局和机理可用来揭示生态系统生产力与环境的相互关系，探索维持持久林地生产力和健康

森林生态系统的内在生理要素和外在生态条件，为评价森林的可持续经营提供理论依据。三是森林生物量作为可再生的生物能源，通过生物技术措施来提高短轮伐期能源林的生物产量和生产力水平、能源林收获与加工贮存以及能源转换利用等技术，均是森林生物量的主要研究内容。

2 生物量的研究进展

最早有关生物量和生产力的研究报道，德国几种森林的枝叶掉落物和木材重量的测定。后来在研究森林自然稀疏问题时，探讨了森林的初级生产量。1944年，Kittredge利用叶重和胸径的拟合关系，成功地拟合了白松等树种预测叶量的对数回归方程。但这些研究都是局限于少数树种局部地段针对某项目的独立研究，总体上来说，森林生物量和生产力的研究并未引起人们的重视。到了20世纪50年代，人们开始关心生态系统到底能为人类提供多少有机物，世界上开始重视对森林生物量研究。20世纪80年代后，随着全球环境问题日益突出，全球碳循环研究得到重视，研究者将以往在斑块水平的生态系统研究成果和生物量数据，扩展到景观、区域乃至全球的空间尺度上，从而科学地评价森林生态系统在全球大气中发挥的碳源和碳汇的作用，同时也进一步推动了森林生物量和生产力的研究。

我国生物量研究工作起步较晚，20世纪60年代初，少数学者在部分地区对为数不多的树种开展了生物量测定和研究工作，以后的数十年里发展迅速。潘维俦等对杉木人工林的研究，冯宗炜对马尾松人工林的研究，以及李文华等对长白山温带天然林的研究，使我国森林生态系统生物量的研究在人工林和天然林两个方面得到了发展。冯宗炜采用特征木调查与分层切割等方法，对湖南省会同县森林群落的生物量及生物生产力进行了研究，并总结了全国不同森林类型的生物量

及其分布格局。目前，在我国有关研究者对几十种树种的生物量进行了研究，研究最多的是杉木、松类、栎类、桉树类、其它阔叶树以及竹类和灌木等。

3 林分生物量的测定方法

生物量的传统研究方法有二氧化碳平衡法、微气象场法和收获法。

二氧化碳平衡法是将森林生态系统的叶、枝、干和土壤等组分封闭在不同的气室内，根据气室内CO2浓度变化计算各个组分的光合速率与呼吸速率，进而推算出整个生态系统二氧化碳的流动和平衡量。

微气象场法则与风向、风速和温度等因子测定相结合，通过测定从地表到林冠上层CO2浓度的垂直梯度变化来估算生态系统CO2的输入和输出量。

前2种方法的优点在于可直接测定森林群落的总初级生产力和净初级生产力；缺点在于设备昂贵、尺度转化复杂，而且难以将根系和土壤微生物的呼吸量从土壤呼吸量中分开，因此难以估算地下部分的净第一性生产力。

直接收获法是全球普遍采用的研究方法，也是对陆地群落和森林最切实可行的方法。森林收获法可以大致分为3类：皆伐法、平均木法和相对生长法。

皆伐法是将一定单位面积内的林木，逐个地伐倒后测定其各部分（树根、树干、枝、叶）的鲜重，再换算成干重，将各部分的重量合计，即为单株树木的生物量。将每个单株生物量相加，得到林分的乔木层生物量，林下植物的生物量测定常在一定范围的样方上采用这个办法，皆伐法的精度高，但花费时间和人工多，一般很少采用，可结合伐区作业进行。

平均木法是根据样地每木调查的资料计算出所有立木的平均胸高断面积和平均树高，选出代表该样地最接近这个平均值的数株标准木，伐倒后求出平均木的生物量，再乘以该林分单位面积上的株数，得单位面积上林分乔木层的生物量。

这种方法比较适合于林木大小具有小的或中等离散度的正态频率分布的林分，例如人工林，平均木法是相对粗略的计算方法，因为根据不同的测树因子（树高、胸径、断面积和干材积）所选取的平均木是不一样的，由此可以得出许多不同的林分生物量。

相对生长法指的是在样地每木调查基础上，根据林木的径级分配，按径级选取大小不同的标准木，一般是在株数较多的中央径级选取2～3株，其他径级各选取1～2株，对两端的径级特别是最大的径级至少要选1株标准木，比较前述的标准木调查方法，测定林木的各种生物量，再根据林木的各种生物量与某一测树学指标之间存在的相关关系，利用数理统计配置回归方程。在森林群落中，胸径是最容易测定的因子通常都尽量利用这个因子作自变量来推算其他因子。此方法可用于径阶差异较大的混交林和天然林，但需要研究人员具有一定的经验和数学知识。

（收稿：2016-04-16）