張萬林，張 蓓，楊傳金，梅 浩，戴前石

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，長沙 410014)

西藏自治區(qū)森林枯落物碳儲量估算

張萬林，張 蓓，楊傳金，梅 浩，戴前石

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，長沙 410014)

利用典型樣地采樣，建立了枯落物碳密度與厚度關(guān)系方程，并結(jié)合森林資源連續(xù)清查的樣地坡度與枯落物厚度因子，估算出西藏自治區(qū)森林枯落物碳儲量。結(jié)果表明，西藏自治區(qū)豐富的森林植被生產(chǎn)了巨大的枯落物層碳庫，有機(jī)碳分解和碳庫消耗緩慢。研究該部分碳庫狀況，為估算和評價(jià)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量并據(jù)此制定相應(yīng)的對策提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

森林；枯落物；碳庫

前言

森林生態(tài)系統(tǒng)中，枯落物層在涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)、森林防護(hù)和生物多樣性保護(hù)等方面發(fā)揮了重要的生態(tài)作用[1]，是森林生態(tài)功能評價(jià)的重要因子[2]。枯落物的生產(chǎn)和分解是碳循環(huán)過程中的重要環(huán)節(jié)[3]，也是介于植被地上部分碳庫與土壤碳庫的中間環(huán)節(jié)，其存在對于延緩有機(jī)碳的分解和二氧化碳的升高及應(yīng)對氣候變化具有特殊的意義。目前對森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的研究多集中在喬木林植被方面[4-11]，對森林枯落物層的研究則多集中在養(yǎng)分和物質(zhì)循環(huán)等生物化學(xué)過程[12-13]及持水性能方面[14-16]，或者樣地尺度上的枯落物年產(chǎn)量及其影響因素分析[3,17]，而幾乎沒有區(qū)域尺度的枯落物碳儲量及碳庫變化趨勢的研究。由于枯落物的消長是一個動態(tài)變化的過程，是森林植被生產(chǎn)與微生物分解綜合作用的結(jié)果，僅僅通過研究枯落物碳庫的年生產(chǎn)量無法全面反映碳庫變化情況。本文旨在通過探討某一時間點(diǎn)森林枯落物碳儲量的大小，從而為計(jì)算一定的時間段內(nèi)碳匯量提供方法與數(shù)據(jù)支撐。

西藏自治區(qū)總體海拔較高，氣溫偏低，加之高大喬木植被的遮蔭，使得林下積累了較厚的枯落物層，從而貯存了森林植被光合作用所固定的部分有機(jī)碳。通過建立喬木林主要樹種(組)枯落物碳密度—枯落物厚度之間的關(guān)系方程，結(jié)合森林資源連續(xù)清查樣地?cái)?shù)據(jù)庫中記載的枯落物厚度因子，估算了西藏自治區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)枯落物碳儲量大小。西藏自治區(qū)在1977年和1991年分別開展過較大規(guī)模的森林資源清查，在2001年、2006年和2011年開展了覆蓋全區(qū)的森林資源清查。最近的三次森林資源清查可進(jìn)行同口徑的比較，因此通過匯總樣地尺度上的枯落物碳儲量可估算全區(qū)的森林枯落物碳儲量，進(jìn)而可計(jì)算5年或10年間的枯落物碳匯，從而了解枯落物碳匯功能大小及在增匯減排應(yīng)對氣候變化方面的貢獻(xiàn)。

1 建模單元

根據(jù)第八次全國森林資源清查西藏自治區(qū)森林資源清查成果[18]，按照喬木林優(yōu)勢樹種面積和蓄積比例確立建模樹種(組)。按面積比例計(jì)算，冷杉、云杉、云南松、高山松和闊葉混5個樹種合計(jì)所占面積比例為76.11%，分別所占比例為9.35%，20.70%，6.84%，10.31%和28.91%；按蓄積比例計(jì)算，冷杉、云杉、云南松、高山松和闊葉混5個樹種合計(jì)所占蓄積比例為87.75%，分別所占比例為19.41%，21.45%，7.87%，11.01%和28.01%。以上5個樹種(組)各作為一個建模單元；其它針葉林、針葉混交林統(tǒng)一作為一個建模單元；針闊混交林統(tǒng)一作為一建模單元，確定7個建模單元。

2 樣品采集與建模

分析建模樹種(組)的分布情況，云杉主要分布在左貢縣、察隅縣、昌都縣、江達(dá)縣、洛隆縣、芒康縣、邊壩縣、類烏齊縣、貢覺縣、八宿縣、察雅縣；冷杉在林芝縣、波密縣、米林縣、工布江達(dá)縣、察隅縣、墨脫縣分布廣泛；云南松絕大部分分布在察隅縣；高山松在察隅縣、墨脫縣、林芝縣、波密縣和米林縣分布廣泛；闊葉林在芒康縣、察隅縣、工布江達(dá)縣、波密縣、左貢縣、米林縣、墨脫縣和朗縣分布廣泛。各樹種(組)的建模樣品采集數(shù)量為30～35個，采集地點(diǎn)設(shè)置在相應(yīng)樹種分布廣泛的地區(qū)，按照齡組和枯落物厚度分布確定采樣縣及樣品采集數(shù)量，并兼顧分散性、代表性與可及度。

枯落物樣品采集采用收獲法。在典型林分下設(shè)置一個 1 m×1 m(沿坡方向，非水平)的樣方。量取枯落物厚度(垂直于坡面)，收集樣方內(nèi)的枯落物稱濕重。均勻混合并取1kg左右樣品，稱濕重，回實(shí)驗(yàn)室烘干稱干重，計(jì)算樣品含水率，并測定含碳率。根據(jù)樣方內(nèi)枯落物總濕重和樣品含水率、含碳率，計(jì)算單位面積(沿坡方向)枯落物干重及碳儲量。使用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件，對不同樹種采集樣品碳密度與枯落物厚度建立模型，結(jié)果見表1。結(jié)果表明，所有建模單元碳密度與枯落物厚度之間均具有極顯著的相關(guān)關(guān)系，擬合效果較好。

表1 不同樹種(組)林分枯落物建模方程

西藏自治區(qū)有林地和疏林地枯落物碳儲量計(jì)算公式為：

式中，i為樣地號，yi為使用模型計(jì)算的樣地單位面積碳儲量(坡面方向)，yi/cosθi為樣地單位面積碳儲量(水平方向)即碳密度，θi為樣地坡度。

3 枯落物碳儲量

根據(jù)森林資源連續(xù)清查所記載的樣地優(yōu)勢樹種、枯落物厚度及樣地坡度三個因子，計(jì)算每個樣地的枯落物碳密度。利用樣地枯落物碳密度計(jì)算的各樹種(組)平均碳密度見表2。樣地碳密度與每個樣地代表面積的乘積累計(jì)即為森林枯落物碳儲量，經(jīng)計(jì)算其值為2.04億t。

表2 不同樹種(組)平均碳密度 t/hm2

就不同樹種而言，碳密度大小隨單位面積蓄積增加而增加；就不同植被類型碳密度而言，針葉林高于闊葉林。一方面由于單位面積蓄積針葉林高于闊葉林，更多的活立木等地上植被產(chǎn)生了更多的枯落物；另一方面由于針葉林海拔分布更高，氣候寒冷影響了枯落物分解。經(jīng)計(jì)算，西藏自治區(qū)枯落物平均碳密度為 23.3t/hm2，約為植被碳密度的 22.6%。周玉榮等[19]利用1989—1993年的森林資源清查資料估算的全國枯落物碳密度約為植被碳密度的14.4%，其中落葉松林、云冷杉林枯落物碳密度分別約為植被碳密度的33.4%和25.3%，而熱帶林枯落物碳密度僅為植被碳密度的2.7%。就枯落物碳密度與植被碳密度的比值而言，西藏自治區(qū)云冷杉林與全國平均水平相當(dāng)，落葉松低于全國平均水平；而就碳密度而言，占主要比例的云冷杉林遠(yuǎn)高于全國平均水平，從而蘊(yùn)藏了巨大的碳庫。我國森林枯落物層碳密度一般規(guī)律是針葉林高于闊葉林，隨著緯度升高而增加，按暖性針葉林、溫性針葉林、寒溫性針葉林的順序遞增?？萋湮飳犹济芏却笮『艽蟪潭壬先Q于水熱因子、地域特點(diǎn)等，一般緯度越高、海拔越高，分解條件越差，凋落物積累越多。西藏高原森林單位面積蓄積高于其它地區(qū)，加之海拔高、降雨少且溫度低，累積了大量的未分解枯落物，有效地固定了化石燃料燃燒等工業(yè)化活動產(chǎn)生的二氧化碳。

4 結(jié)語

森林枯落物不僅在水源涵養(yǎng)、水土保持、植被養(yǎng)分供應(yīng)等方面扮演了極其重要的角色，而且作為森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫的組成部分，對于延緩碳分解和二氧化碳釋放、增加森林碳匯方面也起著非常重要的作用。本研究中樣品采集、建模方法及利用建立的模型和森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)相結(jié)合估算碳儲量的方法可為區(qū)域性森林枯落物碳儲量估算提供參考。

[1] 國家林業(yè)局.LY/T 1721─2008 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范[S].北京：國家林業(yè)局，2008.

[2] 國家林業(yè)局.國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定[S].北京：國家林業(yè)局，2004.

[3] 張新平，王襄平，朱彪，等.我國東北主要森林類型的凋落物產(chǎn)量及其影響因素[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2008, 2(5)：1031-1040.

[4] 羅天祥，李文華，冷允法，等．青藏高原自然植被總生物量的估算與凈初級生產(chǎn)量的潛在分布[J].地理研究，1998，17(4)：337-344.

[5] 劉國華，傅伯杰，方精云．中國森林碳動態(tài)及其對全球碳平衡的貢獻(xiàn)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20(5)：733-740.

[6] 王效科，馮宗煒．中國森林生態(tài)系統(tǒng)中植物固定大氣碳的潛力[J].生態(tài)學(xué)雜志，2000，19 (4)：72-74.

[7] 方精云,陳安平.中國森林植被碳庫的動態(tài)變化及其意義[J].植物學(xué)報(bào)，2001，43(9)：967-973.

[8] 王效科，馮宗煒，歐陽志云．中國森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳儲量和碳密度研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，12(1)：13-16.

[9] 徐新良, 曹明奎,李克讓.中國森林生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲量時空動態(tài)變化研究[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2007，26(6)：1-10.

[10] 方精云，郭兆迪，樸世龍，等．1981-2000年中國陸地植被碳匯的估算[J].中國科學(xué)：地球科學(xué)，2007，37(6)：804-812.

[11] 吳慶標(biāo)，王效科，段曉男，等．中國森林生態(tài)系統(tǒng)植被固碳現(xiàn)狀和潛力[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(2)：517-524.

[12] 鐘國輝，辛學(xué)兵.西藏色季拉山暗針葉林凋落物層化學(xué)性質(zhì)研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，15(1)：167-169.

[13] 孔慶云，辛學(xué)兵，潘剛.西藏色季拉山急尖長苞冷杉林生態(tài)系統(tǒng)凋落物養(yǎng)分循環(huán)研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2009,23(5)：128-132.

[14] 潘剛，任毅華，邊巴多吉，等.西藏色季拉山急尖長苞冷杉林枯枝落葉及苔蘚層的生物量與持水性能[J].水土保持研究，2008，15(5)：81-83，87.

[15] 劉洋，張健，楊萬勤，等.自然恢復(fù)過程中川西亞高山林草交錯帶地被物儲量及持水性能研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2009,23(3)：173-178.

[16] 喻武，萬丹，丁晨曦，等.色季拉山典型林分枯落物持水性能研究[J].四川林業(yè)科技,2011,32(3)：32-36.

[17] 王建林，陶瀾，呂振武.西藏林芝云杉林凋落物的特征研究[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),1998,22(6)：566-570.

[18] 國家林業(yè)局中南森林資源監(jiān)測中心，西藏自治區(qū)林業(yè)廳.第八次全國森林資源清查西藏自治區(qū)森林資源清查成果[R].2012.

[19] 周玉榮,于振良,趙士洞.我國主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量和碳平衡[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2000,24(5)：518-522.

ForestLitterFallCarbonStorageEstimationofTibet

ZHANG Wanlin, ZHANG Bei, YANG Chuanjin, MEI Hao, DAI Qianshi

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

Based on typical plots sampled data, we discovered that carbon density was positively related to thickness of liter fall, and combined with plots slope and litter fall thickness factors of continuous forest inventory to estimate forest litter fall carbon storage of Tibet. The results showed that lush forest vegetation produced a huge litter fall carbon pool in Tibet,and organic carbon decomposition and carbon pools consumption slowly. Litter fall carbon pool status research provided the basic data for estimating and evaluating carbon storage in terrestrial ecosystems, and developing appropriate countermeasures accordingly.

forest；litter fall；carbon pool

2013-08-17

2013-09-28

張萬林(1963-)，男，湖北松滋人，高級工程師，從事森林資源監(jiān)測、林業(yè)碳匯計(jì)量監(jiān)測及林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)等工作。

S718.55

B

1003-6075(2013)04-0012-04