红松人工林碳储量计量方法.docx

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红松人工林碳储量计量方法

黑龙江省质量技术监督局发布

红松人工林碳储量计量方法

目次

前言II

前言

本标准依据GB/T1.1-2009标准起草。

本标准由黑龙江省林业厅提出并归口。

本标准起草单位：

黑龙江省林业碳汇计量监测中心、东北林业大学。

本标准主要起草人：

魏胜利、董利虎、贾炜玮、李玉宝、姚德杰、宫楠、郭宏锐、宋蕾、马杰、于天飞、田红梅、于立峰、刘少军、梁志强、张宇、李宏兴、于海伟

红松人工林碳储量计量方法

1范围

本标准规定了红松人工林碳储量计量方法的术语与定义、立木生物量模型、含碳系数、碳密度计量方法和碳储量计量方法及应用。

本标准适用于市县林区红松人工林立木及林分碳储量的计量。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T26424-2010森林资源规划设计调查技术规程

LY/T2259-2014立木生物量建模样本采集技术规程

3术语和定义

GB/T26424-2010、LY/T2259-2014界定的及下列术语和定义适用于本标准。

3.1立木生物量

某一时刻存在于活立木中的有机物质总干重，分地上生物量和地下生物量，分别用Wa和Wb表示。

其中，地上生物量包括树干（带皮）、树枝、树叶3个组分；地下生物量包括大根≥5cm、中根2-5cm和小根≤2cm，直径0.2cm以下须根不计入根系生物量。

3.2生物量模型

林木生物量模型是利用林木易测因子来推算较难测定的立木生物量（特别是树根生物量），以减少生物量测定的外业工作。

目前，异速生长方程广泛被用于构建生物量模型。

异速生长方程根据自变量的多少，又可分为一元或多元模型，一元和二元立木生物量模型是最常见的函数形式。

3.3含碳系数（CF）

林木生物量中有机碳占有机质总量的比值，也叫含碳因子或含碳率。

依据该参数可由生物量推算碳密度和碳储量。

3.4碳密度（CD）

利用立木生物量及其含碳系数，测算出某一森林类型单位面积的含碳量。

3.5碳储量（C）

利用某一森林类型的碳密度，乘以该森林类型的面积，得到该森林类型的碳现存量，即为碳储量。

3.6模型评价指标

主要包括调整后确定系数（Ra2）、均方根误差（RMSE）、平均预测误差（MPE）、平均预测误差百分比（MPE%）、平均绝对误差（MAE）、平均绝对误差百分比（MAE%）和预测精度（P%）。

具体计算公式为：

……………………………

（1）

……………………………………

（2）

…………………………………（3）

……………………………（4）

…………………………………（5）

……………………………（6）

……………………………（7）

式中：

N——样本总数；

——第i个观测值；

——全部数据拟合回归方程计算的

的预测值；

——观测值的平均值；

——原始数据中删除第i个样本观测值后，按p个参数模型拟合回归方程计算

的预测值；

——置信水平

（

）时的t值。

4立木生物量模型

4.1立木生物量模型

一元地上立木生物量模型：

………………………………（8）

二元地上立木生物量模型：

……………………………（9）

一元地下生物量模型：

………………………………（10）

二元地下生物模型：

……………………………（11）

式中：

Wia——立木地上生物量估计值，单位为千克（kg）；

Wib——立木地下生物量估计值，单位为千克（kg）；

D——立木胸径，单位为厘米（cm）；

H——立木树高，单位为米（m）。

4.2模型评价指标

红松人工林立木一元和二元生物量模型的评价指标见表1。

表1红松人工林立木生物量模型的评价指标

模型类型

模型拟合指标

模型检验指标

Ra2

RMSE

MPE

MPE%

MAE

MAE%

P%

一元地上生物量模型

0.956

15.39

1.56

1.34

10.11

9.44

97.68

二元地上生物量模型

0.969

12.95

2.37

2.03

9.18

8.73

97.90

一元地下生物量模型

0.890

7.85

1.41

4.43

7.05

25.42

93.73

二元地下生物量模型

0.895

7.64

0.26

0.81

6.85

25.43

94.48

5含碳系数

对红松各器官进行取样，采用碳氮分析仪测定其含碳系数。

根据红松各器官含碳系数，分别计算其地上、地下含碳系数。

红松地上、地下部分含碳系数见表2。

表2红松人工林地上、地下部分的含碳系数

地上部分

地下部分

平均值

标准差

平均值

标准差

0.4812

0.0204

0.4805

0.0112

6碳密度计量方法

6.1基于标准地的碳密度计算方法

6.1.1直接收获法

在某一林分内选择适当面积（至少应为0.01 hm2）设置标准地，将该标准地内的树木皆伐，测定地上和地下部分的生物量，一次推算出林分生物量，结合含碳系数（表2），计算红松人工林碳密度。

具体计算公式：

……………………………………（12）

……………………………………（13）

式中：

CDza——实测林分地上部分碳密度；

CDzb——实测林分地下部分碳密度；

Ba——样地实测地上生物量，单位为千克（kg）；

Bb——样地实测地下生物量，单位为千克（kg）；

S——样地面积，单位为公顷（hm2）；

CFa——红松人工林地上部分的含碳系数；

CFb——红松人工林地下部分的含碳系数。

6.1.2模型估算法

基于红松人工林立木生物量模型（公式8-11），利用标准地每木检尺数据计算生物量，结合含碳系数（表2）计算碳密度。

具体计算公式如下：

……………………………………（14）

……………………………………（15）

式中：

CDma——利用立木生物量模型计算的林分地上部分的碳密度；

CDmb——利用立木生物量模型计算的林分地下部分的碳密度；

——样地地上生物量估计值，单位为千克（kg）；

——样地地下生物量估计值，单位为千克（kg）。

6.2基于林分断面积和平均高的碳密度计算方法

6.2.1林分生物量模型

以林分每公顷生物量作为因变量，利用G和

，构建基于林分断面积和平均高的林分生物量模型。

……………………………………（16）

……………………………………（17）

式中：

Wsa——林分地上生物量估计值，单位为吨/每公顷（t/hm2）；

Wsb——林分地下生物量估计值，单位为吨/每公顷（t/hm2）；

G——林分每公顷断面积，单位为平方米/每公顷（m2/hm2）；

——林分平均高，单位为米（m）。

6.2.2模型评价指标

红松人工林基于林分断面积和平均高的林分生物量模型评价指标见表3。

表3红松人工林基于林分断面积和平均高的林分生物量模型的评价指标

模型类型

模型拟合指标

模型检验指标

Ra2

RMSE

MPE

MPE%

MAE

MAE%

P%

地上生物量模型

0.966

8.84

1.10

2.80

5.44

6.03

96.85

地下生物量模型

0.962

3.67

0.07

3.13

2.55

9.47

94.57

6.2.3碳密度计算

基于林分生物量模型（公式16和17）和含碳系数（表2），采用间接方法计算林分的每公顷含碳量，即碳密度。

计算公式如下：

……………………………………（18）

……………………………………（19）

式中：

CDsa——林分地上部分碳密度，单位吨/每公顷（t/hm2）；

CDsb——林分地下部分碳密度，单位吨/每公顷（t/hm2）。

6.3基于林分每公顷蓄积的碳密度计算方法

6.3.1林分生物量模型

以林分每公顷生物量作为因变量，利用M构建基于林分每公顷蓄积的林分生物量模型。

……………………………………（20）

……………………………………（21）

式中：

M——林分每公顷蓄积，单位为平方米/每公顷（m3/hm2）。

6.3.2模型评价指标

红松人工林基于林分每公顷蓄积的林分生物量模型评价指标见表4。

表4红松人工林基于林分每公顷蓄积的林分生物量模型的评价指标

模型类型

模型拟合指标

模型检验指标

Ra2

RMSE

MPE

MPE%

MAE

MAE%

P%

地上生物量模型

0.972

17.44

0.04

−6.30

13.41

18.52

91.58

地下生物量模型

0.965

3.33

0.65

−1.55

2.81

12.32

95.84

6.3.3碳密度计算

利用林分生物量模型（公式20和21）和含碳系数（表2），采用间接方法计算林分的碳密度。

计算公式如下：

……………………………………（22）

……………………………………（23）

式中：

CDva——林分地上部分碳密度，单位吨/每公顷（t/hm2）；

CDvb——林分地下部分碳密度，单位吨/每公顷（t/hm2）。

7碳储量计量方法

7.1基于标准地的碳储量计算方法

7.1.1直接收获法

在不同林分条件（林分年龄、立地质量、林分密度等）的红松人工林中设置一定数量的标准地（调查方法详见GB/T26424-2010第5章）。

实测其林分碳密度，结合各林分条件的红松人工林面积，计算红松人工林碳储量。

具体计算公式为：

……………………………………（24）

式中：

Ca——地上碳储量估计值，单位为吨（t）；

Cb——地下碳储量估计值，单位为吨（t）；

Ct——总碳储量估计值，单位为吨（t）；

A——红松人工林面积，单位为公顷（hm2）。

7.1.2模型估算法

在不同林分条件的红松人工林中设置一定数量的标准地（具体调查方法详见GB/T26424-2010第5章），并进行每木检尺和树高测量，利用立木生物量模型（公式8-11）和含碳系数（表2），计算各林分的碳密度，结合林分的红松人工林面积，计算红松人工林碳储量。

具体计算公式为：

……………………………………（25）

7.2基于林分每公顷断面积和平均高的碳储量计算方法

利用标准地或森林资源小班调查数据中的林分断面积和平均高，采用所建立的基于林分变量的林分生物量模型（公式16和17），结合含碳系数（表2）、红松人工林面积，计算出红松人工林碳储量。

具体计算公式为：

……………………………………（26）

7.3基于每公顷蓄积的碳储量计算方法

利用标准地或森林资源小班调查数据中的每公顷蓄积，采用所建立的基于林分每公顷蓄积的林分生物量模型（公式20和21），结合含碳系数（表2）、红松人工林面积，计算出红松人工林碳储量。

具体计算公式为：

……………………………………（27）

8应用

8.1数据范围

本标准中的立木生物量模型应在建模样本的变量幅度范围内应用（参见附录A）。

8.2立木生物量模型

立木生物量模型应用时应与建模地域范围一致，并采用通用性好的二元立木生物量模型。

一元立木生物量模型在局部范围应用时（如林场区域范围），首先建立树高-胸径回归模型，再以二元立木生物量模型为基础构建适用于该范围的一元立木生物量模型。

8.3林分生物量模型

如已获得林分调查因子（G和

），采用基于林分断面积和平均高的碳储量计算方法进行碳储量计量；如已获得林分每公顷蓄积（M），采用基于每公顷蓄积的碳储量计算方法进行碳储量计量。

如未获得以上指标，应进行标准地设置（一个林分至少3块0.06 hm2的标准地），采用基于标准地的碳储量计算方法计量碳储量。

8.4区域条件

估算省、市、县级、林场级区域范围红松人工林碳储量时，应统计不同林分条件（林分年龄、立地质量、林分密度等）的红松人工林的面积，结合不同林分条件红松人工林的碳密度，计算红松人工林的总碳储量。

附表A

（数据性附录）

红松人工林立木生物量建模样本统计表

变量

统计指标

最小值Min

最大值Max

平均值Mean

标准差SD

胸径D/cm

5.3

33.0

17.9

5.7

树高H/m

5.0

19.5

11.4

2.5

地上生物量Wa/kg

4.01

383.11

103.36

72.96

地下生物量Wb/kg

0.70

137.04

26.90

23.62