森林生物量测算方法

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平均标准木法
以平均大小的树木的生物量代表所有树木的生物量。方法 如下：
1）测定树木直径：对样地内树木测定直径，不少于200株。 2）计算平均直径：计算平方平均直径。即计算平均断面积，最后 根据园面积求出直径。 1/4πΣ(D2)/n D 3）选定标准木：3—5株，直径符合平均直径 4）伐倒标准木，测定各组分的生物量，并求平均值。 5）计算林分生物量：标准木平均生物量*样地株数量/样地面积
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北方主要树种生物量转换方程
树种 油松 侧柏 栎树 其它阔叶树 桦木 散生木 杨树 杂木林 兴安落叶松 BEF 0.755V+5.0928 0.6129V+26.1451 1.3288V-3.8999 0.4754V+30.6034 0.9644V+0.8485 0.981V+0.004 0.4754V+30.6034 0.756V+8.3103 0.5767V-4.7042 出处 校建民等 校建民等 校建民等 校建民等 方精云等 刘盛 等 方精云等 方精云等 孙玉军等
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生物量调查方法
• • • • • • 收获法 标准木法 模型法 生物量转换因子连续法 遥感解译法 嵌套式回归建立生物量模型
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收获法
• 收获法是将一定单位面积上的林木，逐个的伐倒 后测定其各部分（树干、枝、叶、果和根系等） 的鲜重，并换算成干重，将各部分的重量合计， 即为单株树木的生物量，将各个单株生物量相 加，得到林分的乔木层生物量。林下植被层的生 物量测定常在一定面积的样方上采用此法。
1）测定树木直径：对样地内树木测定直径，不少于200株。 2）划分径级：根据最大直径和最小直径，分成3—5个等各 间隔的直径级。 3）计算径级平均直径：分别直径级计算平均直径，作为标准 木的依据。 3）选定标准木：每个径级1--2株，直径符合径级平均直径。 株数较多的径级可适当多取样木。 4）伐倒标准木，测定各组分的生物量，计算各径级平均单株 生物量。 5）计算径级生物量：径级平均单株生物量*径级株数。 6）计算林分生物量：Σ（径级生物量）/样地面积
森林生物量测算方法
报告人：刘琪璟 liuqijing@gmail.com 2009-11
基本概念
• 生物量是指一个有机体或群落在一定时间 内积累的有机质总量。 • 森林生物量（forest biomass）包括林木的 生物量(根、茎、叶、花果、种子和凋落物 等的总重量)和林下植被层的生物量。通常 以单位面积或单位时间积累的干物质量或 能量来表示。
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枝条生物量模型 Biomass equation for branches
各级枝条生物量估计值 Estimates of biomass for all orders 树冠生物量 Estimated canopy biomass
样木所有一级枝条直径 Diameters of all first-order branches
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卫星图像反映的生物量信息
卫星图像 每个像素代表一定面积的地物单元 生物量不同光谱反射强度不同 生物量是光谱反射强度的函数
W=f(c1,c2,…cn) c代表波段反射率
•测定若干个地面点的生 物量（地面方格中圆圈 代表样地） •建立对应点的生物量和 像素值之间的回归模型 •用方程估计所有像素代 表的地面生物量 •波段选择：通过分析比 较选择敏感的波段 地面
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嵌套式回归建立生物量模型
刘琪璟. 2009. 嵌套式回归建立树木生物量模型. 植物生态学报 2009, 33 (2) 331~337
• 基本原理是以枝轴为基本单位，逐级拟合。 • 此种抽样方法同通常的分层抽样略有不同，即高 级样本单元包含低级样本单元，所以称之为嵌套。 • 由于样本单元之间有包含关系，实际测定的样本 很小，具有快速使用的特点。
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嵌套式回归模型建立过程
不同大小枝条直径长度 Diameters and lengths of twigs 枝轴生物量模型 Biomass equation for main branches
取大径枝条 Sampling larger branches
各级枝条各选一个测定其所有次级枝条直径 One branch from each order and measure the diameters of all sub-order branches
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实测值法和估计值法建立的单株分器官生物 量(kg)-胸径(cm)回归方程
方法 实测值法 要素 叶 枝 干 总 估计值法 叶 枝 干 总 方程
0.0074D2.3183 0.0137D2.3683 0.0420D2.3455 0.0632D2.3496 0.0070D2.2507 0.0163D2.2508 0.0226D2.5953 0.0413D2.5031
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• 遥感可以分为光学和近红外遥感及微波遥感。 • 光学和近红外光谱只对绿叶产生反应，而微波可 以穿透林冠，不仅能和叶发生作用，也能和树干 发生作用，因此，微波遥感能对森林生物量进行 全面和准确的估测。
• 郭志华、彭少麟等通过样方调查获取森林材积，借助于全球定位系统( GPS) 技术为调查样方准确定位，根据Landsat TM 数据7个波段信息及其线形与非 线形组合，应用逐步回归技术分别建立估算针叶林和阔叶林材积的最优光谱 模型，进而确定了粤西及附近地区的森林生物量。陈利军等用遥感技术对中 国陆地植被的生物量进行了估测。
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生物量转换因子法
• Brown 和Lugo 于1984 年提出了基于森林植被 材积的生物量估测方法，称为生量转换因子法。 • 国内，方精云等率先利用树干材积推算生物量。
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• 在研究森林的生物量时可以用林木的蓄积量来推 算，并估测全球主要森林类型的地上生物量。 • 统计表明，林分蓄积量与生物量之间存在良好的 相关关系，因为林分蓄积量包含了森林类型、年 龄、立地条件和林分密度等诸多因素，利用它与 林分生物量之间的关系推算生物量就消除了这些 因素的影响。
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标准木法
• 在林分样地中选择标准木，实测标准木的树高、 胸径、平均生物量，从而推算出样地中的林分的 生物量以便得到整个林分的生物量。 • 在样地中通过测量胸径、树高得到标准木，计算 标准木的各组成成分的生物量(树干、树枝、树 叶、根)，然后再乘以样地中的植株数得到样地 的生物量。 • 分平均标准木法和径级标准木法。
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模型法
• 通过建立生物量和易测指标之间的回归方程对生 物量进行估计，可以实现无破坏性估计。 • 尽管生物量模型对于估计单株生物量会产生较大 误差，特别是叶片，但是对于估计群落或景观尺 度生物量则可以达到较高的精度。
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• 生物量回归方程有一元回归和二元回归以及多元 回归。 • 二元回归多利用胸径和树高，方程的基本形式 为:Y=a+bD2H 其中D和H分别代表胸径和树高。 • 有研究表明二元方程对于提高精度十分有限，一 般不超过5%。实际工作中，测量树高比较麻 烦，而且不是直接测量，难以获得真实准确的信 息。所以，二元方程的实际意义不是很大。
根据经验，（林分活立木生物量:蓄积量）=1.00，含根系
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遥感解译法
• 通过遥感技术(RS) 和地理信息系统( GIS) 等先进手段 可以测定从林分到区域等不同空间尺度的森林生物量。 • 其原理是光合作用是植被生产力形成的重要生理生态过 程，树冠层的叶面积指数和生物化学成分是森林碳获得 量的决定因素，植物对太阳辐射的吸收、反射、投射及 其辐射，会在林冠内和大气中产生传递，这种传递信息 和影响植被生产力的生态因子与卫星接受的信息之间可 以建立一定的解析式，可利用这些解析式来测定林分生 物量。
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• 一元回归方程使用最多，而且使用。 • 常用的方程为异速生长方程，基本形式： Y=aDb 式中，D为胸径，a和b为常数。 • 一般建立过程是从枝条开始，特别是大树，需 要对树冠的生物量进行估测后建立胸径-生物量 相关模型。
Байду номын сангаас
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模型法的基本过程
1）分别径级取一定量样木，总数不少于30株 2）伐倒后测量胸径、树高、所有一级枝条直径 3）区分求积法测定树干体积，根据木材密度计算树干生物量 4）取不同直径的枝条，分布均匀，不少于30个体，测定木质和 叶片生物量 5）建立枝条生物量模型：w=adb 6）计算单株树冠生物量：将每一株样木的枝条直径代入枝条生 物量模型，总和后求得单株树冠生物量。 7）单株树木生物量：树干生物量+树冠生物量 8）建立胸径-生物量模型：W=aDb 9）计算样地内所有树木生物量：将林木直径代入树木生物量模 型。合计后得到全样地生物量
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• 收获法省去建立模型的过程，可以直接用于估算生物量。 • 收获法看起来可靠，但对样地尺度进行全收获极耗时费 力，操作过程损失造成的误差也很大，对大型树木十分 困难，而且对群落造成的破坏很大。 • 即使获得精确的测定结果，由于群落空间异质性的关 系，以一个样地测定的数据代表整个群落或小流域的生 物量，也存在很大的不确定性。 • 因此，在实际工作中，大型乔木树种的生物量测定很少 使用全样地收获法。
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• 方精云等基于收集到的全国各地生物量和蓄积量的 758组研究数据，把中国森林类型分成21类，分别计 算了每种森林类型的BEF（生物量转换因子）与林分 材积的关系： BEF = a + b /V (1) 式中，a和b为常数。 方程(1) 可表示成生物量和蓄积量的简单线性关系： B = a + bV (2) 式中, a和b均为常数, B 代表生物量。 • 方精云等利用倒数方程(1)所表示的BEF与林分材积 的关系，简单地实现了由样地调查向区域推算的尺 度转换，并据此推算了区域尺度的森林生物量。该 工作为从点的实测资料推广到大的区域尺度提供了 较好的范例。
胸径-树冠生物量回归模型 DBH-canopy biomass equation
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枝条分解成枝轴过程示意图
一级枝条 一级枝轴和二级枝条 各级枝轴
一个具有4级分支的枝条,首先分解成1个一级枝轴和4各二级枝条,继续分解后共有27个大 小不同的枝轴. 枝轴为任意一级枝条去掉次级分枝后的部分.每个枝轴为一个圆锥体,和树 干的形状相似,其重量可以直接测定,也可以通过密度-体积关系换算.
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• 本方法研究的基本过程是： 1）建立枝轴生物量方程 2）建立枝条生物量方程 3）估计树冠生物量 4）建立树木单株生物量方程
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• 枝条是有规律的分枝系统，将其逐级分解，直到 末级枝条，最后得到若干单一的枝轴。每个枝轴 从形状上就像一个微型树干。 • 抽取一定数量的枝轴测定体积重量就可以拟合枝 轴的生物量方程。利用各级枝轴生物量（模型估 计值或实测值）累加后就得到各级枝条（不是枝 轴）的生物量。 • 最后利用各级枝条的生物量计算值建立枝条生物 量回归模型。
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• 林分平均标准木法操作相对容易，应用地也比较 多，主要用于人工同龄林的研究。 • 但是由于生物量和胸径之间的关系为非线性，当 直径分布区间较大时，估计的估计的误差显著。 • 也有采用径级标准木法或分层抽样法，提高估计 精度。
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径级标准木法
将林木分成若干直径级，分别取标准木测定生物 量，计算径级生物量。方法如下：