全 文 :2016 年 6 月
第 3 期
林业资源管理
FOREST RESOURCES MANAGEMENT
June 2016
No. 3
新疆西伯利亚云杉含碳系数分析
朱雅丽,高亚琪,张绘芳,杨艺渊,地力夏提·包尔汉
(新疆林业科学院现代林业研究所,乌鲁木齐 830000)
摘要:以新疆西伯利亚云杉为对象,运用假设检验与回归分析,对其含碳系数进行逐步分析。结果表明:干材上
部、根茎的含碳系数大于同一器官其他部位;地上部分平均含碳系数为 0. 456 5;全株不同器官平均含碳系数为
0. 461 9,大小顺序为干皮 >树叶 >树枝 >树根 >干材;云杉各器官及全株含碳系数相对稳定,不随胸径、树高、
年龄等因素变动。建议根据不同树种采用相应实测含碳系数。
关键词:西伯利亚云杉;含碳系数;回归分析;新疆
中图分类号:S718. 55;S791. 18 文献标识码:A 文章编号:1002 - 6622(2016)03 - 0044 - 05
DOI:10. 13466 / j. cnki. lyzygl. 2016. 03. 009
Analysis on Carbon Content Factors of Picea obovata in Xinjiang
ZHU Yali,GAO Yaqi,ZHANG Huifang,YANG Yiyuan,Dilixiati·baoerhan
(Modern Forestry Research Institute of Xinjiang Academy of Forestry,Urumqi 830000,China)
Abstract:The carbon coefficient of Picea obovata Ledeb in Xinjiang was analyzed by using hypothesis tes-
ting and regression analysis. The research conclusions are as follows:the upper part of the trunk and rhizo-
me of carbon coefficient is greater than the other parts of the same organ;The average carbon coefficient of
the ground is 0. 4565;The average carbon content in different organs of the whole plant is 0. 4619,and the
order by CCF from the largest to the smallest is stem bark,foliage,branch,root,and stem wood;The rela-
tive stability of various organs and the whole plant carbon coefficient is not changed with the increase of
diameter at breast height,tree height,age and other factors. According to different tree species,the corre-
sponding measured carbon coefficient shall be used.
Key words:Picea obovata,carbon coefficient,regression analysis,Xinjiang
收稿日期:2016 - 02 - 19;修回日期:2016 - 04 - 08
基金项目:新疆自治区公益性科研院所基本科研业务经费资助项目(XMBM000001953)
作者简介:朱雅丽(1984 -) ,女,河南周口人,助理研究员,硕士,从事森林资源监测及遥感技术应用。
Email:juyaly2002@ aliyun. com
通讯作者:高亚琪(1961 -) ,男,教授级高工,主要从事林业地理信息、林业遥感、林业资源监测方面的研究。
Email:gyq611003@ 163. com
森林生态系统在减缓全球气温升高、维护全球
气候系统及调节全球碳平衡等多方面起着不可替
代的作用,还是地球上除了海洋之外最大的碳库,
约占陆地总碳库的 46%[1],其碳循环在全球碳循环
中占据主导地位。国内外对森林生物量和碳储量
的研究已频现纸端,我国也在积极推进各主要树种
的生物量建模工作[2 - 5],各主要树种的含碳系数分
析工作也已提上日程。目前,相关森林碳储量的研
第 3 期 朱雅丽等:新疆西伯利亚云杉含碳系数分析
究中,国内外学者多以 0. 45 或者 0. 5 为通用含碳系
数[6 - 7],但因林分起源、树种组成、林龄结构的差异,
不同树种及同一树种不同器官的含碳系数存在一
定差异的[8 - 12]。近年来,包艳丽等[13]对天山云杉
碳储量进行了研究;唐宵[7]、刘维[14]、殷越[15]、党永
峰等[16]、郭文清等[17]也针对不同区域的不同树种
进行了含碳系数的分析。为建立森林碳储量的计
量体系,国家林业局已在全国开展了立木生物量建
模工作和各主要树种的含碳系数测定工作。本文
针对新疆阿尔泰山区天然西伯利亚云杉不同器官
及全株的含碳系数进行分析,以期为云杉的碳储量
评估提供计量依据,也可为区域森林碳储量的精确
估算提供参考依据。
1 研究区概况
阿勒泰地区处于欧亚大陆腹地,位于新疆维吾
尔自治区的北部,西北与哈萨克斯坦、俄罗斯交界,
东北与蒙古国接壤,地理坐标为 85° 31 73″ E,
91°0115″N。属中温带大陆性寒冷气候,年平均气
温 0. 7 ~ 4. 9℃,年平均降水量 139. 3 ~ 268. 4mm,蒸
发量 1 397. 3 ~ 2 140. 4mm。境内拥有丰富的土地
资源、水资源、矿产资源、旅游资源和林业资源,阿
勒泰林区是新疆的第二大天然林区,林区内生长有
西伯利亚落叶松、西伯利亚云杉、西伯利亚冷杉、疣
枝桦等树种。
2 研究方法
2. 1 数据采集
研究数据来自《新疆林业数表构建》项目,均为
实测立木生物量含碳系数数据。所用 80 株标准样
木沿阿尔泰山西伯利亚云杉分布区进行取样,根据
林分类型、郁闭度按径阶分别于 2012 年 9—10 月,
2013 年 7—8 月两个时段采集完成,全部伐倒实测,
各测树因子如表 1 所示。
表 1 样木采集情况表
Tab. 1 Sample wood information
样本号 径阶 / cm 树高 /m 年龄 / a 样本号 径阶 / cm 树高 /m 年龄 / a 样本号 径阶 / cm 树高 /m 年龄 / a 样本号 径阶 / cm 树高 /m 年龄 / a
1 2 1. 5 15 21 4 2. 0 50 41 6 3. 5 41 61 20 8. 0 70
2 2 2. 1 20 22 4 3. 1 20 42 6 4. 5 22 62 20 11. 5 110
3 2 2. 6 16 23 4 4. 5 23 43 6 6. 5 15 63 20 14. 7 56
4 2 3. 3 48 24 4 6. 5 17 44 6 8. 6 45 64 20 19. 5 95
5 2 4. 2 35 25 4 4. 5 18 45 6 10. 1 42 65 20 25. 1 130
6 2 1. 5 10 26 4 2. 0 25 46 8 3. 6 55 66 26 11. 0 95
7 2 2. 0 13 27 4 2. 9 25 47 8 6. 2 60 67 26 15. 0 70
8 2 2. 8 35 28 4 4. 6 30 48 8 8. 5 76 68 26 19. 5 105
9 2 3. 3 32 29 4 6. 5 15 49 8 11. 6 20 69 26 24. 6 110
10 2 4. 0 25 30 4 8. 0 15 50 8 15. 0 60 70 26 27. 6 138
11 2 1. 5 8 31 6 3. 6 30 51 12 6. 2 30 71 32 13. 9 130
12 2 2. 2 13 32 6 5. 4 33 52 12 8. 5 65 72 32 17. 4 125
13 2 2. 6 17 33 6 6. 5 28 53 12 11. 3 65 73 32 22. 3 110
14 2 3. 3 20 34 6 8. 9 85 54 12 14. 0 80 74 32 27. 5 100
15 2 4. 3 39 35 6 10. 1 80 55 12 15. 0 80 75 32 33. 6 170
16 4 1. 6 70 36 6 3. 2 14 56 16 6. 9 75 76 38 15. 0 110
17 4 3. 5 35 37 6 5. 1 25 57 16 9. 6 70 77 38 31. 7 145
18 4 5. 0 44 38 6 6. 5 35 58 16 12. 5 65 78 38 17. 2 65
19 4 6. 5 30 39 6 9. 0 28 59 16 16. 4 70 79 38 28. 5 105
20 4 8. 1 55 40 6 10. 0 40 60 16 20. 1 60 80 38 25. 0 120
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林业资源管理 第 3 期
2. 2 数据处理
地上生物量采取全称重法对树干、树枝及树叶
进行鲜重称量。其中,树干于 1 /10(上)、3. 15 /10
(中)和 7 /10(下)处各取 2 个圆盘,将干、皮剥离,
分别称取鲜重;树枝按树冠上、中、下 3 层分别取
样;树叶取样方法同树枝,并选取混合样品。将所
有样品以 105℃恒温烘干至恒重,根据样品不同部
位鲜重和干重推算汇总得到地上部分干重。样木
中取 50 株将整个根系采用全挖法挖出,以根茎、
粗根(> 10mm)、细根(2 ~ 10mm)分类,称鲜重、干
重,推算地下部分干重。依据各样品的干重数据,
采用干烧法获得其碳元素含量,每个样品重复 3 次
取均值为样品的含碳系数。因含碳系数差异较小,
树皮和树枝只取中段进行测定[16]。
2. 3 数据分析
从 5 个方面对新疆西伯利亚云杉不同器官的含
碳系数进行分析:1)干材不同高度处的含碳系数差
异;2)根茎、粗根和细根之间的含碳系数差异;3)
地上部分不同器官的含碳系数差异;4)地上部分不
同器官与地下部分含碳系数的差异;5)不同器官的
含碳系数与胸径、树高和年龄等因子的相关性。以
SPSS 20 为分析软件,对数据进行假设检验和回归
分析[18 - 19]。
3 结果与分析
3. 1 相同部位不同高度含碳系数
80 株样木取上、中、下不同高度测定干材含碳
系数,共计 240 个测定数据。取 50 株根系全部挖
出,测定根茎、粗根、细跟的生物量和含碳系数,共
计 150 个测定数据。干材不同高度及树根不同部位
的含碳系数及差异显著性检验结果如表 2、表 3
所示。
表 2 不同层次干材和树根含碳系数及其变化情况
Tab. 2 Carbon coefficient of different level trunks and roots and its changes
类型 株数 /株 最小值 最大值 均值 标准差 极差 /% 变异系数 /%
干材(上) 80 0. 3917 0. 4915 0. 4498 0. 0184 10. 0 4. 1
干材(中) 80 0. 4080 0. 4832 0. 4489 0. 0181 7. 5 4. 0
干材(下) 80 0. 3995 0. 4861 0. 4490 0. 0197 8. 7 4. 4
根茎 50 0. 4106 0. 5000 0. 4582 0. 0225 8. 9 4. 9
粗根 50 0. 4016 0. 5028 0. 4612 0. 0262 10. 1 5. 7
细根 50 0. 4089 0. 5081 0. 4714 0. 0231 9. 9 4. 9
表 3 干材不同高度及树根不同部位处含碳系数假设检验
Tab. 3 The hypothesis testing of carbon coefficient of different height and parts
检验方法
干材
t12 t13 t23 tα
树根
t12 t13 t23 tα
独立样本的假设检验 0. 31 0. 28 0. 018 1. 975 0. 559 2. 882* 2. 072* 1. 984
配对样本的假设检验 0. 647 0. 04 0. 543 1. 99 0. 866 3. 758* 2. 789* 2. 01
注:干材 t12,t13,t23分别表示干材(上)与干材(中) ,干材(上)与干材(下) ,干材(中)与干材(下)两两之间的差异显著性检验,树根 t12,t13,
t23 分别表示根茎与粗根,根茎与细根,粗根与细根两两之间的差异显著性检验;tα 取显著性水平 α = 0. 05,“* ”表示差异显著。
干材不同部位含碳系数差异不显著,变异系
数小于 4. 5%,根据干材 3 部分的生物量加权计算
得出每株样木的含碳系数为0. 449 2;根部含碳系
数由根茎向细根递增,根茎和粗根之间的含碳系
数差异不显著外,其它含碳系数之间均存在显著
差异,变异系数小于 6. 0%,据树根不同部分的生
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第 3 期 朱雅丽等:新疆西伯利亚云杉含碳系数分析
物量加权计算得出每株树根的含碳系数,其平均
值为0. 460 4。
3. 2 地上不同器官含碳系数
由表 3 知,干材不同层次的含碳系数没有显著
差异,经生物量加权计算得到含碳系数加权平均
值,干皮、树枝、树叶的含碳系数由实测数据组成。
地上部分不同器官的含碳系数及差异显著性分析
结果如表 4、表 5 所示。
表 4 地上部分不同器官含碳系数及其变化情况
Tab. 4 Different organs above ground carbon coefficient and its changes
类型 株数 /株 最小值 最大值 均值 标准差 极差 /% 变异系数 /%
干材 80 0. 3917 0. 4915 0. 4492 0. 0176 10. 0 3. 9
干皮 80 0. 4013 0. 5081 0. 4624 0. 0259 10. 7 5. 6
树枝 80 0. 4006 0. 5090 0. 4553 0. 0259 10. 8 5. 7
树叶 80 0. 4021 0. 5016 0. 4591 0. 0232 10. 0 5. 0
表 5 地上部分不同器官含碳系数假设检验
Tab. 5 The hypothesis test of carbon coefficient of different organs above ground
检验方法
地上部分
t12 t13 t14 t23 t24 t34 tα
独立样本的假设检验 3. 782* 1. 749 3. 052* 1. 740 0. 853 0. 980 1. 975
配对样本的假设检验 5. 773* 2. 566* 4. 982* 2. 629* 1. 169 1. 341 1. 990
注:t12,t23,…,t34 分别表示干材与干皮、干材与树枝、干材与树叶、干皮与树枝、干皮与树叶、树枝与树叶两两之间的差异显著性检验;tα 取显
著性水平 α = 0. 05,“* ”表示差异显著。
干材、干皮、树皮、树叶平均含碳系数分别为
0. 449 2,0. 462 4,0. 455 3,0. 459 1,变异系数小于
6. 0%。独立样本检验中干材与干皮、干材与树叶的
含碳系数差异显著,其它部位无显著差异;配对样
本检验除干皮与树叶、树枝与树叶外,其它部位的
含碳系数呈显著差异。根据地上部分不同器官的
平均含碳系数大小顺序为干皮 >树叶 >树枝 >干
材。根据地上部不同器官生物量所占比例加权得
出地上部分含碳系数为 0. 452 7。
3. 3 地上与地下不同器官含碳系数差异分析
取 50 株全株数据对地上与地下部分不同器官
的含碳系数进行差异分析。干材、树根以加权平均
值进行比较,干皮、树枝和树叶的含碳系数为实测
数据,地上与地下部分不同器官的含碳系数及其差
异显著性分析结果如表 6、表 7 所示。
表 6 地上地下不同器官含碳系数及其变化情况
Tab. 6 Above and below ground in different organs and changes in the carbon coefficient
类型 株数 /株 最小值 最大值 均值 标准差 极差 /% 变异系数 /%
干材 50 0. 4098 0. 4829 0. 4528 0. 0170 7. 3 3. 8
干皮 50 0. 4112 0. 5081 0. 4687 0. 0241 9. 7 5. 1
树枝 50 0. 4131 0. 5090 0. 4622 0. 0246 9. 6 5. 3
树叶 50 0. 4105 0. 5016 0. 4653 0. 0230 9. 1 4. 9
树根 50 0. 4016 0. 5081 0. 4604 0. 0194 10. 7 4. 2
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林业资源管理 第 3 期
表 7 地上地下不同器官含碳系数假设检验
Tab. 7 The hypothesis test of carbon coefficient of different
organs above and under ground
检验方法
地上与地下部分
t15 t25 t35 t45 tα
独立样本的假设检验 2. 072* 1. 906 0. 406 1. 156 1. 984
配对样本的假设检验 4. 027* 3. 244* 0. 582 1. 893 2. 01
注:t15,t25,t35,t45 分别表示干材与树根、干皮与树根、树枝与树根、
树叶与树根两两之间的差异显著性检验;tα取显著性水平 α =
0. 05,“* ”表示差异显著。
干材、树根、干皮、树枝、树枝、树叶平均含碳系数
分别为0. 452 8,0. 460 4,0. 468 7,0. 462 2,0. 465 3。
独立样本检验干材与树根的含碳系数差异显著,其
它部位无显著差异;配对样本检验干材与树根、干
皮与树根差异显著,其它部位无显著差异。全株不
同器官平均含碳系数大小为干皮 >树叶 >树枝 >
树根 >干材。
3. 4 不同器官含碳系数相关分析
于 80 株样木中取 50 株建立干材、干皮、树枝、
树叶、地上部分、地下部分(树根)及全树生物量含
碳系数与林木胸径、树高和年龄的线性回归方程。
计算得方程显著性指标 F 值和 P 值及回归系数的
显著性指标 t值和 p值(表 8)。
表 8 不同器官含碳系数回归方程的假设检验结果
Tab. 8 The hypothesis test results of carbon coefficient regression of the different organs
模型
回归方程显著性指标
回归系数显著性指标
β0 β1 β2 β3
F值 P值 t值 P值 t值 P值 t值 P值 t值 P值
干材 0. 198 0. 898 80. 106* 0. 000* 0. 497 0. 622 - 0. 745 0. 460 0. 355 0. 724
干皮 0. 549 0. 651 60. 144* 0. 000* 0. 421 0. 676 0. 730 0. 469 - 1. 276 0. 208
树枝 0. 076 0. 973 56. 363* 0. 000* - 0. 439 0. 663 0. 284 0. 778 0. 166 0. 869
树叶 0. 136 0. 938 61. 027* 0. 000* - 0. 615 0. 541 0. 170 0. 866 0. 259 0. 797
地上 0. 023 0. 995 79. 631* 0. 000* - 0. 093 0. 927 0. 222 0. 825 - 0. 203 0. 840
地下 0. 293 0. 830 72. 560* 0. 000* 0. 320 0. 750 0. 121 0. 904 - 0. 793 0. 432
全株 0. 047 0. 986 80. 720* 0. 000* - 0. 004 0. 997 0. 207 0. 837 - 0. 342 0. 734
注:“* ”表示在 α = 0. 05 水平上差异显著。
由地上部分含碳系数散点图及回归检验显示:
各器官含碳系数的回归方程均不显著;回归系数除
常数项 β0 外,其余自变量回归系数均不显著,胸径、
树高和年龄对各个器官的含碳系数的影响不显著,
相关性很弱。由此可认为云杉各器官的含碳系数
不随胸径、树高、年龄等因素的变化发生改变,相对
稳定。
4 结论
1)根据实测数据计算得出平均含碳系数:全株
0. 462 4,地上部分 0. 452 7,干材 0. 449 2,干皮
0. 469 7,树枝0. 461 0,树叶0. 465 1,树根0. 460 4。
2)干材上、中、下含碳系数差异不显著,上部 >
下部 >中部;根茎、粗根和细根之间含碳系数差异
不显著,细根 >粗根 >根茎。地上部分不同含碳系
数分析表明:干材与干皮及干材与树叶的含碳系数
差异相对显著,其它部位无显著差异,大小顺序依
次为干皮 >树叶 >树枝 >干材;地上与地下部分不
同含碳系数分析表明:干材与树根的含碳系数差异
显著,其它部位无显著差异,全株含碳系数大小顺
序为干皮 >树叶 >树枝 >树根 >干材。
3)胸径、树高和年龄与各个器官的含碳系数相
关性很弱。云杉各器官含碳系数相对稳定,不随胸
径、树高、年龄等因素发生变化。
4)西伯利亚云杉全株平均含碳系数介于通用
转换系数 0. 45 ~ 0. 5 之间,若在实际估算中采用通
用转换系数 0. 45 或 0. 5 都会带来结果的偏差,可采
用全株平均含碳系数0. 462 4,也可分别测定干材、
干皮、树枝、树叶和树根的含碳系数。
(下转第 66 页)
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林业资源管理 第 3 期
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