第22卷 第5期世 界 林 业 研 究Vol.22 No.5 2009年10月World Forestry Research Oct12009
我国的森林生物量研究3
马 炜 孙玉军
(北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京100083)
摘要:论述了我国森林生物量的研究内容及方法,对乔木层、林下植被、凋落物、粗木质残体、根系以及区域尺度的生物量研究进行了总结,概述了直接收获法、回归模型、平均换算因子法等常见的森林生物量估测方法。
最后提出当前我国在研究重点分布、基础数据采集以及空间尺度转换等方面存在的一些问题,指出森林生物量研究在遥感监测等方面的发展趋势。
关键词:森林生物量,模型估算,粗木质残体,尺度转换,遥感反演
中图分类号:S758.5 文献标识码:A 文章编号:1001-4241(2009)05-0071-06
Forest B i oma ss i n Ch i n a
Ma W ei SunYujun
(The Key Laborat ory for Silviculture and Conservati on of M inistry of Educati on,
Beijing Forestry University,Bejing100083,China)
Abstract:Forest bi o mass has great research and app licati on value in f orest ecol ogical syste m.Con2 cep ti on,significance and devel opment hist ory of China’s f orest bi omass were exp lained.Extra e m2 phasis was p laced on research contents and methods of forest bi omass in China.An intr oducti on was made on the researches including dom inant s pecies,vegetati on,litter,coarse,r oot and regi onal scale bi omass esti m ati on as well.Some common forest bi omass esti m ati on methods were su mmarized, such as harvest,regressi on model,and bi omass-expansi on-fact or equati on.There still existed s ome shortages in forest bi omass research in China,i.e.in dis p r oporti on of study field,the collec2 ti on of basic data and the scaling-up of measure ment.Finally,the devel opment trend of forest bi o2 mass was pointed out.
Key words:forest bi omass,esti m ati on model,coarse woody debris,scaling-up,
re mote sensing inversi on
森林生物量是森林生态系统最基本的数量特征,近十几年来,其提供了大量可靠的基础数据用以研究森林生态系统的生产能力以及揭示森林生态系统能量平衡和养分循环等功能过程的变化规律[1-2]。森林生物量已成为量度森林结构和功能变化的重要指标,并为生态系统的碳汇和碳素循环研究提供关键数据,在碳循环、全球气候变化研究中起到重要作用[3-5]。目前国际林联(I U FRO)在《国际森林资源监测大纲》中已将森林生物量列为最主要的监测项目之一[6]。
我国植被生物量的研究起步较晚,但经过近30年的发展,已经对森林生态系统中主要乔木、林下植被、凋落物、粗木质残体、根系等生物量进行了大量估测,开拓了不同森林类型、不同气候带与区域尺度生物量等研究领域。目前,我国森林生物量已经有了大量点上的分散资料的积累,这
3收稿日期:2009-05-23
基金项目:引进国际先进林业科学技术计划资助项目(948)(2008-4-48);高等学校博士学科点专项科研基金基于树木生长的森林碳储量模型(20060022009);国家自然科学基金资助项目基于森林资源清查的碳循环研究(30571492)作者简介:马炜(1985-),男,福建龙岩人,硕士,主要从事森林资源监测与评价研究,E-mail:bright m a wei@https://www.doczj.com/doc/139957747.html,
通讯作者:孙玉军,E-mail:sunyj@https://www.doczj.com/doc/139957747.html,.an
世 界 林 业 研 究第22卷
些既有局部典型又有国家尺度的研究大大推进了我国森林生物量及相关的生态系统和全球变化研究的开展,也为系统研究我国的森林植被碳库及其变化打下了基础。
1 研究内容及方法
1.1 乔木层生物量估测
潘维俦等于1979年最早估测了杉木人工林的生物量和生产力,李文华、冯宗炜等也对长白山温带天然林、南方马尾松人工林等生物量进行了初步研究[1]。李意德等结合森林采伐采用皆伐法对我国海南岛尖峰岭热带山地雨林生物量进行了调查,取得了较精确的数据[7]。早期的这些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2个方面都得到了初步发展,但采用的方法基本局限于直接收获法,成本较高,对环境影响也较大。
随着计算机技术和各种先进统计分析软件的广泛应用,在直接收获法基础上衍生出了回归模型估测法,根据相对生长理论,以胸径D、树高H、D2H等为变量,利用数理统计配置回归方程,通过实测生物量或建立统计关系进行宏观拓展,获得某一树种或林型的生物量状况[8-9],具有较高的准确度和可信度,在局部森林生物量估计中广泛采用。“平均生物量法”结合了大量调查数据和单株测树因子建模,也是较常用的方法[10]。近十几年来,各地学者结合直接收获法及回归模型对我国主要树种生物量进行了更深入的研究。乔木单株木生物量研究方面,温远光等按径级标准木法测定了尾叶桉干、皮、枝等器官生物量,建立了相对生长方程推算尾叶桉林分的生物量和生产力[11]。李燕燕等通过分级取样测定法,对马尾松纯林及马尾松-格氏栲混交林生物量空间结构进行了分析,发现混交林能明显增加生态系统的生物量,特别是枝叶生物量分布结构合理,所占比例较大[12]。在乔木生物量与林分因子、群落关系研究方面,段爱国等总结前人生物量调查研究资料并结合杉木人工林固定样地长期观测材料,研究了杉木人工林生物量在不同林龄、立地指数和林分密度的变化规律[13]。刘申等根据鼎湖山多种植被类型乔木生物量研究结果,得到群落生物量递减、倒钟型和递增3种径级分配规律,认为山地常绿阔叶林生物量发展潜力巨大[14]。目前,我国主要树种以及一些主要森林类型的生物量都已经得到测定,并提出许多较为成熟的估算模型[15-16]。但是,树冠等因子与乔木生物量关系的研究尚处于起步阶段[17],如何规范生物量计量参数,并解决总量与各维量模型间的相容性也是当前困扰生物量研究的主要问题[18-19]。
1.2 区域尺度森林生物量估测
在区域尺度生物量估测领域,冯宗炜等率先总结了全国不同森林类型的生物量及其分布格局[20]。罗天祥、李文华等进一步建立了我国主要生物生产力优化模型系列,估算了我国森林生物总产量[21]。平均生物量法、平均换算因子法及换算因子连续函数法基于系统抽样进行样地调查或建立在森林资源清查资料基础上,是估算区域尺度森林生物量较常用的方法。平均生物量法对于大量不同森林类型和树种构建模型并不容易实现[22]。平均换算因子法以及换算因子连续函数法则分别通过固定的和随材积变化的生物量转换因子(B EF),再根据林木蓄积推算得到生物量[23-24]。方精云等结合实测资料和全国森林资源清查资料,建立“B EF=a+b/V”模型,实现了由样地调查向区域推算的简单尺度转换[25]。陈先刚等根据中国竹林面积及生物量等研究成果,发现我国竹林碳储量在过去50年呈增加趋势,并预测随着面积的增加,竹林碳储量仍将继续增加[26]。国内区域森林生物量研究范围涵盖了温带、亚热带等气候带,不同森林类型生物量的变化显著,而且天然林乔木层生物量明显大于人工林。
此外,基于遥感技术和模拟模型方法估测区域尺度植被总生物量的研究也得到了初步发展,方精云等较早结合卫星遥感技术和植被等地面空间数据,应用CAS A模型估算了我国植被年净第一性生产量及其时空变化[27]。李克让等利用CE VS A模拟了国家尺度的植被总碳储量[28]。为了准确评估森林在全球不同尺度地学过程中的作用,如何更有效地利用森林资源清查资料、遥感技术和模型模拟来监测评估国家和区域尺度的森林生物量和碳储量,正日益成为人们关注的重点。1.3 林下植被生物量估测
林下植被是林下乔木幼苗、灌木、草本及藤本等的统称,因与乔木层相比其生物量仅占10%～30%,处于次要地位而较少受到重视[29]。上世纪
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第5期马炜,孙玉军:我国的森林生物量研究
80年代,在结构过于简单的杉木、杨树等人工林系统中暴露出严重的地力衰退等各种生态问题后,林下植被在促进森林生态系统养分循环、维持立地生产力等方面的作用得到肯定[30],灌木等林下植被生物量研究才日渐展开。林下植被生物量的测定方法主要为传统的“全收获法”和回归模型估测法。回归模型估测法在近几年迅速发展,多以树高、基径、冠幅、盖度等作为预测变量,建立直线、二项式及指数等多种回归模型。姚茂和、林开敏等最早对杉木人工林林下植被生物量进行了研究,描述了不同立地指数和不同林龄下的动态特征,提出一系列预测模型[31]。潘攀等以长白落叶松人工林的林龄和密度为自变量,建立了灌木和草本生物量的多种回归关系[32]。近年来,松杉类人工林林下植被生物量研究日渐成熟,对于结构较复杂且所占比例较大的阔叶林林下植被生物量的研究也日渐增多[33]。曾小平等通过研究发现,南亚热带丘陵地带阔叶林林下生物量积累呈明显的增长趋势,并高于针叶林[34]。杨昆、管东生认为,以冠幅、盖度和高度作自变量建立简单的线性回归方程,能较准确预测南亚热带次生常绿阔叶林林下灌木单株及单位面积生物量[35]。近几年,国内逐渐有了关于森林生态系统中苔藓等生物量研究的报道,包维楷等通过生物量测定认为,苔藓是评判人工林生态功能恢复效果的必要手段[36]。林下植被生物量调查工作可以配合上层乔木生物量调查,也进一步促使人们了解森林结构生物量和物种多样性的动态变化。
对林下植被所处生境土壤、光照、温度等异质性的把握和取样技术的不断改进,对于林下植物生物量的准确测定具有重要的实践指导意义。此外,运用遥感技术建立乔木层与林下植被生物量之间的关系模型,有利于大尺度研究乔木层生物量与林下植被生物量的动态变化规律,为进一步研究区域森林结构和功能的变化发展提供依据。
1.4 凋落物生物量估测
凋落物也称为枯落物或有机碎屑,一般指林内乔木和灌木的枯叶、枯枝(直径小于2.5c m)、落皮和繁殖器官,以及林下枯死的草本植物及枯死植物的根。传统上森林凋落物主要被放在生态系统养分循环的背景下进行研究,现代凋落物研究主要被放在全球变化的背景下进行探讨,地面凋落物积累已被看作是一个重要的碳汇[37-38]。目前国内的研究涉及到北方针叶林、亚热带阔叶林等多种森林类型[39-40],主要包括森林凋落物生产量和现存量2方面。森林凋落物产量多采用凋落物收集器于每月定期调查。实际研究中常根据研究目的、尺度范围和要求精度不同来确定采集过程中样方数目、取样位置及时间,以达到预期效果。凋落物现存量的研究基本都是在每年森林生长结束期,结合乔木调查,布设样方,采用直接收集法调查[41]。张德强等调查得到鼎湖山季风常绿阔叶林凋落物现存量与年凋落物量分别为8.74t/h m2和8.84t/h m2,两者间差异不大[42]。已有研究多以年为时间单位,也有关于凋落物量季节变化的研究,如张乔民等通过对海南三亚河红树凋落物总产量及其组分的季节性调查,发现其存在明显的多峰值锯齿形的季节变化现象[43]。
根据近年来的研究,寒温带和暖温带的森林凋落物层现存量大于热带雨林(或季雨林),森林年凋落量随气候带及森林类型不同起伏较大,其他组分(枝、皮、繁殖器官、叶鞘、动物残骸等)变化不显著。森林凋落物是森林生态系统生物地球化学循环的一个重要组成部分,决定了森林地表生物量的大小,对其进行深入研究意义远大。
1.5 粗木质残体生物量估测
粗木质残体是指在森林中由于生物或者非生物因素引起整株林木或林木一部分死亡后形成的粗木质残体在林地的积累,包括所有倒木、根桩、大死根等,全球森林粗木质残体生物量占到森林生物量的10%以上[44]。随着全球碳的源汇问题和生物多样性保护研究的开展,粗木质残体生物量成为此类研究的重要组成部分。
上世纪90年代,陈华等全面比较了长白山红松针阔混交林与美国云冷杉林2大森林生态系统粗木质残体贮量在全球森林凋落物碳贮量估测中的作用,开始了国内对粗木质残体的研究[45]。之后,温达志、李凌浩等也对热带亚热带常绿阔叶林、暗针叶林、红松针阔混交林等温带森林进行了粗木质残体生物量研究[46-47]。近年来国内出现了大量对粗木质残体的系统化、定量化研究,产生了一套较成熟的研究方法。进行粗死木质残体的生物量调查应首先确定样地,对枯立木、倒木和残干进行每木调查,再记录树种、胸径、两头和中央
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世 界 林 业 研 究第22卷
直径、残干长度以及死亡时间,并判断其腐朽等级,最后获得样木或样品作室内分析[48]。据已有研究结果,我国北方针叶林中粗木质残体储量为
7.9～16.2t/h m2,东部常绿阔叶林为25.278t/
h m2,西南部常绿阔叶林为98.46t/hm2。相比世界平均水平,我国北部森林中粗木质残体生物量水平很低,处在针叶林标准下限以下,而常绿阔叶林则远远大于标准上限[49]。目前,我国鼎湖山森林生态系统定位站已率先建立了面积达1hm2的季风常绿阔叶林粗木质残体永久样地供长期观测[50]。我国幅员辽阔,具有各种各样的森林类型,粗木质残体生物量研究的前景十分广阔。
1.6 地下根系生物量估测
地下根系在森林生态系统碳平衡中起着十分重要的作用,然而其研究的深度和广度与地上部分相比有相当大的距离。实际上根的总生长量每年可达2000～5000kg/h m2,以细根而言,它在树木根系总生物量中的比例接近30%,现存生物量占总生物量的5%以上[51]。上世纪80年代,李文华、徐振邦等首先进行了长白山地区根系生物量研究。90年代以来,我国对根系的研究有较多报道[52]。目前研究认为,树木或林分大部分根系位于50c m 土层以上,且多集中于枯落物层和10c m以上矿质土壤表层;北方森林根系分布最浅,温带针叶林最深,细根生物量随深度增加呈指数递减的规律。
地下根系本身存在的空间分异性和不可预知性导致生物量的测定存在困难,主要体现在取样点的设置以及测定方法上。迄今尚无快速、准确的测定方法。国内多采用传统的挖掘收获法、挖土块法等。邓坤枚等调查了云南不同林龄的云南松细根系生物量,进行自然环境因子和根系生物量分布相关分析[53]。而关于根系动态变化通常用钻取土芯法,杨秀云等对华北落叶松人工林距树干不同水平距离处各土层深度多个径级的细根生物量分时期测定,深入分析细根与立地和林分结构的关系,得到了细根空间分布和季节更替的动态变化[54]。近几年,关于根茎比间接估计法及建立回归模型法的研究日益增多。刘兴良、马钦彦等结合乔木标准地调查,对四川西部山地主要人工林的根系进行了研究,提出以D2H作变量估测单株林木根系生物量的模型以幂函数模型为最佳的观点[55]。此外,内生长土芯法以及微根区管法既能够测定根系的生物量,还能对根进行长时间定量监测,这是其他传统研究方法不可比拟的。近几年,微根窗法、地面穿透雷达法、X光根系扫描分析系统等新技术的出现将为根系生物量的研究开辟新的空间。
2 存在的问题
我国对森林生物量的研究虽然发展迅速,并且在理论和技术上都达到了一个较高的层次,但仍存在一些问题。
1)研究内容亟待拓展。当今全球森林生态系统中,中幼龄森林所占比例越来越大,林下植物、凋落物及粗木质残体等的生物量所占比重也同时增大。然而我国森林生物量的大量研究仅针对乔木和灌木,对苔藓等地被物以及动物和微生物的生物量研究尚处在起步阶段,采伐残留物生物量研究则更为少见,区域乃至全球尺度森林粗木质残体的研究还未见报道。所研究的森林类型主要集中在群落结构相对单一的人工林种群,对组成复杂的自然森林生态系统的研究还较少。地域分布上,可及度小的青藏高原地区研究明显滞后,跨气候带的比较研究也很少见。
2)研究方法缺乏创新。国内对于森林生物量的估测仍主要采用经典的收获法,获取的实测数据虽然较精确,但也存在诸多问题。以取样为例,特别是对于林下植被及凋落物的生物量调查,一般简单根据所要达到的精度要求和成本来确定样方面积、形状和数量,但如何量化取样点的数目以及如何进行空间取样点的布设仍得不到成功解决,取样科学与否直接影响到估算的结果[56]。此外,工作量大、过程冗繁、周期长,测定技术难成体系,样本数量少,统计结果缺少代表性等都是当前研究方法的不足。
3)基础数据采集不力。由于研究中使用的方法尚未统一等原因,导致森林生物量估算数据参量缺损,存在极大的不确定性。即使是同一森林,不同学者的报道结果也存在一定差异。在进行区域尺度研究时,往往由于数据缺乏,系统性比较分析非常困难。此外,基础数据缺乏连续性,无法确切反映森林生态系统的变化状况,也成为构建和利用模型的障碍。因此,建立固定样地或观测站进行长期定位观测,并采用相对统一的研究
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第5期马炜,孙玉军:我国的森林生物量研究
方法,从而获得大量规范、系统、可比的数据是森林生态系统生物量研究的重要任务。
4)空间尺度的转换问题。当前,全国甚至全球范围的生态系统定位站网络的建立势在必行,而区域尺度上的森林生物量研究既是从点、斑块转向大尺度的重要环节,也是薄弱部分。目前将森林清查资料数据转换为区域尺度生物量具有可行性,但存在一定难度,如尺度转换方法只适用于样木密度足够大的区域;研究成果大部分局限于某一森林类型或地区;样本资料的系统性、代表性和一致性不足等[57-58]。生物量换算因子的连续变化和由样地实测到区域推算等主要问题亟待解决,样地调查、遥感分析和模型模拟等方法的综合运用将是解决尺度耦合问题的主要趋势[59]。
5)加强模拟模型的应用。建立模型是定量化研究的必然途径,也是反映自然现象本质的最好方法。对大区域甚至全球森林生物量的预估和监测,模拟模型具有极大优势。近十几年来国际上发展了B I O ME-BGC、C MB-T ool等大量与生物量相关的模拟模型,国内多引进或改进国外模拟模型进行生物量研究,尚无基于我国实际情况开发的模拟模型。由于人类活动对森林生态系统的干扰日益严重,选择在斑块及区域尺度范围内主导的稳定参数构建动态模型,同时有效降低模型参数随空间尺度变化的敏感性,才能准确评估森林生物量的时空分布格局[60]。
3 发展趋势
森林生物量的变化反映了森林的演替、人类活动、自然干扰(如林火、病虫害等)、气候变化和大气污染等的影响。当前及今后相当长一段时期内,我国仍需开展涵盖森林个体、种群、群落等多种尺度的生物量研究,结合森林生物量时空变化规律和森林碳储、生物量能源开发、植被恢复等研究,深入探究森林生物量与全球气候变化、能源危机、土地利用之间的关系也已成为研究的热点[61]。近几年国内从整体上开始重视现代高新技术的应用,现代测树仪器向数字化、自动化、精准化方向的发展使得一些主要特征数据的采集更为精确。航天遥感、地面近景摄影测量和广义3S 技术的应用为森林生物量和生产力的变化监测奠定了良好的技术基础,特别是遥感反演法推算区域尺度森林生物量日渐兴起,使适时、连续监测大范围森林生物量成为可能[62]。同时数学模型估测方法日趋成熟,模拟模型开始得到越来越多学者的关注。森林生物量研究方法及技术上的提高有助于构建我国森林生物量基础数据库及观测网络,最终实现对森林生物量时空分布格局的实时监测。
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森林生物量地研究进展-生物论文 森林生物量地研究进展 摘要：森林生物量是森林生态系统地最基本数量特征，是研究许多森林问题和生态问题地基础.建立森林生物量模型地目地是制定全国森林植被（包括乔木、灌木和草本）生物量地计量标准，为评价我国森林生产力和森林质量，以及监测我国地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地总重量，或者一个群落内所有生物有机体地总重量，前者是种地生物量，后者是群落地生物量.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地有机物和能量.群落生物量地多少，反映了群落利用自然潜力地能力，是衡量群落生产力地重要指标，也是研究森林生态系统物质循环地基础. 森林生物量是近代林学中发展起来地一项新内容，它是指各种森林在一定地年龄、一定地面积上所生长地全部干物质地重量，它是森林生态系统在长期生产与代谢过程中积累地结果.森林生物量是研究森林生态系统结构和功能地基本数据，主要有3个研究目地：一是在全球或区域地尺度上通过对森林生物量和生产力地地理空间分布规律，以及与气候因子、植物群落分布之间关系地研究，可以估算地球生物圈地承载能力.森林具有减缓温室效应地作用，森林生物量和生产力地研究与森林碳汇功能紧密结合起来，使森林地生物量和生产力成为新地研究热点.二是在生态系统地尺度上，某一森林生态系统生物产量地分布格局和机理可用来揭示生态系统生产力与环境地相互关系，探索维持持久林地生产力和健康
森林生态系统地内在生理要素和外在生态条件，为评价森林地可持续经营提供理论依据.三是森林生物量作为可再生地生物能源，通过生物技术措施来提高短轮伐期能源林地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，均是森林生物量地主要研究内容. 2 生物量地研究进展 最早有关生物量和生产力地研究报道，德国几种森林地枝叶掉落物和木材重量地测定.后来在研究森林自然稀疏问题时，探讨了森林地初级生产量.1944年，Kittredge利用叶重和胸径地拟合关系，成功地拟合了白松等树种预测叶量地对数回归方程.但这些研究都是局限于少数树种局部地段针对某项目地独立研究，总体上来说，森林生物量和生产力地研究并未引起人们地重视.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地生态系统研究成果和生物量数据，扩展到景观、区域乃至全球地空间尺度上，从而科学地评价森林生态系统在全球大气中发挥地碳源和碳汇地作用，同时也进一步推动了森林生物量和生产力地研究. 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地树种开展了生物量测定和研究工作，以后地数十年里发展迅速.潘维俦等对杉木人工林地研究，冯宗炜对马尾松人工林地研究，以及李文华等对长白山温带天然林地研究，使我国森林生态系统生物量地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地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地生物量
附件2 国家森林资源连续清查森林生物量模型建立暂行办法 （试行） 第一章总则 第一条目的任务 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森林植被（包括乔木、灌木和草本）生物量计量标准，为评价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。同时，增加森林枯落物储量调查建模，结合森林生物量，以满足森林碳汇现状与碳汇能力变化估算需要。 主要任务是通过采集所需的乔木、灌木、草本和枯落物等建模样本，建立森林生物量和枯落物储量模型，实验测定相应的固碳系数和储能系数。 第二条主要内容 （一）样本采集。包括乔木层（含竹类、下木，下同）、灌木层、草本层3个层次的生物量样本及枯落物层储量样本。 （二）系数测定。实验测定样品的含水率、含碳系数与储能系数。 （三）模型建立。森林生物量分别按乔木、竹类、灌木和草本建立回归模型，其中乔木和竹类建立单木回归模型，灌木建立
单木或样方回归模型，草本建立样方回归模型。枯落物储量按样方建立回归模型。 第三条建模单元 （一）乔木生物量建模单元原则上参照原农林部标准立木材积表（LY208－77）的分区和树种（组）确定。竹类生物量建模单元原则上按散生、丛生竹种类型，分毛竹类、刚竹类、其他散生竹类、簕竹、绿竹、其他丛生竹类确定建模单元。灌木和草本生物量建模单元原则上在森林植被群落内按建群种确定。枯落物储量建模单元原则上按森林的优势树种（组）确定。 （二）各省、自治区、直辖市可在上述原则要求的基础上，根据各自需求，并结合本地实际，进一步细化乔木、竹类、灌木、草本和枯落物建模单元。 第四条精度要求 （一）回归模型精度。乔木和竹类生物量模型精度在90％以上，灌木和草本生物量模型精度在85%以上，枯落物储量模型精度80%以上。 （二）系数测定精度。含水率、含碳系数和储能系数的实验测定精度要求在98％以上。 第二章样本采集 第五条前期准备 生物量建模承担单位根据本暂行办法编制操作细则，制定工
生物量测定方法 1树木生物量测定方法 1.1树木生物量的组成 一木树的生物量可以分为地下及地上两部分，地下部分是指树根系的生物量（WR）；地上部分主要包括树干生物量（WS）、枝生物量（WB）和叶生物量（WL）。在生物量的测定中，除称量各部分生物量的干重量外，有时还要计算它们占全树总生物量干重的百分数，此百分数称为分配比。树干占地上部分的分配比最大（一般为65～70%），而枝叶部分的分配比约各占15%左右。 与材积测定相比，生物量测定的对象更为复杂，测定的部分也多，因而使得生物量的测定工作即复杂又困难。但是树木生物量与树木胸径、树高等测树因子之间也有着密切的关系，这些关系也为树木生物量测定提供了依据。在树木生物量测定中，树冠量的大小与形状对枝、叶量的多少有着显著的影响，因此，在实际工作中，要研究反映冠形和冠量的因子，常用的因子有冠长率、树冠圆满度、树冠投影比等因子，这些因子的意义如下： ⑴冠长率是冠长与树高之比 ⑵树冠圆满度是冠幅与冠长之比。用以表明树冠的圆满程度，此值愈大愈圆满，反之而树冠狭长。 ⑶树冠投影比是冠幅与胸径之比。用以表明树木营养面积的相对大小，此值愈大则树木占有的相对空间愈大。 上述这些因子在枝叶生物量测定、估计及分析比较中起着较大的辅助作用。而且，这些因子与胸径、树高等测树因子之间有着密切的相关关系，这为利用测树因子直接估测树木生物量提供了依据。 1.2树木生物量鲜重和干重的测定 树体在自然状态下含水时的重量称为鲜重，它是砍伐后立即称量的重量。干燥后去掉结晶水的重量称为干重。在外业中只能测得树木的鲜重，然后采用各种方法将鲜重换算为干重，最常用的换算方法是计算树木的干重比（），即， 而（11-8） 式中可用取样测定获得。 （1）树干干重的测定方法 ①木材密度法
遥感在森林地上生物量估算中的应用 3 何红艳 郭志华 33 肖文发 (中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,北京100091) 摘 要 生物量是地表C 循环研究的重要组成部分,生物量研究有助于深入认识区域乃至 全球的C 平衡。森林作为地球最重要的陆地生态系统,区域乃至全球尺度的森林地上生物量估算一直是生态学研究的难点之一。在大的空间尺度上,遥感技术是估算森林地上生物量的有效手段。T M 、AVHRR 、S AR 等数据以及多源数据的融合在森林生物量估算方面广泛应用,并取得了显著效果。运用遥感技术进行森林生物量估算时,所采用的数据源不同,分析方法也不相同,主要分析方法有:相关分析、多元回归分析、神经网络和数学模型模拟等。随着测定不同空间、时间和波谱分辨率的各种传感器的广泛使用,以及生物量遥感估算模型的进一步发展和完善,大尺度森林生物量的遥感估算研究必将向前迈进一大步。 生物量;遥感;神经网络;数学模型中图分类号 S718.55 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2007)08-1317-06Appli ca ti on of re m ote sen si n g i n forest aboveground b i oma ss esti m a ti on.HE Hong 2yan,G UO Zhi 2hua,X I A O W en 2fa (Institute of Forest Ecology,Environm ent and P rotection,Ch inese A cade m y of Forestry,B eijing 100091,China ).Chinese Journa l of Ecology ,2007,26(8):1317-1322. Abstract:B i omass is an i m portant variable in many ecol ogical and envir on mental models,and its large scale esti m ati on would be hel pful t o understand the gl obal C balance .Forest p lays an i m 2portant r ole in the gl obal carbon budget because it deter m ines the dyna m ics of terrestrial carbon cycle,but the measure ment of its abovegr ound bi omass involves extensive field surveys .On large regi onal scale,using satellite data is an effective way t o esti m ate forest bi omass .Up t o now,T M ,AVHRR ,radar data and the fusi on of multi p le satellite data have been widely used in f orest bi o 2mass esti m ati on .During esti m ating with satellite data,different mathe matic methods may be re 2quired if the data s ources are different .The main methods for the esti m ati on are correlati on analy 2sis,regressi on analysis,neural net w ork,and other mathe matic models .Ne w instru ments with different res oluti on in s patial,te mporal and s pectru m are devised f or the relatively reliable deter 2m inati on of f orest abovegr ound bi omass .W ith the devel opment and i m p r ove ment of the theories and models for bi omass esti m ati on by using re mote sensing data,great p r ogress will be achieved in the research of forest bi omass on large scales .Key words:bi omass;re mote sensing;neural net w ork;mathe matical model . 3国家自然科学基金重大研究计划项目(90211006)、国家重点基础研究发展规划项目(2002CB412508)、国家自然科学基金重大项目(30590383)、国家科技十一五攻关计划项目(2006037002027)和国家林业局重点试验室开放基金资助项目。33通讯作者E 2mail:guozh@caf .ac .cn 收稿日期:2006209230 接受日期:2007205205 1 引 言 作为生态和环境应用研究的重要变量之一,生物量的长期定位研究有助于加深对全球碳平衡的认识 和理解(Field et al .,1995;Fang et al .,2001;方精云 等,2002)。作为地球上最重要的陆地生态系统,森林在全球碳循环中居重要地位,对陆地生物圈和其它地表过程有着重要影响。因此,大尺度森林地上生物量的有效估算是生态学研究的重要内容之一。 利用遥感进行森林生物量估算是基于植物的反射光谱特征实现的。这是因为:不同植物及同种植物在不同的生长发育阶段,其反射光谱曲线形态和特征不同;并且,病虫害、灌溉和施肥等条件的不同 也会引起植物反射光谱曲线的变化(彭少麟等, 生态学杂志Chinese Journal of Ecol ogy 2007,26(8):1317-1322
第22卷 第5期世 界 林 业 研 究Vol.22 No.5 2009年10月World Forestry Research Oct12009 我国的森林生物量研究3 马 炜 孙玉军 (北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京100083) 摘要:论述了我国森林生物量的研究内容及方法,对乔木层、林下植被、凋落物、粗木质残体、根系以及区域尺度的生物量研究进行了总结,概述了直接收获法、回归模型、平均换算因子法等常见的森林生物量估测方法。 最后提出当前我国在研究重点分布、基础数据采集以及空间尺度转换等方面存在的一些问题,指出森林生物量研究在遥感监测等方面的发展趋势。 关键词:森林生物量,模型估算,粗木质残体,尺度转换,遥感反演 中图分类号:S758.5 文献标识码:A 文章编号:1001-4241(2009)05-0071-06 Forest B i oma ss i n Ch i n a Ma W ei SunYujun (The Key Laborat ory for Silviculture and Conservati on of M inistry of Educati on, Beijing Forestry University,Bejing100083,China) Abstract:Forest bi o mass has great research and app licati on value in f orest ecol ogical syste m.Con2 cep ti on,significance and devel opment hist ory of China’s f orest bi omass were exp lained.Extra e m2 phasis was p laced on research contents and methods of forest bi omass in China.An intr oducti on was made on the researches including dom inant s pecies,vegetati on,litter,coarse,r oot and regi onal scale bi omass esti m ati on as well.Some common forest bi omass esti m ati on methods were su mmarized, such as harvest,regressi on model,and bi omass-expansi on-fact or equati on.There still existed s ome shortages in forest bi omass research in China,i.e.in dis p r oporti on of study field,the collec2 ti on of basic data and the scaling-up of measure ment.Finally,the devel opment trend of forest bi o2 mass was pointed out. Key words:forest bi omass,esti m ati on model,coarse woody debris,scaling-up, re mote sensing inversi on 森林生物量是森林生态系统最基本的数量特征,近十几年来,其提供了大量可靠的基础数据用以研究森林生态系统的生产能力以及揭示森林生态系统能量平衡和养分循环等功能过程的变化规律[1-2]。森林生物量已成为量度森林结构和功能变化的重要指标,并为生态系统的碳汇和碳素循环研究提供关键数据,在碳循环、全球气候变化研究中起到重要作用[3-5]。目前国际林联(I U FRO)在《国际森林资源监测大纲》中已将森林生物量列为最主要的监测项目之一[6]。 我国植被生物量的研究起步较晚,但经过近30年的发展,已经对森林生态系统中主要乔木、林下植被、凋落物、粗木质残体、根系等生物量进行了大量估测,开拓了不同森林类型、不同气候带与区域尺度生物量等研究领域。目前,我国森林生物量已经有了大量点上的分散资料的积累,这 3收稿日期:2009-05-23 基金项目:引进国际先进林业科学技术计划资助项目(948)(2008-4-48);高等学校博士学科点专项科研基金基于树木生长的森林碳储量模型(20060022009);国家自然科学基金资助项目基于森林资源清查的碳循环研究(30571492)作者简介:马炜(1985-),男,福建龙岩人,硕士,主要从事森林资源监测与评价研究,E-mail:bright m a wei@https://www.doczj.com/doc/139957747.html, 通讯作者:孙玉军,E-mail:sunyj@https://www.doczj.com/doc/139957747.html,.an
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
第24卷 第3期 2005年5月地 理 研 究GEOGRAPH ICAL RESEARCH V o l 124,N o 13M ay ,2005 收稿日期:2004-06-28;修订日期:2004-10-22 基金项目:国家自然科学基金项目(40161007)、科技部863项目(2002a135230)以及中国科学院知识创新项目 (CX10G -E01-02-03)、四川省青年基金项目(03ZQ026-032)资助 作者简介:杨存建(1967-),男,四川成都人,研究员。现主要从事遥感和地理信息系统的应用研究,发表相关论文多篇。热带森林植被生物量与遥感地学数据之间的相关性分析 杨存建1,2,3,刘纪远2,黄河1,许辉熙1,党承林3 (11四川师范大学遥感与GIS 应用研究中心,成都610068; 21中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;31云南大学地植物学与生态研究所,昆明650018) 摘要:以我国云南省西双版纳的热带森林为例,对热带森林植被生物量与遥感地学数据之间 的相关性进行了分析。首先,利用森林资源连续清查的林业固定样地数据计算出各样地的森 林植被生物量,并建立其GIS 数据库。然后,对遥感图像进行几何校正,并对遥感图像进行 主成分变换、缨帽变换以及植被指数的计算来产生其派生数据。其次,将样地数据、遥感数 据及其派生数据,地形和气象数据转换到统一的坐标系和投影下,并将其内插为30米分辨率 的格网数据。最后,进行样地森林植被生物量与其遥感地学数据之间的相关性分析。该分析 表明,森林植被的生物量与年降雨量和第二主成分在0101的水平上相关显著,而与中红外植 被指数、LA N DSA T T M 5、缨帽变换的亮度、湿度以及第一主成分在0105的水平上相关显 著。其中,与年降雨量的相关性最高,达到01308;其次是与第二主成分,达到-01231;再 次是与中红外植被指数和L A NDSA T T M 5,其相关系数分别为01203和-01201。 关 键 词:热带森林植被;生物量;遥感地学数据;相关性分析 文章编号:1000-0585(2005)03-0473-07 1 前言 在植被的遥感应用方面,较多的是利用遥感数据进行植被的分类[1,2] 、农作物的种植分区[3]、农作物的长势监测[4]、农作物的估产[5]、植物N PP 的估算[6],以及植物叶面积指数的估算[7]。植被生物量的遥感估算研究是植被遥感应用的一个重要方向,在此方面,国外已有学者进行了植被生物量与遥感数据及其派生数据之间的相关性分析。已有研究表明,生物量与SAR 的后向散射之间具有较强的相关性,其生物量的饱和点大约在每公顷40~60吨[8]。JERS-1/SAR 的后向散射数据与皆伐迹地上更新起来的热带次生林的生物量的相关性为0177,而与择伐经营后所更新起来的热带次生林的相关性较低[9]。也有研究表明,放牧草地生物量与T M 缨帽变换的绿度指数、湿度指数以及植被指数和红光波段(TM 3)之间具有较好的相关关系,其复相关系数在0162到0167之间[10]。H 1Ikeda 和K 1Okam oto 等的研究表明,NDVI 的累计值与光合产量具有较好的相关性,利用TM 4/T M5的光谱指数估算生物量,其模型的复相关系数为0175,用T M2/TM 3的光谱
生物量数据是研究林业和生态问题的基础数据，而森林生物量是森林生态系统最基本的数量特征，它既能表明森林的经营水平和开发利用价值，又能反映森林及其所在环境物质循环和能量流动上的复杂关系。 早在2009年，国务院新闻办公室举行了新闻发布会，发布了我国第七次全国森林资源清查结果：我国森林植被总碳储量为78.11亿吨。这是我国首次对外公布的全国性森林碳储量数据，由此填补了我国在国际上的一项空白。2010年，我院举行了中国森林生态服务评估研究成果新闻发布会，公布了另一研究结果：我国森林植被生物量总量为157.7亿吨。这也是我国首次公布的全国生物量数据。这两项数据，全面评估了我国森林生态服务功能的物质和价值量，为构建我国林业三大体系、促进现代林业发展提供了科学依据，同时也客观反映了我国森林在全球碳循环及全球气候变化中所做出的贡献，为我国树立大国形象，以及在全球气候变化谈判中争取更多话语权发挥了重要的作用。 而这些数据的获得，得益于中国科学院院士、我院专家唐守正研究员率领的科研团队的长期研究结果。自1995年始，唐守正院士率领我院资源信息研究所、国家林业局中南林业调查规划设计院的专家，在林业部重点基金、国家自然基金、948、国家林业局专项基金等项目的陆续支持下，开展了森林生物量估算模型的研究和推广应用，形成了“与森林资源调查相结合的森林生物量测算技术”的研究成果，本成果获得了2012年度国家科技进步奖二等奖。 成果首次提出了非线性模型联合估计方法，有效解决了各维量模型之间不相容的问题。首次对干物质率法和密度法进行了比较研究，证明了生物量样品的密度和干物质率估计的最佳方法，证明在通过样品的密度和干物质率来计算全树的平均密度和干物质率的两种方法中，加权法优于直接回归法，提出了树干、树冠部分生物量外业测定时最好分别采用密度法、干物质率法。 据研究主要参加人我院资信所张会儒研究员介绍，森林生物量的测定和估计是当代林业生产和科研的热点问题，立木生物量是森林生物量的主体，它的优化模型尚不系统，之前在我国基本处在空白状态。“与森林资源调查相结合的森林生物量测算技术”研究成果的获得，对规范我国森林生物量调查评价技术、推进森林可持续经营，以及在研究森林生态系统功能等方面将发挥十分重大的作用。国家林业局资源司基于第七次全国森林资源连续清查资料，应用“与森林资源调查相结合的森林生物量测算技术”成果中提出的技术线路和方法，进行了我国森林植被生物量和碳储量评估。成果除了在第七次全国森林资源连续清查中发挥了重要的作用外，还在广东、贵州等部分省区的森林资源监测工作中得到了很好的推广应用。为结合森林资源调查编制森林生物量表提供了一套可行的技术路线和方法，为计量森林生态效益提供了强有力的技术手段，推动了我国森林生物量估测模型研究的深入发展。 张会儒研究员介绍说，在东北天然林区及南方人工林区，研究团队通过野外调查，研究提出了一套完整的建立相容性立木地上部分生物量模型的方法，研建了我国南、北11个树种(组)的二元和多元相容性生物量模型，在国内外首次提出了非线性模型联合估计方法，解决了生物量调查用表中的相容性和规范性问题。由此编制的生物量表解决了长期以来调查表中分量和总量不相容的问题。提出了生物量模型的评价指标体系，综合反映了模型的拟合效果、统计性能和预估的准确性。在模型中引进了材积因子，提高了模型的估计精度。将自适应树高曲线引入生物量模型，实现了由通用性向局部应用的转换。模型精度达到了总量和树干及木材生物量总相对误差±5%以内，平均相对误差±1%以内，预估精度达到了90%以上；树皮、树冠、枝和叶的平均相对误差在±8%以内，具有较高的精度和稳定性。成果具有明显创新性，在同类研究中处于国际先进水平。 广东省林业调查规划院在2002年和2007年开展的广东省森林资源连续清查和生态状况监测工作中，利用“与森林资源调查相结合的森林生物量测算技术”中的杉木、马尾松和阔
利用遥感提取森林生物量的方法综述 一、引言 森林是陆地上最大的生态系统，在全球变化研究中占有举足轻重的地位。森林生物量是整个森林生态系统运行的能量基础和营养物质来源，是研究生物生产力、净第一性生产力、碳循环、全球变化研究的基础，因此对森林生物量测定方法进行研究具有非常重要的意义。随着“3S”技术(地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感RS)的不断发展,对植被生物量的研究已经从小范围、二维尺度的传统地面测量发展到大范围、多维时空的遥感模型估算。遥感不仅可以为预测生物量的模型提供数据，而且可以直接用于生物量的估算和制图。 二、利用遥感提取生物量 随着全球变化研究的深入，陆地生态系统生物量的估算工作变得越来越重要。基于遥感的生物量估算模型也逐渐由传统的经验模型向机理模型转变。机理模型是建立在植被辐射的吸收、反射与辐射在植被冠层和大气的传输过程以及影响森林生产力的生态学因子之上的。 最初，人们用LandsatMSS来监测植被的叶面积指数和活体生物量。后来，更多的是利用Landsat TM和NOAA A VHRR数据来监测植被生长和生物量。如结合地面调查和TM、A VHRR数据，对数百万平方公里欧洲森林生物量的成功估算，利用TM数据对美国Colorado矮草草原地上部分生物量的估算，对美国EastMaryland落叶林的地上部分生物量的估算等。近年来，各种星载和机载SAR 数据己被广泛用于估算陆地植物生物量，生物量估算己成为SAR数据的重要应用领域之一。卫星遥感使人们能在大陆甚至全球尺度上监测自然资源。过去的研究主要集中在热带和北方针叶林区。 与传统的生物量估算方法比较，遥感方法可快速、准确、无破坏地对生物量进行估算，对生态系统进行宏观监测。研究者可以利用遥感的多时相特点定位分析同一样区一段时间后的非干扰变化，使传统方法难以解决的问题变得轻而易举，使动态监测成为可能。且RS、GIS技术的集成推动了生物量遥感估算的进程，在GIS环境下实现包括RS信息在内的多种信息的复合，建立生物量遥感模型。利用GIS技术将高时相分辨率的卫星遥感数据如NOAA / A VHRR数据、TM 图像和各种观察数据集成在一起，基本上实现了区域尺度甚至全球尺度不同陆地生态系统生物量的动态监测。这一技术体系包括生物量遥感参数模型和生物量遥感机理模型。 生物量遥感估算研究大致可分为三个阶段: 最初的生物量遥感估算是利用单波段进行研究，如Prince和Goward研究认为，地上生物量与植物生长季内最小的可见光反射率存在着负相关，从而建立了地上生物量遥感估算的统计模型: =ρ W 7166.2- ) ( 61 . 式中，W为地上生物量;ρ为生长季A VHRR第一通道的最小值。利用单通道来 估算生物量，运算简便。但其受大气、土壤、传感器性能、太阳角度等一系列因素的影响强烈，估算精度较差。 第二阶段是利用植被指数来估算生物量，因其方法简便、估算精度较高而广为应用，从使用高空间分辨率的TM、MSS数据等到使用高时间分辨率的NOAA
植物生态学报 2011, 35 (4): 402–410 doi: 10.3724/SP.J.1258.2011.00402 Chinese Journal of Plant Ecology https://www.doczj.com/doc/139957747.html, —————————————————— 收稿日期Received: 2010-09-15 接受日期Accepted: 2010-11-26 * E-mail: fanwy@https://www.doczj.com/doc/139957747.html, 三种森林生物量估测模型的比较分析 范文义* 张海玉 于 颖 毛学刚 杨金明 东北林业大学林学院, 哈尔滨 150040 摘 要 森林生物量的定量估算为全球碳储量、碳循环研究提供了重要的参考依据。该研究采用黑龙江长白山地区的TM 影像和133块森林资源一类清查样地的数据, 选取地学参数、遥感反演参数等71个自变量分别构建多元逐步回归模型、传统BP (back propagation)神经网络模型和基于高斯误差函数的BP 神经网络改进模型(Gaussian error function, Erf-BP), 进而估算该地区的森林生物量, 并进行比较分析。结果表明, 多元逐步回归模型估测的森林生物量预测精度为75%, 均方根误差为26.87 t ·m –2; 传统BP 神经网络模型估测森林生物量的预测精度为80.92%, 均方根误差为21.44 t ·m –2; Erf-BP 估测森林生物量的预测精度为82.22%, 均方根误差为20.83 t ·m –2。可见, 改进后的Erf-BP 能更好地模拟生物量与各个因子之间的关系, 估算精度更高。 关键词 生物量, BP 神经网络模型, 基于高斯误差函数的BP 神经网络改进模型, 多元逐步回归 Comparison of three models of forest biomass estimation FAN Wen-Yi *, ZHANG Hai-Yu, YU Ying, MAO Xue-Gang, and YANG Jin-Ming School of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China Abstract Aims Quantitative estimation of forest biomass is significant to studies of global carbon storage and carbon cy-cle. Our objective is to develop models to estimate forest biomass accurately. Methods Multi-stepwise regression model, traditional back propagation (BP) neutral network model and BP neutral network model based on Gaussian error function (Erf-BP) were developed to estimate forest biomass in Changbai Mountain of Heilongjiang, China according to TM imagery and 133 plots of forest inventory data. There were 71 dependent variables of geoscience and remote sensing. Important findings The precisions and root mean square errors of multi-stepwise regression model, traditional BP neutral network model and Erf-BP were 75%, 26.87 t·m –2; 80.92%, 21.44 t·m –2 and 82.22%, 20.83 t·m –2, re-spectively. Therefore, the relations between forest biomass and various factors can be better modeled and de-scribed by the improved Erf-BP. Key words biomass, back propagation (BP) neural network model, BP neutral network model based on Gaus-sian error function (Erf-BP), multi-stepwise regression 森林是地球上最重要的资源之一, 是陆地上面积最大、分布最广、组成结构最复杂、物质资源最丰富的生态系统, 是陆地生态系统的主要碳汇(庞勇等, 2005)。森林生物量则是整个森林生态系统运行的能量基础和营养物质来源, 是研究生物生产力、净第一性生产力、碳循环以及全球变化的基础(国庆喜和张锋, 2003)。因此, 准确估算森林生物量对全球碳汇、碳循环、碳平衡的研究以及全球变化的理解有举足轻重的作用(Brown et al ., 1996)。 森林生物量的估算方法主要有现地调查法、模 型模拟法和遥感估算法(薛立和杨鹏, 2004)。传统的现地调查法需要很多实测数据, 消耗大量的人力、财力和物力, 且很难在区域上推广。模型模拟法的问题之一是各分量模型间不相容, 即木材、树皮、枝、叶4部分干重之和不等于总量的问题, 唐守正等(2000)以长白落叶松(Larix olgensis )为例建立了相容性立木生物量模型, 解决了此问题。问题之二是模型的指标体系和模型精度各异, 无法在区域上推广。遥感信息模型的出现使得大范围高精度地估算森林生物量成为可能, 比起传统方法有很大的优越
中国森林生物量的估算:对F ang 等Science 一文 (Science ,2001,291:2320～2322)的若干说明 方精云1 陈安平1 赵淑清1 慈龙骏2 (1北京大学城市与环境学系,北京大学地表过程分析模拟教育部重点实验室,北京 100871) (2中国林业科学研究院林业研究所,北京 100091) 摘 要 Science 杂志于2001年发表了方精云等人关于中国森林植被碳库及其变化的论文(Fang et al .,2001,291: 2320～2322)。该文利用大量的生物量实测数据,结合使用中国50年来的森林资源清查资料及相关的统计资料,基 于生物量换算因子连续函数法,研究了中国森林植被碳库及其时空变化。这是一个大时空尺度的工作,涉及一些大尺度生态学研究的原理、方法以及尺度转换问题。由于篇幅所限,论文并未详细说明这些问题。为了帮助理解大尺度生态学研究的方法和思路,本文给出了论文中涉及生物量计算的理论基础,对数据和计算方法等也进行了较为详细的说明。生物量换算因子的连续变化、区域森林生物量的计算方法以及由样地实测到区域推算的尺度转换构成该项研究的3个主要的理论基础,其中换算因子的连续变化是关键。 关键词 区域森林生物量估算 换算因子的连续变化 森林资源清查资料 森林植被碳库及其变化 ESTIMATING BIOMASS CARBON OF CHINA ’S FORESTS :SUPP LEMENTAR Y N OTES ON REPORT PUB LISHE D IN SCI ENCE (291:2320-2322)B Y FANG et al .(2001) FANGJing-Y un 1 CHE N An-Ping 1 ZH AO Shu-Qing 1and CI Long-Jun 2 (1K ey Laboratory for Earth Sur face Processes o f the Ministry o f Education and Department o f Urban & Environmental Sciences ,Peking Univer sity ,Beijing 100871,China ) (2Research Institute o f Forestry ,the Chinese Academy o f Forestry ,Beijing 100091,China ) Abstract Science magazine has published a paper by Fang et al .(2001,291:2320-2322)which ,based on the variable BEF (Biomass Expansion Factor )method ,discusses forest biomass carbon and its changes in China in the past 50years ,by using direct field measurements and forest inventory database.This is a large spatio-tem poral scale study ,ass ociated with principles and methods for a large-scale ecology study and scaling-up.Due to a limited space ,the Sci 2 ence paper does not describe these in details.In order to help understand methodologies for such a large-scale study ,here we presented the basis for calculating regional biomass in details ,and described the data s ources and methodologies used in the Science paper.The variable BEF changes ,calculation equations of regional forest biomass and scaling up from di 2rect biomass measurement to regional biomass estimation are three main foundations for estimating China ’s forest biomass carbon in the Science paper.Am ong these ,the first one is the m ost critical to calculation of biomass carbon. K ey w ords Estimation of regional forest biomass ,F orest carbon and its change ,F orest inventory ,Variable BEF changes 森林植被是陆地生物圈的主体,约有85%的陆地生物量集中在森林植被(Lieth &Whittaker ,1975)。森林及其变化对陆地生物圈及其它地表过程有着重要影响。因此,推算森林生物量便成为生态学和全球变化研究的重要内容之一。在60～70年代进行的国际生物学计划(I BP )期间,各国对包括森林在内 的植被生物量进行了大量的调查,为后来的全球变化研究提供了不可缺少的基本数据。我国植被生物量的测定开始于70年代末80年代初。冯宗炜等(1980)、李文华等(1981)率先对我国的森林生物量进行了测定,之后,各地对我国主要森林类型的生物量都有测定。不少人就某些森林类型的全国尺度的 收稿日期:2001211221 接受日期:2001212221 基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(G 2000046801)和国家自然科学基金(39425003,40024101) E -mail :jy fang @https://www.doczj.com/doc/139957747.html, 植物生态学报 2002,26(2)243～249 Acta Phytoecologica Sinica