全 文 ：2011年 5月 防　护　林　科　技 May, 2011
第 3期(总 102期) ProtectionForestScienceandTechnology No.3(SumNo.102)
文章编号:1005-5215(2011)03-0009-03
　　收稿日期:2011-01-17
　　作者简介:凌雷(1979-), 男 , 甘肃兰州人 , 在读硕士 ,
实习研究员 , 现从事林业生态研究 , E-mail:gsshengtai@
163.com
文县杨个体生物量生长规律研究
凌　雷
(甘肃省林业科学研究院 ,甘肃兰州 730000)
摘　要:采用标准木法对文县杨地上部分生物量进行了调查 , 分析了地上部分各器官生物量与株高 、胸径的相关关
系 , 结果表明:文县杨地上部分生物量各器官的比例为树干 56.12%、干皮 7.8%、叶 9.5%、枝 21.4%、枝皮 5.2%,
其大小顺序依次为树干 >枝 >叶 >干皮 >枝皮;地上部分质量 、树干质量 、树皮质量 、叶质量 、枝质量等与株高和胸
径均呈显著正相关关系 。在此基础上 ,模拟了文县杨各器官生物量与树高 、胸径的相关数学模型 , 并编制了以树高
和胸径估测的文县杨生物量表。
关键词:文县杨;生物量;生长规律
中图分类号:S758.52　　　　　　　文献标识码:A
GrowthRulesofIndividualBiomassofPopuluswenxianica
LINGLei
(GansuForestryAcademy, Lanzhou730000, China)
Abstract:SampleTreeMethod(STM)wasadoptedtoinvestigatetheabove-groundbiomass.Thecorelationsamongbio-
mass, theheight＆DBHofdiferentpartsoftheindividualsabove-groundwereanalyzed.Biomassratioofdifferentpartsa-
bove-groundshowsthat:thetrunk, bark, leaves, thebranches＆branchbarkisbeing56.12%, 7.8%, 9.5%＆ 21.4%,
5.2%, respectively.Theorderoftheabove-groundbiomassofvariousorgansis:thetrunk>branch>leaf>bark>branch
bark;qualityofabove-groundparts, trunk, bark, leaves, andsticksetc.withtheheightandDBHshowssignificantposi-
tivecorrelation;onthisbasis, relevantmathematicalmodelforthebiomassandtreeheight, DBHofdiferentpartsofP.
wenxianicaweresimulated;biologicalscaleswhichestimatedtreeheight＆DBHofP.wenxianicawereworkedout, which
canprovidethebasisforscientificmanagement＆rationaluseofresourcesforP.wenxianica.
Keywords:PopuluswenxianicaZ.C.FengetJ.L.Guo;biomass;growthrules
　　生物量研究是生态系统定量研究的基础。能量
在生态系统中的转移 、养分循环及有机物生产的过
程都是以生态系统各成分的生物量为载体 ,所以生
物量的测定是研究生态系统动态规律的基本资
料 [ 1] 。森林生物量代表森林的第一性生产力 ,它在
研究森林生态系统 ,森林与气候关系等方面起着极
大的作用 , 一直为世界生态学家和林学家所重
视 [ 2] 。同时生物量数据是研究许多林业问题和生
态问题的基础 ,自 1964年芬兰及瑞典提出全树利用
后 ,发达国家逐步已将森林生物量调查作为森林监
测的一个重要内容 ,因而开始了生物量模型的研究 ,
先后提出了不少生物量模型 ,如 CAR模型 、VAR模
型等。但是 ,森林生物量的测定却很困难 ,目前 ,常
用的方法有皆伐法 、材积转换法 、生物量模型估计
法 、平均木法等。各种方法各有利弊 ,如皆伐法 ,得
到的结果较为真实可靠 ,但作为破坏性的测定对森
林生态系统的影响较大;材积转换法虽为非破坏性
测定 , 但确定适合的转换因子则需要大量的实
验[ 3-4] 。以产量法为主要手段的森林群落生物量研
究 ,国内外开展得较早[ 5] 。而目前比较流行的方法
是生物模型估计法 ,这个方法同样需要有足够的皆
伐样本资料来建模 ,一旦模型建立 ,在同类型的林分
中就可以利用森林资源清查资料来估计整个林分的
生物量 ,其关键是模型应该有一定的精度要求。目
前对于单木生物量的研究多采用收割法对林木根
系 、树干 、树叶 、树皮 、枝条等各部分的生物量进行测
定 ,并与树高 、胸径等测树因子建立回归模型 ,如安
尼瓦尔[ 6]对 4种柽柳属植物的生物量采用标准收割
法进行测定 ,并应用 “相对生长法 ”建立了估测整株
和各器官生物量的回归模型 。马华明 [ 7]采用收割
法测定了凹叶厚朴的各器官生物量 ,并与地径 、株
高 、胸径 、枝下高等因子进行了相关分析 ,建立了其
回归模型 。目前 ,对单木生物量的研究开展较少 ,而
DOI :10.13601/j.issn.1005-5215.2011.03.036
　
且主要集中在个别树种上 。本文采用标准木法研究
了甘肃特有种文县杨(Populuswenxianica)的个体生
物量生长规律 ,以期为其科学管理和合理利用提供
依据。
1　材料与方法
1.1　研究区概况
文县杨中心分布区为甘肃南端的文县中路河流
域 ,位于 104°25′00″E, 33°11′30″N,海拔 1 350 ～
1 850 m,全境属于南秦岭山地 ,属北亚热带向暖温
带过渡气候区 ,气候垂直变化明显 。年平均气温 9
℃,最冷月(1月)气温 -1.7 ℃;最热月(7月)25.3
℃。年降水量 420 ～ 550 mm, 年蒸发量为 555 ～
2 034 mm;年总辐射量为 4 800 ～ 5 000MJ·m-2;年
均风速为 2.5 m· s-1;年均相对湿度为 61%。地带
性土壤为褐土和棕壤 ,脱硅富铝化作用较弱 ,淋溶作
用明显 ,生物积累旺盛 ,黏化作用较强 , pH值为 6.5
～ 7.5。受气候条件影响 ,该区植被垂直分布规律明
显 ,从低海拔到高海拔有 6个植被带 ,依次为常绿阔
叶林带 、常绿落叶混交林带 、落叶阔叶林带 、针叶阔
叶混交林带 、亚高山针叶林带和高山灌丛草甸带。
1.2　研究方法
1.2.1　采样方法　本文采用标准木法进行研究 。
在文县杨典型立地类型中 ,经过每木调查后 ,根据树
木生长发育情况 ,选伐 8株标准木。伐倒前测定胸
径 、冠幅 ,伐倒后测定树高 、枝下高;测定每个区分段
中央带皮直径 、去皮直径及大枝基径。样木各器官
生物量采用全部称量法测定 ,即树干和大枝采用 1
m的区分段称鲜质量;枝叶全部摘除后称叶及小枝
鲜质量 。采集的各器官样品置于通风干燥箱内 ,在
85 ℃恒温下烘干至恒质量 ,求出干鲜比 ,并将样木
各器官鲜质量换算成干质量。
1.2.2　数学模型的选择　生物体各部分器官与测
树因子之间普遍存在着相对生长规律 ,这种生长规
律可以用数学式表达[ 8] 。利用最小二乘法拟合 ,在
林木生物量研究中常用的幂函数 W=a(G)b, W=
(D2H)b(其线性表达式分别为 ln(W)=lna+bln
(G)和 ln(W)=lna+bln(D2H))建立树叶 、枝 、干 、
地上部分质量的数学模型 。
2　结果与分析
2.1　文县杨单株生物量生长变化规律
文县杨标准样木调查结果见表 1。由表 1可
知 ,各器官比例为树干 56.12%、干皮 7.8%、叶
9.5%、枝 21.4%、枝皮 5.2%;地上部分生物量各器
官大小依次为树干 >枝 >叶 >干皮 >枝皮 。
表 1　文县杨地上部分生物量调查
样本
数
胸径
(cm)
树高
(m)
树干
(kg)
干皮
(kg)
叶
(kg)
枝
(kg)
枝皮
(kg)
地上总质量
(kg)
1 15.8 16.05 85.6 14.39 17.83 49.75 8.83 176.40
2 19.67 16.43 97.63 16.18 19.18 51.5 9.55 194.04
3 28.0 18.75 127.37 19.71 20.29 54.49 11.76 233.62
4 23.8 21.04 140.81 22.43 24.14 55.67 15.76 258.81
5 31.6 21.65 189.27 23.87 29.08 58.83 15.63 316.68
6 30.0 22.17 183.09 23.25 27.79 56.69 14.18 305.0
7 26.0 20.05 138.93 20.85 22.17 54.65 13.07 249.67
8 12.3 7.28 38.37 3.09 6.29 7.33 3.31 58.39
2.2　文县杨树高 、胸径及各器官生物量相关性分析
一般情况下 ,树高 、胸径与地上部分质量 、树干质
量 、树皮质量 、叶质量 、枝质量等有较显著的相关性。
通过文县杨 8个样本各器官生物量与其树高和胸径
进行相关分析 ,结果表明 ,各部分生物量与其相对应
样本的树高和胸径之间呈显著正相关关系(表 2)。
表 2　文县杨各器官生物量之间相关矩阵
项目 胸径 树高 树干质量 皮质量 枝质量 地上部分
胸径 1.000 0
树高 0.980 3 1.000 0
树干质量 0.955 8 0.934 4 1.000 0
皮质量 0.995 2 0.992 1 0.942 2 1.000 0
枝质量 0.959 8 0.945 3 0.902 5 0.920 9 1.000 0
地上部分 0.935 1 0.980 2 0.983 7 0.980 7 0.895 3 1.000 0
2.3　文县杨各器官生物量与树高 、胸径的相关数学
模型
表 3　文县杨各器官生物量与树高 、胸径的估算模型
组分 方程 R F 显著性水平
树干
W=0.372 5H1.990 1 0.963 9 178.69 0.000 1
W=1.780 2D1.343 6 0.9542 261.07 0.000 2
W=1.138(D2H)0.508 4 0.9758 242.25 0.000 1
W带皮 =0.533 0H1.915 4 0.972 4 104.06 0.0001
W带皮 =2.282 5D1.308 3 0.952 4 158.51 0.000 3
W带皮 =1.171 4(D2H)0.519 8 0.986 2 214.03 0.000 1
叶
质量
W=0.389 2H1.372 5 0.978 7 136.55 0.000 02
W=0.907 9D0.994 9 0.892 3 223.44 0.000 3
W=0.311 6(D2H)0.455 4 0.945 9 151.01 0.000 4
枝
W=1.902H1.123 7 0.934 8 141.54 0.000 3
W=3.723 0D0.818 4 0.905 3 88.69 0.000 2
W=0.167 8(D2H)0.610 9 0.963 0 137.50 0.000 4
W带皮 =1.989 3H1.180 5 0.960 2 270.82 0.000 2
W带皮 =4.098 8D0.854 9 0.918 5 211.05 0.000 1
W带皮 =0.288 2(D2H)0.576 3 0.882 9 121.22 0.000 3
皮
质量
W=0.634 7H1.423 3 0.992 8 413.39 0.000 01
W=1.690 7D0.999 6 0.904 1 198.22 0.000 4
W=0.239 3(D2H)0.551 5 0.983 2 114.44 0.000 4
地上
部分
W=2.247 1H1.583 1 0.987 3 232.05 0.000 01
W=6.121 1D1.141 0 0.931 3 139.24 0.000 8
W=1.802 3(D2H)0.521 9 0.966 1 284.01 0.000 1
　　由表 3可以看出 ,无论是以树高(H)、胸径(D)
为自变量 ,还是以 D2H为自变量的回归方程 ,树干
回归方程的相关系数较大 ,显著性水平高 ,而树叶 、
枝 、皮质量与 3个因子的回归方程的相关系数相对
较小 ,显著性水平也低于树干 ,这说明对叶 、枝 、皮等
估计值容易产生偏差。当把地上部分作为一个整体
10 防　护　林　科　技　　　　　　　　　　　　　　2011年　
　
考虑其生物量与各测树因子的回归方程时 ,其相关
系数进一步增大 ,显著性水平也相应增高 。但总体
上 ,叶 、枝 、树干 、皮 、地上部分的生物量与树高的相
关关系是极显著的 (相关系数 R=0.934 8 ～
0.992 8, F=104.06 ～ 270.82);同样以 D2H为自变
量建立的文县杨各部分生物量回归模型 ,其相关关
系也是极显著的(R=0.882 9 ～ 0.986 2, F=114.44
～ 284.01)。在文县杨各部分生物量与 3个因子建
立的回归模型中 ,以胸径为自变量的方程相关性均
小于以其他因子为自变量建立的回归模型 ,而以
D2H为自变量建立的回归模型相关系数最大(带皮
枝除外),这可能是因为以 D2H为自变量建立的数
学模型综合考虑了树高和胸径 2个测树因子 ,在一
定程度上减少或消除了因树种 、林型和立地条件不
同的影响[ 9] 。
表 4　文县杨生物量估测数学模型系统偏差检验
组 分 变 量 方程 系统偏差(%)
显著性检验
统计量 u
树干
H W=0.372 5H1.990 1 2.136 0.087 3W带皮 =0.533 0H1.915 4 2.584 0.015 6
D W=1.780 2D
1.343 6 2.039 0.070 5
W带皮 =2.282 5D1.308 3 1.971 0.221 7
叶 H W=0.389 2H1.372 5 1.528 0.091 5D W=0.907 9D0.994 9 2.965 0.065 2
枝
H W=1.902H1.123 7 2.374 0.058 6W带皮 =1.989 3H1.180 5 1.863 0.213 8
D W=3.723 0D0.818 4 2.501 0.043 2W带皮 =4.098 8D0.854 9 1.149 0.016 4
地上
部分
H W=2.247 1H1.583 1 2.800 0.013 9
D W=6.121 1D1.141 0 2.432 0.052 2
表 5　文县杨生物量估测结果(以树高估测)
序号 树高(m)
去皮部分(kg)
树干 枝
带皮部分(kg)
树干 枝
叶
(kg)
地上总质量
(kg)
1 10 36.41 25.29 43.87 30.14 9.18 86.04
2 12 52.34 31.04 62.2 37.38 11.79 114.84
3 14 71.13 36.91 83.56 44.84 14.56 146.57
4 16 92.78 42.88 107.92 52.5 17.49 181.08
5 18 117.29 48.95 135.23 60.33 20.56 218.19
6 20 144.65 55.10 165.47 68.32 23.76 257.80
7 22 174.86 61.33 198.61 76.74 27.08 299.79
8 24 207.91 67.63 234.63 84.73 30.51 344.06
9 26 243.82 73.99 273.51 93.13 34.06 390.54
10 28 282.56 80.42 315.22 101.64 37.7 439.16
11 30 324.15 86.91 395.75 110.27 41.44 489.84
12 32 368.57 93.44 407.09 118.99 45.26 542.53
13 34 415.84 100.03 457.22 127.82 49.22 597.18
14 36 465.93 106.67 510.12 136.75 53.24 653.74
15 38 518.86 113.35 565.78 145.76 57.34 712.16
16 40 574.63 120.07 624.18 154.86 61.52 772.40
2.4　文县杨生物量表编制
首先对采用胸径和树高建立的生物量估测模型
进行系统偏差检验 ,检验结果见表 4。从表中可以
看出 ,以树高和胸径建立的树干 、枝 、叶及地上部分
生物量 ,其系统偏差在 ±3%范围内 ,其显著性检验
统计量 u 都小于 u0.01(2, 63),说明该生物量估测
模型精度较高。
　　通过以上对各器官生物量估测模型进行检验 ,
证明其精度较高 ,可以用于对文县杨各器官的生物
量进行估测 ,该模型可以用于编制文县杨树高 、胸径
与各器官及全株生物量表 ,如表 5、表 6所示。
表 6　文县杨生物量估测结果(以胸径估测)
序号 树高(m)
去皮部分(kg)
树干 枝
带皮部分(kg)
树干 枝
叶
(kg)
地上总质量
(kg)
1 10 39.27 21.31 46.42 29.35 8.93 84.69
2 12 50.17 27.36 58.93 34.30 10.76 104.27
3 14 61.72 31.39 72.09 39.13 12.54 124.33
4 16 73.85 35.39 85.85 43.86 14.32 144.79
5 18 86.51 41.37 100.16 48.50 16.10 165.61
6 20 99.66 43.33 114.96 53.08 17.88 186.77
7 22 113.28 49.27 130.23 57.58 19.66 208.23
8 24 127.33 54.2 145.93 62.03 21.44 229.96
9 26 141.78 60.11 162.04 66.42 23.22 251.95
10 28 156.63 63.01 178.54 70.77 24.99 274.18
11 30 171.84 68.9 195.40 75.07 26.77 296.64
12 32 187.41 72.78 212.64 79.32 28.54 319.30
13 34 203.31 74.65 230.17 83.54 30.32 342.17
14 36 219.54 78.50 248.04 87.73 32.09 365.23
15 38 236.08 81.35 266.22 91.88 33.87 388.47
16 40 252.93 85.19 284.07 95.99 35.64 411.89
17 42 270.06 96.03 303.46 100.09 37.41 435.47
18 44 287.48 99.85 322.51 104.15 39.18 459.21
19 46 305.18 102.67 341.82 108.18 40.96 483.10
20 48 323.14 107.49 361.39 112.19 42.73 507.14
21 50 341.35 110.29 381.22 116.17 44.50 531.32
3　结论
文县杨地上部分生物量各器官的比例为树干
56.12%、干皮 7.8%、叶 9.5%、枝 21.4%、枝皮
5.2%,其大小顺序依次为树干 >枝 >叶 >干皮 >枝
皮;地上部分 、树干 、树皮 、叶 、枝等的质量与株高和
胸径均呈显著正相关关系 。在此基础上 ,模拟了文
县杨各器官生物量与树高 、胸径的相关数学模型 ,并
编制了以树高和胸径估测的文县杨生物量表 ,为文
县杨的科学管理和资源合理利用提供依据。
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