林業(yè)碳匯項(xiàng)目中灌木地上生物量調(diào)查方法初探

1、林業(yè)碳匯項(xiàng)目中灌木地上生物量調(diào)查方法初探*張蓉(國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院，云南昆明650225)摘要：文旨探索了林業(yè)碳匯項(xiàng)目生物量調(diào)查方法，并以灌木植被為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了適合的野外調(diào)查方法，分析了取樣的可行性及如何建立目的樹種的生物量估測模型，為碳匯計(jì)量與監(jiān)測等后續(xù)工作提供了可靠、易用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：林業(yè)碳匯；生物量；膏桐1前言林業(yè)碳匯是指通過實(shí)施造林再造林和森林管理，減少毀林等活動(dòng)，吸收大氣中的二氧化碳并與碳匯交易結(jié)合的過程、活動(dòng)或機(jī)制。既有自然屬性，也有社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性。從自然科學(xué)的角度來看，林業(yè)碳匯本質(zhì)上是在探討森林生態(tài)系統(tǒng)的凈第一生產(chǎn)力1。中國林業(yè)科學(xué)研究院學(xué)者范少輝(2003)曾指出

2、：全球碳平衡和碳貿(mào)易問題已經(jīng)被提到國際議程上。隨著碳匯貿(mào)易的來臨，為碳匯而造的人工林碳匯計(jì)量與監(jiān)測方法越來越受到各界的關(guān)注。目前，世界各地的學(xué)者對(duì)森林碳匯的計(jì)量方法已做出了大量的研究，歸納起來，主要分為兩大類：一類是與生物量緊密相關(guān)的反映碳累積量的現(xiàn)存生物量清查方法，另一類是利用微氣象原理和技術(shù)測定森林CO2通量，然后再將CO2的量換算成碳的儲(chǔ)量4。由于各種方法所依據(jù)的原理和使用的儀器，投入均有所不同，森林的碳匯計(jì)量結(jié)果也有一定的差異。在碳計(jì)量與監(jiān)測所遵循的保守性與成本有效性原則指導(dǎo)下，我們需要一種更為直接，更為精確，可針對(duì)不同樹種、不同林齡的計(jì)量方法。比較而言，通過測量生物量(或蓄積量)，然

3、后推算碳匯儲(chǔ)量，是目前最為普遍適用的一種方法。因此，現(xiàn)以測定灌木(膏桐)為例，對(duì)林業(yè)碳匯項(xiàng)目中生物量的調(diào)查方法進(jìn)行研究，以得到更直觀、可靠的結(jié)果，為碳匯的計(jì)量與監(jiān)測提供準(zhǔn)確、有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2灌木地上生物量調(diào)查灌木是陸地生態(tài)系統(tǒng)物種的重要組成之一。然而，與喬木和草本植物生物量的研究相比，國內(nèi)外對(duì)灌木生物量的研究較少。目前測量灌木生物量的方法中，直接收割法因?yàn)榉椒ê唵?，易于操作，使用較廣，然此方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且對(duì)于一些具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的灌木(膏桐)來說也不經(jīng)濟(jì)。實(shí)際上，灌木的易測因子，如植株高度、地徑、冠幅直徑等與生物量之間的關(guān)系密切，不僅能體現(xiàn)灌木的形態(tài)特征，更可建立直觀的地上生物量估測模型。通過少

4、量的取樣與調(diào)查，結(jié)合估測模型便可估算灌木的生物量2。2.1膏桐樹種簡介膏桐(Jatropha curcas L.)，又叫老胖果、小桐子，屬大戟科(Euphor b iaceae)麻瘋樹屬(Jatropha)，落葉灌木或小喬木。耐干旱；適宜干熱、石質(zhì)、困難造林地帶生長；成活率高、生長迅速、且掛果早；高約2m 7m，分枝多。由于其易于種植、耐干旱貧瘠，分布廣泛，含油率高，用途廣泛等特點(diǎn)，在有效替代化石能源的同時(shí)，還具有減少污染物排放、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、帶動(dòng)相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的多重作用。因此，膏桐燃料林的種植與林業(yè)碳匯項(xiàng)目結(jié)合，不僅從種植中收益生物質(zhì)能源等其他副產(chǎn)品，還可借人工造林項(xiàng)目產(chǎn)生碳匯。在云南、廣

5、東、廣西、貴州、四川、海南等省的干熱河谷、氣候較熱尤其是貧困、生態(tài)脆弱地區(qū)種植將起到經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)三大效益共贏的局面。#36#林業(yè)建設(shè)2009年*收稿日期:2009-10-182.2取樣設(shè)計(jì)在進(jìn)行野外調(diào)查時(shí)，一般地說，取樣的目的是要通過樣例(樣方)的研究去準(zhǔn)確地推測植被的總體。樣例要有代表性，能通過盡可能少的抽樣獲得較為準(zhǔn)確的有關(guān)總體的特征。對(duì)樣本單元測量的目的是要得出樣本平均值，根據(jù)樣本平均值，就可以在確定的置信區(qū)間內(nèi)，估算出總體的真實(shí)值。然后，估算真實(shí)值的方法則可應(yīng)用于總體，并用以估算總量。樣本單元的數(shù)量可按以下步驟進(jìn)行計(jì)算。第一步：確定期望的精確度水平。對(duì)于調(diào)查精確度水平的確定直接影響

6、到調(diào)查費(fèi)用。一般采用在95%的置信區(qū)間和10%的平均數(shù)真實(shí)值范圍內(nèi)，以一個(gè)合理的費(fèi)用來正確估測生物量。當(dāng)精度確定后，項(xiàng)目區(qū)的樣方大小也就能夠確定了，在保證方差較小的情況下就可以開始樣本測量工作。第二步：確定收集初始數(shù)據(jù)的面積?？衫斫獬纱_定研究區(qū)的范圍，因?yàn)樵谠u(píng)估方差時(shí)必須要有初始數(shù)據(jù)，這也是為達(dá)到期望精度而對(duì)樣地?cái)?shù)量提出要求的原因。如果碳匯項(xiàng)目是由多層組成，則該初始數(shù)據(jù)應(yīng)從每一層中獲取。第三步：根據(jù)初始數(shù)據(jù)估算生物量、方差、標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)確定的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。包括估測生物量必須的冠幅、高度、地徑等。第四步：計(jì)算要求的樣地?cái)?shù)量。對(duì)于n層項(xiàng)目情況下，計(jì)算樣本數(shù)量(n)公式如下:n=(N1s1)2+

7、#+(N ns n)2 N2E2t2+N1V1+#+N nV n式中,E是期望的置信區(qū)間的一半，用平均碳儲(chǔ)量乘以期望的精度，也就是平均碳儲(chǔ)量0.1(10%的精度)或0.2(20%的精度);t是為達(dá)到95%的置信水平根據(jù)t型分布確定的樣本統(tǒng)計(jì)量,t通常設(shè)為2，因?yàn)樵谶@個(gè)階段樣本大小還不知道;N表示在總體中樣本單元的數(shù)量(等于公頃計(jì)量的項(xiàng)目區(qū)面積或?qū)訑?shù)和用公頃計(jì)量的樣地面積之比);S代表標(biāo)準(zhǔn)差;V代表方差。在決定樣方的大小時(shí)，首先要考慮研究的群落類型、優(yōu)勢(shì)種的生活型及物種分布均勻性等。從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度，使用面積小而數(shù)目多或者面積大數(shù)目少的樣方都可以達(dá)到同樣的精確度，但樣方小，取樣工作量增加，計(jì)算也煩瑣

8、，同時(shí)許多樣方的觀測值可能很接近，給數(shù)量分析帶來一定困難。所以，樣方大小要適當(dāng)，一般用群落的最小面積作為樣方的大小。在低矮草地研究中一般用12m2的樣方，高草地用25100m2，灌叢100200m2，林分200 500m23。為了在野外測量中保持嚴(yán)密性，布設(shè)樣本單元應(yīng)在項(xiàng)目區(qū)整個(gè)范圍內(nèi)，為確保樣地在整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的分布不帶有偏好，樣地布設(shè)應(yīng)采用隨機(jī)或系統(tǒng)抽樣的方法。隨機(jī)或系統(tǒng)抽樣方法可以在項(xiàng)目區(qū)的一個(gè)層或多個(gè)層中采用。一旦樣本類型設(shè)計(jì)確定，就可以用隨機(jī)數(shù)表或者GIS程序中的隨機(jī)功能在地圖上通過隨機(jī)定向和確定距離來布設(shè)樣地。2.3樣地調(diào)查記錄方法在外業(yè)工作開始前，所測樣地大小需初步確定，位置可依據(jù)隨

9、機(jī)抽樣原則，以實(shí)地調(diào)查為準(zhǔn)?？紤]膏桐生物量測算要求與其他相關(guān)調(diào)查因子，設(shè)計(jì)以下樣地調(diào)查表，以植株個(gè)體為記錄對(duì)象進(jìn)行調(diào)查。主要調(diào)查如下因子。層號(hào)：碳匯項(xiàng)目中為便于野外工作，增加碳測量和估算的正確性和精確度，將項(xiàng)目區(qū)劃分成若干亞總體或?qū)?，形成相?duì)同質(zhì)的樣本單元。立地號(hào)：根據(jù)不同的立地類型編號(hào)。編號(hào)：樣方內(nèi)植株的編號(hào)。植物名稱：調(diào)查對(duì)象。高度：記錄樣方內(nèi)該株植物的高度。使用花桿卷尺測量。地徑：地莖較大，比如超過5c m的就用圍尺，小于5c m就用游標(biāo)卡尺。冠幅：測定樹冠的直徑，通常取兩個(gè)垂直方向的數(shù)字。海拔：記錄取樣地點(diǎn)的海拔。面積：樣地面積。數(shù)量：樣地內(nèi)植株數(shù)量。GPS坐標(biāo)：記錄取樣點(diǎn)地理位置信息

10、。2.4膏桐生物量測量方法#37#第6期張蓉：林業(yè)碳匯項(xiàng)目中灌木地上生物量調(diào)查方法初探鑒于膏桐植株及種子的多重利用價(jià)值及灌木測量特征，在碳匯計(jì)量與監(jiān)測中，簡單的收割法測定生物量的方法既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又影響膏桐發(fā)揮必要的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值。最好的方法就是建立一個(gè)基于冠幅面積、高度或地徑這些變量并適合當(dāng)?shù)厍闆r的異速生長方程。然后在樣地中，結(jié)合典型植株的收割、測量、烘干、稱重，對(duì)獨(dú)立變量進(jìn)行測量。然后建立生物量與相關(guān)易測因子的擬和方程，來估測生物量?？紤]膏桐種植經(jīng)營中發(fā)揮的能源效益，膏桐種子在特定時(shí)期需進(jìn)行采摘，給種子在整個(gè)經(jīng)營期中所固定的碳計(jì)量帶來困難?？梢圆扇≡跍y量生物量時(shí)，選取無掛果季節(jié)或剔除種子后的

11、干物質(zhì)進(jìn)行測算。在樣地內(nèi)選取若干株(一般30株)膏桐，測定其冠幅直徑(垂直交叉，測2組)和植株高度、地徑，然后齊地面整株割下，將葉和枝分離，測定鮮質(zhì)量。再將其放入80度的烘箱烘干，測定其干質(zhì)量，根據(jù)所得數(shù)據(jù)與野外測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立基于冠幅、高度、地徑與生物量之間的估測模型。3不確定性分析在野外調(diào)查與模型建立的過程中由于客觀或主觀的原因難免會(huì)出現(xiàn)誤差或偏差，這些都是不能避免的。對(duì)于膏桐樹種而言，調(diào)查的季節(jié)不同，受其落葉期或采種等經(jīng)營措施影響，所調(diào)查因子與真實(shí)值之間會(huì)有誤差。此外，在不同層生物量測算時(shí)也應(yīng)注意植被的環(huán)境特征，包括氣候數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、生物因子數(shù)據(jù)等。這些因素應(yīng)在測算

12、生物量時(shí)適時(shí)的被考慮入內(nèi)，如進(jìn)行一些相關(guān)系數(shù)的參考。4結(jié)論與展望該文研究的膏桐樹種是在灌木林地固碳方面的一種嘗試。通過取樣設(shè)計(jì)、野外調(diào)查記錄以及生物量模型建立分析來探討膏桐生物量調(diào)查方法。進(jìn)而為碳匯計(jì)量工作提供可靠數(shù)據(jù)。由于膏桐的多重利用價(jià)值及其在發(fā)展生物質(zhì)柴油方面的突出效用，對(duì)該領(lǐng)域的調(diào)查研究在創(chuàng)造生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益方面的潛力巨大。由于各方面條件的限制，該文提出的調(diào)查方法具有一些不足之處。首先是若采用隨機(jī)布樣的方式開展調(diào)查，由隨機(jī)數(shù)決定的樣方位置，在實(shí)際研究中往往難以確切設(shè)置，尤其是在地形復(fù)雜、溝壑交錯(cuò)、裸巖縱橫的地方更是如此，所以說隨機(jī)取樣在實(shí)踐中真正達(dá)到隨機(jī)的是很難的。其次是在對(duì)膏桐生物量模型的建立時(shí)，由于灌木生長習(xí)性限制，對(duì)樹種各林齡級(jí)的區(qū)分考慮不足，而實(shí)際中，樹種在不同林齡時(shí)固碳能力是不同的?？傊?，膏桐樹種生物量的準(zhǔn)確計(jì)量離不開詳細(xì)、長期、準(zhǔn)確的調(diào)查數(shù)據(jù)。該研究旨在提供一種灌木生物量調(diào)查的思路和方法，為今后的碳匯計(jì)量提供一些參考，對(duì)于森林碳匯的準(zhǔn)確計(jì)量還需要更多數(shù)據(jù)的共同支持。參考文獻(xiàn):1李怒云.中國林業(yè)碳匯M.北京中國林業(yè)出版社,2007:12-14