西伯利亚地区主要森林优势树种生物量相对生长模型

doi:10.18402/resci.2018.11.06

摘要/Abstract

摘要：

西伯利亚地区的主要森林优势树种有欧洲赤松（Pinus sylvestris L.）、西伯利亚落叶松（Larix sibirica Ledeb.）、凯杨德落叶松（Larix cajanderi Maye）、西伯利亚红松（Pinus sibirica Mayr）、西伯利亚云杉（Picea obovata Ldb.）、西伯利亚冷杉（Abies sibirica Ledeb.）、欧洲山杨（Populus tremula L.）、欧洲白桦（Betula pendula Roth）等。利用IIASA和俄罗斯著名学者V.A.Usol’tsev的专著等提供的森林优势树种样地实测数据和生物量实测数据,西伯利亚地区7个森林优势树种的林分平均林木区域尺度上的生物量相对生长模型已成功构建。精度分析结果表明,7个树种的树干（带皮）和地上生物量模型完全满足计算这些树种样地生物量和植被碳储量的需要;除西伯利亚红松外的其它6个树种的树枝、树叶的生物量模型可以用于样地内林木主要营养器官生物量的计算;欧洲赤松、西伯利亚红松、西伯利亚冷杉和欧洲山杨的地下生物量模型也已达到实际应用的精度要求。区域尺度上样本数对生物量模型构建的响应与局地尺度上的响应在有限样本条件下可能略有不同。

关键词: 生物量相对生长模型, 欧洲赤松, 西伯利亚落叶松, 西伯利亚红松, 西伯利亚云杉, 西伯利亚冷杉, 欧洲山杨, 凯杨德落叶松, 西伯利亚

Abstract:

Pinus sylvestris L., Larix sibirica Ledeb., Larix cajanderi Maye, Pinus sibirica Mayr, Picea obovata Ldb.,Abies sibirica Ledeb., and Populus tremula L. widely distribute in various forests of Siberia region and are main dominant tree species in a variety of forests, e.g., pine forest, cedar forest,larch forest,spruce-fir forest, dark coniferous forest, and broad-leave forest. Using plot data of tree biomass from IIASA and V. A. Usol’tsev’s book and classic tree biomass model W=a×(D²×H)^b and W=a×D^b, the relative growth models of these forest dominant tree species at the scale of Siberia region were initiated and successfully constructed,respectively. Based on comprehensive analysis of the precision index of the biomass model, R² (correlation coefficient), TRE (total relative error), and MSE (mean system error),the biomass models with the best accuracy are relative growth models of trunk with bark and aboveground biomass of these tree species. Relative growth models of branch and leaf of almost all tree species except for Siberian stone pine also meet the need of calculating tree biomass of plot. The tree species that biomass models of their roots have been successfully constructed are Scotch pine, Siberian fir, Siberian stone pine, and European aspen.

Key words: Relative Growth Models of Biomass, Pinus sylvestris, Larix sibirica, Pinus sibirica, Picea obovata, Abies sibirica, Populus tremula, Larix cajanderi, Siberia

邵彬, 姚予龙, 吴良, 欧阳华. 西伯利亚地区主要森林优势树种生物量相对生长模型[J]. 资源科学, 2018, 40(11): 2195-2201.

Bin SHAO, Yulong YAO, Liang WU, Hua OUYANG. Relative growth models of main dominant tree species of forest in Siberia Region[J]. Resources Science, 2018, 40(11): 2195-2201.

图/表 6

表1

表2

表3

表4

西伯利亚地区主要森林优势树种生物量模型（W=a×Db）的精度分析"

优势树种	林木生长器官	N	R²	SEE/kg	TRE/%	MSE/%	MPSE/%	MPE/%	P/%
欧洲赤松	树干	462	0.896 4	63.55	7.46	7.38	27.76	3.78	96.22
	树枝	462	0.819 9	8.21	11.31	12.19	36.63	4.82	95.18
	针叶	462	0.786 4	3.33	11.26	12.06	35.77	4.74	95.26
	树根	462	0.850 5	15.99	3.38	8.46	29.49	4.26	95.74
	地上生物量	462	0.913 9	64.64	8.35	6.87	26.48	3.37	96.63
西伯利亚红松	树干	39	0.987 9	32.41	3.66	6.32	22.18	3.71	96.29
	树枝	39	0.480 7	14.43	17.82	16.59	56.46	27.83	72.17
	针叶	39	0.244 7	14.36	42.21	28.67	73.81	42.38	57.62
	树根	30	0.981 9	9.48	-0.14	1.27	11.88	3.93	96.07
	地上生物量	39	0.970 7	55.07	5.21	3.72	18.31	5.73	94.27
西伯利亚落叶松	树干	80	0.938 4	36.81	-0.02	2.68	12.40	4.27	95.73
	树枝	80	0.876 7	6.59	5.87	4.97	20.35	6.85	93.15
	针叶	80	0.876 7	6.59	5.87	4.97	20.35	6.85	93.15
	地上生物量	80	0.940 2	41.83	0.40	2.63	12.35	4.27	95.73
凯杨德落叶松	树干	65	0.929 2	20.61	9.92	20.29	49.05	9.07	90.93
	树枝	65	0.758 1	3.93	18.70	16.41	44.90	18.26	81.74
	针叶	65	0.800 5	0.66	9.98	12.29	40.77	11.56	88.44
	树根	17	0.662 0	31.01	15.67	20.49	59.24	35.88	64.12
	地上生物量	65	0.928 9	23.04	11.48	15.69	40.88	9.05	90.95
西伯利亚云杉	树干	61	0.847 8	24.62	1.85	9.99	31.93	8.22	91.78
	树枝	61	0.700 8	5.98	10.02	7.69	29.18	13.18	86.82
	针叶	61	0.667 6	3.77	12.55	10.32	34.95	12.26	87.74
	树根	11	0.531 4	20.80	12.77	14.04	46.36	44.75	55.25
	地上生物量	61	0.868 1	28.65	4.05	7.84	27.60	7.63	92.37
西伯利亚冷杉	树干	114	0.787 4	52.36	5.90	6.42	24.20	6.62	93.38
	树枝	114	0.703 9	10.17	10.82	7.28	30.56	8.26	91.74
	针叶	114	0.644 4	5.58	8.83	7.77	32.03	8.12	91.88
	树根	25	0.905 0	6.36	5.96	8.89	31.90	9.83	90.17
	地上生物量	114	0.782 9	65.30	6.68	5.83	23.99	6.65	93.35
欧洲山杨	树干	78	0.786 2	50.06	-0.43	5.13	24.83	13.79	86.21
	树枝	78	0.848 1	5.43	3.36	8.75	32.89	11.53	88.47
	树叶	78	0.807 1	0.86	5.20	5.98	25.51	10.10	89.90
	树根	32	0.847 8	9.27	3.22	8.39	33.16	16.43	83.57
	地上生物量	78	0.819 9	52.01	-0.08	4.39	22.74	12.43	87.57

表4

表5

西伯利亚地区主要森林优势树种生物量模型(W=a×(D2×H)b)的精度分析"

优势树种	生物量分量	N	R²	SEE/kg	TRE/%	MSE/%	MPSE/%	MPE/%	P/%
欧洲赤松	树干	462	0.945 4	46.16	5.89	4.93	21.78	2.75	97.25
	树枝	462	0.757 9	9.53	11.52	14.25	41.06	5.60	94.40
	针叶	462	0.720 8	3.81	11.71	13.84	39.41	5.42	94.58
	树根	462	0.857 0	15.66	3.17	8.64	28.37	4.17	95.83
	地上生物量	462	0.944 7	51.86	7.36	5.48	22.48	2.70	97.30
西伯利亚红松	树干	39	0.976 8	45.51	5.41	3.20	16.44	5.20	94.80
	树枝	39	0.435 9	15.24	19.05	17.71	58.46	29.40	70.60
	针叶	39	0.212 2	14.86	44.28	31.29	76.54	43.86	56.14
	树根	30	0.960 0	14.36	3.43	1.11	9.39	5.97	94.03
	地上生物量	39	0.940 0	79.85	6.89	2.46	16.83	8.31	91.69
西伯利亚落叶松	树干	80	0.907 8	45.34	-1.01	3.01	16.94	5.26	94.74
	树枝	80	0.874 7	6.69	4.29	4.80	22.99	6.95	93.05
	针叶	80	0.840 9	1.42	3.19	7.50	23.56	6.36	93.64
	地上生物量	80	0.914 4	50.07	-0.52	3.03	16.62	5.11	94.89
凯杨德落叶松	树干	65	0.917 6	22.40	4.34	20.79	49.06	9.86	90.14
	树枝	65	0.777 5	3.80	16.84	18.08	49.79	17.65	82.35
	针叶	65	0.813 5	0.65	8.82	12.75	41.61	11.27	88.73
	树根	17	0.799 8	24.65	17.30	26.05	64.38	28.67	71.33
	地上生物量	65	0.917 6	21.93	7.06	15.98	39.73	8.62	91.38
西伯利亚云杉	树干	61	0.868 4	23.09	2.27	8.49	28.97	7.71	92.29
	树枝	61	0.642 5	6.60	11.40	8.48	31.33	14.53	85.47
	针叶	61	0.678 3	3.74	12.18	9.14	33.35	12.16	87.84
	树根	11	0.428 4	24.22	14.49	11.88	43.89	52.89	47.11
	地上生物量	61	0.866 9	29.03	4.46	6.78	25.81	7.73	92.27
西伯利亚冷杉	树干	114	0.820 8	48.30	6.15	5.06	20.04	6.11	93.89
	树枝	114	0.717 1	9.98	11.29	6.90	29.65	8.11	91.89
	针叶	114	0.676 9	5.34	8.95	7.27	30.05	7.78	92.22
	树根	25	0.882 3	7.23	7.01	8.74	32.40	11.20	88.80
	地上生物量	114	0.812 3	61.00	7.00	4.82	20.72	6.21	93.79
欧洲山杨	树干	78	0.816 0	46.74	0.40	4.19	21.47	12.88	87.12
	树枝	78	0.855 0	5.34	7.16	11.99	36.09	11.34	88.66
	树叶	78	0.795 8	0.89	6.31	7.25	28.78	10.46	89.54
	树根	32	0.889 6	8.03	1.54	7.63	30.42	14.22	85.78
	地上生物量	78	0.846 5	48.33	1.15	4.12	21.54	11.55	88.45

表5

表6

参考文献 13

[1]	IIASA. The Space Vector Database of Russian Vegetation(1:4 Million)[EB/OL].(2002-10)[2018-05-25]. .
[2]	IIASA. The Database of Biomass of Russian Forest [EB/OL].(2002-10)[2018-05-25]. .
[3]	Usol’tsev V A.Forest Biomass of Northern Eurasia: Database and Geography(Russia)[M]. Yekaterinburg: UBRAS, 2001.
[4]	胡莎莎. 新疆典型森林类型生物量监测研究[D]. 乌鲁木齐:新疆农业大学, 2012.
	[Hu S S.Monitoring Research on the Biomass of Typical Forest Types in Xinjiang[D]. Urumchi: Xinjiang Agricultural University, 2012.]
[5]	Battulga P, Tsogtbaatar J, Dulamsuren C, et al. Equations for estimating the above-ground biomass of Larix sibirica in the forest-steppe of Mongolia[J]. Journal of Forestry Research, 2013, 24(3):431-437.
[6]	白志强, 刘华, 方岳, 等. 喀纳斯国家自然保护区针叶林生物量分配特征[J]. 河北农业大学学报, 2014, 37(4):14-24.
	[Bai Z Q, Liu H, Fang Y, et al. The biomass distribution pattern of coniferous forest in the Kanas national nature reserve[J]. Journal of Agricultural University of Hebei, 2014, 37(4):14-24.]
[7]	张绘芳, 高亚琪, 李霞, 等. 新疆西伯利亚云杉生物量模型研究[J]. 中南林业科技大学学报, 2015, 35(11):115-120.
	[Zhang H F, Gao Y Q, Li X, et al. Research on biomass model of Picea obovata in Xinjiang[J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology, 2015, 35(11):115-120.]
[8]	高亚琪, 张绘芳, 地力夏提·包尔汉, 等. 西伯利亚落叶松天然林立木生物量估算模型研究[J]. 新疆农业科学, 2016, 53(4):655-662.
	[ Gao Y Q, Zhang H F, Baoerhan D, et al. Research on natural Larix Sibirica biomass estimation model in Xinjiang[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2016, 53(4):655-662.]
[9]	努尔江·哈比丁. 新疆阿尔泰西伯利亚落叶松生长及生物量研究[D]. 北京:北京林业大学, 2016.
	[ Harbiding N.Study on Growth and Biomass of Larix sibirica in the Altai Mountains of Xinjiang[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2016.]
[10]	张绘芳, 地力夏提·包尔汉, 朱雅丽, 等. 新疆疣枝桦与欧洲山杨生物量分配与异速生长模型分析[J]. 西北林学院学报, 2017, 32(5):33-38.
	[Zhang H F, Baoerhan D, Zhu Y L, et al. Biomass allocation patterns and allometric models of Betula pendula and Populus tremula in Xinjiang[J]. Journal of Northwest Forestry University, 2017, 32(5):33-38.]
[11]	方开泰, 金辉, 陈庆云. 实用回归分析[M]. 北京:科学出版社, 1988.
	[Fang K T, Jin H, Chen Q Y.Actual Regression Analysis[M]. Beijing: Science Press, 1988.]
[12]	曾伟生, 唐守正. 立木生物量方程的优度评价和精度分析[J]. 林业科学, 2011, 47(11):106-113.
	[Zeng W S, Tang S Z.Goodness evaluation and precision analysis of tree biomass equations[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2011, 47(11):106-113.]
[13]	冯宗炜, 王效科, 吴刚. 中国森林生态系统的生物量和生产力[M]. 北京:科学出版社, 1999.
	[Feng Z W, Wang X K, Wu G.The Productivity and Biomass of Forest Ecosystem in China[M]. Beijing: Science Press, 1999.]

森林优势树种	样地数/块	地位级	林龄/a	林分平均胸径/cm	林分平均树高/m
欧洲赤松	462	Ⅰ-Ⅴb	5~300	0.5~50.7	1.1~35.7
西伯利亚落叶松	80	Ⅱ-Ⅴa	25~350	4.7~37.1	6.8~27.5
西伯利亚红松	39	Ⅰ-Ⅴa	14~250	2.0~58.0	1.5~31.0
西伯利亚云杉	61	Ⅰ-Ⅴb	12~230	2.0~30.9	2.2~24.0
西伯利亚冷杉	114	Ⅰ-Ⅴa	20~200	1.6~37.9	2.2~27.0
欧洲山杨	78	Ⅰ-Ⅴ	6~95	2.1~33.0	3.2~31.0
凯杨德落叶松	65	Ⅲ-Ⅴb	14~380	0.5~29.0	1.3~24.6

模型	林木生长组分	N	R²	SEE/kg	TRE/%	MSE/%	MPSE/%	MPE/%	P/%
W=a×D^b	树干	71	0.717 6	136.60	29.92	22.44	53.01	16.25	83.75
W=a×D^b	地上生物量	71	0.681 9	160.49	28.81	18.88	47.84	16.87	83.13
W=a×(D²×H)^b	树干	71	0.724 2	135.98	30.82	17.14	46.25	16.17	83.83
W=a×(D²×H)^b	地上生物量	71	0.684 7	160.93	29.81	15.31	43.42	16.92	83.08