2013年河南省喬木林植被碳儲(chǔ)量特征

賈松偉, 郭蔓蔓

(河南科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院, 河南 洛陽 471023)

作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最活躍、最重要的碳庫，森林貯存了76%～98%的陸地植被碳儲(chǔ)量，在調(diào)節(jié)全球碳平衡、緩解氣候變暖等方面具有不可替代的作用[1-2]。近20多年來，國內(nèi)外學(xué)者從不同尺度、不同區(qū)域、不同森林類型等方面開展了森林植被碳儲(chǔ)量、碳密度和碳匯計(jì)量工作，并取得了顯著成就[2-12]。目前國內(nèi)關(guān)于大尺度范圍下的森林植被碳儲(chǔ)量估算研究大多是基于我國歷次的森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)[7-12]，并為此確立了主要樹種(組)蓄積量轉(zhuǎn)換生物量的方法及其對(duì)應(yīng)參數(shù)[8,13-14]。

河南是一個(gè)森林資源相對(duì)較少的省份，第8次全國森林資源清查結(jié)果顯示[15]，河南省森林面積359.07萬hm2，比第7次森林資源清查結(jié)果增加了22.48萬hm2；全省森林覆蓋率21.50%，略低于全國森林覆蓋率(21.63%)，在中部六省中僅高于山西省的18.03%。目前關(guān)于河南省森林碳儲(chǔ)量的研究多是基于第7次森林資源清查數(shù)據(jù)(2004—2008年)或第6次森林資源清查數(shù)據(jù)(1999—2003年)[11-12]。近年來，在一系列國家或省級(jí)林業(yè)生態(tài)工程的持續(xù)推動(dòng)下，河南省森林面積不斷增加，森林質(zhì)量不斷提高，亟需更新森林碳儲(chǔ)量的評(píng)估結(jié)果，以能準(zhǔn)確反映和揭示該省森林固碳現(xiàn)狀及潛力。為此，本文以河南省第8次森林資源清查數(shù)據(jù)(2013年)為基礎(chǔ)，運(yùn)用生物量擴(kuò)展因子法，估算河南省喬木林植被的碳儲(chǔ)量與碳密度，探討其按優(yōu)勢樹種、齡組、起源的分布規(guī)律，旨在揭示河南省喬木林的固碳能力和其分異規(guī)律，為中國省域尺度的森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能評(píng)估提供參考數(shù)據(jù)，并為區(qū)域森林碳匯管理與發(fā)展提供科學(xué)決策依據(jù)[10]。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省位于黃河中下游、華北大平原南端，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°21′—116°39′、北緯31°23′—36°22′，屬暖溫帶—亞熱帶、濕潤—半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.8～15.5 ℃，年均降水量784.8 mm。全省東西長約580 km，南北相距約530 km，國土面積16.7萬km2，約占全國國土總面積的1.73%；境內(nèi)山地、丘陵、平原面積分別占全省陸地面積的26.3%，18.0%，55.7%。全省土壤類型主要為棕壤、褐土、黃棕壤、黃褐土等。森林植被類型以暖溫帶落葉闊葉林和亞熱帶常綠闊葉林為主。全省森林資源相對(duì)較少，主要分布于伏牛山和大別山、桐柏山系的深山區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所用數(shù)據(jù)來源于國家林業(yè)局匯編的全國第8次(2009—2013年)森林資源清查資料。全國森林資源連續(xù)清查由國家林業(yè)局負(fù)責(zé)安排，以省為單位，每5 a復(fù)查一次。森林資源清查數(shù)據(jù)包括各森林類型的齡級(jí)、面積和蓄積以及在各省的分布狀況等。河南省于2013年開展了第8次森林資源清查，此次清查工作通過對(duì)全省10 355個(gè)固定樣地(4 km×4 km網(wǎng)格)的復(fù)位測設(shè)調(diào)查，以及41 750個(gè)樣點(diǎn)(2 km×2 km網(wǎng)格)的衛(wèi)星遙感圖像判讀，查清了全省森林資源現(xiàn)狀和分布。

1.3 研究方法

以森林資源清查資料為基礎(chǔ)的碳儲(chǔ)量估算，國內(nèi)外采用的方法多屬于蓄積量—生物量轉(zhuǎn)換因子法[8,13-14]，但因模型或參數(shù)選取的不同，造成估算結(jié)果差異較大。為規(guī)范國內(nèi)碳匯造林項(xiàng)目的計(jì)量和監(jiān)測，增進(jìn)項(xiàng)目可比性，中國啟動(dòng)了國家和省級(jí)溫室氣體清單的編制工作，而“土地利用變化與林業(yè)溫室氣體清單”是其重要內(nèi)容之一，清單中給出了喬木林植被碳儲(chǔ)量的計(jì)算公式，并提供了將不同樹種(組)林分蓄積量轉(zhuǎn)換為碳儲(chǔ)量所需要的參數(shù)[16](見表1)。喬木林植被的碳儲(chǔ)量計(jì)算公式為：

C=V×D×BEF×(1 +R)×CF

(1)

式中：C為喬木林植被碳儲(chǔ)量(t)；V為林分總蓄積量(m3)；D為基本木材密度(t/m3)；BEF 為生物量擴(kuò)展因子，即地上生物量與樹干生物量的比值，無量綱；R為地下生物量/地上生物量的比值，無量綱；CF 為優(yōu)勢樹種(組)的含碳率，無量綱。由于森林資源清查資料中缺少灌木層、草本層生物量數(shù)據(jù)，故本文中的碳儲(chǔ)量僅為喬木林植被的碳儲(chǔ)量。

表1 河南省喬木林各優(yōu)勢樹種(組)蓄積量和碳匯計(jì)量參數(shù)

注：“土地利用變化與林業(yè)溫室氣體清單”中未提供黃山松、樟木、刺槐的相關(guān)參數(shù)，本文中黃山松、樟木和刺槐的相關(guān)參數(shù)分別由其他松類、樟樹、硬闊類的參數(shù)替代。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同喬木林類型的植被碳儲(chǔ)量與碳密度

林分類型不同，其碳儲(chǔ)量和碳密度存在著很大差異[17]。第8次森林資源清查結(jié)果表明，2013年河南省有林地面積為359.07 萬hm2，其中喬木林面積305.36 萬hm2，經(jīng)濟(jì)林面積50.97萬hm2，竹林面積2.74萬hm2。喬木林中，主要優(yōu)勢樹種為櫟類和楊樹，二者面積分別占全省喬木林面積的30.97%和28.99%，其次為闊葉混，面積占全省喬木林面積的17.36%(表2)。根據(jù)“土地利用變化與林業(yè)溫室氣體清單”的有關(guān)參數(shù)，得出2013年河南省喬木林植被碳儲(chǔ)量為7 422.78萬t。按森林類型劃分，全省闊葉林、針葉林、針闊混交林面積分別占85.86%，11.88%和2.26%，而相應(yīng)的植被碳儲(chǔ)量則分別占90.73%，6.54%和2.73%。河南省喬木林植被的平均碳密度24.31 t/hm2，其中針闊混交林的碳密度最大，為29.35 t/hm2，其次為闊葉林，其碳密度為25.68 t/hm2，碳密度最小的是針葉林，為13.39 t/hm2。由此可見，闊葉林是河南省森林碳儲(chǔ)量的主要貢獻(xiàn)者。闊葉林中，櫟類、楊樹這2個(gè)(組)樹種在全省整個(gè)森林植被碳儲(chǔ)量中占主導(dǎo)地位，其植被碳儲(chǔ)量分別為2 498.64萬t和2 498.68萬t，二者占全省喬木林植被碳儲(chǔ)量的67.32%。

表2 2013年河南省喬木林植被碳儲(chǔ)量分布

2.2 不同齡組喬木林植被的碳儲(chǔ)量與碳密度

喬木林碳儲(chǔ)量、碳密度與林齡的關(guān)系密切。河南省喬木林以幼齡林和中齡林為主，面積分別占全省喬木林面積的49.02%和33.99%%，對(duì)應(yīng)的植被碳儲(chǔ)量則分別占全省喬木林植被碳儲(chǔ)量的34.09%和40.84%(表2)。不同林齡組的喬木林碳密度存在較大差異，從幼齡林到過熟林的碳密度分別為16.90 t/hm2，29.20 t/hm2，34.00 t/hm2，42.70 t/hm2，37.69 t/hm2，表現(xiàn)出林齡越大，相應(yīng)齡組碳密度越高的趨勢。由此可以看出，林齡結(jié)構(gòu)偏年輕的河南喬木林資源，隨著幼齡林和中齡林的繼續(xù)生長，將會(huì)具有很大的碳匯潛力。

2.3 天然林植被的碳儲(chǔ)量與碳密度

由表3可知，2013年河南省天然林面積為131.47萬hm2，占全省喬木林面積的43.05%，對(duì)應(yīng)的植被碳儲(chǔ)量為3 512.35萬t，占全省森林植被碳儲(chǔ)量的47.32%；其中，櫟類和闊葉混的植被碳儲(chǔ)量分別為2 239.38萬t和941.32萬t，二者占天然林植被碳儲(chǔ)量的90.56%。天然林植被碳儲(chǔ)量主要集中在幼齡林和中齡林，分別占天然林植被總碳儲(chǔ)量的60.21%和29.17%；近熟林、成熟林和過熟林分別占6.44%，4.11%和0.07%。

從碳密度來看，2013年天然林植被平均碳密度為26.72 t/hm2；不同林齡組的天然林植被碳密度存在較大差異，從幼齡林到成熟林(過熟林因面積太小，不考慮其碳密度)的碳密度分別為20.51 t/hm2，45.03 t/hm2，67.33 t/hm2，68.66 t/hm2，表現(xiàn)出林齡越大，相應(yīng)齡組碳密度越高的趨勢。不同樹種天然林的碳密度差異也較大，介于6.66 t/hm2(其他松類)～31.50 t/hm2(油松)之間，天然林中植被碳儲(chǔ)量最大的櫟類和闊葉混的碳密度分別為30.02 t/hm2，24.03 t/hm2。

表3 2013年河南省天然林植被碳儲(chǔ)量分布

2.4 人工林植被的碳儲(chǔ)量與碳密度

表4顯示，2013年河南省人工林面積為173.89萬hm2，占全省喬木林面積的56.95%，對(duì)應(yīng)的植被碳儲(chǔ)量為3 910.43萬t，占全省森林植被碳儲(chǔ)量的52.68%；其中，楊樹碳儲(chǔ)量為2 498.68萬t，占人工林植被碳儲(chǔ)量的63.90%，其余樹種碳儲(chǔ)量所占比例均小于7%。人工林植被碳儲(chǔ)量主要集中于中齡林和近熟林，分別占人工林植被總碳儲(chǔ)量的51.32%和28.34%；幼齡林、成熟林和過熟林分別占10.62%，7.45%和2.27%。

從碳密度來看，2013年人工林植被平均碳密度為22.49 t/hm2；不同林齡組的人工林植被碳密度存在較大差異，從幼齡林到過熟林的碳密度分別為8.91 t/hm2，24.76 t/hm2，30.88 t/hm2，35.97 t/hm2，39.25 t/hm2，表現(xiàn)出林齡越大，相應(yīng)齡組碳密度越高的趨勢。不同樹種人工林的碳密度差異較大，介于1.74 t/hm2(其他硬闊類)～31.61 t/hm2(針闊混)，人工林中植被碳儲(chǔ)量最大的楊樹林碳密度為28.22 t/hm2。

3 討 論

3.1 河南省喬木林植被碳儲(chǔ)量在全國喬木林植被碳儲(chǔ)量中的貢獻(xiàn)

作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，森林在抑制全球溫室氣體濃度上升中發(fā)揮著重要作用，林業(yè)碳匯也成為《京都議定書》、“巴厘島路線圖”及“哥本哈根世界氣候大會(huì)”等歷次國際氣候談判的重要內(nèi)容。國內(nèi)學(xué)者歷來重視我國的森林植被碳儲(chǔ)量研究[2,6-14,17]，Zhang等以歷次全國森林資源清查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)估算了我國喬木林植被碳儲(chǔ)量，其中2009—2013年期間我國喬木林植被碳儲(chǔ)量為68.96億t[18]。本研究中，2013年河南省喬木林植被碳儲(chǔ)量估算結(jié)果為7 422.78萬t，約占全國喬木林植被碳儲(chǔ)量的1.08%；與2008年相比[11]，喬木林植被碳儲(chǔ)量增加了446.66萬t。與鄰省陜西省、山東省比較(表5)，陜西省喬木林面積是河南省的2.09倍，而喬木林植被碳儲(chǔ)量卻是河南省的2.69倍，這主要是陜西省森林以天然林為主，且天然林各優(yōu)勢種的碳密度較高；而山東省的森林以人工林為主，盡管山東省的喬木林面積為河南省的0.53倍，但致使喬木林植被碳儲(chǔ)量僅為河南省的0.46倍。河南省喬木林植被的碳密度為24.31 t/hm2，小于全國的平均值41.41 t/hm2，與四川省的56.61 t/hm2和云南省的50.77 t/hm2差距較大，與山西省和山東省的喬木林植被平均碳密度大致相當(dāng)，遠(yuǎn)高于廣西省和湖南省的喬木林植被平均碳密度(表5)，其原因可能與每個(gè)省份的優(yōu)勢樹種不同有關(guān)，廣西省、湖南省的優(yōu)勢樹種以松類、杉木類為主，而河南省以櫟類和楊樹為主。

3.2 評(píng)估方法對(duì)森林植被碳儲(chǔ)量估算的影響

目前國內(nèi)關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的估算方法較多，且計(jì)算中用到的參數(shù)不一致，從而造成估算森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量時(shí)，因采用方法不同導(dǎo)致估算結(jié)果存在較大差異。基于第7次全國森林資源清查資料，李?？萚23]利用不同樹種的生物量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸浪愠鲋袊种脖惶純?chǔ)量為78.11億t，其中喬木林66.62億t；李妍等[24]采用分樹種、分齡組的生物量——蓄積量擬合模型法，估算出中國喬木林植被碳儲(chǔ)量為60.9億t；Zhang等[18]基于通過實(shí)測樣地?cái)?shù)據(jù)改進(jìn)后的生物量與蓄積量轉(zhuǎn)換參數(shù)，估算出中國喬木林植被碳儲(chǔ)量為62.42億t。從以上研究結(jié)果可以看出，盡管所采用的數(shù)據(jù)相同，但所運(yùn)用的估算方法或參數(shù)不同，導(dǎo)致中國喬木林植被碳儲(chǔ)量的估算結(jié)果最大差別為5.72億t。為減少估算方法所帶來的不確定性，中國啟動(dòng)了國家和省級(jí)溫室氣體清單的編制工作，清單中給出了喬木林植被碳儲(chǔ)量的計(jì)算公式，并提供了將不同樹種(組)林分蓄積量轉(zhuǎn)換為碳儲(chǔ)量所需要的參數(shù)。楊傳強(qiáng)等[10]采用清單中所給出的計(jì)算公式和參數(shù)，以山東省第8次全國森林資源清查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，估算出山東省喬木林植被碳儲(chǔ)量為3 404.46萬t；同樣以山東省第8次全國森林資源清查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，張春華等[25]采用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法和改進(jìn)后的生物量與蓄積量轉(zhuǎn)換參數(shù)，估算出山東省喬木林植被碳儲(chǔ)量為4 398.06萬t，約為前者的1.29倍。本研究采用清單中所給出的計(jì)算公式和參數(shù)，估算出2013年河南省喬木林植被碳儲(chǔ)量為7 422.78萬t；若采用Fang等[8]的生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法，2013年河南省喬木林植被碳儲(chǔ)量將達(dá)到9 086.83萬t。由此可見，采用“土地利用變化與林業(yè)溫室氣體清單”中給出的植被碳儲(chǔ)量計(jì)算公式和參數(shù)，所估算出的結(jié)果偏低。

3.3 人工林經(jīng)營管理以及人工林碳儲(chǔ)量

通過植樹造林和人工林經(jīng)營等措施增強(qiáng)陸地碳匯功能是清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)中的最主要途徑之一。Lal 將提高人工林經(jīng)營管理水平，增強(qiáng)人工林土壤碳匯功能稱為“雙贏策略”和“減緩全球變化的一種可能機(jī)制和最有希望的選擇”[26]。研究表明，從1973—1976年到2009—2013年，中國喬木林植被碳儲(chǔ)量凈增加了27.85億t，年均增加0.77億t，約40%來自于人工林[18]。本研究結(jié)果表明，2013年河南省喬木林植被碳儲(chǔ)量為7 422.78萬t，其中人工林植被碳儲(chǔ)量為3 910.43萬t，占全省森林植被碳儲(chǔ)量的52.68%，可見人工林在河南省喬木林植被碳儲(chǔ)量中占據(jù)著重要地位。本研究還表明，2013年河南省人工林植被平均碳密度為22.49 t/hm2，遠(yuǎn)低于同期全國人工林植被碳密度(29.70 t/hm2)[18]。造成河南省人工林植被碳密度偏低的原因之一是人工林中幼、中齡林所占比重過大，2013年河南省幼、中齡林所占比重高達(dá)73.40%；另外河南省人工林普遍存在樹種單一、結(jié)構(gòu)不合理、生產(chǎn)力低下、病蟲害發(fā)生嚴(yán)重等特點(diǎn)[27]，這也是導(dǎo)致河南省人工林植被平均碳密度較低的一個(gè)重要原因。為此，應(yīng)提高現(xiàn)有人工林的經(jīng)營管理水平，加強(qiáng)對(duì)幼、中齡林的撫育管理，調(diào)整該區(qū)域內(nèi)的樹種結(jié)構(gòu)、改變樹種單一格局，加強(qiáng)森林病蟲害防治、增加森林抗災(zāi)能力，改善林分質(zhì)量，將有助于進(jìn)一步增強(qiáng)河南省森林的碳匯功能。

4 結(jié) 論

(1) 研究期間河南省喬木林植被碳儲(chǔ)量7 422.78萬t，其平均碳密度為24.31 t/hm2；其中，櫟類、楊樹2個(gè)(組)樹種在全省整個(gè)森林植被碳儲(chǔ)量中占主導(dǎo)地位，其植被碳儲(chǔ)量分別為2 498.64萬t和2 498.68萬t，二者占全省喬木林植被碳儲(chǔ)量的67.32%。

(2) 研究期間河南省喬木林以幼齡林和中齡林為主，其植被碳儲(chǔ)量分別占全省喬木林植被碳儲(chǔ)量的34.09%和40.84%；從幼齡林到過熟林的平均碳密度分別為16.90 t/hm2，29.20 t/hm2，34.00 t/hm2，42.70 t/hm2，37.69 t/hm2。

(3) 研究期間河南省天然林植被碳儲(chǔ)量為3 512.35萬t，占全省森林植被碳儲(chǔ)量的47.32%；其主要集中于幼齡林和中齡林，分別占天然林植被總碳儲(chǔ)量的60.21%和29.17%。天然林植被平均碳密度為26.72 t/hm2，不同樹種天然林的碳密度差異較大，介于6.66 t/hm2(其他松類)～31.50 t/hm2(油松)之間。

(4) 研究期間河南省人工林植被碳儲(chǔ)量為3 910.43萬t，占全省森林植被碳儲(chǔ)量的52.68%；其中，人工林中植被碳儲(chǔ)量所占比重最大的樹種為楊樹，所占比重高達(dá)63.90%。人工林植被碳儲(chǔ)量主要集中于中齡林和近熟林，分別占人工林植被總碳儲(chǔ)量的51.32%和28.34%。人工林植被平均碳密度為22.49 t/hm2，其中楊樹林碳密度為28.22 t/hm2。