生物量測(cè)定方法

1、生物量測(cè)定方法1樹木生物量測(cè)定方法1.1樹木生物量的組成一木樹的生物量可以分為地下及地上兩部分，地下部分是指樹根系的生物量（WR）；地上部分主要包括樹干生物量（WS）、枝生物量（WB）和葉生物量（WL）。在生物量的測(cè)定中，除稱量各部分生物量的干重量外，有時(shí)還要計(jì)算它們占全樹總生物量干重的百分?jǐn)?shù)，此百分?jǐn)?shù)稱為分配比。樹干占地上部分的分配比最大（一般為6570%），而枝葉部分的分配比約各占15%左右。與材積測(cè)定相比，生物量測(cè)定的對(duì)象更為復(fù)雜，測(cè)定的部分也多，因而使得生物量的測(cè)定工作即復(fù)雜又困難。但是樹木生物量與樹木胸徑、樹高等測(cè)樹因子之間也有著密切的關(guān)系，這些關(guān)系也為樹木生物量測(cè)定提供了依據(jù)。在樹

2、木生物量測(cè)定中，樹冠量的大小與形狀對(duì)枝、葉量的多少有著顯著的影響，因此，在實(shí)際工作中，要研究反映冠形和冠量的因子，常用的因子有冠長率、樹冠圓滿度、樹冠投影比等因子，這些因子的意義如下：冠長率是冠長與樹高之比樹冠圓滿度是冠幅與冠長之比。用以表明樹冠的圓滿程度，此值愈大愈圓滿，反之而樹冠狹長。樹冠投影比是冠幅與胸徑之比。用以表明樹木營養(yǎng)面積的相對(duì)大小，此值愈大則樹木占有的相對(duì)空間愈大。上述這些因子在枝葉生物量測(cè)定、估計(jì)及分析比較中起著較大的輔助作用。而且，這些因子與胸徑、樹高等測(cè)樹因子之間有著密切的相關(guān)關(guān)系，這為利用測(cè)樹因子直接估測(cè)樹木生物量提供了依據(jù)。1.2樹木生物量鮮重和干重的測(cè)定 樹體在自然

3、狀態(tài)下含水時(shí)的重量稱為鮮重，它是砍伐后立即稱量的重量。干燥后去掉結(jié)晶水的重量稱為干重。在外業(yè)中只能測(cè)得樹木的鮮重，然后采用各種方法將鮮重?fù)Q算為干重，最常用的換算方法是計(jì)算樹木的干重比（），即，而 （11-8）式中可用取樣測(cè)定獲得。（1） 樹干干重的測(cè)定方法 木材密度法 所謂木材密度是指單位體積的質(zhì)量,即物質(zhì)的質(zhì)量與體積之比值（單位：g/cm3或kg/m3），習(xí)慣上以單位體積木材的重量表示木材密度。嚴(yán)格的說,質(zhì)量與重量有著本質(zhì)不同，質(zhì)量指物體所含物質(zhì)的多少,為物體慣性的尺度,系一恒量,單位為克；重量為地球?qū)ξ矬w的引力,等于物體質(zhì)量與重力加速度的乘積,單位為克。僅緯度45海平面處物體的質(zhì)量與重量數(shù)

4、值相等,若物體所處空間或地理位置變化,則重量也隨著變化,但變化極少,在應(yīng)用上一般可以忽略,而將質(zhì)量和重量的數(shù)值視為相等。因此單位體積的質(zhì)量和重量也視為相等(成俊卿,1985,木材學(xué))。根據(jù)含水狀況不同,木材密度通常分為四種： a.基本密度=絕干材質(zhì)量/生材(或飽和水)體積 b.生材密度= 生材質(zhì)量/生材(或飽和水)體積 c.氣干密度= 氣干材質(zhì)量/氣干材體積 d.絕干密度= 絕干材重/絕干材體積 以上四種木材密度以基本密度和氣干密度兩種最為常用。基本密度常常用于樹干干重的計(jì)算，氣干密度常泛指氣干木材任意含水率時(shí)的計(jì)算，因所處地區(qū)木材平衡含水率或氣干程度不同，并有一個(gè)范圍,如通常含水率在8-20

5、%時(shí)試驗(yàn)的木材密度,均稱為氣干密度。在我國常將木材氣干密度作為材性比較和生產(chǎn)應(yīng)用的基本依據(jù)。木材密度測(cè)定方法通常有：直接量測(cè)法、水銀測(cè)容器法、排水法、快速測(cè)定方和飽和含水率法，具體測(cè)定方法詳見木材學(xué)(成俊卿,1985,木材學(xué))。在木材密度已知的條件下,計(jì)算樹干及大枝干重的方法一般稱為木材密度法,常采用兩種基本模式:木材干重木材體積×基本密度 （I）木材干重木材體積×絕干密度×絕干收縮率 （II）（II）式中絕干收縮率不易確定，因此，多采用（I）式。在測(cè)定基本密度時(shí)，常常會(huì)碰到一對(duì)矛盾:若先測(cè)定物體絕干重量時(shí)，該物體的體積由于烘干后發(fā)生收縮，體積變小，浸泡后很難恢復(fù)

6、原體積，使得體積測(cè)定系統(tǒng)偏?。蝗粝葴y(cè)定物體飽和水體積時(shí)，一方面測(cè)定絕干重量的時(shí)間大大延長,另一方面由于木材和樹皮經(jīng)長時(shí)間浸泡后，其部分木材冷水浸提物如:單寧、碳水化合物、無機(jī)物等被浸泡出物體外，使得物體絕干重減輕，造成基本密度系統(tǒng)偏低。為了解決這一矛盾，可采用如下處理方法： 首先將樣品一分為二，分別稱重記作，然后將第一塊樣品進(jìn)行烘干，將第二塊樣品進(jìn)行浸泡，這樣做能保證樣品絕干重量和浸泡體積不產(chǎn)生系統(tǒng)偏差。設(shè)其對(duì)應(yīng)絕干重和飽和水的體積分別為。 V其中：是實(shí)際烘干的重量；是實(shí)際浸泡體積；M樣品總干重；V樣品總體積。 全稱重法所謂全稱重法就是將樹木伐倒，摘除全部枝葉稱其樹干鮮重，采樣烘干得到樣品干重

7、與鮮重之比（PW），從而計(jì)算樣木樹干的干重。這種方法是測(cè)定樹木干重最基本的方法，它的工作量極大，但獲得的數(shù)據(jù)可靠。本方法干重比可用很多方法進(jìn)行估計(jì)，視不同情況而定。另外，還可將樹木的鮮重根據(jù)相應(yīng)的含水率，換算出樹木的絕干重。根據(jù)國內(nèi)一些研究表明(張治強(qiáng)1981)，樹干以鮮重為基礎(chǔ)的氣干含水率Pf為 （11-9）式中Wad為氣干重，而氣干含水率Pf隨著樹干部位的不同而變化。以氣干重為基礎(chǔ)的絕干含水率Pad為 （11-10）式中Wod為絕干重，而絕干含水率Pad不隨樹干部位的不同而變化。在實(shí)際測(cè)定中，可先測(cè)得樣品的氣干重（Wad），再通過以氣干重為基礎(chǔ)的絕干含水率（Pad）換算成以鮮重為基礎(chǔ)的絕干

8、含水率（Pf），即 （11-11） 據(jù)此，可以計(jì)算出所有樣品的絕干含水率，并計(jì)算出平均絕干含水率后利用（11-7）式計(jì)算各部分的干重。(2).枝、葉重量測(cè)定方法 測(cè)定林木枝、葉生物量有兩種主要方法。一種標(biāo)準(zhǔn)枝法；另一種方法是全稱重法。 標(biāo)準(zhǔn)枝法 所謂標(biāo)準(zhǔn)枝法是指在樹木上選擇具有平均枝基徑與平均枝長的枝條，測(cè)其枝、葉重用于推算整株樹枝、葉的重量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)枝的抽取方式，該法又可分為：平均標(biāo)準(zhǔn)枝法和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)枝法。 a.平均標(biāo)準(zhǔn)枝法 (i)樹木伐倒后，測(cè)定所有枝的基徑和枝長,求二者的算術(shù)平均值即和。 (ii)以和為標(biāo)準(zhǔn)，選擇標(biāo)準(zhǔn)枝，標(biāo)準(zhǔn)枝的個(gè)數(shù)根據(jù)調(diào)查精度確定，同時(shí)要求標(biāo)準(zhǔn)枝上的葉量是中等水平。 (i

9、ii)分別稱其枝、葉鮮重，并取樣品。(iv)按下式計(jì)算全樹的枝重和葉重。 （11-12）式中：-全樹的枝數(shù)； - -標(biāo)準(zhǔn)枝數(shù)； -標(biāo)準(zhǔn)枝的枝鮮重或葉鮮重； b.分層標(biāo)準(zhǔn)枝法在樹冠上部與下部的枝粗長度、葉量變動(dòng)較大時(shí)，可將樹冠分為上、中、下三層，在每一層抽取標(biāo)準(zhǔn)枝，根據(jù)每層標(biāo)準(zhǔn)枝算出各層枝、葉的鮮重重量，然后將各層枝、葉重量相加，得到樹木枝、葉鮮重。由于將樹冠分為上、中、下三層分別抽取標(biāo)準(zhǔn)枝，因此該方法能夠較好地反映出樹冠上、中、下枝和葉的重量，對(duì)樹冠枝和葉的重量估計(jì)較平均標(biāo)準(zhǔn)枝法準(zhǔn)確。另外，在測(cè)算過程中，可以通過烘干的方法，測(cè)得枝、葉生物量的干重。 全稱重法具體方法與樹干重量的全稱重法相同。(

10、3) 樹根重量測(cè)定方法樹根重量的測(cè)定方法可分為兩類：一類是測(cè)定一株或幾株樹木的根重量以推算單位面積的重量；另一類是測(cè)定已知面積內(nèi)的根生物量用面積換算為林分的生物量。前一種方法要求在根的伸展范圍內(nèi)，能明確區(qū)分出哪些根是應(yīng)測(cè)定的；后一種方法則測(cè)定已知面積內(nèi)全部根量，而不論它屬于那一株樹。下面簡(jiǎn)單介紹兩種方法：第一類方法以所選樣木樹干基部為中心向四周輻射，將該樣木所有根系挖出，并量測(cè)挖掘面積，稱量挖出根系的鮮重，隨后取樣帶回烘干，計(jì)算含水率，推算單位面積的生物量。第二類方法a.樣方的設(shè)置第一步：樣方的水平區(qū)劃 以伐樁為中心，作邊長等于平均株距（S）的正方形的樣方內(nèi)依次作半徑為及的同心圓，小圓的編號(hào)為

11、“1”，大圓編號(hào)為“2”，樣方的其它部分編號(hào)為“3”。第二步：樣方的垂直區(qū)劃由地表向下劃分層次，各層的厚度可以不相等，上層較薄（1015cm），下面的層可較厚（3050cm）。各層的編號(hào)由上而下分別為I、IIV。b.根的分級(jí)按直徑的粗細(xì)將根分為五級(jí)，每級(jí)的距離和名稱見表11-4，中根（大于0.5cm）以上全部稱重，細(xì)根（小于0.2cm）及小根（0.2-0.5cm）其重量雖不大但數(shù)量極多，很容易遺漏，可于樣方內(nèi)建一定大小的土柱，在土柱內(nèi)仔細(xì)稱量這兩類根的重量。表11-4 根 的 分 級(jí)級(jí) 別 細(xì) 根 小 根 中 根 大 根 粗 根 直徑（cm） <0.2 0.2-0.5 0.5-2.0 2

12、.0-5.0 >5.0 c.根重量的測(cè)定從每個(gè)區(qū)劃中仔細(xì)地挖出根，清除泥土，按標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)，小根及細(xì)根所帶泥土較多，應(yīng)放于土壤篩中篩去泥土，將清理后的根帶回室內(nèi)，用水沖洗陰干至初始狀稱鮮重，采樣，烘干求得干重。2林分生物量測(cè)定方法2.1皆伐實(shí)測(cè)法為較準(zhǔn)確地測(cè)定林分生物量，或者為檢驗(yàn)其他測(cè)定方法的精度，往往采用小面積皆伐實(shí)測(cè)法，即在林分內(nèi)選擇適當(dāng)面積的林地，將該林地內(nèi)所有喬、灌、草等皆伐，測(cè)定所有植物的生物量（Wi），它們生物量之和（Wi）即為皆伐林地生物量，并接下式計(jì)算全林分生長量（W）： （11-13）式中：A全林分面積S皆伐林地面積該方法對(duì)林分中的灌木、草本等植物生物量的測(cè)定更為適合。2

13、.2標(biāo)準(zhǔn)木法 (1).平均標(biāo)準(zhǔn)木法即以每木調(diào)查結(jié)果計(jì)算出全部立木的平均胸高直徑為選擇標(biāo)準(zhǔn)木的依據(jù)，把最接近于這個(gè)平均值的幾株立木作為標(biāo)準(zhǔn)木，伐倒稱重。然后，用標(biāo)準(zhǔn)木的平均值（）乘單位面積上的立木株數(shù)（N），或用標(biāo)準(zhǔn)木生物量（Wi）的總和（）乘單位面積上胸高總斷面積（G）與標(biāo)準(zhǔn)木胸高斷面積（g）總和（）之比，求出單位面積上的林分生物量（W），即： （11-14）或 （11-15） (2).分層標(biāo)準(zhǔn)木法依據(jù)胸徑級(jí)或樹高級(jí)將林分或標(biāo)準(zhǔn)地林木分成幾個(gè)層，然后在各層內(nèi)選測(cè)平均標(biāo)準(zhǔn)木，并伐倒稱重，得到各層的平均生物量測(cè)定值（），乘以單位面積各層的立木株數(shù)（Ni），即得到各層生物量（Wi），各層生物量之和，

14、即為單位面積林分生物量總值（W），即 （11-16） （11-17）2.3回歸估計(jì)法林木生物量回歸估計(jì)法是以模擬林分內(nèi)每株樹木各分量（干、枝、葉、皮、根等）干物質(zhì)重量為基礎(chǔ)的一種估計(jì)方法。它是通過樣本觀測(cè)值建立樹木各分量干重與樹木其它測(cè)樹因子之間的一個(gè)或一組數(shù)學(xué)表達(dá)式，該數(shù)學(xué)表達(dá)式也稱林木生物量模型。表達(dá)式一定要盡量反映和表征樹木各分量干重與其它測(cè)樹因子之間內(nèi)在關(guān)系，從而達(dá)到用樹木易測(cè)因子的調(diào)查結(jié)果，來估計(jì)不易測(cè)因子的目的。林木生物量模型的方程很多，概括起來有三種基本類型：線性模型，非線性模型，多項(xiàng)式模型。線性模型和非線性模型根據(jù)自變量的多少，又可分為一元或多元模型。非線性模型應(yīng)用最為廣泛，其

15、中相對(duì)生長模型最具有代表性，是所有模型中應(yīng)用最為普遍的一類模型。 (1).相對(duì)生長模型（非線性模型）相對(duì)生長模型是指用指數(shù)或?qū)?shù)關(guān)系反映林木維量之間按比例協(xié)調(diào)增長(Harmonious growth)的模型。作為比例變化協(xié)調(diào)增長的這些指數(shù)或?qū)?shù)關(guān)系被稱為相對(duì)生長。 （11-18）式中：E為隨機(jī)誤差（11-18）式兩邊取對(duì)數(shù)為 （11-19）假設(shè):和的生長率成比例，即 其中b稱為相對(duì)生長系數(shù)，兩邊積分結(jié)果為： (為積分常數(shù))則Y=aXb (11-20) 在（11-18）式中b為相對(duì)生長系數(shù)，當(dāng)b>1時(shí)，與表示為正的相對(duì)生長關(guān)系，的生長快于生長；當(dāng)b<1時(shí)，則表示為負(fù)的相對(duì)生長關(guān)系，的

16、生長慢于生長；當(dāng)b=1時(shí)，為等速生長。Kittredgt(1944)首次將相對(duì)生長模型引入到樹木上，并成功地估計(jì)了葉的重量。隨后許多研究者紛紛應(yīng)用該模型估計(jì)林木其它器官的重量，直到Ruard（1987）等人對(duì)該模型提出了不同見解。他們認(rèn)為林木各維量之間相對(duì)生長率隨林木大小的變化有可能不是一個(gè)常數(shù)，提出和的生長率與大小呈線性關(guān)系，即兩邊積分得lnY+K1=blnX+CX+K2即 （11-21）令 時(shí)則有 Y=aXbeCX （11-22）在林分生物量估測(cè)中，經(jīng)常采用林木胸徑（D）、樹高（H）等測(cè)樹因子建立林木生物量回歸估計(jì)方程，如W=aDb (11-23)或 ln(W)=ln(a)+bln(D) (11-24)W=a(D2H)b (11-25)或 ln(W)=ln(a)+bln(D2H) (11-26)式中W林木生物量D林木胸徑H林木樹高a、b回歸常數(shù)(2)多項(xiàng)式模型W=a+bD+cD2 (11-27)式中符號(hào)意義同前在實(shí)踐工作中，為了簡(jiǎn)便和提高估計(jì)精度，經(jīng)常分別林木組成的分量