森林生物量與森林生態(tài)的關(guān)系

森林生物量與森林生態(tài)的關(guān)系

森林是地球生態(tài)系統(tǒng)的主體。它不僅在維護區(qū)域生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用，而且在世界碳平衡中也發(fā)揮著重要作用。森林生物量和生產(chǎn)力是反映森林生態(tài)系統(tǒng)功能的基本參數(shù)。對森林生物量和生產(chǎn)力的研究，主要有3個目的：一是在國家、區(qū)域或全球大尺度上通過對森林生物量和生產(chǎn)力的數(shù)量和空間分布格局研究，并與森林碳匯功能緊密結(jié)合起來，為評價大尺度的生態(tài)質(zhì)量和林業(yè)與生態(tài)建設成效提供定量依據(jù)；二是在生態(tài)系統(tǒng)的尺度上，利用生態(tài)系統(tǒng)生物量的分布格局和機理來揭示生產(chǎn)力與環(huán)境因子的相互關(guān)系，并為評價森林的可持續(xù)經(jīng)營提供科學依據(jù)；三是為促進能源合理利用和提高生物產(chǎn)量與生產(chǎn)力水平提供決策依據(jù)。為了正確評估森林在全球碳平衡中的作用，在國家或區(qū)域尺度上利用森林資源清查資料對森林的生物量或碳儲量進行估計也日益成為生態(tài)學研究的重點。云南是我國森林植被類型最豐富的省份，幾乎包括從寒溫性針葉林到熱帶雨林的所有森林植被類型，素有“植物王國”之稱。云南也是我國森林資源的大省之一，根據(jù)全國第六次森林資源清查結(jié)果，云南林地面積居全國第2位，森林面積和森林蓄積居全國第3位。因此，對云南的森林生物量和生產(chǎn)力進行研究，無疑具有重要意義。本研究通過利用云南最新的（2002年）森林資源清查數(shù)據(jù)，對全省的森林生物量進行估計，為碳匯功能評價及森林生態(tài)系統(tǒng)評價服務；并通過對全省森林總生產(chǎn)力和平均生產(chǎn)力的估計，為森林資源的保護和經(jīng)營利用提供參考依據(jù)。1生物量和生產(chǎn)力我國森林生物量和生產(chǎn)力的研究始于20世紀70年代后期。先后建立了主要森林樹種的生物量測定相對生長方程，估算了它們的生物量和生產(chǎn)力，初步總結(jié)了全國不同森林類型的生物量和生產(chǎn)力及其分布格局。90年代中期，方精云等利用我國第三次（1984-1988）森林資源清查資料和全國各地的生物量和生產(chǎn)力研究資料，首次對全國的森林生物量和生產(chǎn)力進行了估計。截至目前，我國有關(guān)研究者已對幾十個樹種的生物量和（或）生產(chǎn)力進行了研究。研究最多的是杉木，對松類、桉類、竹類和其他闊葉樹種也有較多的研究。1.1森林生物量模型生物量的估計方法可以分為兩種：一是直接利用生物量模型（如相對生長方程）和有關(guān)的林木測量因子對生物量進行估計。由于全國還尚未建立符合統(tǒng)一標準的各樹種生物量模型，因此，該方法的應用目前僅局限于個別地方的部分樹種，無法對大尺度的森林生物量進行估計。二是利用生物量與蓄積量的轉(zhuǎn)換系數(shù)（BEF）或關(guān)系模型進行推算。該方法盡管比較粗放，但因為只要具備了各類樹種生物量與蓄積量的轉(zhuǎn)換系數(shù)，就可依據(jù)森林資源清查成果的蓄積量數(shù)據(jù)直接推算生物量，因此目前應用較多，方精云等（1996,2001）的生物量估計方法就屬于此類。限于目前條件，本研究采用上述方法二來估計森林生物量。所采用的基本資料，一是全省2002年的森林資源清查資料，二是有關(guān)文獻中引用的各森林類型的生物量研究資料。關(guān)于各森林類型的生物量研究資料，本研究主要引用方精云等（2001）綜合提出的21種森林類型的轉(zhuǎn)換系數(shù)模型：式中：B為每公頃生物量，V為每公頃蓄積量，a和b為參數(shù)。由于森林資源清查數(shù)據(jù)是按優(yōu)勢樹種對森林進行分類，因此21種森林類型的生物量計算參數(shù)中，針葉落葉混交林和照葉林的參數(shù)未使用。對其它19種森林類型的參數(shù)通過對比分析發(fā)現(xiàn)，其中用來估計闊葉混交林的參數(shù)（a=0.6255,b=91.0013）與其它參數(shù)相比存在異常，故不擬采用該參數(shù)，而只采用其它18套參數(shù)。另外增加針葉混交林、針闊混交林、闊葉混交林3個類型的參數(shù)，其中針葉混交林的參數(shù)用11個針葉樹種的平均值，闊葉混交林的參數(shù)用7個闊葉樹種的平均值，針闊混交林的參數(shù)用針葉混交林和闊葉混交林的平均值，見表1?？傮w而言，針葉樹種的換算系數(shù)要小于闊葉樹種，主要表現(xiàn)在a值較小。1.2森林生產(chǎn)力的估算森林生產(chǎn)力通常有兩種方式測定：一是通過光合和呼吸作用的氣體代謝方式直接測定；二是通過測定一定期間內(nèi)森林現(xiàn)存量變化的方式來推算。本研究采用第二種方式，用單位面積和時間內(nèi)所積累的生物量表示森林生產(chǎn)力，其中間隔期內(nèi)的生物量用蓄積生長量按前述轉(zhuǎn)換系數(shù)進行推算。由于生物量的換算是基于蓄積量而不是生長量，因此由生長量推算生物量還需從最基本的相關(guān)關(guān)系式入手。根據(jù)（1）得：從而有△B2-B1=a·（V2-V1）。因此，從蓄積生長量轉(zhuǎn)換為生物量，只需利用前面的參數(shù)a，用a與生長量的乘積得到生物量。2竹林生長和蓄積量的測量按照森林資源清查結(jié)果，森林（有林地）包括林分、經(jīng)濟林和竹林3部分。其中經(jīng)濟林主要是灌木型，且都沒有測量蓄積量；而竹林比較特殊，只有株數(shù)和面積，沒有相關(guān)的換算模型。因此，本研究的森林生物量重點只考慮林分。2.1森林蓄積量比較根據(jù)全國第六次森林資源清查結(jié)果，云南林地面積為2424.76萬hm2，森林面積為1560.03萬hm2，林分面積為1356.68萬hm2，蓄積為139929.16萬m3，單位蓄積103.15m3/hm2。按照表1的轉(zhuǎn)換參數(shù)分別計算各優(yōu)勢樹種林分的生物量，匯總得到全省林分總生物量為1187.59萬Mg，單位生物量87.54Mg/hm2。按針闊類型分，針葉林分（含針闊混交林分，下同）面積為710.68萬hm2，蓄積為65639萬m3，單位蓄積92.36m3/hm2，生物量為44314萬Mg，單位生物量62.35Mg/hm2；闊葉林分面積為645.9萬hm2，蓄積為74290萬m3，單位蓄積115.02m3/hm2，生物量為74445萬Mg，單位生物量115.26Mg/hm2。由此可知，盡管闊葉林蓄積只占53%，但其生物量卻占了63%；闊葉林單位蓄積是針葉林的1.25倍，但單位生物量是針葉林的1.85倍?？傮w而言，闊葉林比針葉林的生物量要大。根據(jù)方精云等（1996）對全國經(jīng)濟林、竹林和灌木林（含疏林）生物量的估計結(jié)果【2】，其單位生物量分別為23.71Mg/hm2,73.13Mg/hm2,17.75Mg/hm2。若以此為推算依據(jù)，用第六次森林資源清查結(jié)果來估計，則云南經(jīng)濟林、竹林和灌木林（含疏林）的生物量分別為3231萬Mg,632萬Mg,8662萬Mg，從而使全省的森林生物量達到122622萬Mg，包括灌木林（含疏林）后達到131284萬Mg。2.2單位面積生產(chǎn)力根據(jù)第六次森林資源清查結(jié)果，云南林分年均生長量為5703.76萬m3，單位面積年均生長量4.20m3/hm2。按前述方法分別計算各優(yōu)勢樹種林分的生產(chǎn)力，匯總得到全省林分總生產(chǎn)力為4196.29萬Mg/a，單位面積平均生產(chǎn)力為3.09Mg/hm2.a。按針闊類型分，針葉林分年均生長量為2752.13萬m3，單位面積年均生長量3.87m3/hm2，總生產(chǎn)力為1374.89萬Mg/a，單位面積平均生產(chǎn)力為1.93Mg/hm2.a；闊葉林分年均生長量為2951.63萬m3，單位面積年均生長量4.57m3/hm2，總生產(chǎn)力為2821.40萬Mg/a，單位面積平均生產(chǎn)力為4.37Mg/hm2.a。由此可知，盡管闊葉林蓄積生長量只占52%，但其總生產(chǎn)力卻占了67%；闊葉林的平均生產(chǎn)力要高于針葉林，是針葉林的2.26倍?？傮w而言，各森林類型的平均生產(chǎn)力差異，基本體現(xiàn)了生產(chǎn)力按森林類型的正常分布規(guī)律。3森林生產(chǎn)力估計結(jié)果的檢驗綜前所述，云南目前的森林總生物量為122622萬Mg。其中林分生物量118759萬Mg，林分單位面積生物量87.54Mg/hm2。森林總生產(chǎn)力為4196.29萬Mg/a，平均生產(chǎn)力為3.09Mg/hm2.a。其中針葉林平均生產(chǎn)力為1.93Mg/hm2.a，闊葉林平均生產(chǎn)力為4.37Mg/hm2.a。依據(jù)總生物量和平均生產(chǎn)力推算，大約相當于積累到目前的生物量平均需要28.3a，其中針葉林為32.2a，闊葉林為26.4a。如果按照森林蓄積量和平均生長量推算，則相當于積累到目前的蓄積量約需24.5a，其中針葉林為23.9a，闊葉林為25.2a。二者相差不大，但根據(jù)生產(chǎn)力推算的時間略長（尤其是針葉林），反映出平均生產(chǎn)力的估計結(jié)果可能偏小。通過分析發(fā)現(xiàn)，本文所采用的生產(chǎn)力估計方法確實可能造成估計值略為偏小。因為是直接按公式△=a(V2-V1）計算的，這對于前后兩次測定時森林類型或優(yōu)勢樹種不變的情況是基本合適的，而對于另外兩種情況則是不合適的。一是第五次清查為生物量近似等于0的無林地或非林地，由于間隔期內(nèi)人工造林或封山育林等因素，第六次清查時變成了有林地；二是由于人為采伐或自然災害等因素使前后期的森林類型或優(yōu)勢樹種發(fā)生了變化。對于這兩種情況，按本文的算法得到的結(jié)果要偏低。如某樣地第五次清查為非林地，無生物量，第六次清查時為4年生的桉樹速生豐產(chǎn)林，單位蓄積達到50m3/hm2。按表1中的參數(shù)計算，第六次清查時的生物量應為48.9189Mg/hm2，從而平均生產(chǎn)力為12.23Mg/hm2.a；而直接按△=a(V2-V1）計算，因為參數(shù)b的影響得不到體現(xiàn)，間隔期內(nèi)的生物量只有44.3650Mg/hm2，平均生產(chǎn)力為11.09Mg/hm2.a。樹種不同，其影響大小也不一樣，b值越大的樹種影響也越大。因為平均而言，針葉樹種的b值較大，闊葉樹種的b值較小，因此對針葉樹種的生產(chǎn)力估計值，其偏小的程度可能就大一些。另外，由于本文估計生物量所依據(jù)的轉(zhuǎn)換模型參數(shù)來自全國的各種生物量專題研究文獻資料，因此結(jié)果的準確性必