遼寧省喬木林的碳儲(chǔ)量和碳密度研究

李寧

（遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測(cè)院，沈陽(yáng) 110122）

0 引言

近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)大量使用礦物燃料，排放CO2等溫室氣體，導(dǎo)致全球氣候發(fā)生了明顯的變化[1]。森林系統(tǒng)是應(yīng)對(duì)氣候變化的一個(gè)關(guān)鍵因素，增加森林碳匯能力與降低二氧化碳排放是減緩氣候變化的重要方面[2]。準(zhǔn)確估算森林碳儲(chǔ)量和碳密度對(duì)于研究森林在區(qū)域和全球碳循環(huán)中所起的作用有著十分重要的意義[3]。森林碳循環(huán)不僅是全球生態(tài)學(xué)的核心研究?jī)?nèi)容之一，也是國(guó)際社會(huì)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)[4]。

目前基于森林資源數(shù)據(jù)計(jì)算森林碳儲(chǔ)量的方法比較成熟[5-10]。由于森林固碳本身的復(fù)雜性，未來(lái)通過(guò)森林固碳能夠抵消工業(yè)碳排放的情況往往并不清楚[11-19]。本研究基于遼寧省森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)對(duì)喬木林的碳儲(chǔ)量和碳密度進(jìn)行研究，針對(duì)不同的林種中不同林齡組、不同林齡中不同林種進(jìn)行分析，對(duì)這其碳特征值進(jìn)行估算，進(jìn)而對(duì)遼寧省森林資源的固碳能力進(jìn)行分析，以期為生產(chǎn)實(shí)踐中森林經(jīng)營(yíng)管理、環(huán)境保護(hù)政策的提出等提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

遼寧省地處中國(guó)東北地區(qū)南部，介于東經(jīng)118°53′—125°46′、北緯 38°43′—43°26′之間，南北跨 7 個(gè)緯度、2個(gè)熱量帶。遼寧省南北寬約530 km，東西長(zhǎng)約574 km，陸地總面積14.75萬(wàn)km2，占全國(guó)的1.5%；其中，山地面積8.72萬(wàn)km2，占59.8%；平地面積4.87萬(wàn)km2，占33.4%；水域面積1萬(wàn)km2，占6.8%；海域面積15.02萬(wàn)km2，其中渤海部分7.83萬(wàn)km2、北黃海7.19萬(wàn)km2。東部緊鄰鴨綠江，與朝鮮半島相望，西北與內(nèi)蒙古自治區(qū)接壤，西南與河北省毗鄰，北部和東北部與吉林省相鄰。境內(nèi)東西兩側(cè)為低山丘陵區(qū)，中部為遼河中下游平原區(qū)。南鄰黃海和渤海，海岸線總長(zhǎng)度為2920 km，占全國(guó)的11.5%。東起丹東，經(jīng)鴨綠江沿黃海岸至大連旅順口區(qū)，再延渤海岸經(jīng)遼東灣直至西部葫蘆島。

遼寧省為長(zhǎng)白、華北與蒙古植物區(qū)系交織地帶，森林植物種類(lèi)豐富，植被生長(zhǎng)茂盛，是適合培育森林的地區(qū)。截至2017年年底，全省森林面積616.61萬(wàn)hm2，森林覆蓋率41.66%。林分蓄積量為32838.13萬(wàn)m3。全省主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組有408種，分布63科137屬，其中喬木樹(shù)種有250多種。本次調(diào)查根據(jù)遼寧地區(qū)主要樹(shù)種的喬木種類(lèi)，按照植物科屬特征，將全省喬木林的樹(shù)種劃分為20個(gè)樹(shù)種組。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)遼寧省部分。該數(shù)據(jù)是國(guó)家林草局發(fā)布的森林資源數(shù)據(jù)，由于本課題開(kāi)始的年度是2017年，在核算中選用了該年度的數(shù)據(jù)。本年度數(shù)據(jù)與目前發(fā)布的最新的數(shù)據(jù)稍有差異但是差異不大，特別是林種和林齡組比例上差異很小，用2017年數(shù)據(jù)對(duì)森林資源碳匯情況進(jìn)行估算和分析，在一定程度上還是能夠反映當(dāng)前遼寧省森林資源碳匯情況的。

2.2 生物量的估測(cè)

森林生物量的估測(cè)方法有很多種，包括蓄積量與生物量的模型、相對(duì)生長(zhǎng)模型、胸徑樹(shù)高生長(zhǎng)模型、平均生物量估算法。對(duì)于喬木林，筆者選擇了生物量-蓄積量的模型。森林蓄積量是森林生長(zhǎng)的立地條件、氣候條件、林齡及其他因素的綜合反映[5]，通過(guò)對(duì)大量森林實(shí)測(cè)生物量與蓄積量的研究發(fā)現(xiàn)，二者之間存在良好的回歸關(guān)系[5]。

采用生物量-蓄積量轉(zhuǎn)換模型法對(duì)喬木林及疏林的生物量進(jìn)行估算，如式(1)。

式中，B表示生物量，V表示蓄積量，a、b為參數(shù)，采用的是全國(guó)統(tǒng)一的參數(shù)[5,20-21]。各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組的a、b參數(shù)見(jiàn)表1，對(duì)沒(méi)有明確生物量-蓄積轉(zhuǎn)換模型的樹(shù)種采用近似樹(shù)種參數(shù)代替。

表1 優(yōu)勢(shì)樹(shù)種生物量方程

2.3 森林植被碳儲(chǔ)量和碳密度的估算

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于森林碳儲(chǔ)量的估算通常采用森林生物量乘以含碳系數(shù)推算而得[7,10]。含碳系數(shù)普遍采用0.45或0.5，但由于不同植被類(lèi)型的樹(shù)種組成、年齡和種群結(jié)構(gòu)不同，含碳系數(shù)也有所差異，僅采用固定含碳系數(shù)會(huì)使技術(shù)路線精確度降低。因此，本研究中森林碳儲(chǔ)量以國(guó)家林業(yè)局印發(fā)的《造林項(xiàng)目碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)指南》以及前人已有研究成果中各樹(shù)種組含碳率為依據(jù)進(jìn)行測(cè)算，沒(méi)有測(cè)算過(guò)含碳率的采用0.5計(jì)算。在計(jì)算出碳儲(chǔ)量后，計(jì)算單位面積的碳儲(chǔ)量，得出森林植被碳密度[式(2)]。

3 結(jié)果與分析

將數(shù)據(jù)按照優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組、林種和齡組劃分歸納，按照不同的林種中不同齡組的每種樹(shù)種組蓄積數(shù)據(jù)對(duì)照相應(yīng)的樹(shù)種生物量回歸方程，計(jì)算出樹(shù)種生物量，按照生物量到碳儲(chǔ)量的轉(zhuǎn)換率計(jì)算出不同林種碳儲(chǔ)量，以碳儲(chǔ)量為基礎(chǔ)估算碳密度，并對(duì)不同林種和齡組的碳密度進(jìn)行比較分析。

3.1 喬木林的碳儲(chǔ)量研究分析

按照喬木林不同林種的不同齡組碳儲(chǔ)量值進(jìn)行估算，進(jìn)一步分析碳密度特征。由于喬木林種涉及到的喬木經(jīng)濟(jì)林植株比較矮，胸徑?jīng)]有達(dá)到計(jì)算材積的水平，也沒(méi)有分不同的林齡組，因此不對(duì)經(jīng)濟(jì)林進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

通過(guò)對(duì)喬木林種不同林種與齡組的碳儲(chǔ)量（表2）分析可以得出，喬木林的碳儲(chǔ)量為126432258 t，防護(hù)林碳儲(chǔ)量64448367 t、特種用途林3500478 t、用材林55895964 t、薪 碳 林 2587449 t；幼 齡 林 碳 儲(chǔ) 量22105492 t、中齡林 36676540 t、近熟林 28255770 t、成熟林32860171 t、過(guò)熟林6534286 t；防護(hù)林中齡林的碳儲(chǔ)量值最大為18196621 t。特種用途林成熟林的碳儲(chǔ)量值最大為1441796 t。用材林的中齡林的碳儲(chǔ)量值最大為17547856 t。薪炭林的幼齡林碳儲(chǔ)量值最大為1593133 t。

表2 喬木林不同林種與齡組的碳儲(chǔ)量、面積表

幼齡林中防護(hù)林的碳儲(chǔ)量最高為11548804 t，中齡林中防護(hù)林的碳儲(chǔ)量最高18196621 t，近熟林、成熟林和過(guò)熟林也是防護(hù)林的碳儲(chǔ)量最高。

為了方便比較林種和齡組的碳儲(chǔ)量關(guān)系，對(duì)碳儲(chǔ)量值和面積分林種進(jìn)行權(quán)重（同林種中不同林齡組碳儲(chǔ)量和面積百分比）計(jì)算（表3）。防護(hù)林中中齡林碳儲(chǔ)量權(quán)重最大，面積權(quán)重幼齡林最大。特種用途林中成熟林的碳儲(chǔ)量權(quán)重最大，面積權(quán)重成熟林最大。用材林中中齡林的碳儲(chǔ)量權(quán)重最大，面積權(quán)重是幼齡林最大。薪炭林中幼齡林的權(quán)重最大，面積權(quán)重也是幼齡林最大。

表3 喬木林不同林種與齡組的碳儲(chǔ)量、面積權(quán)重表

3.2 喬木林碳密度研究與分析

分別對(duì)碳儲(chǔ)量值和面積進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)一步分析碳密度。準(zhǔn)確了解森林碳密度的分布格局及其影響因子，對(duì)于了解不同生態(tài)系統(tǒng)中植被的碳存儲(chǔ)能力、判定碳匯、制定緩解全球變化的合理政策措施有重要意義[11]。

3.2.1 不同起源的喬木林碳密度分析

（1）天然林各林種與齡組綜合的研究。通過(guò)對(duì)天然林不同林種與齡組的碳密度分析（表4）可以得出，防護(hù)林中齡林的碳密度值最大為28.7 t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)橹旋g林＞過(guò)熟林＞近熟林＞成熟林＞幼齡林。特種用途林成熟林的碳密度值最大為30.2 t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)槌墒炝郑具^(guò)熟林＞近熟林＞中齡林＞幼齡林。用材林的近熟林的碳密度值最大為54.3 t/hm2，按照碳儲(chǔ)量值排序?yàn)榻炝郑局旋g林＞成熟林＞過(guò)熟林＞幼齡林。薪炭林的成熟林的碳密度最大為15.4 t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)槌墒炝郑具^(guò)熟林＞近熟林＞中齡林＞幼齡林。5個(gè)齡組中除過(guò)熟林是特種用途林碳密度最大外，其他齡組都是用材林碳密度最大。

表4 天然林各林種中不同齡組的碳密度表 t/hm2

（2）人工林各林種與林齡組綜合的研究。通過(guò)對(duì)人工林不同林種與齡組的碳密度分析（表5）可以得出，防護(hù)林過(guò)熟林的碳密度值最大為62.7 t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)檫^(guò)熟林＞成熟林＞近熟林＞中齡林＞幼齡林。特種用途林過(guò)熟林的碳密度值最大為48.1 t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)檫^(guò)熟林＞成熟林＞近熟林＞中齡林＞幼齡林。用材林的碳密度值最大為過(guò)熟林85.3 t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)檫^(guò)熟林＞成熟林＞近熟林＞中齡林＞幼齡林。薪炭林的碳密度值最大為成熟林86.6 t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)槌墒炝郑具^(guò)熟林＞近熟林＞中齡林＞幼齡林。各齡組中除成熟林外其他齡組都是用材林碳密度最大，成熟林是薪碳林碳密度最大。

表5 人工林各林種種不同齡組的碳密度表 t/hm2

3.2.2 不分起源的喬木林碳密度研究與分析 通過(guò)對(duì)喬木林不各林種的不同齡組的碳密度分析（表6）可以得出，防護(hù)林過(guò)熟林的碳密度值最大為31.1 t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)檫^(guò)熟林＞中齡林＞近熟林＞成熟林＞幼齡林；特種用途林過(guò)熟林的碳密度值最大為38.8 t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)檫^(guò)熟林＞成熟林＞中齡林＞近熟林＞幼齡林；用材林的碳密度值最大為近熟林49.6t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)榻炝郑局旋g林＞成熟林＞過(guò)熟林＞幼齡林；薪炭林的碳密度值最大為中齡林21.9 t/hm2，按照碳密度值排序?yàn)橹旋g林＞成熟林＞過(guò)熟林＞幼齡林＞近熟林。

表6 喬木林不同林種與齡組的碳密度表 t/hm2

通過(guò)對(duì)喬木林各齡組的不同林種碳密度分析可以得出，幼齡林中用材林碳密度最高為18.32 t/hm2，碳密度排序?yàn)橛貌牧郑咎胤N用材林＞防護(hù)林＞薪碳林；中齡林中用材林碳密度最高為45.13 t/hm2，碳密度排序?yàn)橛貌牧郑痉雷o(hù)林＞特種用材林＞薪碳林；近熟林中用材林碳密度最高為49.63 t/hm2，碳密度排序?yàn)橛貌牧郑咎胤N用材林＞防護(hù)林＞薪碳林；成熟林中用材林碳密度最高為43.87 t/hm2，碳密度排序?yàn)橛貌牧郑咎胤N用材林＞防護(hù)林＞薪碳林；過(guò)熟林中特種用途林碳密度最高為38.83 t/hm2，碳密度排序?yàn)樘胤N用材林＞防護(hù)林＞用材林＞薪碳林。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)森林資源數(shù)據(jù)按林種、齡組進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用蓄積量-生物量轉(zhuǎn)換模型計(jì)算生物量，進(jìn)一步估測(cè)出碳儲(chǔ)量和碳密度。喬木林的碳儲(chǔ)量為126432258 t，防護(hù)林中中齡林碳儲(chǔ)量權(quán)重最大，面積權(quán)重幼齡林最大。特種用途林中成熟林的碳儲(chǔ)量權(quán)重最大，面積權(quán)重成熟林最大。用材林中中齡林的碳儲(chǔ)量權(quán)重最大，面積權(quán)重幼齡林最大。薪炭林中幼齡林的權(quán)重最大，面積權(quán)重也是幼齡林最大。幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林都是防護(hù)林的碳儲(chǔ)量最高。

天然林中，特種用途林和薪碳林成熟林碳密度最大，防護(hù)林中齡林碳密度最大，用材林近熟林碳密度最大；5個(gè)齡組中除過(guò)熟林是特種用途林碳密度最大外，其他齡組都是用材林碳密度最大。人工林中，防護(hù)林、特種用途林、用材林的碳密度值都是過(guò)熟林最大，只有薪炭林的碳密度值為成熟林最大；各齡組中除成熟林外其他齡組都是用材林碳密度最大，成熟林是薪碳林碳密度最大。

防護(hù)林中過(guò)熟林的碳密度值最大為31.1 t/hm2。特種用途林中過(guò)熟林的碳密度值最大為38.83 t/hm2。用材林的碳密度值最大為近熟林49.6 t/hm2。薪炭林的碳密度值最大為中齡林21.9 t/hm2。幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林中都是用材林的碳密度最大，過(guò)熟林則是特種用途林碳密度最大。

通過(guò)上述分析可以看出，遼寧省用材林的碳匯能力較強(qiáng)，加大造林力度能夠較快提高森林碳匯功能。本研究可為生產(chǎn)實(shí)踐中森林經(jīng)營(yíng)管理、環(huán)境保護(hù)政策的提出等提供數(shù)據(jù)支撐。

5 討論

（1）對(duì)比前人研究，本研究進(jìn)一步證實(shí)了目前利用生物量-蓄積量的方法計(jì)算碳儲(chǔ)量和碳密度是正確有效的。同時(shí)本研究著重對(duì)不同林種、不同林齡組碳密度進(jìn)行對(duì)比分析，能夠反映出碳儲(chǔ)量和碳密度更高、碳匯能力更強(qiáng)的林種-林齡組組合。

（2）需要說(shuō)明的問(wèn)題。本研究運(yùn)用的生物量-蓄積量模型是全國(guó)通用的，與本地區(qū)的樹(shù)種實(shí)際生物量有一定的差異。如果能夠構(gòu)建符合遼寧省森林情況的模型進(jìn)行，研究結(jié)果將更符合實(shí)際。此外，本研究運(yùn)用的是2017年的數(shù)據(jù)，雖然能夠反映目前遼寧森林的情況，但是較最新數(shù)據(jù)還是存在一定的差異。