云南洱海流域森林植被碳儲(chǔ)量與碳密度估算

茶枝義

(云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院大理分院，云南 大理 671000)

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大碳庫(kù)，約80%的地上碳儲(chǔ)量和40%的地下碳儲(chǔ)量來(lái)自森林生態(tài)系統(tǒng)。因此，森林生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)全球碳平衡、維護(hù)全球氣候方面具有不可替代的作用[1]，增強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能是人類減緩和適應(yīng)全球氣候變化的重要途徑，也是全球碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[2]。森林碳儲(chǔ)量既是評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及森林質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的基礎(chǔ)，更是聯(lián)合國(guó)氣候變化框架協(xié)議和千年發(fā)展目標(biāo)的重要內(nèi)容[3]。森林碳儲(chǔ)量的研究工作是從研究森林生物量開(kāi)始。云南省在2014年9月—2016年10月完成了全省第四次森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查，短期內(nèi)提供了全省范圍內(nèi)各類森林面積、各類林木蓄積，利用該調(diào)查數(shù)據(jù)中樹(shù)干材積為洱海流域的碳儲(chǔ)量研究提供了很好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在時(shí)間尺度上研究洱海流域碳儲(chǔ)量的變化創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。近年來(lái)，高原湖泊洱海的保護(hù)受到高度重視，估算洱海流域森林植被碳儲(chǔ)量及其碳匯能力，核算并確定貨幣價(jià)值，建立碳匯效益補(bǔ)償機(jī)制，對(duì)正確評(píng)估森林資源的生態(tài)效益等方面具有重要意義。為此，本文全面估算洱海流域碳儲(chǔ)量，估算范圍包括有林地(喬木林、竹林)、疏林地和灌木林地的碳儲(chǔ)量，以及散生木、四旁樹(shù)碳儲(chǔ)量。

1 研究區(qū)域概況及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

洱海流域位于云南省西北部，大理白族自治州中部，大部分區(qū)域位于大理州大理市和洱源縣，分水嶺地帶小部分涉及大理州鶴慶、劍川、賓川、彌渡、祥云、漾濞、巍山7縣，地處瀾滄江、金沙江和元江三大水系分水嶺地帶，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)100°05′—100°17′、北緯25°36′—25°58′。地形特征為東西兩側(cè)高，中間低。洱海、羅時(shí)江以西為橫斷山區(qū)，以東屬滇中高原區(qū)，山脈呈南北走向。洱海西側(cè)的點(diǎn)蒼山系青藏高原向中國(guó)東部和南亞低地勢(shì)區(qū)過(guò)渡的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，海拔4000 m以上的青藏高原從西到東綿延千里至此結(jié)束，云貴高原及東部低地從其腳下的大理地區(qū)開(kāi)始，號(hào)稱“世界屋脊的屋檐”。最高峰馬龍峰海拔高達(dá)4122 m，最低點(diǎn)在西洱河邊江風(fēng)寺一帶，海拔1922 m，相對(duì)高差約2200 m。地貌主要有高山、中山、中山峽谷、高原丘陵和盆地5個(gè)類型。流域區(qū)地處低緯度地區(qū)，且地勢(shì)較高，東北靠東亞大陸，南近海洋，兼具低緯氣候、季風(fēng)氣候和高原氣候的特點(diǎn)，即四季溫和、溫度年較差小、日溫差大、光照充足、干濕季分明、雨量分配不均等特點(diǎn)，多年平均氣溫15.1 ℃，全年日照時(shí)間2250～2480 h，日照百分率52%～56%，多年平均降水量為1048 mm。冬春季節(jié)盛行大風(fēng)是洱海湖區(qū)的一大特點(diǎn)，年平均風(fēng)速為4.1 m·s-1，最大風(fēng)速達(dá)40 m·s-1。洱海流域?qū)贋憸娼?，境?nèi)有彌苴河、永安江、羅時(shí)江、波羅江、西洱河及蒼山十八溪等大小河流117條，有洱海、茈碧湖、海西海、西湖等湖泊濕地。地帶性土壤為紅壤，土壤垂直分異明顯，海拔由低到高依次為紅壤、黃棕壤、暗棕壤、高山草甸土和高山灌叢草甸土，此外有非地帶性土壤紫色土、漂灰土、石灰土、沼澤土與其鑲嵌分布。流域水平地帶性植被主要為半濕潤(rùn)常綠闊葉林和云南松林，目前分布較廣的是在森林植被演替過(guò)程中，與半濕潤(rùn)常綠闊葉林緊密聯(lián)系的云南松林，成為本地帶植被的重要標(biāo)志。

根據(jù)云南省第四次森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)，洱海流域面積259022.9 hm2，其中：林地面積152847.9 hm2，占流域土地面積的59.01%；非林地面積106175.0 hm2，占土地總面積的40.99%。林地按地類分：有林地92306.9 hm2，疏林地765.2 hm2，灌木林地49608 hm2，未成林造林地1796.3 hm2，無(wú)立木林地3770.8 hm2，宜林地4384.2 hm2，苗圃地20.8 hm2；輔助生產(chǎn)林地195.7 hm2。活立木蓄積量5028560 m3，其中：有林地蓄積量4899760 m3，疏林地蓄積量6000 m3，散生木蓄積量58440 m3，四旁樹(shù)蓄積量64360 m3。森林覆蓋率37.27%，林木綠化率54.83%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用的資料來(lái)源于洱海流域區(qū)大理市、洱源縣、劍川縣、巍山縣、祥云縣、彌渡縣、漾濞縣在2014—2016年完成的森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)。調(diào)查主要內(nèi)容有小班地類、面積、森林類別、林分起源、優(yōu)勢(shì)樹(shù)種、樹(shù)高、齡組、蓄積等。喬木林中針葉樹(shù)種混交林分的統(tǒng)計(jì)為針葉混，闊葉樹(shù)種混交林分的統(tǒng)計(jì)為闊葉混，針葉闊葉樹(shù)種混交林分統(tǒng)計(jì)為針闊混。

1.3 研究方法

森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量估測(cè)一般分微氣象學(xué)法、樣地清查法、箱式法、數(shù)學(xué)模型法、遙感估測(cè)法[4-7]，此次采用樣地清查法中的生物量轉(zhuǎn)換因子法估算純林、混交林、散生木和四旁樹(shù)的碳儲(chǔ)量，采用平均生物量法估算喬木經(jīng)濟(jì)林、灌木經(jīng)濟(jì)林、疏林地、灌木林地(不含灌木經(jīng)濟(jì)林)碳儲(chǔ)量。

1.3.1 純林、混交林碳儲(chǔ)量估算 本次采用生物量轉(zhuǎn)換因子法(材積源生物量法)對(duì)洱海流域的喬木林中的純林和混交林的森林生物量進(jìn)行估算，再根據(jù)各樹(shù)種(組)的含碳系數(shù)計(jì)算碳儲(chǔ)量。

其生物量估算公式為：Btotal=Vtotal×D×BEF×(1+R)，式中：Btotal為某一樹(shù)種(組)的總生物量；Vtotal為某一樹(shù)種(組)的總蓄積量；D為某一樹(shù)種(組)的基本木材密度；BEF為生物量擴(kuò)展因子；R為某一樹(shù)種(組)的根莖比。

根據(jù)齡組對(duì)BEF值進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換[3]：根據(jù)IPCC給出的BEF取值區(qū)間，按其上下限等分為5個(gè)區(qū)間，取中間值作為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林的生物量轉(zhuǎn)換因子。D、R取值參考鞏合德[8]在云南省森林碳匯研究中采用的數(shù)值，含碳系數(shù)取值參考李?？萚3]在中國(guó)森林植被生物量和碳儲(chǔ)量評(píng)估中根據(jù)各樹(shù)種中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素中碳元素所占重量比例求算的數(shù)值。無(wú)含碳系數(shù)、基本木材密度、根莖比的樹(shù)種，按同一樹(shù)種組的樹(shù)種的平均數(shù)代替；混交林中闊葉混取流域區(qū)闊葉樹(shù)種的平均值，針葉混取流域區(qū)分布的針葉樹(shù)種的平均值，針闊混取流域區(qū)分布的針葉樹(shù)種、闊葉樹(shù)種的平均值。

1.3.2 喬木經(jīng)濟(jì)林、灌木經(jīng)濟(jì)林、疏林地、灌木林地碳儲(chǔ)量估算 采用單位面積生物量法對(duì)喬木經(jīng)濟(jì)林、灌木經(jīng)濟(jì)林、疏林地、灌木林地(不含灌木經(jīng)濟(jì)林)進(jìn)行碳儲(chǔ)量估算。單位面積生物量采用方精云等[9]在估算我國(guó)森林植被生物量和凈生長(zhǎng)量中的數(shù)值。其估算公式為：C=S×A×Cf，式中：S為面積(hm2)；A為單位面積生物量，經(jīng)濟(jì)林(含喬木經(jīng)濟(jì)林和灌木經(jīng)濟(jì)林)取值23.70 t·hm-2，疏林地、灌木林地(不含灌木經(jīng)濟(jì)林)取值19.76 t·hm-2；Cf為含碳系數(shù)，取IPCC推薦值，即0.47(無(wú)量綱)。

1.3.3 竹林碳儲(chǔ)量估算 采用基于竹林株樹(shù)的碳儲(chǔ)量估算方法，其計(jì)算公式為：C=N×A×Cf，式中：N為竹林株數(shù)；A為單株生物量，取值22.5 kg·株-1；Cf為含碳系數(shù)，取值0.47(無(wú)量綱)。

1.3.4 散生木和四旁樹(shù)碳儲(chǔ)量估算 散生木和四旁樹(shù)碳儲(chǔ)量采用與純林、混交林相同的估算方法，但BEF值不再按齡組進(jìn)行轉(zhuǎn)換，直接采用IPCC推薦的固定值，即：針葉樹(shù)取值1.3，闊葉樹(shù)取值1.4。

2 結(jié)果與分析

2.1 各地類碳儲(chǔ)量

洱海流域碳儲(chǔ)量4047584 t，其中：有林地碳儲(chǔ)量3530807 t，占總碳儲(chǔ)量的87.23%；疏林地碳儲(chǔ)量7107 t，占總碳儲(chǔ)量的0.18%；灌木林地碳儲(chǔ)量461546 t，占總碳儲(chǔ)量的11.40%；散生木碳儲(chǔ)量22828 t，占總碳儲(chǔ)量的0.56%；四旁樹(shù)碳儲(chǔ)量25296 t，占總碳儲(chǔ)量的0.63%。詳見(jiàn)表1。

表1 洱海流域森林植被碳儲(chǔ)量

根據(jù)2017年度北京、上海、湖北等7個(gè)試點(diǎn)城市碳排放交易中心平均成交價(jià)格22.33元·t-1計(jì)算，洱海流域碳儲(chǔ)量經(jīng)折算為森林吸收二氧化碳14841.14萬(wàn)t，其碳儲(chǔ)量?jī)r(jià)值為3.314億元，占洱海流域大理市和洱源縣2016年度國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的0.8%。根據(jù)森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查結(jié)果中各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種年凈生長(zhǎng)量計(jì)算的年碳儲(chǔ)量為145987 t，其年儲(chǔ)碳量?jī)r(jià)值1195.29萬(wàn)元。

2.2 喬木林(純林和混交林)分齡組碳儲(chǔ)量及平均碳密度

喬木林(純林和混交林)碳儲(chǔ)量3337416 t，占總碳儲(chǔ)量的82.45%。按地類分：純林碳儲(chǔ)量3143808 t，混交林碳儲(chǔ)量193608 t，純林碳儲(chǔ)量是混交林碳儲(chǔ)量的16.24倍。從各齡組的碳儲(chǔ)量分析：以中齡林、近熟林碳儲(chǔ)量為主，其碳儲(chǔ)量之和為2566391 t，占純林碳儲(chǔ)量的76.90%；中齡林的碳儲(chǔ)量最大，其碳儲(chǔ)量1606955 t，占純林碳儲(chǔ)量的48.15%。詳見(jiàn)表2。

喬木林平均碳密度39.63 t·hm-2，低于李?？萚3]基于全國(guó)第七次森林資源連續(xù)清查資料用生物量經(jīng)驗(yàn)(回歸)模型估計(jì)法計(jì)算的全國(guó)喬木林碳密度(42.82 t·hm-2)和云南省喬木林碳密度(51.18 t·hm-2)的水平。

根據(jù)洱海流域各樹(shù)種的年凈生長(zhǎng)量計(jì)算的喬木林(純林和混交林)年碳儲(chǔ)量144339 t，其年碳儲(chǔ)量?jī)r(jià)值為1181.80萬(wàn)元。

2.3 純林中主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)碳儲(chǔ)量和平均碳密度

從各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)碳儲(chǔ)量分析：云南松、華山松、櫟類3個(gè)樹(shù)種的碳儲(chǔ)量位居前三，其碳儲(chǔ)量之和2954509 t，占純林碳儲(chǔ)量的93.98%。云南松碳儲(chǔ)量最大，其碳儲(chǔ)量(1945074 t)占純林碳儲(chǔ)量的61.87%。

洱海流域純林碳密度39.52 t·hm-2，櫟類碳密度最大。各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)平均碳密度由大到小的順序?yàn)椋簷殿?華山松>云南松>桉類>冷杉>其他闊葉樹(shù)>柏木。

純林中針葉樹(shù)種和闊葉樹(shù)種的碳儲(chǔ)量構(gòu)成：針葉樹(shù)碳儲(chǔ)量2649289 t，闊葉樹(shù)碳儲(chǔ)量494519 t。針葉樹(shù)碳儲(chǔ)量是闊葉樹(shù)碳儲(chǔ)量的5.36倍。針葉樹(shù)種平均碳密度39.96 t·hm-2，闊葉樹(shù)種平均碳密度37.30 t·hm-2。詳見(jiàn)表3。

表2 喬木林碳儲(chǔ)量及平均碳密度

表3 純林碳儲(chǔ)量及平均碳密度

2.4 混交林碳儲(chǔ)量及平均碳密度

從混交林的樹(shù)種結(jié)構(gòu)來(lái)分析：針葉混碳儲(chǔ)量最大，其碳儲(chǔ)量99976 t，占混交林碳儲(chǔ)量的51.64%。混交林碳密度41.58 t·hm-2，低于全國(guó)混交林碳密度(48.19 t·hm-2)。針葉混碳密度43.89 t·hm-2，高于全國(guó)混交林碳密度(41.66 t·hm-2)；闊葉混碳密度39.35 t·hm-2，低于全國(guó)混交林碳密度(58.47 t·hm-2)；針闊混碳密度39.38 t·hm-2，低于全國(guó)混交林碳密度(44.45 t·hm-2)[3]。詳見(jiàn)表4。

表4 混交林碳儲(chǔ)量及平均碳密度

2.5 散生木和四旁樹(shù)碳儲(chǔ)量

洱海流域散生木樹(shù)種有云南松、櫟類、華山松、桉類和其他闊葉樹(shù)等18個(gè)樹(shù)種(組)，碳儲(chǔ)量22828 t，單株平均碳儲(chǔ)量14.67 kg，基于年凈生長(zhǎng)量計(jì)算的年碳儲(chǔ)量764 t。

洱海流域四旁樹(shù)樹(shù)種有桉樹(shù)、楊樹(shù)、云南松和其他闊葉樹(shù)等16個(gè)樹(shù)種(組)，碳儲(chǔ)量25296 t，單株平均碳儲(chǔ)量9.14 kg，基于年凈生長(zhǎng)量計(jì)算的年碳儲(chǔ)量805 t。通過(guò)鄉(xiāng)村綠化和美化措施，改善人居環(huán)境的同時(shí)，將有效提高四旁樹(shù)碳儲(chǔ)量。

3 結(jié)論與討論

1)基于森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查資料的洱海流域森林植被碳儲(chǔ)量4047584 t，以有林地和灌木林地的儲(chǔ)碳量為主。其碳儲(chǔ)量?jī)r(jià)值3.314億元，年碳儲(chǔ)量?jī)r(jià)值1195.29萬(wàn)元。洱海流域散生木單株平均碳儲(chǔ)量14.67 kg，四旁樹(shù)單株平均碳儲(chǔ)量9.14 kg。

2)喬木林(純林和混交林)碳儲(chǔ)量3337416 t，以中齡林、近熟林碳儲(chǔ)量為主，中齡林的碳儲(chǔ)量最大。純林中各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)碳儲(chǔ)量：云南松、華山松、櫟類3個(gè)樹(shù)種的碳儲(chǔ)量位居前三，云南松碳儲(chǔ)量最大；針葉樹(shù)種碳儲(chǔ)量是闊葉樹(shù)種碳儲(chǔ)量的5.36倍?；旖涣痔純?chǔ)量193608 t，其中針葉混碳儲(chǔ)量最大，其碳儲(chǔ)量99976 t，占混交林碳儲(chǔ)量的51.64%。從各森林類型的碳儲(chǔ)量分析，加大流域區(qū)中齡林育林力度，特別是純林中以云南松、華山松、櫟類為優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的中齡林，針葉混交林中的中齡林要加大森林撫育、封山育林等育林措施，精準(zhǔn)提升單位面積蓄積量，將進(jìn)一步提高流域森林碳儲(chǔ)量。

3)洱海流域喬木林碳密度39.63 t·hm-2，低于全國(guó)喬木林碳密度(42.82 t·hm-2)和云南省喬木林碳密度(51.18 t·hm-2)[3]；純林碳密度39.52 t·hm-2，混交林碳密度41.58 t·hm-2，針葉樹(shù)碳密度39.96 t·hm-2，闊葉樹(shù)碳密度37.30 t·hm-2，以上各類型碳密度均低于全國(guó)平均水平，僅有混交林中針葉混碳密度(43.89 t·hm-2)略高于全國(guó)平均水平(41.66 t·hm-2)。各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)中，櫟類的碳密度最大，碳密度由大到小的順序?yàn)椋簷殿?華山松>云南松>桉類>冷杉>其他闊葉樹(shù)>柏木。該流域區(qū)主要分布的喬木樹(shù)種碳密度均低于利用云南省第八次森林資源連續(xù)清查資料估算的碳密度[8]。碳密度低的主要原因是：流域區(qū)喬木林單位面積蓄積量低。流域區(qū)喬木林單位面積蓄積量58.16 m3·hm-2，低于云南省第四次森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查結(jié)果(94.8 m3·hm-2)和全國(guó)第八次森林資源連續(xù)清查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(72.89 m3·hm-2)。流域區(qū)北部、東部海拔2500 m以下喀斯特地貌發(fā)育，立地條件差；喬木林中成過(guò)熟林少，成過(guò)熟林面積占流域區(qū)喬木林的10.53%，森林植被處于逐步恢復(fù)階段，喬木林單位面積蓄積量低。從碳密度的角度進(jìn)行分析，洱海流域各植被類型、各樹(shù)種(組)的碳密度有較大的提升空間，林業(yè)生態(tài)建設(shè)可以在碳匯方面發(fā)揮更大的作用。

4)此次研究主要基于森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查的各樹(shù)種(組)林木蓄積、面積進(jìn)行區(qū)域碳儲(chǔ)量和碳密度的研究，碳儲(chǔ)量主要受各樹(shù)種(組)林木蓄積量的調(diào)查精度、生物量擴(kuò)展因子的取值范圍和根莖比大小的影響，碳密度主要受各樹(shù)種(組)面積區(qū)劃精度的影響。要準(zhǔn)確掌握洱海流域區(qū)碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化，正確評(píng)價(jià)洱海流域植被碳儲(chǔ)量?jī)r(jià)值，還要深入開(kāi)展相關(guān)研究：①開(kāi)展流域區(qū)喬木林分樹(shù)種、分齡組生物量轉(zhuǎn)換因子研究；②開(kāi)展森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查樹(shù)種中林木蓄積量和小班調(diào)查精度對(duì)碳儲(chǔ)量估算的影響分析；③開(kāi)展流域區(qū)各樹(shù)種分齡組根莖比變化的研究；④開(kāi)展基于立木蓄積和林下灌木蓋度進(jìn)行疏林地單位面積碳儲(chǔ)量研究，開(kāi)展基于灌木樹(shù)種、灌木蓋度進(jìn)行灌木林地單位面積碳儲(chǔ)量的研究；⑤基于森林資源年生長(zhǎng)量開(kāi)展年度碳儲(chǔ)量增量研究。才能更為準(zhǔn)確地量化流域區(qū)各植被類型碳儲(chǔ)量及其變化，為流域區(qū)森林生態(tài)效益補(bǔ)償和碳排放市場(chǎng)上林業(yè)碳匯的參與提供技術(shù)支撐，同時(shí)有利于流域區(qū)開(kāi)展基于碳儲(chǔ)量?jī)r(jià)值的林業(yè)生態(tài)工程融資模式研究，進(jìn)一步推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)。