一种绿化剩余物理论量统计测算方法与流程

本发明属于环境工程
技术领域：
，涉及一种绿化剩余物理论量统计测算方法。
背景技术：
：随着中国城市化的快速发展以及人们对生活环境的质量要求，城市绿地面积正不断增加，随之而来的绿化剩余物量也逐年攀升，成为继生活垃圾之后的第二大城市固体废弃物。由于绿化剩余物组成成分主要为有机物，是重要的生物质资源，绿化剩余物资源化利用具有巨大潜力，因此通过建立和发展循环产业体系促进绿化剩余物的回收利用，可以实现城市绿化剩余物的资源化管理，从而保障城市环境的可持续发展，因此，为方便城市管理者与决策者进行统筹规划，建立科学适用的城市绿化剩余物统计指标体系与统计测算方法就显得格外重要，不仅为管理决策者提供理论依据与方法支持，同时也可有效填补针对城市绿化剩余物统计研究领域的空白，具有一定的研究意义。技术实现要素：本发明的目的在于，提供一种绿化剩余物理论量统计测算方法。其技术方案如下：一种绿化剩余物理论量统计测算方法，包括以下步骤：步骤1、按来源类型对山区绿化剩余物进行划分，将山区剩余物划分为乔木类剩余物和灌木类剩余物两大类，乔木类包括乔木林、疏林地、散生木、四旁树、经济林，灌木类为灌木林，其中乔木林按实际优势树种进行划分。根据森林资源二类调查数据信息特点，此处乔木类的信息按蓄积进行统计，灌木类的信息按面积进行统计。依据不同剩余物类型，对山区绿化剩余物量进行下一步的分类计算。步骤2、林地调查。采用典型抽样法，按林地的起源(天然、人工)、森林类型(针叶林、阔叶林、针阔混交林、灌木林)和林龄(幼、中、近、成、过熟林)及优势树种等选取3个以上的样地进行调查，其调查程序为：1)样地与样方设置；2)乔木层调查或灌木层(林)调查；3)选取标准木；4)标准木调查。具体林地调查方法参见1.1.3林地调查方法。步骤3、生物量测算。1)山区乔木层地上生物量测算。样地调查中按优势树种选取各径阶标准木，调查获得伐倒标准木胸径、树高、主干部分以及树枝部分数据，拟合各优势乔木树种生物量异速生长模型(见表2)，并计算各标准木单位材积地上部分生物量，根据森林资源二类调查数据中的各乔木树种蓄积量，计算山区乔木层地上生物量。2)山区灌木层(林)地上生物量测算。山区林地的灌木层地上生物量采用样本收获法进行分析，拟合各灌木层生物量模型(见表3)，推算获取单位面积灌木层地上生物量数据。区域灌木层生物量是区域内所有森林类型灌木层地上部分生物量之和。步骤4、根据剩余物生物量转换系数计算山区绿化剩余物量。山区乔木层剩余物量为乔木层地上生物量与其剩余物生物量转换系数的乘积，山区灌木层剩余物量为灌木层地上生物量与其剩余物生物量转换系数的乘积。其中，乔木林剩余物生物量转换系数为0.13，灌木林转换系数为0.20，疏林地转换系数为0.10，散生木转换系数为0.14，四旁树转换系数为0.11，经济林转换系数为0.11。步骤5、按来源类型对城区绿化剩余物进行划分，将城区剩余物划分为乔木类、灌木类和草坪类剩余物三大类，其中乔木类分为常绿乔木类和落叶乔木类，灌木类分为灌木、绿篱和色块。根据城市绿地资源普查数据信息特点，此处乔木类的信息按株数进行统计，灌木类的信息按面积或株数进行统计，草坪按面积进行统计。依据不同剩余物类型，对城区绿化剩余物量进行下一步的分类计算。步骤6、城区绿地调查。根据城区绿地调查方法(见2.1.1)，结合城市园林绿化普查数据分别进行绿地乔木调查、绿地灌木调查和草坪调查。步骤7、生物量测算。1)城区乔木单株地上生物量平均值的获取。依据优势树种生物量模型(见表2)，通过选取标准木进行调查获取。2)城区灌木类单株地上生物量平均值的获取。选取标准株进行调查获取，或者通过查阅文献、走访调研相关部门获得经验数据。3)草坪单位面积地上生物量平均值的获取。根据典型地块实测调查和咨询草业专家进行获取。结果显示，常绿乔木单株生物量的平均值为187.83kg，落叶乔木单株生物量的平均值为100.61kg，灌木单株生物量的平均值为10kg，草坪单位面积生物量的平均值为16.5kg。步骤8、根据剩余物生物量转换系数计算城区绿化剩余物量。城区乔木剩余物量为乔木生物量与其剩余物生物量转换系数的乘积，城区灌木剩余物量为灌木生物量与其剩余物生物量转换系数的乘积，草坪剩余物量为草坪生物量与其剩余物生物量转换系数的乘积。其中，常绿乔木剩余物生物量转换系数为0.0774，落叶乔木剩余物生物量转换系数为0.0544，灌木剩余物生物量转换系数为0.25，草坪剩余物生物量转换系数为0.9879。本发明的有益效果：本方案提出了绿化剩余物理论量的统计测算方法，该方法与行业内的资源调查体系相结合，通过提出的剩余物生物量转换系数，可直接根据森林资源调查数据、城市绿地普查数据进行绿化剩余物量测算，是一种与资源调查体系相衔接的剩余物量统计方法，为开展区域绿化剩余物资源化管理提供数据基础和决策依据。附图说明图1是林地调查程序图；图2是样地与样方设置图；图3是山区乔木层剩余物资源量计算流程图；图4是导算一元材积表法求样地蓄积流程图；图5是平均断面法及中央断面法求样地蓄积流程图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。.1基于森林调查数据的山区剩余物量估算山区绿化剩余物，主要由山区林地抚育和相应采伐任务产生的剩余物，以及因自然因素而产生的枯枝落叶等有机剩余物所组成，细分为乔木类剩余物和灌木类剩余物。山区绿化剩余物依据不同剩余物类型以及山区森林资源调查因子体系，按照与森林资源调查数据相衔接的原则，对山区绿化剩余物量进行分类计算，各剩余物来源的资源统计信息如表1所示。根据下表确定的山区绿化剩余物来源资源的统计信息，作为接下来进行山区剩余物量估算的基础。表1山区剩余物类型与剩余物来源的资源统计情况表1.1研究方法1.1.1生物量模型绿化剩余物是植被生物量的一部分，因此对生物量的估算是绿化剩余物测算的一种有效途径。异速生物量模型是生物量研究中估算森林生物量的常用方法，能够精确估算森林生物量，被广泛应用于生态学与环境科学的研究中。黄兴召通过比较国内外建立的立木异速生长模型的参数，分析了经典统计与贝叶斯统计的异速生物量模型建模效果(黄兴召，2014)。国内外许多研究者已经利用多种模型来预估单木生物量，主要有下列三种形式：线性模型(加性误差)：yi＝a+bxi+ei(1)非线性模型(加性误差)：非线性模型(乘性误差)：yi为第i株单木及各组成分的生物量，xi为第i株单木的模型变量，常用的变量形式有：胸径(d)，树高(h)，d2h，也有的模型加上了林龄等变量。a、b为模型中的估计参数。1.1.2评价指标parresol在生物量模型的概述中指出了对拟合模型进行评价的大量统计指标，这些统计指标可以对不同的模型进行优度比较(parresol，1999)。本节研究拟采用国内常用的6项统计指标(曾伟生，2011)对各样地树种生物量预估模型进行选择与评价。模型拟合结果分别采用决定系数(r2)、总相对误差(tre)、平均相对绝对误差(ram)、平均相对误差(mse)、标准差(see)和预估精度p(胥辉，2001)。计算公式分别为：式中：yi为实际观测值，为模型预测值，为样本均值，n为样本数量，p为模型中参数个数，tα为置信水平α取值0.05时的t值。1.1.3林地调查方法林地调查程序图见图1所示。(1)样地抽样与设置①抽样方法采用典型抽样法对森林资源二类调查林地的起源(天然、人工)、森林类型(针叶林、阔叶林、针阔混交林、灌木林)和林龄(幼、中、近、成、过熟林)及优势树种等类型选取3个以上的样地。如果已选样地不能完全满足园林绿化剩余物统计测算要求，可再根据需要增设有典型代表性的样地类型。②样地与样方设置根据调查实际情况选择方形样地或圆形样地。方形样地采用gps进行定位，将定位样点作为样地西南角并统一标记编号，样地规格为25.82m×25.82m，以西南角为起点，罗盘仪测角，皮尺量距离，闭合差小于1/200。圆形样地选取样木定位，定位样木作为样地中心，样地半径为7.98m(可根据实际情况进行斜距改算)。灌木层采用样方调查。灌木层样方规格3m×3m，根据灌木密度(按密、中、疏、极疏四个等级)共设置4个。样地及样方设置方式见图2。(2)乔木层调查记录样地乔木因子，包括：树种、胸径、树高、生长状况、平均胸径、平均树高等。对样地内所有乔木(包括活立木和枯立木)，按一定的起测径阶(通常在壮年林或近熟林中为4cm，在成过熟林中为6cm)进行每木检尺。(3)标准木调查根据每木检尺结果计算样地的林分平均胸径和平均树高，在各径阶中按此平均值(误差在10％以内)选取1株标准木，进行伐倒调查。实测伐倒标准木的树高、地径、胸径、1/4、1/2、3/4、每整米处的直径、及区分段重量，测量并记录伐倒标准木各级侧枝的位置、方向、基径、枝长、重量，填写附录标准木信息表。选取枝、叶样品带回实验室测定其含水率。样品统一编号、贴标签，标明样品采集的样地号、样品种类和采集日期，并填写附录取样记录表。(4)灌木层(林)调查调查样方内灌木种类、地径、灌木丛数、每丛株数、东西冠幅、南北冠幅、丛高等，并填写附录b灌木调查记录表。对样方内所有灌木采用全株收获法分别测其地上干、枝、叶的鲜重，选取干、枝、叶样品带回实验室测定其含水率。样品统一编号、贴标签，标明样品采集的样地号、样品种类和采集日期，并填写附录取样记录表。1.1.4山区剩余物量测算方法(1)山区剩余物资源总量山区剩余物资源总量为乔木层剩余物量、灌木层剩余物量、经济林剩余物量三者之和，计算见公式(11)：rw山区＝rw山乔+rw山罐+rw经济林(11)式中：rw山区——山区林地剩余物资源总量；rw山乔——山区林地乔木层剩余物资源量(包括散生木和四旁树)；rw山罐——山区林地灌木层剩余物资源量；rw经济林——经济林剩余物资源量。(2)山区乔木层剩余物资源量山区乔木层剩余物资源量计算流程见图3所示。山区林地的乔木层剩余物资源量为乔木层各树种地上生物量与其剩余物占生物量比重的乘积，计算见公式(12)：式中：rw山乔——山区林地乔木层剩余物资源量(包括散生木和四旁树)；wi上——乔木层i树种的地上生物量；n——乔木层树种数；rfi——i树种剩余物量占地上生物量的比重。各乔木树种剩余物量占地上生物量比重根据db11/t290—2005、db11/t793—2011的规定和实地调查获取。①山区乔木层地上生物量林地样地调查按优势树种选取各径阶标准木，调查获得伐倒标准木胸径、树高、主干部分以及树枝部分数据，拟合各优势乔木树种生物量异速生长模型(见附录)，并计算各标准木单位材积地上部分生物量，根据森林资源二类调查各乔木树种蓄积量，计算山区乔木层地上生物量，计算见公式(13)～(18)：山区乔木层总地上生物量：第i森林类型乔木层地上生物量：第i森林类型样地乔木层地上生物量：第i森林类型样地内单株乔木地上生物量：wj＝w干+w枝、叶(16)其中：树干生物量：w干＝a(d2h)b(17)树枝、叶生物量：w枝、叶＝adb(18)式中：d——胸径；h——树高；v——蓄积；m——森林类型的总数；n——样地内乔木株数；a、b——常数。散生木、四旁树、绿地乔木亦可采用此方法进行类推计算。②样地乔木层蓄积i)导算一元材积表法(见图4)计算见公式(10)～(11)：树高曲线模型：h＝c0+c1d+c2d2(19)二元材积公式：v＝a0+a1d2h(20)式中：d——胸径；h——树高；v——蓄积；a0、a1、c0、c1、c2——常数。ii)平均断面积法以及中央断面积法求样地蓄积平均值(见图5)计算见公式(21)～(26)：标准木材积：平均断面积法：中央断面积法：胸高形数：形数求材积公式：v＝f1.3g1.3h(25)样地蓄积：式中：f1.3——胸高形数；g1.3——树木胸高横断面积；h——树高；vj——样地内第j株乔木的材积；vi——标准木第i段体积；n——标准木主干段数；n——样地内乔木株数；d——区分段中央直径；d1——区分段上部直径；d2——区分段下部直径；l——树干长度。(3)山区灌木层(林)剩余物资源量山区林地的灌木层地上生物量采用样本收获法进行分析，拟合各灌木层生物量模型(见附录)，推算获取单位面积灌木层地上生物量数据。区域灌木层生物量是区域内所有森林类型灌木层地上部分生物量之和，山区灌木层剩余物资源量为灌木层地上生物量与其剩余物占生物量比重的乘积。计算见公式(27)：式中：rw山罐——山区林地灌木层剩余物资源量；n——森林类型数；ai——第i森林类型的面积；——第i森林类型单位面积灌木层地上生物量的平均值；rf山罐i——第i森林类型灌木层剩余物量占地上生物量的比重。剩余物占生物量比重根据林地灌木抚育的实地调查进行获取。此方法亦适用于灌木林和城市绿地中的灌木类。(4)经济林剩余物资源量通过选取各经济林树种标准木进行调查，推算获取各树种的单株地上生物量数据。经济林剩余物资源量为经济林地上生物量与其剩余物占生物量比重的乘积，计算见公式(28)：式中：rw经济林——经济林剩余物资源量；m——经济林树种(组)数；ni——第i经济林树种(组)株数；——第i经济林树种(组)单株地上生物量的平均值；rf经济林i——第i经济林树种(组)剩余物量占地上生物量的比重。经济林修剪产生的剩余物量占地上生物量比重根据实地调查和典型果农走访进行获取。1.2山区剩余物量测算结果以北京市2009年第七次森林资源调查数据为例，对北京山区剩余物量进行测算。1.2.1优势树种生物量模型参数估计与选取通过对优势树种各生物量模型的指标评价值的比较，选择w＝a(d2h)b和w＝adb分别作为预估北京市优势树种树干生物量和树冠生物量的模型方程，利用样地标准木数据对模型进行参数a和b的估计，获得各优势树种的生物量预估模型表达式(表2)，表3为部分林下灌木生物量模型。表2北京部分优势树种(组)生物量模型表3北京部分林下灌木生物量模型序号林下灌木模型1元宝枫林下灌木w＝0.231-0.048(d2h)+0.09(d2h)2-0.003(d2h)32油松林下灌木w＝-0.156+1.105(d2h)-0.080(d2h)2+0.004(d2h)33栓皮栎林下灌木w＝0.32+4.244(d2h)-9.578(d2h)2+6.867(d2h)34侧柏林下灌木w＝0.008+0.225(d2h)-0.080(d2h)2+0.17(d2h)35黄栌林下灌木w＝0.060+0.340(d2h)-0.124(d2h)2+0.044(d2h)36槲树林下灌木w＝0.181+0.675(d2h)-0.195(d2h)2+0.018(d2h)37山杨林下灌木w＝-0.050+1.238(d2h)-2.633(d2h)2+1.664(d2h)38落叶松林下灌木w＝0.003+0.294(d2h)-0.248(d2h)2+0.086(d2h)39柞树林下灌木w＝-0.003+0.421(d2h)-0.052(d2h)2+0.002(d2h)310白桦林下灌木w＝0.018+0.178(d2h)+0.121(d2h)2-0.034(d2h)311楸树林下灌木w＝0.008+0.252(d2h)-0.180(d2h)2+0.053(d2h)31.2.2山区绿化剩余物量与生物量的转换系数经查阅资料和实地访查结果显示，林分乔木剩余物年产量约占树木生物量的13％，疏林地剩余物年产量约占生物量的10％，散生木、四旁树剩余物年产量约占生物量的14％，经济林剩余物年产量约占生物量的11％。经济林单株剩余物年产量为8.8kg。山区灌木类剩余物量计算。通过对样地使用直接收割法，计算单位面积灌木的生物量，经调查了解，林区灌木的抚育方式为五年全部割完一次，根据北京森林资源普查资料提供的灌木林地面积，测算出北京山区灌木剩余物年产量。测算结果显示，山区灌木林单位面积剩余物年产量为0.16kg/m2。表4为北京山区绿化剩余物量计算参数数据表，显示了山区绿化剩余物量与生物量的各转换系数。表4北京市绿化剩余物理论量计算参数数据表1.2.3测算结果依据森林二类调查获取的乔木林地、疏林地、散生木、四旁树蓄积数据，经济林株数或面积，灌木林地面积数据，按照上述方法测算山区剩余物量。测算结果显示，全市山区绿化剩余物资源量鲜重459.21万吨，折合干重225.00万吨。其中乔木林剩余物资源量(干重)99.32万吨，占山区绿化剩余物资源总量(干重)的44.14％，灌木林剩余物资源量24.39万吨，占山区剩余物资源总量的10.84％，经济林剩余物资源量51.31万吨，占山区剩余物资源总量的22.80％，疏林地剩余物资源量0.39万吨，占山区剩余物资源总量的0.17％，四旁树剩余物资源量35.43万吨，占山区剩余物资源总量的15.75％，散生木剩余物资源量14.16万吨，占山区剩余物资源总量的8.23％。由测算结果可以看出，山区绿化剩余物资源量(干重)大，其中乔木林剩余物是山区剩余物资源量最大部分。在乔木林各优势树种中，油松剩余物资源量18.51万吨，占山区剩余物资源总量的8.23％，落叶松剩余物资源量3.77万吨，占山区剩余物资源总量的1.68％，侧柏剩余物资源量5.80万吨，占山区剩余物资源总量的58％，柞树剩余物资源量18.62万吨，占山区剩余物资源总量的8.28％，杨树剩余物资源量33.40万吨，占山区剩余物资源总量的14.84％。全市山区绿化剩余物资源量情况详见表5所示。表5全市山区绿化剩余物资源量情况2基于城市绿地普查数据的城区剩余物量估算城区绿化剩余物，主要是城区园林绿化美化工作中，所产生的枝干、根茎、落叶、草屑、花败及其他有机剩余物，细分为常绿乔木剩余物、落叶乔木剩余物、灌木剩余物、草坪剩余物、绿篱剩余物、色块剩余物。城区绿化剩余物按类型分为乔木类剩余物、灌木类剩余物以及草坪类剩余物三大类，根据城市绿地资源普查数据获取各类型剩余物来源的植被资源统计信息，主要包括常绿乔木、落叶乔木、灌木、绿篱、色块、草坪的植株株数与面积(表6根据下表6确定的城区绿化剩余物来源资源的统计信息，作为接下来进行城区剩余物量估算的基础数据。表6城区剩余物类型与剩余物来源的资源统计情况表2.1研究方法2.1.1城区绿地调查方法(1)乔木调查结合城市园林绿化普查数据开展绿地乔木调查，将每种乔木树种按径阶或龄级分别选择3～5株标准木，编号挂牌、标定具体位置，并实测标准木胸径、树高等因子。(2)灌木调查结合城市园林绿化普查数据开展绿地灌木调查，每种灌木类型调查单位面积株数，选取具有典型代表性的标准株3～5株，调查标准株的地径、树高，收割整株标准株，称量地上部分鲜重，选取干、枝、叶样品，带回实验室测定其含水率。绿篱、色块类灌木按同样方法调查。(3)草坪调查选择典型地块，设置1m×1m样方进行调查，收割样方内草类的地上部分，称量鲜重，再选取一定的样本，带回实验室测定其含水率。2.1.2城区剩余物量测算方法(1)城区剩余物资源总量城区剩余物资源总量为城区乔木类剩余物量、灌木类剩余物量、草坪剩余物量三者之和，其中乔木类可分为常绿乔木和落叶乔木，灌木类可分为灌木、绿篱和色块。计算见公式(29)：rw城区＝rw乔木类+rw罐木类+rw草坪(29)式中：rw城区——城区绿地剩余物资源总量；rw乔木类——城区乔木类剩余物资源量；rw灌木类——城区灌木类剩余物资源量；rw草坪——城区草坪剩余物资源量。(2)城区乔木类剩余物资源量城区乔木类剩余物资源量为城区常绿乔木和落叶乔木的剩余物量之和。计算见公式(30)～(31)：城区常绿乔木剩余物资源量：城区落叶乔木剩余物资源量：式中：n常乔——城区常绿乔木株数；n落乔——城区落叶乔木株数；——城区常绿乔木单株地上生物量的平均值；——城区落叶乔木单株地上生物量的平均值；rf常乔——城区常绿乔木单株剩余物量占地上生物量的比重；rf落乔——城区落叶乔木单株剩余物量占地上生物量的比重。其中，城区乔木单株地上生物量的平均值可以依据优势树种生物量模型，通过选取标准木进行调查获取；城区乔木单株剩余物量占生物量比重根据db11/t213-2003、db11/t839-2011的规程和实地调查进行获取。(3)城区灌木类剩余物资源量城区灌木类剩余物资源量为城区灌木、绿篱及色块的剩余物量之和，计算见公式(32)～(34)：城区灌木剩余物资源量：城区绿篱剩余物资源量：城区色块剩余物资源量：式中：n灌木——城区灌木株数；n绿篱——城区绿篱株数；n色块——城区色块株数；——城区灌木单株地上生物量的平均值；rf灌木——城区灌木单株剩余物量占地上生物量的比重。城区灌木类单株地上生物量的平均值可以选取标准株进行调查获取，或者通过查阅文献、走访调研相关部门获得经验数据；灌木单株剩余物量占生物量比重根db11/t213-2003的养护管理标准和走访调研相关部门进行获取。(4)城区草坪剩余物资源量城区草坪剩余物资源量计算见公式(35)：rw草坪＝a草坪w单草rf草坪(35)式中：a草坪——草坪面积；w单草——草坪单位面积地上生物量；rf草坪——草坪单位面积剩余物量占地上生物量的比重。草坪单位面积的地上生物量及其剩余物量占地上生物量的比重可以根据典型地块实测调查和咨询草业专家进行获取。2.2城区剩余物量测算结果依据北京市2009年城市绿地普查数据，对北京城区绿化剩余物量进行测算。根据样地、样木调查数据拟合各优势树种生物量模型，在北京城市树木资料信息基础上，推算城区常绿乔木和落叶乔木的平均单株木生物量，并根据城市绿化抚育规程(经调查，主要采取“三主六岔十二枝”的抚育修剪方式，修剪周期每年一次)及剩余物产生方式，测算城区乔木剩余物量。经调查测算，常绿乔木年剩余物量约占树冠生物量的13％，落叶乔木年剩余物量约占树冠生物量的15％，常绿乔木单株剩余物年产量为14.54kg，落叶乔木单株剩余物年产量为5.47kg。表7为北京城区绿化剩余物量计算参数数据表。表7北京市绿化剩余物理论量计算参数数据表结合森林资源调查规程和专家意见，估算城区灌木单株剩余物年产量为2.5kg，绿篱、色块单株剩余物年产量为2kg。采取访问草业科学方面专家来获取所需数据，经咨询可知每平方米草坪年产剩余物量6～9kg，本研究中取值为7kg。经试验测得草坪含水率为57.06％。测算结果显示，全市城区绿化剩余物资源量鲜重228.56万吨，折合干重99.61万吨。全市城区剩余物资源量详细情况见表8所示。表8全市城区绿化剩余物资源量情况以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本
技术领域：
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