浙江縉云公益林生物量及固碳釋氧效益

錢逸凡，伊力塔，2，鈄培民，朱國亮，應(yīng)寶根，余樹全，2

(1.浙江農(nóng)林大學(xué) 林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 臨安311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安 311300；3.浙江省縉云縣林業(yè)局，浙江 縉云 321400；4.浙江省林業(yè)生態(tài)工程管理中心，浙江 杭州310020)

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，也是最重要的陸地碳庫之一，其碳儲(chǔ)量占整個(gè)陸地植被碳儲(chǔ)量的76%～98%[1]，碳固定量每年約占整個(gè)陸地生物碳固定量的2/3[2－3]，其固碳釋氧效益對陸地生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)價(jià)值最大，約占總價(jià)值的47.5%[4]。因此，在調(diào)節(jié)全球碳平衡、減緩溫室效應(yīng)等諸多方面有著極其重要的作用。20世紀(jì)90年代以前，學(xué)者對浙江常綠闊葉林的研究主要集中在其起源、種群生物學(xué)研究及其生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及演替機(jī)制[5－10]。近年來，隨著浙江省公益林建設(shè)的逐步推進(jìn)，針對公益林群落結(jié)構(gòu)的研究也隨之增多[11－12]，但普遍存在著樣本少，缺乏系統(tǒng)性等問題，而且原有研究中針對碳儲(chǔ)量、碳密度、固碳釋氧的研究較少[13]，并且主要著眼于省級尺度上，在縣市級尺度上的相關(guān)報(bào)道較少。因此，本研究以浙江省縉云縣117個(gè)公益林固定小班監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，在分析主要群落類型(松林、杉木Cunninghamia lanceolata林、闊葉林、針闊混交林、毛竹Phyllostachys edulis林和灌木林)生物量結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，估算了其碳儲(chǔ)量、碳密度以及固碳釋氧效益，為進(jìn)一步科學(xué)推動(dòng)浙江省各縣市公益林建設(shè)和管理提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

縉云縣位于浙江省南部腹地、 中南部丘陵山區(qū)，麗水市東北部，28°25′～28°57′N，119°52′～120°25′E，總面積為1 503.52 km2。地貌類型分中山、低山、丘陵和谷地，其中山地、丘陵約占全縣總面積的80%，是典型 “八山一水一分田”的山區(qū)縣。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤、四季分明，年平均氣溫為17.9℃，年積溫達(dá)5 400.0℃，最冷月 (1月)平均氣溫7.6℃，極端最低氣溫為－10.0℃；最熱月(7月)平均氣溫27.9℃；年平均無霜期276 d；年平均相對濕度為81%；年降水量為1 610.5 mm。

縉云縣公益林面積30 333.33 hm2，占土地總面積的20.17%，占全縣林業(yè)用地面積的26.24%。主要群落類型有:松林、杉木林、闊葉林、針闊混交林、毛竹林和灌木林，各群落類型面積及所占比例如表1。

縉云縣公益林中，幼、中齡林比重較大(幼齡林占16.85%，中齡林占40.31%，近熟林占29.01%，成熟林占13.12%，過熟林占0.72%)，占57.16%；幼、中齡林中，針闊混交林和松林比例最大，達(dá)60.41%和45.63%；而近、過熟林中，毛竹林比例最大，達(dá)82.88%。因此，從表2中可以初步判定闊葉林、針闊混交林為增長型，毛竹林為衰退型，松林、杉木林、灌木林種群結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

表1 縉云縣公益林類型統(tǒng)計(jì)Table 1 Ecology service forest type of Jinyun County

表2 縉云縣公益林林齡統(tǒng)計(jì)Table 2 Stand age of Jinyun County ecology service forest

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置及調(diào)查

利用縉云縣二類資源清查數(shù)據(jù)中公益林小班(3 887個(gè))為抽樣總體，按3%抽取117個(gè)固定監(jiān)測小班。在對固定監(jiān)測小班全面踏查的基礎(chǔ)上，選取典型地段內(nèi)設(shè)置面積為20 m×20 m的固定樣地，詳細(xì)記錄樣地基本信息，包括經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向、坡位、郁閉度、土壤等環(huán)境因子；樣地內(nèi)喬木層(胸徑大于5.0 cm)采用每木調(diào)查(包括測定樹高、胸徑、冠幅和枝下高等)，同時(shí)在每塊樣地對角線上均勻設(shè)置3個(gè)2 m×2 m的灌草固定小樣方，詳細(xì)記錄灌木種類、株數(shù)、蓋度、高度以及草本種類、株數(shù)、蓋度等指標(biāo)。

2.2 生物量測定

根據(jù)固定小班監(jiān)測數(shù)據(jù)和浙江省重點(diǎn)公益林生物量模型[14－15](表3)，推算各個(gè)森林群落生物量(包括喬木層、灌木層以及草本層生物量)。

2.3 碳儲(chǔ)量與碳密度

碳儲(chǔ)量與碳密度的估算方法很多。本研究采用基于生物量的估算方法(森林生物量乘以含碳率)對公益林植被碳儲(chǔ)量進(jìn)行估算。鑒于不同森林群落因其群落組成、年齡結(jié)構(gòu)的差異，其轉(zhuǎn)換率略有不同。本研究中采用國際上常用的轉(zhuǎn)換率，其中喬木層、灌木層轉(zhuǎn)換率為0.50[16－18]，草本層為0.45[19]。

表3 浙江省重點(diǎn)公益林生物量模型Table 3 Biomass model of key ecological forest in Zhejiang Province

2.4 固碳釋氧效益及價(jià)值估算

森林植被通過光合作用持續(xù)不斷地釋放氧氣，同化二氧化碳，并將其以穩(wěn)態(tài)碳的形式固定在生態(tài)系統(tǒng)中。因此，可以根據(jù)植物光合作用機(jī)理和植物代謝規(guī)律推算森林植被的固碳釋氧量，若按植物生物量中含有1%的灰分元素計(jì)，則制造1 t植物生物量，可放出1.172 4 t氧氣，同化空氣中1.612 3 t二氧化碳，固碳 0.439 9 t[20]。

2.4.1 同化二氧化碳 ①同化空氣中二氧化碳量。mCO2=1.612 3 Wi。其中:mCO2為森林植物同化空氣中二氧化碳量(t)；1.612 3為單位質(zhì)量(t)森林植物同化空氣二氧化碳系數(shù)；Wi為森林植物年凈生長生物量(t)。②同化空氣中二氧化碳價(jià)值。采用碳稅標(biāo)準(zhǔn)法對公益林固定二氧化碳的價(jià)值進(jìn)行評價(jià)。目前，國際上的碳稅主要用碳稅率計(jì)算，使用瑞典碳稅率，即 150.00美元°t－1，約合人民幣 1 200.00元°t－1[20]。

2.4.2 釋放氧氣 ①釋放氧氣量。mO2=1.172 4 Wi。其中:mO2為森林植物放氧量(t)；1.172 4為單位質(zhì)量(t)森林植物放氧量系數(shù)；Wi為森林植物年凈生長生物量(t)。②釋放氧氣價(jià)值。本研究采用工業(yè)生產(chǎn)成本法對公益林釋放氧氣的價(jià)值進(jìn)行評價(jià)。人工生產(chǎn)氧氣的價(jià)格為1 100.00元°t－1。

3 結(jié)果與分析

3.1 縉云縣公益林生物量

森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)最基本的數(shù)量特征和森林固碳能力的重要標(biāo)志，也是評估森林碳收支的重要參數(shù)[21-22]。因此，估算森林生物量是估算森林碳儲(chǔ)量和固碳釋氧效益的前提。

3.1.1 不同群落類型生物量 縉云縣公益林現(xiàn)存總生物量為282.73×104t，各群落類型中，生物量最大的是松林，達(dá)230.86×104t，占總公益林生物量的81.65%，其他由高到低依次是杉木林19.93×104t(7.03%)，毛竹林17.15×104t(6.07%)，闊葉林9.37×104t(3.31%)，針闊混交林5.02×104t(1.78%)，灌木林0.40×104t(0.14%)。從圖1可以看出:縉云縣公益林單位生物量為 93.21 t°hm－2。各群落類型單位生物量中，杉木林最高(102.61 t°hm－2)，闊葉林其次(100.93 t°hm－2)，其他由高到低依次為針闊混交林96.96 t°hm-2，松林96.58 t°hm－2，毛竹林 60.03 t°hm－2，灌木林 21.76 t°hm－2。

3.1.2 不同林齡生物量 由圖2可知:松林、杉木林、闊葉林和針闊混交林的喬木層單位生物量較相近，而且從林齡結(jié)構(gòu)來看，中、幼林齡的比例較高，特別是闊葉林、針闊混交林的幼林齡的比例高達(dá)52.25%和60.41%。因此，可以判斷出縉云縣公益林各個(gè)林型單位生物量尚處于較低的水平；作為浙江省公益林中生物量增長、 固碳潛力 最大 的群 落類 型[11－13]，闊葉林、針闊混交林生物量增長潛力很大，它們的生態(tài)效益也尚未完全發(fā)揮。

圖1 縉云縣不同公益林群落單位生物量Figure 1 Biomass per unit area of different forest types of ecology service forest in Jinyun County

圖2 林齡結(jié)構(gòu)與喬木層生物量Figure 2 Relationship of forest age structure and the biomass of tree-layer

3.1.3 不同垂直結(jié)構(gòu)生物量 在縉云縣公益林各群落中，喬木層生物量比例最高的為毛竹林，達(dá)到80.53%，其他群落類型由高到低依次為闊葉林66.98%，杉木林65.66%，針闊混交林63.71%，松林62.36%以及灌木林29.23%；而灌木層生物量中灌木林群落最高，為69.35%，松林、杉木林、闊葉林和針闊混交林較為一致，毛竹林最低，僅為18.46%；草本層生物量最高的也是灌木林群落，達(dá)1.42%，針闊混交林最低，占0.46%(表4)。

表4 縉云縣不同公益林生物量垂直結(jié)構(gòu)Table 4 Biomass spatial pattern of different forest types of ecology service forest in Jinyun County

縉云縣公益林群落結(jié)構(gòu)較為完整。其中喬木層生物量為180.45×104t，占總生物量的63.83%，灌木層生物量為99.70×104t，占總生物量的35.26%，草本層生物量為2.58×104t，占0.91%。喬木層生物量是群落總生物量的主要成分，加大對喬木層的經(jīng)營管理，增加喬木層生物量，是增加群落總生物量的關(guān)鍵。

3.2 縉云縣公益林植被碳儲(chǔ)量與碳密度

縉云縣公益林植被總碳儲(chǔ)量為141.24×104t，各群落類型中，松林碳儲(chǔ)量最大(115.32×104t)，灌木林儲(chǔ)量最小(0.20×104t)；植被總碳密度加權(quán)平均值為47.37 t°hm-2(表5)。

表5 縉云縣公益林植被碳儲(chǔ)量與碳密度Table 5 Carbon storage and Carbon density of different forest type of ecology service forest in Jinyun County

縉云縣公益林中由于松林面積(78.80%)占絕對優(yōu)勢，其植被碳儲(chǔ)量也最大，并且明顯高于其他群落類型； 雖然闊葉林(50.44 t°hm－2)，針闊混交林碳密度(48.46 t°hm－2)均高于松林(48.24 t°hm－2)，略低于碳密度最高的杉木林(51.26 t°hm－2)，但闊葉林、針闊混交林幼齡林面積較大(分別占到56.25%和60.41%)，因而它們的植被碳密度僅比灌木林(10.86×104t°hm－2)高；毛竹林受單株生物量的限制，碳密度僅為29.98 t°hm－2，但毛竹生活史周期短，其固碳潛能很大。

3.3 縉云縣公益林固碳釋氧效益

根據(jù)公益林固定小班監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算得出2010年縉云縣公益林固碳釋氧總量為38.59×104t°a－1，年凈固碳量為10.51×104t°a－1，年釋放氧氣量為10.51×104t°a－1；按照碳稅率法和工業(yè)制氧法，固碳釋氧總價(jià)值為4.07億元°a－1，其中固碳價(jià)值1.26億元°a-1，釋氧價(jià)值2.81億元°a－1。由于凈增生物量的差異顯著，各群落類型固碳釋氧量相差很大，由高到低順序?yàn)樗闪郑久窳郑旧寄玖郑鹃熑~林＞針闊混交林＞灌木林(表6)。

表6 縉云縣公益林固碳釋氧效益Table 6 Value of fixing carbon and releasing oxygen of different forest types of ecology service forest in Jinyun County

縉云縣公益林平均固碳釋氧能力為12.72 t°hm－2°a－1； 其中，毛竹林固碳釋氧能力最強(qiáng)，固碳量和釋氧量分別為 4.46 t°hm－1，11.93 t°hm－1； 其次為松林，固碳量和釋氧量分別為3.42 t°hm－1和9.16 t°hm－1；灌木林固碳釋氧能力最弱，平均固碳、釋氧量分別為 1.18 t°hm－1和 3.16 t°hm－1。針闊混交林固碳釋氧能力比純闊林突出，固碳、釋氧量分別高出 3.32 t°hm－1和 8.85 t°hm－1(圖3)。

4 結(jié)論與討論

圖3 不同公益林群落固碳釋氧能力Figure 3 Comparison of solid carbon and releasing oxygen capacity of different forest types

縉云縣公益林總生物量為282.73×104t，單位生物量平均為93.21 t°hm－2，主要由松林(占總生物量的81.65%)構(gòu)成；通常，闊葉林和針闊混交林被認(rèn)為是浙江省較理想的公益林群落類型[14－16]，但由于縉云縣公益林的組成結(jié)構(gòu)中闊葉林、針闊混交林面積較小 (占公益林總面積的3.06%和1.71%)，林齡結(jié)構(gòu)尚未完善(幼齡林比例占52.25%和60.41%，單位生物量為100.93 t°hm－2和 96.96 t°hm－2)，因此尚未完全發(fā)揮其生態(tài)效益，隨著林齡結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，單位生物量還會(huì)有顯著的增加。從生物量的層次結(jié)構(gòu)來看，除灌木林以外的各群落類型中，喬木層生物量是群落生物量中比例最高的部分，占總量的63.00%以上，草本層生物量比例很低，平均僅為總生物量的0.91%。這主要是因?yàn)榭N云縣公益林郁閉度較高，造成草本層植物光能利用率低，生長不佳有關(guān)；且由于毛竹林頻繁經(jīng)營，灌木層、草本層植物生物量降低；除此之外，縉云縣的灌木林主要由經(jīng)濟(jì)林組成，群落結(jié)構(gòu)不完整(基本無喬木層)，郁閉度最小，草本層生物量也最高(1.41%)。

經(jīng)本研究測算，縉云縣公益林平均植被碳密度(47.37 t°hm－2)不但高于方精云等[23]對中國浙江森林植被碳密度的估算，并且還高于張俊等[24]估算的浙江省公益林碳密度(30.28 t°hm－2)，以及麗水地區(qū)公益林平均植被碳密度(34.35 t°hm－2，由麗水公益林單位生物量換算得出)[25]。這說明縉云縣公益林質(zhì)量在浙江省和麗水地區(qū)都處于前列，考慮到目前縉云縣公益林離成熟狀態(tài)相差較遠(yuǎn)，尤其是闊葉林、針闊混交林單位生物量還有很大的上升空間，縉云縣公益林在碳積累上還有很大的潛力。

縉云公益林固碳釋氧效益顯著，固碳釋氧總量為 38.59×104t°a－1，年凈固碳量為10.51×104t°a－1，年釋放氧氣量為10.51×104t°a-1，固碳釋氧總價(jià)值為4.07億元°a－1。同時(shí)我們看到，雖然各群落類型年固碳釋氧量由高到低順序?yàn)樗闪郑久窳郑旧寄玖郑鹃熑~林＞針闊混交林＞灌木林，但固碳釋氧能力由高到低則是毛竹林＞松林＞針闊混交林＞杉木林＞闊葉林＞灌木林，針闊混交林固碳釋氧能力(12.26 t°hm-2°a－1)已經(jīng)接近松林(12.58 t°hm-2°a－1)，隨著林齡的不斷優(yōu)化，針闊混交林的固碳釋氧能力將超過松林，而闊葉林固碳釋氧能力很低，雖然這與林齡較小有關(guān)，但需要采取一系列的經(jīng)營措施，使其發(fā)揮更大的生態(tài)效益。

通過多年來的努力，縉云縣公益林的分類經(jīng)營取得了一定成就，但群落類型還較為單一，松林總面積和總生物量(78.80%和81.65%)仍占有絕對優(yōu)勢，生物量增長潛力較大的闊葉林、針闊混交林生態(tài)效益未能充分發(fā)揮。為此，在今后的公益林經(jīng)營中要加強(qiáng)林地的經(jīng)營管理，改善齡組結(jié)構(gòu)，加大分類改造的力度，加快針葉林的闊葉化改造，改善森林結(jié)構(gòu)，防治水土流失，不斷提高公益林的質(zhì)量，促使公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的充分發(fā)揮。

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