周至縣森林植被碳儲量及碳密度研究

陳周峰

(陜西省樓觀臺實驗林場，陜西 周至 710402)

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體, 不僅維護著區(qū)域生態(tài)環(huán)境, 而且在調(diào)節(jié)全球碳平衡、減緩大氣中溫室氣體濃度上升以及維護全球氣候系統(tǒng)等方面具有不可替代的作用[1], 森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量是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)[2]和森林生態(tài)系統(tǒng)與大氣間碳交換的基本參數(shù)[3]及森林生態(tài)系統(tǒng)向大氣吸收和排放含C氣體的關(guān)鍵因子[4]。只有對森林生物量和碳儲量做出精確估算，才能進一步探究森林在區(qū)域和全球碳循環(huán)中所起的作用[5]。為此，自20世紀(jì)初以來我國科技工作者從全國以及各區(qū)域或省份對森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及碳密度進行了大量研究[5-14]，為森林資源經(jīng)營管理、林業(yè)可持續(xù)發(fā)展和碳貿(mào)易提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

周至縣是陜西省森林資源大縣，林地主要分布在秦嶺及其北麓的秦嶺核心地段，有著較為完整和復(fù)雜多樣的山地森林生態(tài)系統(tǒng)，植被垂直帶譜明顯，在陜西秦嶺森林生態(tài)系統(tǒng)中具有較好的代表性。開展周至縣森林植被碳儲量和碳密度研究對更準(zhǔn)確地了解和把握陜西秦嶺森林碳儲量和空間分布特征具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

周至縣地處陜西省西安市西北部，屬秦嶺北麓、渭河平原中部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)107°39′0″～108°31′0″，北緯33°42′0″～34°14′0″。東西長64.8 km，南北寬55.6 km，總面積2 974 km2。南部秦嶺土石山區(qū)屬秦嶺皺褶帶，海拔500～3 767 m，占全縣總面積76.4%。秦嶺北麓山前黃土臺原區(qū)為秦嶺山區(qū)與關(guān)中平原過渡帶，與沖洪積扇呈陡坎相接，海拔500～600 m，占全縣總面積0.3%。北部渭河平原區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越，海拔高程399～530 m，面積占全縣總面積的23.3%。暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.2 ℃，極端最高氣溫42.4 ℃，極端最低氣溫-20.2 ℃，年平均無霜期225 d，日照時數(shù)1 993.7 h，年均降水平原區(qū)700.0 mm，山區(qū)850.5 mm，由南向北遞減。

全縣林地面積15.18萬hm2，植被類型為暖溫帶落葉闊葉林帶，秦嶺山地落葉闊葉與針葉林區(qū)，秦嶺西段栓皮櫟、銳齒櫟、巴山冷杉、太白紅杉林小區(qū)。大部分為次生林。原始林主要分布在人煙稀少，交通不便的中高山區(qū)。由于高度差異，植被垂直帶譜明顯。

2 研究方法

2.1 林地資源資料來源

本研究數(shù)據(jù)資料主要為森林資源二類調(diào)查成果資料，包括林地信息、森林類型、面積、蓄積量等，僅涉及從當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門獲取。森林資源連續(xù)清查資料僅涉及喬木層相關(guān)數(shù)據(jù),林地灌木層、草本層及灌木林采取完全收獲法測定。

2.2 灌木林生物量

灌木林生物量按不同樹種林地進行樣地選擇和測定。選擇主要灌木林黃櫨、狼牙刺、黃薔薇、柳罐、胡頹子等進行測定，在踏查基礎(chǔ)上每種灌木林分為優(yōu)、中、差3個等級，每個等級選擇3個樣地，每個樣地測定5個樣方，樣方大小為2 m×2 m。每種灌木林取灌木樣品3份，每份重200 g，烘干稱重，計算林地灌木干鮮比，并以其折算灌木林地生物量(干重)；草本鮮重按30%換算干重。每種灌木林單位面積生物量通過算術(shù)平均求得。

2.3 喬木林生物量計算

喬木層采用模型模擬法計算[5-8]，灌木層與草本層采用樣地調(diào)查法測定。材積源生物量法在不同林分類型生物量與蓄積量之間均存在良好的回歸關(guān)系，能較好地反映實際情況，是一種最常用的森林生物量估測方法[10-14]。灌草層生物量調(diào)查時，不同樹種及樹齡的林地分別選擇3個樣地并在每個樣地中各設(shè)置3個2 m×2 m灌木樣方，再在每個灌木樣方中設(shè)置3個草本樣方，灌木及草本生物測量方法與灌木林測定方法相同。

林地喬木層生物量與蓄積量關(guān)系[15-17]，主要樹種關(guān)系式為櫟林：W=1.328 8V-3.899 9，油松：W=0.755V+5.092 8，華山松：W=0.585 6V+18. 743 5,冷杉：W=0.415 8V+ 41.331 8，柏類：W=0.612 9V+26.145 1，刺槐等闊葉：W=0.4754V+30.603 4，疏林地：W=0.756V+8.310 3，散生四旁樹：W=0.981V+0.004，軟闊：W=2.152 9V0.608 5，硬闊：W=0.657 3V1.050 2，杉木：W=0.180 7V1.277 1，其他松類：W=0.527 2V1.023 9，其中W為地上生物量(t)，V為林地蓄積量(m3)。

2.4 森林植被碳儲量計算

森林植被碳儲量為森林生物量乘以含碳率(含碳系數(shù))[10-14]。目前，國際上常用的平均含碳率為0.45 或0.5[6，16,18],本研究喬木層含碳率按0.5，灌木層、草本層按李銀等人[19]研究得出的秦嶺主要灌木平均含碳率0.44。

3 結(jié)果與分析

3.1 有林地碳儲量及碳密度

經(jīng)計算(表1)，周至縣有林地總面積120 055.6 hm2，有林地總生物量1 283.22萬t(表3)，其中櫟類林687.90萬t，占總量53.6%，硬闊葉林463.98萬t，占總量36.2%，油松林38.90萬t，占總量3.0%，樺類35.42萬t，占總量2.8%，其他林種 57.01萬t，占總量4.4%。有林地總碳儲量為641.61萬t，其中櫟類林地碳儲量最大，為343.95萬t、占有林地總碳儲量的53.6%，其次為硬闊葉林，碳儲量為231.99萬t、占有林地總碳儲量的36.2%，兩者合計占全縣有林地碳儲量的89.8%，占絕對優(yōu)勢,與陜西省有林地不同林分之間碳儲量大小排序一致[5]。

不同林分之間碳密度為2.651～72.441 t·hm-2、平均53.443 t·hm-2，高于全國平均水平的41.0 t·hm-2[20];不同林型之間碳密度從高到低依次為櫟類>硬闊>油松>鐵杉>落葉松>華山松>樺類>軟闊>楊類>柏類>冷杉>刺槐>其他，眾多林分中只有櫟類林碳密度高于有林地平均值，硬闊林、油松林碳密度接近但低于有林地平均值，刺槐林和其他林地碳密度很低。總體來看周至縣有林地中櫟類林和硬闊葉林不但面積大，碳儲量大，碳密度也較高，在周至縣現(xiàn)有林地碳儲存中起主導(dǎo)作用。

表1 周至縣喬木林生物量及其碳儲量和碳密度

3.2 疏林地碳儲量及碳密度

周至縣疏林地總面積24 457.6 hm2，總生物量229.01萬t，總碳儲量144.51萬t，其中硬闊葉疏林地面積占總面積90.7%，生物量、碳儲量分別占總生物量和總碳儲量的97.6%，硬闊葉樹林地在疏林地面積及碳儲量中占絕對優(yōu)勢。不同疏林地碳密度為1.837～50.270 t·hm-2、平均46.817 t·hm-2，從高到低依次為硬闊>油松>落葉松>冷杉>華山松>櫟類>楊類>刺槐>柏類>軟闊，不同疏林地碳儲量及碳密度主要由喬木層決定，喬木層樹種密度及個體越大，碳儲量及碳密度越大，反之亦然。

表2 周至縣疏林地生物量及其碳儲量和碳密度

3.3 灌木林碳儲量及碳密度

周至縣灌木林總面積7 239.8 hm2，總林生物量15.15萬t、總碳儲量6.66萬t(表4)，其中竹林總生物量(7.72萬t)、總碳儲量(3.40萬t)最大，分別占灌木林總量的51.0%，其他灌木總生物量7.19萬t、總碳儲量3.16萬t，占灌木林總量的47.5%，杜鵑、黃櫨、黃薔薇、杜鵑等總生物量0.23萬t、總碳儲量0.10萬t，分別占總量的1.5%。不同灌木林的碳密度2.37～29.34 t·hm-2、平均9.20 t·hm-2，各灌木林碳密度從高到低依次為竹林>黃櫨>黃薔薇>其他灌木>杜鵑。

表3 周至縣灌木林生物量及其碳儲量和碳密度

3.4 周至縣森林碳儲量和碳密度

周至縣林地總面積151 753.0 hm2，森林植被總碳儲量762.78萬t，平均碳密度50.26 t·hm-2，高于全省平均值30.919 t·hm-2[5]和全國平均值41.0 t·hm-2[20]，低于緊鄰寧陜縣平均值66.3641.0 t·hm-2[21]，說明周至縣森林植被儲碳能力高于全國和全省平均水平，但低于地處秦嶺腹地深處且全域為秦嶺山地、林地人為影響基本一致的寧陜縣林地。

4 結(jié)論與討論

周至縣森林植被碳儲量為762.78萬t，平均碳密度50.26 t·hm-2，其中有林地總碳儲量為641.61萬t，不同林分之間碳密度為2.651～72.441 t·hm-2、平均53.443 t·hm-2，疏林地碳儲量144.51萬t，不同疏林地碳密度為1.837～50.270 t·hm-2、平均46.817 t·hm-2，灌木林碳儲量6.66萬t，不同灌木林的碳密度2.37～29.34 t·hm-2、平均9.20 t·hm-2；平均碳密度高于全國和全省平均值，低于近鄰全為山區(qū)、植被狀況較好的寧陜縣。

森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地碳循環(huán)的重要組成部分, 其固碳特征一直備受關(guān)注，但其構(gòu)成不僅僅只有植被層，還包括土壤層和枯落物層，且土壤碳庫約是植被碳庫的3倍, 土壤儲存了超過2/3的森林碳儲量[8,22],是森林生態(tài)系統(tǒng)的最大碳庫,也是森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡和碳循環(huán)的關(guān)鍵組成部分，維持森林碳儲量穩(wěn)定作用異常顯著[22]。本研究僅涉及了周至縣森林地上部分的碳儲量，沒有涉及土壤層和枯落物層，且由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算方法的不完善，可能會導(dǎo)致估算的森林植被碳儲量和碳密度上不夠充分精確、差異較大[6,8,23](廣大研究者面臨的共同問題)，這也是今后研究的一個方向和應(yīng)注意的重點。