大兴安岭东部天然落叶松林可加性林分生物量估算模型

【目的】探讨林分乔木层生物量的估算方法,为大区域、大尺度森林生物量的估算提供理论依据。【方法】利用1990—2010年5期大兴安岭东部天然落叶松林固定样地数据,选择基于林分变量的林分生物量模型和基于林分蓄积量的林分生物量模型作为林分乔木层生物量估算的方法,利用似然分析法去判断2种模型的误差结构(相加型和相乘型),并采用聚合型可加性生物量模型建立其林分生物量模型,模型参数估计采用非线性似乎不相关回归模型方法。采用"刀切法"评价所建立的林分生物量模型。【结果】经似然分析法判断,2种模型的误差结构是相乘型的,对数转换的线性回归更适合用来拟合林分生物量数据;2种模型的调整后确定系数R2a0.94,平均相对误差ME为0%~5%,平均相对误差绝对值MAE15%;所建立的2种可加性林分生物量模型的预测精度在98%以上。【结论】虽然基于林分蓄积量的林分生物量和基于林分变量的林分生物量模型形式不同,但二者都具有较好的预测精度;就本研究而言,2种估算林分生物量的方法都能对大兴安岭东部天然落叶松林林分生物量进行很好地估算。     

柏木无性系和家系含碳量的早期评价与优良品系选择

【目的】探究柏木无性系和家系的早期生长和固碳潜力，为速生高固碳柏木优良品系选择及其推广应用奠定理论基础。【方法】以营建在浙江省开化县林场9年生无性系和家系试验测定林为研究对象，分析其生长性状变异规律，解析各器官生物量和含碳量的分配差异，构建含碳量异速生长方程，并对其固碳潜力进行分析和估测。【结果】柏木无性系的平均树高、胸径和单株材积分别高出家系水平47.81%、28.39%和120.83%；树高、胸径和单株材积在无性系间和家系间均存在极显著差异(P<0.01)，无论家系还是无性系水平，胸径和树高均与生物量、含碳量呈显著正相关，与含碳率无显著线性关系。柏木树干生物量的分配比例最高，含碳量占比最大，而叶的含碳率最高；无性系主要是以牺牲粗根的生物量分配(较家系低3.45%)、增加树枝生物量(较家系高5.55%)和细根生物量(较家系高1.34%)来维持生长优势。以树高、胸径和枝下高为自变量，拟合的含碳量移速生长方程(lnTBS=k₀+k₁lnD+k₂lnH+k₃lnUBH)预测效果最好(除无性系树根含...     

广东省木荷碳密度及其不确定性估计

【目的】基于实测的广东省木荷地上和地下生物量数据及加权平均含碳率,建立单木地上、地下生物量模型,获得区域尺度木荷碳密度及其估计误差,为其他树种的区域尺度碳汇估计提供参考。【方法】参考广东省木荷分布数据,选择并伐倒90株木荷测定地上部分的含碳率和生物量,并从中抽取40株木荷测定地下部分的含碳率和生物量。分地上、地下部分构建生物量随胸径变化的异速模型,利用非线性回归拟合模型参数。基于广东省第八次森林资源连续清查数据,使用Monte Carlo模拟法分地上、地下部分估计区域尺度上木荷的碳密度。采用决定系数、均方根误差和平均预估误差评价单木生物量模型拟合效果,通过均方根误差和相对均方根误差度量区域碳密度估测的不确定性。【结果】广东省木荷地上部分含碳率为0554 9,地下部分含碳率为0548 7;建立的单木地上和地下生物量模型的决定系数分别为0909 8和0793 1,表明木荷单木生物量模型具有良好的拟合优度和预估精度;广东省第八次森林资源清查时的木荷地上碳密度为580±044 t·hm~(-2),不确定性占比762%,地下碳密度为173±017 t·hm~(-2),不确定性占比976%,总碳密度为753±054 t·hm~(-2),不确定性占比723%。【结论】广东省木荷地上和地下部分含碳率均大于南方地区的平均水平,有明显的地域特征。使用Monte Carlo方法可得到稳定可靠的区域尺度的碳密度,并可量化广东省木荷碳密度估计的不确定性。     

基于森林清查资料的中国森林植被碳储量

利用第七次全国森林资源连续清查数据,以回归模型估计法作为乔木林生物量的主要计算方法,以树种含碳率作为生物量转换为碳储量的系数,从单木归并到样地,从样地加权平均至省级区域,估算乔木林碳储量;以加权平均转换系数估算疏林地、散生木和四旁树的碳储量,以模型法估算竹林、灌木林的碳储量。结果表明:中国森林植被碳储量主要集中在西南和东北两大区;乔木林是中国森林植被碳储量的主体;人工林碳储量在中国乔木林碳储量中比例超过15%;阔叶树的碳储量和碳密度均大于针叶树。     

兴安落叶松立木材积和树皮材积可加性模型研建

【目的】确保立木材积和树皮材积预测的一致性并提高预测精度。【方法】以大兴安岭兴安落叶松为研究对象,分别采用控制法和分解法研建了可加性模型系统。利用SAS统计软件模型模块proc model中的NSUR法进行拟合及参数估计。拟合结果采用确定系数(R2)和均方根误差(RMSE)进行评价;检验结果则通过确定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、平均相对误差(MRE)、平均误差绝对值(MAB)和相对误差绝对值(MPB)进行评价。【结果】从模型的整体评价结果来看,两种方法的拟合和检验效果均很好,基于分解法构建的模型略优于基于控制法构建的模型;不同径阶的检验表明,对于中等径阶的树木(20≤D<36 cm),基于控制法的模型相对较好,而对于小径阶(5≤D<20 cm)和大径阶的树木(D≤36 cm),基于分解法的带皮、去皮、树皮材积模型的预测精度要比基于控制法的各立木材积模型要稍好。【结论】总的来说,两种可加性模型系统均能很好地预测单木带皮材积、去皮材积和树皮材积,并确保得到满足一致性的预测结果,在具体应用时可根据实际情况选择适合的可加性材积模型系统。     

桉树相容性可加性立木生物量模型系统研建

桉树是我国南方重要的速生树种,在保障国家木材安全和增强森林碳汇能力方面发挥着重要作用,但目前尚无可靠的立木生物量模型。从我国桉树林的主要分布区广西分别采集了183株和124株代表性样木的地上生物量(含干、皮、枝、叶各个分量)和地下生物量数据,采用最新的综合哑变量方法和误差变量联立方程组方法的联合估计技术,建立了相容性可加性一元和二元立木生物量模型系统。结果表明,地上、地下生物量模型的确定系数R²均在0.95以上,平均预估误差MPE分别在3%和6%以下。通过对3组已发表的桉树地上、地下生物量模型的估计结果进行对比分析,发现仅1组模型能达到相关技术规程的精度要求,另外2组模型的估计结果明显有偏差,其中偏差最大的地下生物量模型其相对误差甚至超出了100%。此次研建的桉树相容性可加性立木生物量模型系统,为准确估计广西乃至全国桉树林的生物量及碳储量提供了计量依据。     

含地域和起源因子的马尾松立木生物量与材积方程系统

【目的】建立含地域和起源因子的相容性立木生物量与材积方程系统,为准确估计森林生物量提供依据。【方法】以我国南方主要针叶树种马尾松为研究对象,基于301和104株样木的实测地上生物量、树干材积和地下生物量数据,综合利用哑变量建模方法和误差变量联立方程组方法,建立集地上生物量、树干材积和地下生物量为一体、确保与生物量转换因子和根茎比等变量相容的一元和二元方程系统,并分析立木生物量和材积估计是否受地域和起源的影响。【结果】所建立的马尾松一元和二元相容性立木生物量方程与材积方程,确定系数(R~2)均在0.92以上,其中地上生物量方程的平均预估误差在4%以内,地下生物量方程的平均预估误差在8%以内。对马尾松地上生物量和树干材积的估计,二元模型均显著优于一元模型,其F统计量远大于临界值;但对地下生物量的估计,二元模型反而不如一元模型效果好。不论是一元模型还是二元模型,地域和起源对马尾松地上生物量估计均无显著影响,地上生物量模型具有很好的通用性,同时也进一步印证了曾伟生等(2012)提出的通用性地上生物量模型M=0.3ρD~(7/3)的广泛适用性。对马尾松地下生物量的估计,不同地域的模型存在显著差异;相同直径的林木,总体1地域范围内(长江流域东南部)的地下生物量要大于总体2(长江流域中西部)。对马尾松树干材积的估计,二元模型不受地域和起源影响,但一元模型受起源影响;相同直径的林木,人工林的材积估计值大于天然林。【结论】将哑变量引入误差变量联立方程组,可同时解决多个变量之间的相容性及地上生物量和地下生物量样本单元数不相等时如何联合建模的问题,是切实可行的生物量建模方法;研究所建立的马尾松立木生物量方程、材积方程及其相容的生物量转换因子和根茎比方程,达到相关技术规定预估精度要求,可推广应用。     

基于国家森林资源清查数据的不同生物量和碳储量估计方法的对比分析

[目的]通过对不同生物量和碳储量的估计方法进行对比分析,为确定在国家森林资源清查中生物量和碳储量的具体估计方法提供依据。[方法]以广东省2012年森林资源清查的100个杉木林和80个马尾松林的实测样地资料为基础,利用近年来我国建立的主要树种立木生物量模型,对改进IPCC法、生物量模型法和转换因子连续函数法(即方精云法)3种方法按一元和二元模型共6种方案进行了对比;同时,基于改进IPCC法一元和二元模型的生物量估计值,用平均含碳系数法、组分含碳系数法和固定含碳系数(0.5或0.47)法分别对碳储量进行估计。[结果]用二元生物量模型法得到的杉木林和马尾松林样地的总生物量分别为320 Mg和331 Mg,一元生物量模型法的结果分别相差0.9%和6.2%;改进IPCC法的估计结果,采用二元和一元模型时杉木林分别相差-3.6%和-11.9%,马尾松林分别相差-8.5%和-19.6%;而方精云法的估计结果,采用二元和一元模型时杉木林分别相差6.65倍和6.60倍,马尾松林分别相差-14.3%和-18.0%。平均含碳系数法和组分含碳系数法的碳储量估计结果,杉木林仅相差0.2%,马尾松林相差约0.4%;固定含碳系数法的估计结果因树种而异,对杉木林要低估0.6%5.4%,对马尾松林要低估3.3%9.1%。[结论]对生物量的估计,采用生物量模型法准确性最高,而林木水平的生物量模型其预估精度要高于林分水平的模型;IPCC法是基于材积源的通用方法,将其中的缺省参数改进为可变参数模型,可大大提高方法的适应性;方精云法只是基于IPCC法所建立的林分水平模型在大尺度上的一种具体应用方法,其精度要低于林木水平的生物量模型法,不适于中小尺度应用。对碳储量的估计,采用平均含碳系数法与组分含碳系数法差异很小,但采用固定含碳系数法则误差较大。     

黑龙江省小黑杨人工林分生长收获模型研究

基于黑龙江省5期一类调查数据中587个小黑杨人工林样地,建立了小黑杨人工林生长与收获联立方程组预估模型,采用三步最小二乘法估计模型参数。结果表明:模型拟合及检验结果良好,确定系数(R2)均在0.96以上,模型检验精度均在96%以上,可用于估计黑龙江省小黑杨人工林断面积和蓄积量。     

河南省杨树人工林生物量研究

利用河南省第7次森林资源连续清查资料,分别采用生物量转换因子法、生物量回归模型法、生物量转换因子连续函数法对河南省杨树人工林生物量进行了估算。经比较模型的适用范围,最终采用生物量转换因子法估算值作为河南省杨树人工林生物量;中、幼林生物量占整个杨树人工林生物量总量的80.47%,表明杨树人工林生物量在各龄组中分布不均衡;河南省杨树人工林生物量总体质量不高,但具有较大发展空间,通过加强杨树人工林的抚育管理措施,对提升整个区域的杨树生物量水平具有重要意义。     

手杖式测树仪立木树高量测研究

【目的】树高是森林经营决策中最重要的一个参量,常用于估计森林生长、年龄、材积、生物量和碳储量等立木参数,其精度对立木质量的评价及森林生长的预测分析影响重大。为解决传统的树高量测仪器移动不便,测量周期长,人力耗损大等问题。【方法】以近景摄影测量为基础,构建了一种以登山杖绑定安卓智能手机为测量平台的便携、快捷的树高测量装备;针对立木生长环境有无坡度,拍摄是否产生倾角等情况建立了树高量测模型。在手机环境下,研制了立木树高测量软件APP。APP采用上下分屏技术,利用手机成像系统以及坐标系转换,使屏幕与待测立木建立关联,从而自动解算立木的深度信息;结合手机内部方向传感器的强大性能,单站作业可实时获取树高估计值。在北京市平谷区红石门村选取不同坡度的307株立木作为研究对象,使用该装备分别在上坡位和下坡位对其进行量测,将测定结果与全站仪多次量测求得的平均值进行对比分析。【结果】结果表明,树高估计值平均绝对误差为0.21 m,平均相对误差为2.11%,整体精度达到97.89%。当处于下坡位观测时,树高估计值平均绝对误差为0.11 m,平均相对误差为1.16%,树高精度高达98.84%。当处于上坡位观测时,树高估计值平均绝对误差为0.32 m,平均相对误差为3.07%,树高精度达到96.93%。智能手机倾斜角较大时,精度达到95.19%,智能手机倾斜角较小时,精度高达99.03%,说明手杖式测树仪观测时所产生倾角越小,精度越高。量测同一株立木时,下坡位观测的精度优于上坡位。【结论】此装备的研发满足国家森林资源连续清查中的测量精度要求,且装备成本低、灵活性强、不依赖其他设备获取深度信息、携带方便、具有较高利用价值,未来可作为森林资源调查树高测量装备。     

我国人工杨树生物量建模和生产力分析

【目的】建立人工杨树生物量模型,分析生产力与气候因子间的关系,为提升我国森林质量提供参考。【方法】基于在全国15个省(区、市)采集的450株人工杨树样木实测地上生物量和147株地下生物量数据,综合利用哑变量建模方法和误差变量联立方程组方法,建立一元和二元立木生物量联立方程组;基于样木胸径、树高和年龄的成对数据,建立与气候因子相关的单木生长模型。根据胸径和树高单木生长模型及二元立木生物量方程,分析气候因子对人工杨树单木生产力的影响。利用全国森林资源连续清查人工杨树林样地调查数据,计算每个样地的生物量和生产力,建立人工杨树林生产力与气候因子间的相关模型,进一步验证气候因子对生产力的影响。【结果】本研究建立的一元和二元人工杨树地上生物量方程,确定系数(R~2)在090以上,平均预估误差(MPE)在5%以内;地下生物量方程的R~2在083以上,MPE在10%以内;含气候因子的胸径和树高单木生长模型,R~2均在070以上,MPE分别在5%和3%以内。人工杨树的胸径、树高生长均与年均气温显著相关,林木年龄为20年,年均气温20℃时的胸径、树高和总生物量分别是年均气温0℃时的24、24和95倍。连清样地数据验证结果表明,年均气温提高10℃,人工杨树林的平均生产力可以提高25 t·hm~(-2)a~(-1);年均气温20℃时的人工杨树林,其平均生产力达到年均气温0℃时的7倍以上,与所建单木生长模型的可比推算结果完全一致。【结论】本研究建立的人工杨树立木地上和地下生物量方程及其相容的生物量转换因子和根茎比模型,达到相关技术规定的预估精度要求,可以推广应用;温度是影响人工杨树生产力的重要因素,随着年均气温升高,人工杨树生产力也相应提高。     

赤峰地区杨树人工林碳储量研究

以赤峰市杨树人工林为研究对象,对不同立地、不同林龄、不同林种杨树生物量、碳储量进行研究,结果表明:杨树人工林生物量随着树龄、胸径、树高的增长而增加,各个器官的生物量也不相同,干的生物量最大,叶的生物量最小,生物量依次顺序为:干根枝叶。树干的平均碳含量最大,为471.00 g/kg,根为461.14 g/kg,枝为468.00 g/kg,叶最小,为446.20 g/kg,不同器官的含碳率大小排序为树干树根树枝树叶。杨树人工林胸径与单株碳储量,树高、胸径与生物量、单株碳储量模型均符合乘幂模型,模型拟合率均大于80%。杨树人工林乔木层平均碳储量为37.783 t/hm2,赤峰地区杨树人工林乔木层碳储总量为26 539 627.38 t。     

更新期橡胶人工林生态系统碳贮量及分布

对处于更新期30 年橡胶人工林含碳量、生物量、碳贮量及其空间分布进行研究。结果表明:橡胶树组分的含碳量在29.94%～52.90 %之间,大小表现为:树叶>树干>树根>树枝>树皮>胶乳,相同器官的含碳量枯样的要比鲜样的高。凋落物层含碳量平均为51.90 %,林下植物为46.09 %。土壤含碳量平均为0.54%,随着土层深度的增加,各层次土壤含碳量逐渐减少,相邻土层差异不显著。橡胶林生态系统现存碳贮量为219.68 t·hm^-2,其中乔木层为140.21 t·hm^-2,占整个生态系统碳贮量的63.82 %,凋落物层和林下植被层为3.99 t·hm^-2,仅占1.82 %,土壤(0～100 cm)的碳贮量为75.48 t·hm^-2,占34.36 %。橡胶树各器官的碳贮量与其生物量成正比关系。树干的生物量最大,其碳贮量也最高,占乔木层碳贮量的55.67%。     

利用伐根估算杨树立木材积方法研究

通过对小黑杨的伐根直径、立木地径和胸径的大量调查和回归分析,估算小黑杨伐根的立木材积。建立了小黑杨的伐根直径与胸径的经验方程,制定了小黑杨的伐根立木材积表,为杨树利用伐根估算立木材积提供借鉴方法。     

基于无人机影像的森林生物量估测与制图

【目的】森林生物量的精确测定,对于全球气候变化和碳循环研究具有重要的意义。【方法】以东北林业大学城市林业示范基地为研究区域,首先利用无人机平台获取整个研究区域的高分辨率无人机影像;然后在研究区域四种人工林样地中分别选取20 m×20 m的4块建模样方和4块测试样方,通过每木检尺法实测建模样方内林木的树高和胸径数据,建立H-DBH(树高-胸径)估算模型,并结合已有的DBH-SB(胸径-树干生物量)模型得到测试样方的森林生物量数据;在处理后的数字冠层高度模型(DCHM)基础上利用局部最大值法提取树高与树冠中心点位置,建立一种结合无人机影像提取树高与H-SB(树高-树干生物量)经验模型的森林生物量制图方法。【结果】不同样方的H-DBH模型R2均大于0.70,测试样方的总地上生物量平均值为6915.85 kg,总的估测精度为87%。通过ArcGIS软件结合本研究提出的方法快速得到了整个研究区域的地上生物量分布图,估测总地上生物量为4396.18 t。【结论】研究结果可为快速准确的进行森林生物量的估测提供基础数据和技术参考。     

广西巨尾桉2年生人工幼林生物量及生产力研究

在对广西沙塘林场巨尾桉2年生人工林调查基础上，按标准木法测定巨尾桉人工幼林生物量，建立其估算模型，计算出巨尾桉人工林分的生物量和生产力，分析各器官生物量分配规律及林分生产力水平。结果表明，2年生巨尾桉人工林年生物量为16.57 t/hm^2，其中，干、根、叶、枝、皮各器官生物量所占比例依次为46.67％、16.85％、14.62％、12.16％、9.62％。应用建立的估算模型估测巨尾桉人工幼林生物量，其相关程度达显著水平。     

皖北杨树二元立木材积表的编制

以安徽省杨树人工林为研究对象,按照立木材积表编制要求,随机抽取329棵杨树伐倒木材积资料.以300棵样木资料为编表样本,选用3种数学模型为二元材积的候选模型,利用非线性麦夸特迭代求解法确定各模型参数、剩余标准差、相关指数.根据相关指数和剩余标准差,确定最优二元材积模型为:V=0.000 096 93d2.0123h0.6147".以29棵样木资料为验表样本,分别计算二元材积模型理论材积与实际材积的平均相对误差、平均绝对相对误差和系统误差,计算结果为:二元材积表分别是2.7%、8.6%、0.1%.各种材积误差均满足林业生产材积估算误差要求.     

闽北山地马尾松林生物量调查及其结构的研究

采用分层切割法对不同年龄马尾松人工林的生物量进行研究。根据各径级标准木生物量建立回归方程,估算不同年龄马尾松林分各器官生物量。同时还比较了不同年龄林分生物量结构和生产力。     

西藏自治区云杉林生物量密度模型研建

生物量密度模型是估算生物量和碳储量的依据。以西藏主要针叶树种云杉为研究对象,利用森林资源连续清查实测样地和样木数据,建立了云杉林生物量密度模型。结果表明:生物量密度随树高、郁闭度、胸径及林龄的增加而增加,随海拔的升高和经度的增加而减少。以海拔、郁闭度、平均胸径、经度作为解释变量构建的生物量密度非线性模型,其决定系数为0.716,总相对误差和平均系统误差控制在±1%以内,预估精度达到91.9%,可应用于实测或目测样地/小班生物量估算;以海拔、郁闭度、林龄、经度作为解释变量构建的生物量密度非线性模型,其决定系数为0.626,总相对误差和平均系统误差控制在±2%以内,预估精度达到90.6%,可应用于遥感样地/小班生物量估算;以海拔、郁闭度、胸径、林龄作为解释变量的生物量密度模型,其决定系数为0.717,总相对误差和平均系统误差控制在±2%以内,预估精度达到91.9%,可用于估算某个时间段内云杉林生物量变化或碳汇量。结合西藏森林资源连续清查或森林资源规划设计调查数据,可用于全区尺度上云杉林生物量的估算;利用林龄等因子建立的生物量模型,可掌握生物量、碳汇在空间上的分布规律及某一时期内的碳汇估算。