森林碳汇计量-方精云

森林及立木划分
森林：林分、竹林、经济林 森林外树木：疏林、四旁树、散生木、灌木林
森林
• 经济林: 经济林是以生产干鲜果品、食用油 料、饮料、调味料、工业原料和药材等为主 要目的的森林和林木。
Spruce (云杉)
Quercus (栎林)
Apple (苹果林)
Tea-oil tree (油茶树林)
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森林
森林碳汇计量
●生物量测定原理：相关生长式 ● 我国森林碳汇的计量
北京大学 方精云 2009－7－15
森林碳汇的组成
森林生态系统的碳储量包括植被(根、茎、枝、叶)和 土壤(土壤和地表枯枝落叶)两部分。所以，森林生态 系统的碳汇也包括这两部分，即植被生物量碳汇和土 壤碳汇。
森林生态系 统碳循环的 简单模式
(2) 灌丛生物量数据 ●灌丛地上生物量资料: 34个样地
3、森林生物量碳储量及其变化
(1) 估算区域森林生物量碳储量的方法
1)平均生物量法(The mean biomass density method, MBM): Total biomass = Area×mean biomass density
白桦 辽东栎
5
二、我国森林碳汇的计量
1、有关术语解释 2、使用的数据资料 3、森林生物量碳储量及其变化 4、森林外树木碳储量及其变化 5、森林土壤碳库及其变化 6、森林生物量碳汇潜力预测 7、主要结论
森林
• 林分: 包括天然林和人工林，郁闭度度大于 0.3，1994年以后，改为郁闭度大于0.2。
1、有关术语解释
1、相关生长式(Allometric growth) 相关生长(allometry)是表示植物个体或群体的两个分 量间(x, y)或整体(y)与部分(x) 之间的数量表达式，为
y = axh
或 log (y) = h log (x)＋log a 比例常数h是很重要的常数， 称之为相关生长系数 (coefficient of relative growth)。
0.5034
20.547 51 0.87
1.112
2.6951 15 0.85
0.869
9.1212 112 0.91
0.5292
25.087 18 0.86
0.3491
39.816 30 0.79
0.8136
18.466 10 1.00
1.0687
10.237 9 0.70
0.7441
3.2377 10 0.95
Parameters in equation： BEF = a + b/x
a
b
n r2
0.5519
48.861 24 0.78
0.4652
19.141 90 0.94
0.8893
7.3965 19 0.87
0.6096
33.806 34 0.82
0.5723
16.489 22 0.93
0.4581
32.666 10 0.78
For direct field measurements, if a given forest type is composed of n stands, and their area, mean volume and mean biomass are Ai, xi, and yi, then the total biomass (Y1) can be expressed as:
• 竹林: 面积为4.8 ×106 ha, 占全国森林的 2.86 % ，其中毛竹林面积为3.4 ×106 ha。
毛竹林
四旁树：指在村旁、路旁、水旁、宅旁栽植的树木， 包括平原地区的小片林、农田林网以及农林间作的树 木。
Bordering villages (村旁)
Bordering roads (路旁)
2)平均生物量换算因子法(The mean ratio method, MRM): (BEF: biomass expansion factor, defined as ratio of total biomass to timber volume) Total biomass = total volume×BEF
动物被食量 利用凋落物收集器收集昆虫等粪便进行推算 鸟类和大型动物的被食量常常也由粪便估算
植物分解量 常常使用分解袋进行测定
2.2 枯枝落叶量测定
两种类型的凋落物收集器
凋落物测定用的小样方
林中设置的凋落物收集器
2.4 生态系统呼吸的测定
植被呼吸量的测定
(1) 不同器官不同径级呼吸速率的测定 (2) 建立非同化器官的直径级与其总长度的关系 (3) 建立呼吸速率与直径之间的数量关系式 (4) 推导具有生物学意义的林木呼吸速率计算模型 (5) 建立群落呼吸速率的计算公式
biomass density (Mg /ha)
mean BEF (Mg/m3)
n
Mean SD
n Mean
SD
36
215.8 260.5 25 0.89
0.28
106
90.2 57.8 90 0.73
0.50
29
85.4 67.7 16 1.05
0.29
34
127.2 68.2 34 0.90
0.22
Y1
=
A1 y1 + n
A2 y2 + Λ
+ Anyn
= A1(ax1 + b) + A2(ax 2 + b) + Λ + An(axn + b)
∑ = a A i ⋅ x i + bA (3)
i =1
On the other hand, in forest inventory, if total forest area and total volume for a given forest type
1.1453
8.547 12 0.98
0.8873
4.5539 20 0.80
0.9292
6.494 23 0.83
0.9788
5.3764 32 0.93
1.1783
5.5585 17 0.95
0.4969
26.973 13 0.92
0.7975
0.4204 18 0.87
p <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.005 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001
3
2.1 生物量及枯死木
生物量(biomass): 单位面积上生物有机体(动物、植物和 微生物)的量，通常用干重表示(g/m2, kg/ha, t/ha)。
现存量(standing crop): 某一时刻的生物量。
草地：直接收割法 森林：每木调查与
相关生长法
草地：直接收割法
2.3 动物被食量及植物分解量
0.36
20
48.8 29.2 20 1.31
0.32
30
84.8 53.9 13 0.90
0.58
26
88.3 54.9 18 0.85
0.21
从样方测定转换到区域估算的理论证明
Eq. 1 can be rewritten as Eq. 2.
BEF ＝ a + b x
(1);
y = ax + b (2)
2、数据资料
(1) 森林资源清查资料和生物量实测资料 ●森林资源清查资料: 1949、1950-1962、19731976 、 1977-1981 、 1984-1988 、 1989-1993 、 1994-1998 和 1999-2003 年 等 8 个 时 段 ， 其 中 ， 最后5期的调查资料详尽，是研究重点。 ● 生 物量 实 测 资料 : 1000余组 (林 龄、密 度、 DBH、高度、蓄积量、生物量等)
3) 连续生物量换算因子法(The continuous BEF method, CBM)
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连续生物量换算因子法
BEF＝ a＋ b/ x
x 代表每公顷上的树干蓄积 或生物量，针对同一森林类 型a和b是常数。
● 实现了由样方调查到区 域和全国的尺度转换。
● 广泛应用到从温带到热 带的各种森林类型中。
陆地生态系统碳循环(不同生产力概念之间的关系)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光合作用
GPP
大气CO2
CO2
CO2
CO2
光合产物
NPP
植物呼吸作用
生长量
NEP
凋落物
生物量 N收 B获 P
现存量 产品
火 被食量
异养 呼吸
异养 火 异养 呼吸 呼吸
土壤有机质
1
一、森林生物量测定原理： 相关生长式 (Allometry)
相关生长是 一个普遍的现象 —— 群落水平
土壤呼吸量的测定
(1) 建立土壤呼吸速率与土壤温度的关系 (2)土壤温度的日变化线 (3) 建立全年土壤呼吸量的计算公式
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植被呼吸量的测定 群落呼吸量的计算框架
树干呼吸的 连续测定
土壤呼吸量的测定
土壤呼吸速率与土壤温度的关系 r = f(t) = a(ebt) 或 r = f(t) = a ＋bt
植物呼吸 土壤呼吸
人类活动排放的CO2 的主要去向(2000-2007)
15 亿吨碳/年
大气(46%) 42亿吨碳
+ 75亿吨碳/年
陆地(29%) 26亿吨碳
海洋(26%) 23亿吨碳
Canadell et al. 2007, PNAS; Global Carbon Project 2008, update
相关生长是一个普遍的现象 —— 北京主要灌木群落的相关生长关系
2
相关生长是一个普遍的现象—— 区域水平
扩展相关生长式(generalized allometry)
式中，a、h和Y均为参数，Y是当x趋于很大时，y的上限值。
扩展相关生长式
2. 碳循环主要参数的测定 2.1生物量及枯死木 2.2 枯枝落叶量 2.3 植物分解量及动物被食量 2.4 生态系统呼吸
28
120.5 74.5 22 0.98
0.77
10
74.2 15.8 10 0.87
0.20
61
101.0 53.2 51 0.69
0.21
26
51.8 41.0 15 1.22
0.29
127
98.1 58.4 112 1.00
0.25
39
112.4 68.1 18 0.89
0.34
26
98.7 54.5 10 0.69
0.36
11
91.6 84.5 10 1.31
0.67
11
108.4 55.1 9
1.21
0.29
11
73.9 60.0 10 0.94
0.24
14
122.2 89.1 15 1.47
0.36
20
127.8 88.3 20 0.90
0.26
32
185.4 137.4 23 0.95
0.26
44
101.0 76.2 27 1.12
● 由于可以估算过去的生 物量变化，从而使长时间尺 度的生物量动态变化研究成 为可能。
中国主要森林类型的生物量转换因子参数
Forest type
Abies, Picea Cunninghamia lanceolata Cypress Larix Pinus koraiensis P. armandii P. massoniana, P.yunnanensis P. sylyestris var.mongolica P. tabulaefomis Other pines and conifer forests Tsuga, Cryptomeria, Keteleeria Mixed conifer and deciduous Betula Casuarina Deciduous oaks Eucalyptus Lucidophyllous forests Mixed deciduous and Sassafras Nonmerchantable woods Populus Tropical forests
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• 灌木林：以培育灌木为目的或分布在乔木生长 界以上，以及专为防护用途，覆盖度大于40% 的灌木林地。1994年以后改为覆盖度大于 30%。
(3) 土壤剖面数据 采用覆盖森林和疏林的共410个土壤剖面 (其中森林 土壤剖面378个，疏林土壤剖面32个)，土壤剖面数据 来源于第二次全国土壤普查170个，《中国森林土 壤》187个，以及实测土壤剖面53个。 (4) 卫星遥感数据 1982－99年NOAA 8 km分辨率的GIMMS-NDVI时间 序列数据库, 由日NDVI产生每15天的NDVI极大值. (5) 植被图： 1:100万 植被图
Bordering homesteads (宅旁)
Bordering ponds or canals (水旁)
非森林
• 疏林：指郁闭 度0.1-0.19 的森林，1994 年以前，疏林 标准为郁闭度 0.1-0.29 。
Elm tree (榆树林)
散生木：指生长在竹林、经济林、无林地及 幼林上层散生的高大林木。