一种红树林生物量体积的测量方法与流程

1.本发明属于生态学技术领域，具体涉及一种红树林生物量体积的测量方法。


背景技术：

2.红树林是分布于热带和亚热带海岸区域的重要湿地类型之一，红树林的生态系统则是全球生产力最高的生态系统之一。由于红树林植物和沉积物能够长时间储存生物量和有机碳，具有较高的初级生产力，因此被公认为是海陆边缘重要的绿化带和高效率的蓝色碳汇，在减缓气候变化的过程中发挥着重要作用。而红树林生态系统是全球碳循环中重要的“碳汇”的主要原因在于其植物群落具有很高的地上生物量。因此，红树林植物地上生物量的定量化是理解其生态系统结构和功能的基础。另外，红树林是河口海岸带优质的防灾减灾缓冲带，其减灾效果与地上生物量体积及其分布有直接关系，单位高度的生物量体积越大，其消浪减灾效果越好，因此红树林生物量体积的测量也是评估其防灾减灾效果的主要参数之一。可知，采取有效的方法测量获取红树林的生物量体积，显然是一项重要的工作。林木的生物量体积也叫蓄积量或者材积。
3.目前红树林植物地上部分生物量体积测定方法可以大致分为3 类：皆伐法、平均木法和异速生长法。传统皆伐法是将一定单位面积上的林木逐个伐倒后，测定林木各部分的干质量，将各部分质量合计，即为林木生物量。皆伐法需要伐倒单位面积的全部树木，然后再消耗大量人力去进行各部位的分别测量质量和统计直径，其测量和统计的工作量大，而且在质量向体积转化时会做一定程度的简化和概化，一般采用代表性的关系概化处理（参考文献1：李意德.海南岛热带山地雨林林分生物量估测方法比较分析.生态学报,1993.4(13),313-320，表1、表2给出了质量与体积的关系），会损失一定的精度。另外，皆伐法注重测量单木的总生物量，不测量其生物量的垂向分布。
4.平均木法是进行每个单木调查，计算出全部立木的平均胸径，筛选样地中最具有代表性的数株标准木，以计算生物量体积，然后估算出样地植物的生物量体积，该方法适用于具有小或中等离散度的正态分布的林分，但测树因子和样方选取对估算结果都有较大影响，因而精度不高。文献表明，平均木法与皆伐法之间的测量误差在20%左右（参考文献2：利用皆伐法估算黔中喀斯特森林地上生物量．生态学报，2020，40（13）：4455-4461）。同样，平均木法也不测量生物量体积的垂向分布。
5.异速生长法是在样地单木调查的基础上，按照单木径级大小选取标准木，根据林木生物量体积与测树因子间的相关关系，建立林木生物量体积与测树因子的异速生长方程。异速生长法相对简单方便，但是精度不高。文献2表明，异速生长法与皆伐法之间的测量误差在40%左右。同样，异速生长法也不测量生物量体积的垂向分布。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种红树林生物量体积的测量方法，该方法既可以精确地测量红树林的植物体干、枝、叶各部分的生物量体积，还能测量红树林植
物生物量体积的垂向分布，明显改善了红树林生物量体积的测量精度，又可以缩短其测量时间，提高了工作效率。
7.本发明是通过以下技术方案实现：一种红树林生物量体积的测量方法，包括如下步骤：s1：对红树林样地的植株沿泥面伐倒；s2：将红树林植株放置到一个不漏水的容器内，并垂直固定；s3：从容器底部向容器内缓慢注水，计算进入容器内的水体的体积，同时测量容器内水位的实时高度，建立容器内放置有红树林植株时的水体体积与水位高度的实时关系曲线v
水有植物
（h）=f（h），h≥红树林植株高度h；s4：建立容器内无红树林植株时的容器体积与水位高度的关系式v
水无植株
（h）=f（h）；s5：基于排除法，依据容器内放置有红树林植株时的水体体积和容器内无红树林植株时的容器体积，计算得到植株高度为h时的红树林总生物量体积。
8.优选地，步骤s2中，所述容器可以为圆柱形容器或矩形容器，容器的高度大于红树林植株的高度。
9.优选地，步骤s4中，针对圆柱形容器，容器体积与水位高度的关系式为v
水无植物
（h）=π*r2*h，其中π=3.14159265，r为圆柱形容器的内圈半径，h为水体高度；针对矩形容器，容器体积与水位高度的关系式为v
水无植物
（h）= l*b*h，其中l为内部长度，b为内部宽度，h为水位高度，h≥红树林植株高度h。
10.在无植物时，容器水深h时的体积为水的体积；在有植物时，容器水深h时的体积为水的体积与植物的体积之和；植物的生物量体积为无植物时水的体积与有植物时水的体积之差。利用排除法，植株高度为h时的红树林总生物量体积的计算公式为：v
总生物量
（h）= v
水无植物
（h）
‑ꢀv水有植物
（h）。当h等于植株高度h时，v
生物量
（h）即为红树林植株的总生物量体积的表达式；当h小于植物高度h时，式v
生物量
（h）即为水位在h值高度处的累积生物量体积。
11.若要区分树干、树枝、树叶的生物量体积，进一步地，还包括步骤s6：基于步骤s5得到的红树林总生物量体积，依次去除树叶、树枝，重复步骤s2-s5，分别计算得到红树林树叶、树枝及树干的生物量体积。
12.具体的，如在去除掉所有的树叶的基础上，再次测量生物量体积v
生物量-无叶
（h），利用公式v
生物量-叶
（h）=v
总生物量
（h）
‑ꢀv生物量-无叶
（h）得到红树林叶子的生物量体积 。在去除掉树叶的基础上，继续将树枝也去除掉，测量生物量体积v
生物量-无叶无枝
（h），利用公式v
生物量-枝
（h）=v
总生物量
（h）
‑ꢀv生物量-叶
（h）
‑ꢀv生物量-无叶无枝
（h）得到红树林树枝的生物量体积 。红树林树干的生物量体积v
生物量-树干
（h）=v
生物量-无叶无枝
（h）。
13.进一步地，还包括步骤s7：如果需要测量红树林植株的生物量体积垂向分布，基于步骤s1-s6得到的红树林总生物量体积与水位的关系，以及红树林树叶、树枝及树干的生物量体积 ，可以进一步计算得到水位z为h1时，水柱高为
△
h的红树林生物量体积的垂向分布关系，v
总生物量-z
‑△h（h1）=[ v
总生物量
（h1+
△
h/2）-v
总生物量
（h1
‑△
h/2）]/
△
h ，
△
h为水柱高或者水位变化幅度，
△
h尽可能小。
[0014]
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明通过注水法及排除法建立了红树林生物量体积与树高的关系模型，可以连续、精确的得到任意植物高度位置处的的单位生物量体积 v
总生物量-z
‑△h（h1）及生物总量v总生物量
（h），本发明方法既可以精确地测量红树林的植物体干、枝、叶各部分的生物量体积，还能测量红树林植物生物量体积的垂向分布。
[0015]
传统皆伐法以测量生物量的质量为主，在质量转体积时，或者采用已有经验关系（参考文献1的表1、表2），会出现精度降低；或者采用手工测量植株典型代表部分的质量-体积转化关系，植株其余大量的非典型代表性部分的质量-体积转化关系一般忽略不测，因此会出现以偏概全，精度降低。与传统皆伐法量测方式相比，本发明方法不需要换算，直接得到生物量体积，测得的生物量体积数据连续性好、整体性强，因此更精准可靠，不仅可获取生物量体积的垂向分布，且又可以缩短其测量时间，提高工作效率，能进一步为河口海岸带的防灾减灾提供数据参考。
附图说明
[0016]
图1为采用圆柱形容器注水法测量红树林生物量体积的示意图。
具体实施方式
[0017]
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明具体的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
[0018]
实施例1：一种红树林生物量体积的测量方法，包括如下步骤：s1：对红树林样地的植株沿泥面伐倒，运送到测量工作间；s2：将红树林植株用可计量体积的绳索垂直固定在吊具上，将其放置到一个不漏水的圆柱形容器内，并垂直固定；其中，圆柱形容器的高度大于红树林植株的高度；s3：从容器底部向容器内缓慢注水，计算进入容器内的水体的体积，同时测量容器内水位的实时高度，建立容器内放置有红树林植株时的水体体积与水位高度的实时关系曲线v
水有植物
（h）=f（h），h≥红树林植株高度h；s4：建立容器内无红树林植株时的容器体积与水位高度的关系式：v
水无植物
（h）=π*r2*h，其中π=3.14159265，r为圆柱形容器的内圈半径，h为水位高度，h≥红树林植株高度h；s5：基于排除法，依据容器内放置有红树林植株时的水体体积和容器内无红树林植株时的容器体积，计算得到植株高度为h时的红树林总生物量体积v
总生物量
（h）= v
水无植物
（h）
‑ꢀv水有植物
（h）。
[0019]
实施例2：一种红树林生物量体积的测量方法，包括如下步骤：s1：对红树林样地的植株沿泥面伐倒，运送到测量工作间；s2：将红树林植株用可计量体积的绳索垂直固定在吊具上，将其放置到一个不漏水的矩形容器内，并垂直固定；其中，矩容器的高度大于红树林植株的高度；s3：从容器底部向容器内缓慢注水，计算进入容器内的水体的体积，同时测量容器内水位的实时高度，建立容器内放置有红树林植株时的水体体积与水位高度的实时关系曲线v
水有植物
（h）=f（h），h≥红树林植株高度h；s4：建立容器内无红树林植株时的容器体积与水位高度的关系式：v
水无植物
（h）= l*b*h，其中l为内部长度，b为内部宽度，h为水位高度，h≥红树林植株高度h；
s5：基于排除法，依据容器内放置有红树林植株时的水体体积和容器内无红树林植株时的容器体积，计算得到植株高度为h时的红树林总生物量体积v
总生物量
（h）= v
水无植物
（h）
‑ꢀv水有植物
（h）。
[0020]
实施例3：一种红树林生物量体积的测量方法，包括如下步骤：s1：对红树林样地的植株沿泥面伐倒，运送到测量工作间；s2：将红树林植株用可计量体积的绳索垂直固定在吊具上，将其放置到一个不漏水的圆柱形容器内，并垂直固定；其中，圆柱形容器的高度大于红树林植株的高度；s3：从容器底部向容器内缓慢注水，计算进入容器内的水体的体积，同时测量容器内水位的实时高度，建立容器内放置有红树林植株时的水体体积与水位高度的实时关系曲线v
水有植物
（h）=f（h），h≥红树林植株高度h；s4：建立容器内无红树林植株时的容器体积与水位高度的关系式：v
水无植物
（h）=π*r2*h，其中π=3.14159265，r为圆柱形容器的内圈半径，h为水位高度，h≥红树林植株高度h；s5：基于排除法，依据容器内放置有红树林植株时的水体体积和容器内无红树林植株时的容器体积，计算得到植株高度为h时的红树林总生物量体积v
总生物量
（h）= v
水无植物
（h）
‑ꢀv水有植物
（h）；s6：去除掉所有的树叶，再次测量生物量体积v
生物量-无叶
（h），利用公式v
生物量-叶
（h）=v
总生物量
（h）
‑ꢀv生物量-无叶
（h）得到红树林树叶的生物量体积 ；在去除掉树叶的基础上，继续将树枝也去除掉，测量生物量体积v
生物量-无叶无枝
（h），利用公式v
生物量-枝
（h）=v
总生物量
（h）
‑ꢀv生物量-叶
（h）
‑ꢀv生物量-无叶无枝
（h）得到红树林树枝的生物量体积 ；红树林树干的生物量体积v
生物量-树干
（h）=v
生物量-无叶无枝
（h）。
[0021]
实施例4：步骤s1-s6同实施例3；如果需要测量红树林植株的生物量体积垂向分布，还包括步骤s7：具体为，基于步骤s1-s6得到的红树林总生物量体积与水位的关系，以及红树林树叶、树枝及树干的生物量体积，可以进一步计算得到水位z为h1时，水柱高为
△
h的红树林生物量体积的垂向分布关系，v
总生物量-z
‑△h（h1）=[ v
总生物量
（h1+
△
h/2）-v
总生物量
（h1
‑△
h/2）]/
△
h ，
△
h为水柱高或者水位变化幅度，
△
h尽可能小。