基于生物量转换因子法的我国森林碳储量区域差异分析

本文利用我国第1次至第6次森林资源清查资料,根据生物量转换因子法,对我国31个省市近30年来的森林碳储量进行推算,得出我国森林碳储量在波动中呈现上升趋势的结论。文章通过对全国7个区域、31个省市之间森林碳储量的动态变化进行比较分析,得出各区域和区域内各省市森林碳储量的排序,其中7个区域森林碳储量大小排列依次为西南、东北、华北、华南、华中、西北、华东。

基于生物量转换因子的林业剩余物理论资源潜力评估方法与应用

林业剩余物资源潜力评估是资源有效开发和政府合理制定政策的基础。在林木生物量研究成果的基础上,提出了基于BCF的林业剩余物理论资源和能源潜力评估方法。利用该方法在安徽省黄山市黄山区进行了应用,评估了杉木、阔叶树、马尾松和毛竹4种林木林业剩余物理论资源和能源潜力,得出了2011-2013年黄山区林业剩余物总理论资源和能源潜力,2013年分树种和不同采伐方式林业剩余物理论资源和能源潜力以及剩余物产生率。为验证方法的准确性,在黄山区洋湖公益林场进行了杉木主伐、中龄林抚育标准样地、样木实测,通过与文献[1-3]和IPCC（2006）提供的方法和折算系数对比分析发现：根据文献[1-3]计算的杉木主伐和中龄林抚育剩余物理论资源潜力值分别比实测值高222.83%和134.97%;根据IPCC（2006）计算的理论值分别比实测值高47.62%和43.89%,本研究理论推算值仅分别比实测值高18.21%和27.10%,从一定程度上验证了方法的有效性。

福建地区马尾松生物量转换和扩展因子的影响因素

基于第8次国家森林资源清查福建省331块马尾松的固定样地调查数据,利用增强回归树法(BRT)研究地上生物量转换和扩展因子(BCEF)和地下BCEF的影响因素。研究结果表明:林分特征因子和地形因子是影响地上BCEF以及地下BCEF的主导因素,二者对地上BCEF影响的相对贡献率之和为87.20%、地下BCEF为86.59%。其中,龄组和坡向分别是林分特征因子和地形因子中影响地上BCEF的最大因素(41.13%和14.52%)。地上BCEF随龄组的增大而逐渐减小;在东南坡最大、西坡最小。此外,龄组和坡向分别是林分特征因子和地形因子中影响地下BCEF的最大因素(41.54%和15.16%)。地下BCEF随龄组的增大而逐渐减增大;在东南坡最小、西坡最大。土壤因子对地上BCEF以及地下BCEF的影响都较小(12.80%和13.41%),腐殖层厚度是土壤因子中影响地上BCEF以及地下BCEF的最大因素(9.02%和9.13%)。在所有的影响因素中,龄组对地上BCEF以及地下BCEF的影响均最大,依据龄组计算相应的BCEF或者建立林龄普适的BCEF模型,可以有效地提高生物量的估算精度。

东北地区落叶松人工林生物量转换与扩展因子空间自回归模型

【目的】基于东北地区落叶松人工林森林资源连续清查固定样地数据,探讨生物量转换与扩展因子(BCEF)的最优模型形式,建立落叶松人工林BCEF空间自回归模型,为生物量精准估算提供模型支撑和依据。【方法】选择多种模型形式建立BCEF普通回归模型,从中选择拟合效果最好的模型,运用空间误差模型(SEM)和空间滞后模型(SLM)2种空间自回归方法重新拟合模型,采用决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和相对均方根误差(rRMSE)对模型进行评价,使用莫兰指数(MI)检验各变量和BCEF模型残差的空间自相关性。【结果】1)BCEF存在明显的空间自相关性,空间距离较小时,同一省内的落叶松人工林BCEF属性相似,随着空间距离增大,各省之间的BCEF属性差异逐渐体现出来,最终趋向随机分布;2)在普通回归模型中,异速生长模型、对数模型和双曲线模型拟合效果较好,不同自变量对应的最优模型形式不同;林分平方平均直径(Dg)是解释能力最高的变量,以Dg为自变量的有效模型的R^(2)在0.945~0.958之间;其次是林分平均高和蓄积量,其有效模型的R^(2)在0.60以上;林分平均年龄的解释能力略低,其有效模型的R^(2)仅0.50左右;林分断面积(BA)和密度(N)对BCEF的解释能力较差,R^(2)均不超过0.50;以Dg为自变量的普通回归模型的残差存在明显空间自相关性;3)以Dg为自变量的双曲线空间自回归模型最优,且SEM优于SLM,与对应普通回归模型相比,SEM的R^(2)提高3%,RMSE和rRMSE分别降低33%和35%,模型残差的MI不超过0.02,可较好消除空间自相关性。【结论】双曲线是BCEF最稳定的模型形式,Dg是解释BCEF的最优变量,建议采用以Dg为预测变量的双曲线函数空间误差模型估算BCEF。

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。

中国杉木相容性立木材积和地上生物量方程

以我国南方地区的最重要针叶树种——杉木为研究对象,采用误差变量联立方程组和哑变量模型方法,建立适合不同杉木生长区域(总体)应用的相容性立木材积方程、地上生物量方程及生物量转换因子函数。结果表明:二元立木材积方程和地上生物量方程均优于其相应的一元模型;不同总体的模型之间存在显著差异,总体A的模型估计值要大于总体B;一元和二元地上生物量方程的平均预估误差均在3%以内,可应用于不同区域的杉木林生物量估计。

中国湿地松立木生物量方程的研建

以我国湿地松154株样木的生物量实测数据为基础,综合利用分段建模方法和非线性误差变量联立方程组方法,建立了与立木材积方程相容的地上生物量方程和生物量转换因子模型,以及与地上生物量方程相容的地下生物量方程和根茎比模型。结果表明:所建地上生物量方程的平均预估误差小于5%,地下生物量方程的平均预估误差小于10%,全树生物量估计的平均预估误差小于3%,完全可满足森林生物量计量的精度要求,从而为我国湿地松林的生物量估计及碳汇能力评估提供了计量依据。

山西太岳山森林生物量与碳密度研究

基于2010,2015年2期森林资源连续清查数据,采用双向指示种分析(TWINSPAN)方法对山西太岳山森林植被进行群系分类,运用生物量转换因子连续函数法(variable BEFF)对太岳山森林生物量和碳密度进行动态分析。结果表明,太岳山共分为9个群系,其森林植被以油松群系、辽东栎+油松群系和辽东栎群系为主,占太岳山森林植被的75%;太岳山2010,2015年的森林总生物量分别为601.7万、713.4万t,平均生物量分别为74.43,88.26 t/hm^2,森林碳储量分别为300.8万、356.7万t,碳密度分别为37.22,44.13 t/hm^2,2010—2015年碳密度增加了6.91 t/hm^2,以1.38 t/(hm^2·a)的速率增加。

浙江省森林生物量动态

以浙江省1976至2004年森林资源连续清查资料为数据源,采用基于生物量与蓄积之间关系的生物量转换因子连续函数法,对全省林分生物量和包括林分在内的森林生物量动态进行估计。森林生物量为包括林分、疏林、灌木林、竹林、经济林和四旁树在内的所有林木生物量之和。结果表明,浙江省1976至2004年间森林生物量从1.00828×108Mg上升到2.44426×108Mg;其中,林分生物量由0.5712×108Mg上升到1.51128×108Mg。森林生物量和林分生物量的年平均增长速度分别为5.1%和9.1%。在1999至2004年间,森林生物量和林分生物量增长速度均明显加快,分别达到8.6%和10.1%。在1976至2004年间,全省森林面积年均增长速度为1.0%,森林平均生物量从16.50Mg·hm-2上升到36.59Mg·hm-2。但是,在森林资源总量不断增加的同时,全省林分质量仍维持较低水平。2004年全省林分单位面积生物量为38.40Mg·hm-2,远低于全国平均水平(77.40Mg·hm-2)。研究还表明,利用森林资源连续清查数据和基于单株测树因子的森林生物量模型能够估计大尺度范围内的森林生物量及其动态,但亟待在统一标准下建立和完善覆盖所有树种的生物量模型。

河南省杨树人工林生物量估算

利用1989—2008年间共4次森林资源清查资料,依据生物量转换因子法(BEF)建立的杨树生物量与蓄积量相关方程,对河南省杨树人工林的生物量进行了估算。结果表明:河南省4次森林清查杨树人工林的生物量分别为92.44×104 t、191.88×104 t、1 256.79×104 t和3 454.59×104 t,呈明显增长的趋势;20a间,杨树生物量共增加3 362.15×104 t,年均增长224.14×104 t;而同期生物量密度呈逐年下降的趋势,生物量密度由48.14t·hm-2下降到37.50t·hm-2,远低于全国杨树平均水平,表明河南省杨树人工林森林质量较差;模型的选用对估算区域生物量的大小影响较大,BEF法与生物量转换因子连续函数法估算结果相差33.95%。

基于清查数据的福建省马尾松生物量转换和扩展因子估算差异解析——3种集成学习决策树模型的比较

生物量转换和扩展因子(BCEFs)是估算森林生物量碳储量普遍使用的重要参数.厘清BCEFs估算差异的来源,可降低森林生物量碳储量评估的不确定性.利用基于集成学习的决策树模型能够很好地解决BCEFs估算差异来源问题.然而,不同此类模型的对比研究目前尚未见报道.本研究以第8次国家森林资源清查福建省331块马尾松的固定样地数据作为材料,分别利用增强回归树(BRT)、随机森林(RF)和立体派(Cubist)模型分析BCEFs(包括地上和地下部分)估算差异的来源.结果表明:研究区马尾松BCEFs呈右偏分布,平均值为0.69t·m^(-3),最小值为0.67 t·m^(-3),最大值为0.71 t·m^(-3).BRT、RF和Cubist模型对BCEFs的拟合和预测能力均很好,均能够解释92.8%以上的BCEFs变异.3种模型均给出了相同的前2个相对贡献率最大的自变量,为平均胸径和蓄积量.BCEFs随着平均胸径、蓄积量的增加呈逐渐减小的趋势.平均胸径、蓄积量、平均年龄和平均树高等林分特征因子对BCEFs的影响极大,而土壤因子和地形因子对BCEFs的影响均很小.在建立BCEFs模型时,利用平均胸径、蓄积量、平均年龄和平均树高等少量包含较多BCEFs预测信息的变量便能获取很好的预估精度.当应用固定BCEFs时,应选择在平均年龄、平均胸径以及蓄积等方面具有广泛代表性的样本计算BCEFs.

基于林业清查资料的桂西北植被碳空间分布及其变化特征

基于2005—2010年林业资源清查数据,采用材积源生物量法,运用地理信息系统技术,估算和分析了桂西北植被碳密度及其储量的空间分布及其变化。结果显示:(1)研究区域从2005年到2010年呈现碳汇变化趋势,植被碳储量由4.19×104t增加到4.27×104t(增幅为1.84%),植被碳密度从29.04t/hm2增加到29.57 t/hm2。(2)从治理措施、林种起源方式及林种类型来看,自然保护区的植被碳密度最大,超过40 t/hm2。2005—2010年,人工植苗、直播、飞播和萌生方式植被碳密度增加,退耕还林工程的植被碳密度均呈明显增长(增加3.00 t/hm2),所有林种碳密度都呈不同程度的增长。(3)植被碳密度空间分布上,大致表现为西部高、中东部低,北部高、南部低。西部区植被碳密度均值超过40 t/hm2,中东部区植被碳密度均值低于25 t/hm2。植被碳密度变化在空间分布上表现为无论是非喀斯特区还是喀斯特区的植被碳密度都有增长趋势,其中有7个县市植被碳密度升级为更高等级。研究表明,随着退耕还林、生态移民等治理措施的实施,区域植被碳密度显著增加,生态环境好转。

东北地区落叶松林碳储量估算

碳储量既是评价森林生态系统结构和功能以及森林质量的重要指标，也是评估森林生态系统碳平衡的基础（王效科等，2000）。森林生物量和碳储量将为一个国家准确地评估其固碳潜力、发掘维护全球气候平衡的作用提供有效的数据支持（ Fang et al．，2001）。

基于森林资源清查资料的河南省森林碳储量及其经济价值研究

利用2008年全国第七次森林资源清查主要数据,建立不同森林类型生物量与蓄积量之间的回归方程,对河南省森林植被的碳储量、碳密度及其碳汇经济价值进行了估算。结果表明,12008年全省森林总碳储量约为8 090.72万t,主要分布在乔木林中,占86.22%;森林平均碳密度约为20.00 t/hm2,远小于全国平均值;2阔叶林是全省乔木林碳储量的主要贡献者,碳储量约为5 584.44万t;杨树和栎类作为主要的两个优势树种,二者碳储量占阔叶林的86.22%;3全省乔木林碳储量主要集中于幼龄林和中龄林中,占全省乔木林碳储量的81.74%;从起源来看,人工林碳储量占55.26%,且固碳潜力巨大,将是河南省森林碳储量的主体;4河南省全部森林碳汇经济价值约为220.63亿元,其中,乔木林为190.24亿元,主要源于杨树和栎类的贡献。

2004—2013年山东省森林碳储量及其碳汇经济价值

森林作为陆地生态系统的主体,其林分碳储量及其碳汇经济价值的估算是全球碳循环研究的热点和重要内容。基于2004—2008年和2009—2013年山东省森林资源清查数据以及实测样地数据改进的生物量蓄积量转换参数,利用生物量转换因子连续函数法,估算2004—2013年山东省森林碳储量及其碳汇经济价值动态。研究结果表明,2004—2013年山东省森林面积、碳储量和碳密度分别从2004—2008年的156.12×10~4hm^2、34.75Tg C和22.26Mg C/hm^2增加到2009—2013年161.44×10~4hm^2、43.98Tg C和27.24Mg C/hm^2。人工林是森林面积、碳储量和碳密度增加的主要贡献者,人工林和天然林对森林生物量碳汇的贡献分别为97.3%和2.7%。两次森林清查期间,杨树和硬阔软阔类森林的碳储量之和分别占全省总量的70.2%和69.6%,杨树的碳储量和碳密度增加最为显著。各龄组森林碳储量由大到小依次为:幼龄林>中龄林>成熟林>近熟林>过熟林。森林碳汇经济价值从2004—2008年的243.37亿元增长到2009—2013年的253.42亿元,年均增长2.01亿元,杨树的碳汇经济价值占全省所有森林类型的60%,赤松单位面积碳汇经济价值最强为2.08万元/ha。

1973～2013年黑龙江省森林碳储量及其动态变化

基于1973～2013年8次省森林清查数据以及实测数据改进的生物量蓄积量转换参数,利用生物量转换因子连续函数法,研究了近40a黑龙江省森林碳储量及其动态变化.结果表明:黑龙江省森林碳储量从1973～1976年的1159.35TgC下降到2009～2013年的833.99TgC,其中天然林减少387.51TgC,人工林增加62.15TgC;森林总体表现为碳源(-10.88TgC/a),主要归因于天然林面积的减少.不同森林类型的碳储量存在较大差异,桦木、落叶松和阔叶混是碳储量的主要贡献者;大多数森林类型的碳密度呈上升趋势.森林以中、幼龄林为主,中龄林碳储量占同期全省总量的27.9%～46.6%,其他龄组的碳储量均呈减少趋势,以成熟林最为明显(201.17TgC);幼龄林、中龄林和近熟林的碳密度分别增加2.20、3.21和3.43MgC/hm^2,成熟林和过熟林则有所下降;不同龄组森林面积和碳密度的变化是导致其碳储量变化的主要原因.

中国林业碳贡献区域分布及潜力预测

“国家自主贡献”(INDCs)鼓励各国自觉承担减排责任,林业部门的碳贡献及潜力对我国承担减排替代及合理制定INDCs目标具有积极意义。通过生物量转换因子连续函数法和土壤有机碳储量推算法,利用第八次森林资源清查数据,模拟预测三种森林生长情境下各林区承诺期内碳贡献分布变化情况。研究结果表明:①至第八次森林资源清查结束,三大林区总碳储量为48.63 PgC,总蓄积量为188.02×10^8 m^3。②至2030年,自然增长情境(Ⅰ)、按原面积比例分配情境(Ⅱ)和人工林高配比情境(Ⅲ)下林区总碳储量将分别增加1.70、6.90和7.11 PgC,蓄积量分别增加53.04×10^8、61.70×10^8和62.38×10^8m^3。③2013—2030年期间,各林区碳贡献均保持增长,但东北和西南林区贡献率逐年下降,南方林区贡献率上升趋势明显。④敏感性分析结果表明,每提高5%南方林区新造林面积比例,三大林区的碳储量和蓄积量将提升6 TgC和7×10^5m^3。为充分发挥林业在缓解气候变化中的潜力,应提高南方林区的新造林面积比例,为用材林制定合适的采伐模式,增加杉木和桉树等速生树种面积,以维持较高的碳贡献增长速度和保障木材生产安全的优势。在东北林区和西南林区发展混交林,对过熟林进行可持续经营管理,人工促进更新过熟林以提高森林更新速度,从而改善碳贡献率下降和林龄偏大的现象。

北京主要森林类型碳储量变化分析

利用全国森林资源清查资料中的北京市部分,基于生物量转换因子法,通过建立不同森林类型蓄积量与生物量间的回归方程,估算出北京市不同时期森林的生物量和碳储量,并对碳储量的变化进行了分析。结果表明:北京市森林碳储量在5 a内由796万t增加到852万t,呈现增长的趋势,各森林类型碳储量的变化与相应森林类型面积变化呈正相关关系。在全市森林总碳储量中,栎类Quercus spp.,阔叶类,杨树Populus spp.在碳汇中起着重要的作用。树种年龄组成上的不合理很大程度上限制了北京的森林碳汇能力,幼龄林与中龄林面积大但是碳储量较低,成熟林碳储量所占比例较大,不同植被类型以及不同龄组的森林碳密度呈现略微下降的趋势,碳密度随着龄级的增长而增加,其他林分要素在碳汇中发挥着较为重要的作用。

1994年-2018年东三省森林碳储量动态变化研究

为开展东三省森林生态系统碳储量动态变化的研究,文章以1994年-2018年期间5次森林资源清查资料为基础,采用生物量转换因子连续函数法估算东三省森林碳储量及变化趋势。结果显示:1994年-2018年东三省森林碳储量共增加334.37 TgC,整体表现为碳汇,年均固碳16.71 Tg/a。在林龄方面,中龄林碳储量占比最高,占同期总碳储量的33.07%~44.69%。在不同优势树种中,栎类、落叶松和阔叶混是东三省森林碳储量的主要贡献者。由此,改善林龄结构和加强对优势树种的经营与管理对提升东三省森林碳汇能力至关重要。

黑龙江省森林碳储量的动态变化分析

以黑龙江省二十余种树木为研究对象,对比研究林分与林龄,在2003—2013年连续三次森林资源清查数据的基础上,采用生物量转换因子连续函数法和平均生物量法计算出不同种类、不同林龄、不同起源的森林资源碳储量及碳密度,并进一步分析其动态变化及分布特征,以找寻合适树种进行保护与扩增。结果表明:①从植被类型的角度来看,乔木林碳储量最多,为661.78 Tg,其碳密度也最高,为33.94Mg/hm2;②不同林龄的乔木中,中龄林、近熟林的碳储量在不同时期的清查数据中均占有重要地位,共占69.87%;③在不同树种中,阔叶混、落叶松、栎类等树种为黑龙江省森林碳储量主要贡献树种,合计占黑龙江省乔木林碳储量的62.17%;④碳密度方面枫桦、水曲柳、栎类、樟子松等排名靠前;综上所述,阔叶混、落叶松、栎类作为主要碳储量贡献树种,应当进行主要保护,并辅助以其他树种的保护与扩增,提升黑龙江省森林碳储量。