海南省人工喬木林植被碳儲(chǔ)量及其分布規(guī)律研究

劉金山，胡 覺(jué)，張 蓓，周湘紅，肖前輝，梅 浩

(國(guó)家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)沙 410014)

海南省人工喬木林植被碳儲(chǔ)量及其分布規(guī)律研究

劉金山，胡 覺(jué)，張 蓓，周湘紅，肖前輝，梅 浩

(國(guó)家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)沙 410014)

利用第七次和第八次全國(guó)森林資源連續(xù)清查海南省喬木人工林樣地?cái)?shù)據(jù)，估算人工林碳儲(chǔ)量和分樹(shù)種、齡組、林種的碳儲(chǔ)量分布情況，以及連續(xù)清查間隔期內(nèi)的碳匯量。結(jié)果表明，截至2013年，海南省人工喬木林碳儲(chǔ)量為878.4萬(wàn)t；近成過(guò)熟林儲(chǔ)存了大量的有機(jī)碳，同時(shí)鑒于中幼齡林所占面積比例超過(guò)60%，這部分人工林有望在未來(lái)發(fā)揮良好的碳匯功能；2008―2013年人工林碳匯量為41.3萬(wàn)t/a，可抵消7.38%的工業(yè)碳排放份額，人工林生態(tài)系統(tǒng)碳匯可以抵消工業(yè)碳排放份額的11.7%～16.6%。

人工造林；植被；碳庫(kù)；碳匯

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是最主要的碳庫(kù)和碳匯的貢獻(xiàn)者[1]，其碳匯功能作為溫室氣體減排的途徑越來(lái)越受到人們的重視。近年來(lái)，我國(guó)持續(xù)不斷的推進(jìn)植樹(shù)造林和生態(tài)綠化工作，人工林植被生長(zhǎng)產(chǎn)生了大量的森林碳匯。徐新良等[2]研究表明人工林在發(fā)揮森林碳匯功能中占據(jù)了主體地位，在CO2的吸收固定及減緩全球氣候變化等方面發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用[3]。據(jù)估計(jì)，我國(guó)人工林對(duì)森林總碳匯的貢獻(xiàn)率超過(guò)80%[4]。在1977—2008年間，人工林分生物量持續(xù)表現(xiàn)為碳匯，共吸收818 Tg (1 Tg=1012g) C，年均碳匯為30.3 Tg/a[5]。

海南省全年溫暖，雨水充沛，植被生長(zhǎng)快，種類(lèi)繁多，是熱帶雨林、熱帶季雨林的原生地。其熱帶森林是我國(guó)森林類(lèi)型中的一個(gè)特殊類(lèi)型，與其它森林類(lèi)型相比，具有物種多樣性豐富、生物生產(chǎn)力高、生態(tài)功能強(qiáng)等顯著特點(diǎn)。豐富的人工林資源積累的碳匯對(duì)于減緩氣候變化，提高生態(tài)功能，改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的作用和意義。以第七次和第八次森林資源清查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)生物量擴(kuò)展因子法對(duì)2013年碳儲(chǔ)量及2008—2013年碳匯進(jìn)行評(píng)估，掌握人工喬木林碳儲(chǔ)量及分布規(guī)律，旨在全面、科學(xué)的評(píng)價(jià)人工林碳匯量，為通過(guò)造林和森林資源管理等林業(yè)行為增加森林碳儲(chǔ)量及碳匯潛力提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

海南島位于我國(guó)最南端， 108°37′—111°05′E， 18°10′—20°10′N(xiāo)，是我國(guó)第二大島嶼。屬熱帶季風(fēng)氣候和熱帶海洋氣候，全年溫暖，年平均氣溫23～26 ℃；雨水充沛，具有較明顯的干濕季節(jié)，年均降水量可達(dá)1 600 mm；年均日照1 750～2 650 h，氣候資源豐富。島內(nèi)地貌類(lèi)型多樣，地形以山地和丘陵為主，地貌特征以五指山和鸚哥嶺為隆起核心，向四周沿海拔逐級(jí)下降，梯級(jí)結(jié)構(gòu)明顯。自然植被主要分布在中部山區(qū)，包括熱帶季雨林、熱帶雨林、常綠闊葉林、針葉林、灌叢和草原等；人工林主要分布在山地四周的臺(tái)地，有橡膠、桉樹(shù)、相思、木麻黃、果樹(shù)等。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為第七次和第八次全國(guó)森林資源連續(xù)清查海南省喬木人工林樣地?cái)?shù)據(jù)，樣地因子包括林齡、林種、樹(shù)種、蓄積等信息。

2.2 碳儲(chǔ)量估算

森林生物量和碳儲(chǔ)量估算使用IPCC(2006)[6]推薦的方法

Bi=Vi·Di·BEFi·(1+Ri)

(1)

式中，Bi為i樹(shù)種(組)生物量；Vi、Di、BEFi、Ri分別為i樹(shù)種(組)蓄積量、木材密度、地上部分生物量擴(kuò)展因子、根莖比。

Ci=Bi·CFi

(2)

式中，Ci為i樹(shù)種(組)碳儲(chǔ)量；CFi為i樹(shù)種(組)生物量含碳率。

3 結(jié)果與分析

3.1 2013年人工林碳儲(chǔ)量

利用海南省連續(xù)清查數(shù)據(jù)，推算海南全省人工林主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳儲(chǔ)量、碳密度見(jiàn)表1。截至2013年，海南人工喬木林碳儲(chǔ)量為878.4萬(wàn)t。人工喬木林按優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)分，碳儲(chǔ)量排名前5位的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)為相思、桉樹(shù)、橡膠、松樹(shù)、闊葉混，合計(jì)碳儲(chǔ)量805.0 萬(wàn)t，占人工喬木林的91.6%。碳密度是指單位面積土地儲(chǔ)存的有機(jī)碳總量，是表征森林資源質(zhì)量和儲(chǔ)碳能力的重要指標(biāo)。表1可以看出，幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林的平均碳密度分別為4.7 t/hm2，20.3 t/hm2，29.5 t/hm2，36.4 t/hm2和49.0 t/hm2。表明隨著齡組變大，森林的碳密度相應(yīng)增加。

表1 不同樹(shù)種(組)林分碳密度和碳儲(chǔ)量樹(shù)種(組)碳密度/(t/hm2)幼齡林中齡林近熟林成熟林過(guò)熟林碳儲(chǔ)量/萬(wàn)t相思10 837 836 647 184 0219 2桉樹(shù)1 113 818 726 837 7206 9橡膠5 717 819 832 851 9189 9松類(lèi)1 138 441 155 5—108 8闊葉混8 417 720 525 557 080 2木麻黃8 012 247 252 751 954 0楠木——51 2——6 1杉木——0 047 0—5 2其它軟闊類(lèi)24 7————2 9其它硬闊類(lèi)16 0————1 9楝樹(shù)14 0————1 7針闊混——13 2——1 6全省4 720 329 536 449 0878 4注：“—”指某一樹(shù)種(組)中無(wú)該齡組的林分。

人工喬木林碳儲(chǔ)量按林種分，防護(hù)林391.6萬(wàn)t，占44.6%；特用林81.6萬(wàn)t，占9.3%；用材林405.2萬(wàn)t，占46.1%(表2)。由碳密度來(lái)看，防護(hù)林、特用林要高于用材林，這是由于海南營(yíng)造的人工用材林中有相當(dāng)?shù)谋壤秊橐陨a(chǎn)紙漿材及特殊工業(yè)用木質(zhì)原料為主要目的的短輪伐期用材林，如桉樹(shù)占用材林的面積比例為63.2%，較短的輪伐期影響了生物量和有機(jī)碳的積累。由全省平均碳密度來(lái)看，基本上與中齡林的碳密度持平。不同齡組林分的面積構(gòu)成中，幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林所占比例分別為34.71%，26.56%，16.50%，12.69%和9.55%。幼齡林和中齡林所占面積比例超過(guò)60%，導(dǎo)致了平均碳密度不高，隨著林分自然生長(zhǎng)和林齡的增加，這部分林分有望在未來(lái)發(fā)揮良好的碳匯功能。

表2 不同林種林分碳密度和碳儲(chǔ)量林種碳密度/(t/hm2)平均幼齡林中齡林近熟林成熟林過(guò)熟林碳儲(chǔ)量/萬(wàn)t防護(hù)林25 77 527 634 952 163 8391 6特用林26 23 018 146 428 284 481 6用材林17 53 216 821 928 839 3405 2

3.2 2008—2013年人工林碳匯

利用2008年和2013年連續(xù)清查數(shù)據(jù)，推算了不同齡組人工林碳密度、碳儲(chǔ)量，見(jiàn)圖1～圖2。2008年和2013年人工林平均碳密度分別為14.9 t/hm2和21.2 t/hm2，除幼齡林碳密度外，2013年其它齡組碳密度均高于2008年，表明隨著林分的自然生長(zhǎng)輔以人工管理，單位面積林分儲(chǔ)碳能力增強(qiáng)。此外，2008—2013年間，幼齡林、中林齡面積均有減少，近成過(guò)熟林面積增加。近成過(guò)熟林面積的增加與碳密度的增加，使得碳儲(chǔ)量相應(yīng)增加。2008—2013年，近、成、過(guò)熟林碳密度分別增加了28%，25%，24%；碳儲(chǔ)量分別增加了114%，62%，71%。

圖1 兩期人工林碳密度對(duì)比

圖2 兩期人工林碳儲(chǔ)量對(duì)比

2008年，人工喬木林碳儲(chǔ)量為671.7萬(wàn)t，至2013年增加了206.7萬(wàn)t，平均碳匯量41.3萬(wàn)t/a。岳超等[7]計(jì)算了全國(guó)及各省區(qū)化石燃料碳排放與水泥生產(chǎn)碳排放量，2005—2007年海南年均工業(yè)碳排放560萬(wàn)t，人工林碳匯可抵消7.38 %的份額。郭兆迪等[5]研究表明，中國(guó)森林生物量碳匯可以抵消7.8%的化石燃料CO2排放，其中人工林分生物量碳匯可抵消3.0%的化石燃料CO2排放。海南省良好的水熱條件使得植被碳匯可抵消更多份額的工業(yè)CO2排放。按照Pan等[8]的研究，森林生物量碳匯占森林(包含枯死木、枯落物、收獲的木材產(chǎn)品、生物量和土壤)碳匯的44.4%～63.2%，按該比例粗略估算，兩次森林資源連續(xù)清查間隔期內(nèi)，人工林生態(tài)系統(tǒng)碳匯為(65.3～93.0)萬(wàn)t/a，可以抵消化石燃料CO2排放的11.7%～16.6%。由此可見(jiàn)，海南省人工林碳匯在抵消工業(yè)碳排放，減緩溫室氣體排放方面發(fā)揮了重要的作用。

4 展望

基于兩期森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)，通過(guò)生物量擴(kuò)展因子法，研究了海南省人工林碳儲(chǔ)量及碳匯。鑒于清查結(jié)果綜合反映了人工林自然生長(zhǎng)與森林培育、撫育、更新、保護(hù)、利用等人工管理措施對(duì)生物量及碳儲(chǔ)量的影響，因此基于活立木蓄積為基礎(chǔ)計(jì)算的碳儲(chǔ)量及碳匯能真實(shí)反映人工林植被碳庫(kù)及其實(shí)際變化情況。本文中對(duì)碳儲(chǔ)量及碳匯的估算只包括了植被部分，因基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不完善，未涵蓋整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的枯落物、枯死木和土壤碳庫(kù)部分，應(yīng)在今后重點(diǎn)進(jìn)行研究。同時(shí)，從前述用材林碳密度較低可以看出，以短輪伐期為主的用材林結(jié)構(gòu)影響了人工林生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳的積累，這也從另一個(gè)方面說(shuō)明，部分有機(jī)碳以木質(zhì)林產(chǎn)品的形式轉(zhuǎn)出了人工林生態(tài)系統(tǒng)，該部分有機(jī)碳仍能固定數(shù)年到數(shù)十年甚至上百年，應(yīng)當(dāng)按照周轉(zhuǎn)量及周轉(zhuǎn)速度對(duì)生物量進(jìn)行計(jì)量，以便完整的評(píng)估人工林資源對(duì)固碳減排的作用。

[1]劉金山，張萬(wàn)林，楊傳金，等.西藏自治區(qū)人工林碳儲(chǔ)量估算[J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2013，32(1)：42-44.

[2]徐新良，曹明奎，李克讓.中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲(chǔ)量時(shí)空動(dòng)態(tài)變化研究[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2007，26(6)：5-7.

[3]吳鵬飛，朱波，劉世榮，等.不同林齡榿—柏混交林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量及其分配[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19(7)：1419-1424.

[4]Fang JY，Chen AP，Peng CH，etal．Changes in Forest Biomass Carbon Storage in China Between 1949 and 1998[J].Science，2001，292 ：2320-2322．

[5]郭兆迪，胡會(huì)峰，李品，等. 1977—2008年中國(guó)森林生物量碳匯的時(shí)空變化[J].中國(guó)科學(xué)：生命科學(xué)，2013，43(5)：421-431.

[6]IPCC. Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories[M].UK：Cambridge University Press，2006.

[7]岳超，胡雪洋，賀燦飛，等.1995—2007年我國(guó)省區(qū)碳排放及碳強(qiáng)度的分析[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，46(4)：510-516.

[8]Pan Y，Birdsey RA，F(xiàn)ang JY，etal. A Large and Persistent Carbon Sink in the World’s Forests[J].Science，2011，333：988-993.

StudyonCarbonStorageandItsDistributionLawofPlantationVegetationinHainan

LIU Jinshan, HU Jue, ZHANG Bei,ZHOU Xianghong，XIAO Qianhui, MEI Hao

(Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration,Changsha 410014，Hunan，China)

Using data of the seventh and eighth national forest resources continuous inventory, the paper estimated carbon storage of plantations and the distribution of carbon stock in different tree species,age groups and forest species, carbon sink during continuous inventory intervals was estimated simultaneously. The results showed that by 2013, the carbon storage of artificial trees in Hainan was 8 784 000 t. Nearly mature, mature and too mature forest storaged a large number of organic carbon, and in view of the proportion of young forest was more than 60 %, this part of plantation was expected to play continuous carbon sink function in the future.Carbon sink of artificial forest from 2008 to 2013 was 413 Gg/a, offsetting 7.38 percent of industrial carbon footprint. Carbon sink of plantation ecosystem can offset industrial carbon emissions by 11.7 percent to 16.6 percent. The paper provided basic data for increasing forest carbon stocks and carbon sequestration potential through forestry practices such as afforestation and forest resource management.

afforestation；vegetation；carbon pool；carbon sink

2017—04—27

劉金山(1986—)，男，山東煙臺(tái)人，碩士，主要從事森林資源監(jiān)測(cè)、林業(yè)碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)等工作。

S 718.55+6

A

1003—6075(2017)02—0052—03

10.16166/j.cnki.cn43—1095.2017.02.012