DOI: 10.1051/forest:2001131

Ann. For. Sci. 58 (2001) 351-384

Synthesis and analysis of biomass and net primary productivity in Chinese forests

Jian Ni^{a, b}, Xin-Shi Zhang^a and Jonathan M.O. Scurlock<sup>c

a</sup>  Laboratory of Quantitative Vegetation Ecology, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Xiangshan Nanxincun 20, 100093 Beijing, P. R. China
^b  Department of Ecology, Plant Ecology, Lund University, Sölvegatan 37, 22362 Lund, Sweden
^c  Environmental Sciences Division, Oak Ridge National Laboratory, PO Box 2008, Oak Ridge, TN 37831-6407, USA

(Received 27 January 2000; accepted 5 October 2000)

Abstract
An extant dataset is presented on biomass and net primary productivity (NPP) of 6 forest biomes, including 690 stands from 17 forest types of China. Data on latitude, longitude, elevation, field measurements of stand age, leaf area index (LAI) and total biomass were collected for 29 provinces from forestry inventory data of the Forestry Ministry of China, as well as a wide range of published literature. The individual site-based NPP was estimated from field biomass measurements based on a common methodology. The range of measured LAI, biomass and estimated NPP is from 0.17 to 41.78 m² m^-2 (mean = 8.94), from 31.14 to 1569.85 t ha^-1 (means = 185.41), and from 2.41 to 40.27 t ha^-1 yr^-1 (mean = 14.4), respectively. Analyses and synthesis between NPP and environmental factors showed that, in eastern China, NPP of forests increases from north to south, whereas NPP of major forests in southern China decreases in relation to longitude from east to west. In mountainous areas, the distribution of NPP is related to elevation. On a regional basis, the NPP of Chinese forests is highly correlated with annual mean temperature and rainfall, as well as the annual potential evapotranspiration, especially on the basis of site-based comparison. Strong positive correlation also existed between NPP and growing degree-days on a 0 oC base and on a 5 oC base. These all indicated that temperature and moisture are the dominant factors controlling the spatial distribution of NPP in China. A site-based comparison between estimated NPP and NPP modelled by the BIOME3 model showed a fair agreement with a linear regression. A higher correlation occurred in the forest-based comparison between estimated and modelled NPP, whereas the highest correlation was found in the plant functional type (PFT)-based comparison. However, there are many limitations in the current data set and methodologies, such as the lack of some components of biomass and NPP, especially with respect to root production. More detailed field measurements and methodologies covering all components of NPP should be addressed in China in the future.

Résumé
Analyses et synthèse relatives à la biomasse et à la productivité nette primaire dans des forêts chinoises. Ce travail présente un ensemble de données relatives à la productivité nette primaire (NPP) et à la biomasse incluant des mesures pour 690 stations réparties dans 17 types de forêts en Chine. Six biomes forestiers sont représentés. Les données de latitude, longitude, altitude ainsi que les mesures de terrain sur l'âge des peuplements, l'indice de surface foliaire (LAI) et la biomasse totale ont été rassemblées pour 29 provinces à partir de ce qui est disponible dans l'Inventaire forestier du ministère des Forêts chinois et de données contenues dans un grand nombre de publications. La productivité nette primaire (NPP) pour chaque site a été estimée à partir de mesures de terrain sur la biomasse basées sur une méthodologie identique. Les valeurs minimales et maximales sont, respectivement, pour l'indice de surface foliaire (LAI).: 0,17 et 41,78 m² m^-2 (moyenne = 8,94), pour la biomasse.: 31,14 et 1569,85 t ha^-1 (moyenne = 185,410) et pour la productivité (NPP).: 2,41 et 40,27 t ha^-1 an^-1 (moyenne = 14,4). Les analyses sur le rapport entre productivité nette primaire (NPP) et facteurs environnementaux ont montré que, dans l'est de la Chine, la productivité (NPP) augmente du nord au sud alors que pour la plupart des forêts de Chine du Sud, la productivité (NPP) décroît selon un gradient longitudinal, d'est en ouest. Pour les régions de montagne, une relation entre productivité (NPP) et altitude a pu être établie. À l'échelle régionale, la productivité (NPP) des forêts chinoises ici étudiées est fortement corrélée avec la température et les précipitations moyennes annuelles ainsi qu'avec l'évapotranspiration potentielle. Une forte corrélation positive existe également entre la productivité (NPP) et les sommes de température journalières (GDD) aussi bien à partir de 0 oC que de 5 oC. L'ensemble des analyses montre que la température et l'humidité sont les facteurs majeurs qui contrôlent la répartition spatiale de productivité (NPP) en Chine. La comparaison entre la productivité (NPP) estimée et la productivité modélisée (utilisation du modèle BIOME 3) en chaque site est satisfaisante (bonne corrélation linéaire). Une corrélation plus marquée existe quand on compare la productivité (NPP) estimée et la productivité modélisée en se situant non plus au niveau stationnel mais au niveau des massifs forestiers. La corrélation la plus élevée a été trouvée dans le cas d'une comparaison basée sur des types fonctionnels (PFT). Cependant les données actuelles et les méthodologies utilisées comportent de nombreuses limitations comme l'absence de certains composants relatifs à la productivité (NPP) et à la biomasse, notamment les éléments concernant la production racinaire. Dans le cadre d'études ultérieures en Chine, il sera nécessaire d'envisager des mesures de terrain plus détaillées et des méthodologies de mesure couvrant tous les composants de la productivité (NPP).

Key words: biomass measurement / Chinese forests / environmental factors / estimate and comparison of net primary productivity / spacial patterns

Mots clés : mesures de biomasse / forêts chinoises / facteurs environnementaux / évaluation et comparaison de la productivité nette primaire (NPP) / répartitions spatiales

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