与股票差异法
在这两种方法中，“存量差”方法可能更适合估算碳储量的差异碳减排以及土地保护开发项目由于以下原因:
•“增益损失该方法需要估计的增长率和损失碳池，可通过“存货差”法求得。
•难以估计项目区因开采、火灾、腐烂、燃烧等原因造成的损失。
•“损益”方法需要将每年生物量转移到凋落物、枯木和土壤碳库中，这需要大量额外的努力。
•在“存量差异”方法中，更容易解释所有相关池的存量变化，以获得每公顷变化，尽管不同池的测量频率不同。
联合国政府间气候变化专门委员会(2006)的结论是“增益-损失”法是默认的方法，在可获得的测量数据有限时使用。此外，为了提高准确度，建议采用“存量差”法。因此，本手册侧重于“库存差异”方法。
9.2估算碳库的方法选择
项目开发人员或管理人员和温室气体清单编纂者必须决定采用的方法碳排放清单不同阶段的不同水池。本节对各种方法及其对陆地项目和国家温室气体清查的适用性作了一般性描述。表9.1列出了针对不同碳库的方法及其适用性。
碳池方法 |
土地利用系统碳清查的适宜性 |
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-不合适，不常被允许，导致 |
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森林甚至碳的扰动 |
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排放,昂贵的 |
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碳通量测量 |
-不合适，价格昂贵，需要熟练的员工 |
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S S a |
卫星/遥感 |
-可能不适合作多种用途 |
io |
系统和项目活动 |
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bi d |
-不适合小型项目 |
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o |
-实践方法仍在发展 |
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米 |
造型 |
-适合投影 |
电动汽车啊 |
—需要获取基本的输入参数 |
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< |
使用其他方法 |
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没有情节的方法 |
—适合，但不太适合定期监控 |
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茂密的植被 |
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绘制方法 |
-最适合，性价比高，普遍采用 |
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和熟悉 |
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拔根和称重 |
-贵而且不合适 |
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ns |
测量 |
-需要连根拔起树木或草地，并干扰 |
2 ! |
土壤 |
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年代x |
根枝比 |
-最常采用的 |
罗埃尔 |
或者换算因子 |
-需要地上生物量估算 |
病人: |
生物质能方程 |
-需要输入树木参数，周长， |
高度 |
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垃圾的陷阱 |
-并不总是适合乡村或森林环境， |
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2 J |
需要大量的努力 |
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1 É►j t3 |
股票测量 |
-可行，普遍采用 |
漫反射率 |
-不合适，昂贵，需要熟练的员工， |
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n o |
光谱学 |
有未来潜力 |
B r ca |
造型 |
-适合投影 |
oi |
—需要从其他方法输入数据 |
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实地抽样及 |
-最适合，普遍采用和 |
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实验室评估 |
熟悉的方法 |
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枯木:可采用绘图法或无绘图法估算立木生物量。枯木生物量可与凋落物生物量一起估算。
枯木:可采用绘图法或无绘图法估算立木生物量。枯木生物量可与凋落物生物量一起估算。
9.3地上生物量估算方法
收获方法原理是测量所选树木和非树木植物生物量的重量示例图在给定的时间点上。它包括采集样本地块中的所有树木，并测量树干、树枝和树叶等不同组成部分的权重。收获方法为非树生物量(灌木、草本植物、攀缘植物和草)还需要从样地收获非木质生物量和木质生物量(如果有的话)。该方法能最准确地估计收获时的木质和非木质生物量存量，并包括以下步骤:
•选择土地使用类别或项目活动地层(地层定义见第10.3节)、采样方法和定位样地(基于第10章中描述的方法)。
•分别采集树木和非树木生物量，如有必要，将每个样地的树木生物量分成其组成部分(树干、树枝和树叶)。
•测量树木和非树木生物量和组分的鲜重，并估计干重。
•从样地推断干生物量为树木和非树木生物量的每公顷值。
•周期性重复采收方法可能不可行，因为它会破坏选定地块的植被，每次都可能需要采收新的地块。收割法通常不被认为是合适的，因为它是昂贵的和破坏性的。此外，当地土地法规和/或项目设计可能不允许采集树木或非树木生物量。最后，收获可能导致碳排放和生物多样性的丧失或干扰。这种方法没有成本效益，特别是如果大树需要收割和称重;但在下列情况下适用或可采用:
-用于估计非树木的年生物量，如草、草本植物甚至灌木
-用于开发特定位置和物种的异速生长方程
-对于短轮作的商业种植园，即每5到10年左右收获一片土地
-按组成部分(树干、树枝、树叶)的生物量存量或增长率的数据
碳通量测量(涡度相关)方法有一系列方法可以测量和估计不同空间尺度上陆地表面植被覆盖产生的二氧化碳通量。该方法包括安装一个腔室来包围一小块区域或生态系统的特定组成部分(例如土壤、茎、叶)。CO2在室内浓度的变化或进出空气浓度之间的差异被用来计算CO2通量。存在测量整个生态系统(小于1平方公里)的CO2通量的方法(Noble等人，2000年)。最常用的技术是“涡相关/协方差技术”，其中测量是连续的和半自动的(通常每小时一次)。在一般为20公顷的区域内，进入或离开综合生态系统的CO2净通量决定了林分水平的总体净碳交换。
传统上，多年的净生态系统碳交换是通过量化生物量(Clark et al. 2001)和土壤碳(Amundson et al. 1998;Lal et al. 2001)。此前，该方法被用于研究短期田间活动中理想条件下作物的CO2交换。涡度相关法已成为评估陆地生态系统与大气之间1年或更长时间CO2通量的重要工具。该方法正以一种近乎连续的模式应用于研究全球范围内的CO2和水蒸气交换(Baldocchi 2003)，并可用于量化整个生态系统的CO2交换速率对环境扰动的响应。该方法提供了植被表面与大气之间的质量和能量交换的估计，并允许直接和非破坏性地测量CO2的净交换，包括通过光合作用的吸收和通过呼吸、蒸发和感热的损失。
这种方法作为评估生态系统碳交换的替代方法出现的原因(Running et al. 1999;Canadell等，2000;Geider et al. 2001)包括以下内容:
•这是一种适合规模的方法，可以评估整个生态系统的净二氧化碳交换。
•它产生了横跨林冠-大气界面的净二氧化碳交换的直接测量。
•用这种方法采样的区域，称为通量足迹，长度可以从100米延伸到几公里(Schmid 1994年):换句话说，它可以扩展到10-100公顷，可以进行近乎连续的测量。
•它可以测量从几小时到几年不等的时间尺度范围内的二氧化碳交换(Wofsy等人，1993年;Baldocchi et al. 2001)。
•该方法生成的数据为校准和验证冠层和区域尺度碳平衡模型提供了关键输入。
这种方法的局限性包括以下几点:
•在由不同土地利用系统组成的地区，或由多种土地利用系统组成的景观中，这是不可行的。
•仅适用于平坦地形。
•需要稳定的环境条件(风、温度湿度和二氧化碳)。
这项技术通常被认为不适合典型的碳减排或森林、种植园、草地和农田开发项目，因为它成本高昂，需要训练有素的工作人员。
遥感包括航空摄影、光学参数和雷达等技术，可以有效地用于跟踪项目区土地利用变化。此外,遥感技术为估计、监测和核查不同土地使用制度下的地区以及生物量生产和增长率的变化提供了一种替代传统方法(有关遥感的更多信息见第14章)。遥感技术提供明确的空间信息，即使在偏远地点也能进行反复监测。应用遥感的基本方法是了解林分的参数(例如胸径)、树高，冠盖度，基底面积，甚至生物量存量)及其光谱表示，这取决于研究区域的特征和所使用的传感器数据。因此，遥感图像的解释需要地面实况和实地测量。
估算遥感技术生物质股票仍在发展，尚未广泛应用于陆基项目;它们目前不适用于陆上项目或国家温室气体清单的唯一方法，而适合作为其他方法的补充，因为有以下限制:(i)成本高，特别是对小规模项目;项目一级所需的技术和体制能力;(iii)不适合流域、村庄生态系统或农林业等项目，这些项目涉及不同土地使用系统的小块地块(几公顷)的镶嵌。遥感技术如果得到进一步发展，分辨率更高，对于森林生物量清查和国家温室气体清查可能具有成本效益，特别是在必须定期编制清查的情况下。
现有模型可用于预测生物量中的碳储量和不同商业种植园以及森林类型的地上生物量的增长率。这些模型可用于补充现场方法，如测量和估计碳储量指标的绘图方法和无绘图方法。模型可用于预测森林和种植园生物量中碳储量的变化。这些生长模型估计生物量(公斤/树或吨/公顷)作为树木参数的函数，如胸径(米)和高度(米)。生物量可以用体积(立方米)或重量(千克/棵)表示。体积可以通过树种或木质生物量的密度转换为重量。第17章给出了建立生物量估计方程的方法。
这种生物量估计功能通常适用于特定树种(也在第17章中)，但不适用于许多本地或非商业树种、混交林、天然林、非乔木植被(如灌木和草地)或农林复合系统。单独的方程可用于整个树和可销售的量。最流行的估计是可销售的树木生物量。由于以下缺点，模型的应用受到限制:
•对于陆地项目共有的多种土地使用系统和项目活动，可能无法获得生物量存量或增长率的模型。
•为成熟树木开发的方程不能用于年轻树木，反之亦然。
•即使模型可用，也可能不适用于当地情况，因为由于给定树种、植被和树木密度的变化，为一个地点开发的方程可能并不总是适用于其他地点。
•开发方程可能需要收获许多不同大小的树木并称重，并将重量与胸径和高度等参数联系起来。
尽管有这些限制，只要有生物量方程，就能提供估计生物量存量的最合适的方法，有时是唯一的方法。高度和胸径，生物量方程所需的参数，可以很容易地估计从现场方法。这种方程不仅是估计生物量储量的一种快速方法，而且是估计标准误差和决定系数的一种方法。
无绘图法是指沿着一系列平行的样本线测量树木密度和直径(DBH) (MacDicken 1997)，包括以下步骤:
•选择土地使用类别或项目活动地层，并定位样地(第10章)。
•在每个地层建立一系列平行取样线。
•沿采样线每10米定位采样点。
•在每个采样点，将区域分为四分之四。
•记录树种名称、胸径和树高以及样本点与每棵树或灌木之间的距离。
确保每个地层至少100次测量。
利用样本点和沿着样本线的树之间距离的数据，可以估计出图中树之间的平均距离。然后可以计算出每公顷树木的密度，无论是针对每个物种，还是覆盖所有树木，使用估计的树木之间的平均距离。因此，树木的地上生物量可以用胸径和树的高度还有生物量方程。
无图案化方法更适用于稀树草原等树木密度稀疏的土地利用系统。这种方法特别适用于单周期估计，当需要在短时间内覆盖大面积和人员有限时。在涉及土地多种用途的系统中，无绘图方法可能不适用于定期复访，也不适用于测量和监测树木和非树木植被生物量或碳储量的变化。
作图法作图法的原理是利用胸径、树高等各项指标参数的实测值，估算一组样地中树木和非树木生物量的体积或重量。绘图方法有几种变体，即样方(正方形或矩形)，圆形图和横断面(长矩形图)。广泛的方法包括以下程序:
•选择土地使用类别或项目活动;对样地进行分层和铺设。
•为树木、灌木和地面植被(草本植物)单独设置样地。
•根据项目的类型和规模以及植被的多样性(在第10章中讨论)，改变样地的大小和数量。
•记录每棵树或灌木的物种名称、高度和胸径。
•以上估计-地面树采用不同方法计算的每棵树和每公顷生物量，即:
°生物量估算方程°小区内收获方法
°计算每个树的体积使用胸径、身高和树的形状数据，然后用木材密度将体积转换成重量
•采用收获法估算灌木和草等非乔木植被的生物量。
小区法是评估树木和非树木植被地上生物量最常用的方法。第10-13章详细描述了绘图法的应用。绘图法的优点包括:
•适用于森林、种植园、草地、防护林和农林复合系统
•同样适用于生物量的一次性测量或通过“永久小区”方法进行长期定期监测
•任何拥有最少资源和技术能力的团队都可以采用
•既适合稀疏植被，也适合茂密植被
•适用于大片或小片的森林、人工林或草地
•适合单一栽培和多种植被
•既适合成熟森林，也适合新生森林或人工林
9.4估算地下生物量或根生物量
地下生物量或根生物量对于天然林、自然再生区域、保护区和农林复合系统是必要的。根系生物量可能对造林、再造林、流域和草地开垦项目很重要。估算地下树木生物量的方法包括:
拔根和测量重量
(ii)默认根枝比
生物量方程
根系提取和重量测量方法根系提取和重量测量方法涉及测量从已知深度提取的给定体积的土壤中存在的根系生物量的数量，通常为30厘米，因为大多数细根局限在这个浅深度。该方法包括以下步骤(MacDicken 1997):
•使用岩心取样器从选定的深度去除已知体积的土壤
•清洗核心土壤样品，通过分离土壤提取根系
•测量所选核心体积下根系生物量的鲜重和干重
•对于给定深度(例如30厘米)，从核心体积推断根系生物量到单位面积，例如1公顷
测量根系生物量复杂、耗时且昂贵(Cairns et al. 1997)。在大多数陆上项目中，没有测量根系生物量，而是采用默认的根枝比和生物量方程等替代方法。该方法将在第11章中进一步描述。
默认的根枝比根生物量通常在地上生物量的比例很小的范围内。Cairns等人(1997年)对热带、温带和北方森林的160多项研究进行了综述，估计平均根枝比为0.26，范围为0.18-0.3。因此，在大多数林业项目中，使用平均默认值0.26估算根系生物量可能是可行的。生物量方程已经建立了根生物量与地上生物量之间的回归方程。Cairns等人(1997)建立了一套热带、温带和北方森林类型的方程。参考第11章给出的方程。这些方程提供了具有高决定系数的可靠估计。
在诸如草地、农田和稀树草原等土地利用系统中，非树木植被的根系生物量可以通过测量来估计。广泛的方法是相同的根提取使用核心采样器，描述为树根。详细步骤在第11章中描述。对于何时需要测量根系生物量，做出专家判断是非常重要的。如果草地或退化的林地被转化为耕地，甚至被转化为受管理的草地，则通常可以估算根系生物量(第4章)。
9.5凋落物和枯木生物量估算
凋落物和枯木生物量可以用两种方法估算，即(i)产量测量和(ii)存量变化。枯木包括直立的枯木和倒下的枯木。
年凋落物和枯木产量(吨/公顷/年)估算年凋落物和枯木产量是一个非常复杂和漫长的过程，包括以下步骤:
•土地使用类别或项目活动的选择，样本点的分层和位置
•在森林或种植园的地面上安装大量的矩形或圆形垃圾陷阱，并保护它们多年不受破坏
•每月收集和称重在样地的凋落物陷阱收集的凋落物，并估计干重
•每公顷年凋落物产量的推断和计算
一些森林和人工林类型的默认值可从文献中获得。可以使用默认值，因为垃圾只占总生物量的一小部分(<10%)，而且安装和维护垃圾收集器太复杂，此外还涉及成本和技术工作。
材积变化法通过在两个时间点测量样地的材积并计算其差值，可以估计凋落物和枯木。选择用于树木或灌木测量的样地可用于估计，采用以下程序:
•选择用于树木和灌木生物量估算的样地。
•从样地收集并称量所有掉落的凋落物和枯木。
•估算落叶和枯木的干重。
•在两个时间段重复测量。
•估计两次测量之间的差异。
•从样地中推断凋落物和枯木存量到每公顷价值。
直立枯木生物量可使用第9.3节所述的图法估算。第9.3节中描述的地上树木生物量的程序(详见第11章)适用于估算直立枯木生物量，涉及测量胸径以及从用于测量树木或灌木的样方或样方中选取的站立死亡树木的高度。估算常立枯木只需要很少的额外努力，因为它可以与测量树木和灌木生物量一起测量。
9.6土壤有机碳估算
土壤有机碳是大多数土地利用类别和造林、再造林、土地复垦、草地管理、防护林和农林业项目的关键碳库。土壤碳库对于草原、农田、草地和牧场项目尤为重要。土壤碳储量在上层土壤剖面(0-15 cm)中最高，应该对其进行最密集的采样(Richter et al. 1999)。对于所有林业、草地和农田保护与开发项目，土壤有机碳的常规估算方法包括:漫反射光谱法、模拟法和湿法消解法或滴定法。
漫反射光谱(Diffuse refltance spectroscopy, DRS)是一种基于可见光-红外光(电磁能量)与物质相互作用来表征材料组成的技术。用人工光源照射土壤样品，并测量从样品扩散的反射光。反射率读数是用光谱仪测量的，每个波长波段相对于土壤每种性质的参考读数的平均值表示。该方法在大面积应用(土壤调查、流域管理和土壤质量指标)中具有提高效率和降低成本的潜力。
与常规土壤分析相比，DRS的主要优点是其可重复性和速度;一个操作员一天可以轻松地扫描几百个样品。与传统的分析方法相比，DRS在实验室之间的可重复性预期更大。分析的速度和通过一次可靠的测量来估计许多土壤性质的能力是DRS的主要优势，特别是在分析用常规方法测量需要时间的土壤性质时。
DRS的主要局限性是需要为所有感兴趣的土壤特性的给定土壤种群建立校准库，这涉及到数据分析的复杂性。这种方法需要专门的设备、设备齐全的实验室和训练有素的工作人员。这项技术可以越来越多地用于广泛的土壤研究和调查，光谱仪很可能成为土壤实验室的标准设备。
土壤碳动力学模型包括CENTURY (CENTURY 1992)和RothC (Coleman and Jenkinson 1995)。
CENTURY模拟了不同植物土壤系统的碳、氮和磷的长期动态。该模型模拟了碳、氮和磷在植物凋落物中的流动无机和有机土壤中的水潭。其优点是该模型可应用于森林、草地、稀树草原和种植系统或地块、项目、区域和国家一级的项目。这些限制包括所需的数据，例如降水、最高和最低气温、植物材料中的木质素、氮、磷和硫、土壤质地、土壤中总碳、氮和磷的初始含量、管理周期中使用的农业投入量等。
RothC以吨/公顷计算有机碳含量的变化。RothC需要输入大量变量，如天气数据(月平均温度、月总降水量和开放式蒸发皿蒸发量)、土壤数据(土壤中粘土的百分比和土壤深度)、与碳模拟相关的土地管理数据以及每月对土壤有机质的输入。该模型的局限性在于，不同土地利用系统所需的数据难以获得。
用于预测土壤碳积累速度或储量变化的简单回归模型还没有那些用于预测地上生物量的回归模型进化得那么快。这些模型只针对土壤、植被或物种，应用范围有限。湿溶法或滴定法测定(Walkley和Black法)湿溶法或滴定法包括快速滴定法，用于估计土壤有机碳含量(Kalara和Maynard 1991年)。有机物被K2Cr2O7和H2SO4的混合物氧化。未使用的K2Cr2O7用FeSO4反滴定。浓缩H2SO4与K2Cr2O7的稀释热是唯一的热源．土壤被H2SO4稀释的热量消化，因此土壤中的有机碳被氧化为二氧化碳。在各种方法中，湿法消化(沃克利和布莱克)是最常用的和成本效益高的方法，它涉及以下程序:
•土地使用类别或项目活动层、采样方法和样地位置的选择
•在每个地层的两个深度(0-15厘米和15-30厘米)收集土壤样品
•堆积密度估计
•在实验室中使用Walkley和Black方法估算土壤样品中的有机物或碳含量
•计算碳储量吨碳/公顷使用有机质含量，堆积密度和土壤深度
9.7结论
本章概述了估算不同碳库的储量和增长率的不同方法。不同碳库的碳清查需要采用不同的野外、实验室和模拟技术。不同的池有多种方法可用。为某一水池选择合适的方法取决于土地用途类别或项目类型、项目面积大小、所需精度、成本效益、基础设施和现有技术能力。这些方法的细节将在后面的章节中描述。本手册其余章节的重点是采用碳“存量差”方法，使用“永久绘图”技术进行碳库存。
继续阅读:估算地上生物量的方法
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