謝如松 陳昌雄 李曉偉 胡 新 華偉平 池上評(píng)

(福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002)

河南省杉木林碳儲(chǔ)量成熟問題研究

謝如松 陳昌雄 李曉偉 胡 新 華偉平 池上評(píng)

(福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002)

應(yīng)用國(guó)際上森林碳匯項(xiàng)目中普遍采用的碳計(jì)算方法，對(duì)河南省南部不同立地條件下的杉木林碳儲(chǔ)量成熟問題進(jìn)行研究，分析不同立地條件對(duì)碳儲(chǔ)量成熟的影響，結(jié)果表明：立地條件越好，成熟齡越早，達(dá)到成熟齡時(shí)的年平均碳儲(chǔ)量也越高；碳儲(chǔ)量成熟年齡的確定對(duì)選擇樹種和確定有關(guān)森林碳儲(chǔ)量項(xiàng)目的期限具有重要意義。

碳儲(chǔ)量；森林碳匯；杉木；河南省

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，對(duì)維持陸地生態(tài)平衡、保護(hù)生態(tài)安全、防止生態(tài)危機(jī)起著決定性的作用，其在生長(zhǎng)過程中從大氣中吸收并儲(chǔ)存大量的CO2，同時(shí)又通過呼吸作用釋放一定量的O2。部分研究得出：森林蓄積量每增加1 m3，平均能消耗1.83 t CO2，釋放出1.62 t O2[1]。森林植物在其整個(gè)生命周期中吸收的CO2，以生物量的形式分別固定在植物體內(nèi)和土壤中，使森林成為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的碳匯或碳庫，約占全球植被碳庫的86%以上[2-3]。對(duì)森林碳儲(chǔ)量的研究，既是應(yīng)付CO2減排壓力的必然選擇，也是促進(jìn)森林生態(tài)服務(wù)功能發(fā)展的重要方法。森林碳匯項(xiàng)目的開展不僅可以為發(fā)展中國(guó)家獲得資金和技術(shù)支持，也為森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供了一個(gè)新的方向。本文通過河南省南部杉木(CunninghamialanceolataLamb.)林森林清查數(shù)據(jù)，利用相關(guān)模型估算不同立地指數(shù)下的森林碳匯量，進(jìn)而研究其碳儲(chǔ)量成熟變化規(guī)律，以期為河南省南部杉木林的碳匯研究提供相關(guān)支持。

1 研究區(qū)概況

河南省位于我國(guó)中東部、黃河中下游，地處北緯31°23′～36°22′，東經(jīng)110°21′～116°39′，東接安徽、山東，北界河北、山西，西接陜西，南臨湖北，呈望北向南、承東啟西之勢(shì)。河南屬暖溫帶-亞熱帶、濕潤(rùn)-半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，冬季寒冷雨雪少，春季干旱風(fēng)沙多，夏季炎熱雨豐沛，秋季晴和日照足。河南在我國(guó)整個(gè)杉木的分布中屬于北緣，主要分布于大別山、桐柏山亞熱帶地區(qū)和秦嶺以南的伏牛山南坡，且大別山、桐柏山區(qū)的杉木林比較集中且成片[4]。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究材料取自河南省南部羅山、獅河、商城、新縣、和固始等5個(gè)縣區(qū)，分不同立地指數(shù)級(jí)的森林資源調(diào)查隨機(jī)抽樣樣地，選取標(biāo)準(zhǔn)地170塊，數(shù)據(jù)包括杉木林分的平均樹高、平均胸徑、年齡，3株優(yōu)勢(shì)木平均高、蓄積量等，同時(shí)收集各年齡級(jí)段188株解析木作為編表原始材料。

為確保標(biāo)準(zhǔn)地資料的準(zhǔn)確性和一致性，在收集的標(biāo)準(zhǔn)地?cái)?shù)據(jù)中，對(duì)以下情況予以去除[5]：1)疏密度在0.5以下的標(biāo)準(zhǔn)地；2)林分各因子記錄不清楚的標(biāo)準(zhǔn)地；3)嚴(yán)格篩選并剔除有異常的樣地和混交林樣地。最后得到符合要求的標(biāo)準(zhǔn)地64塊，其中立地指數(shù)10級(jí)的為28塊，立地指數(shù)12級(jí)的36塊。采用Richards方程編制各立地指數(shù)的杉木林分生長(zhǎng)過程表[6-8]，從而得出不同立地指數(shù)下各年齡的蓄積量，作為本文研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

在實(shí)際計(jì)算評(píng)價(jià)過程中，首先對(duì)森林碳匯量的估算借鑒方精云等[9]對(duì)林分生物量的公式進(jìn)行計(jì)算，再乘以比例系數(shù)得出林分碳匯量；其次根據(jù)森林全部固碳量=林木生物量固碳量+林下植物固碳量+林地固碳量，以及相互間的比例關(guān)系，計(jì)算出林下植物固碳量和林地固碳量，從而得出總的碳匯量；最后以森林年平均碳儲(chǔ)量最大確定杉木的碳儲(chǔ)量成熟齡。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同立地條件下碳匯量的計(jì)量

3.1.1 林木生物量固碳量的計(jì)算 目前，計(jì)算森林碳儲(chǔ)量的方法很多，主要分為以下3種：1)通過利用相關(guān)的氣象方法與技術(shù)，直接測(cè)定出森林碳儲(chǔ)量；2)通過簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣等方法測(cè)定森林碳儲(chǔ)量；3)利用有關(guān)森林調(diào)查數(shù)據(jù)，通過相關(guān)模型估算森林碳儲(chǔ)量。本研究對(duì)森林碳儲(chǔ)量的估算借鑒方精云等人生物量的計(jì)算公式[9]：

Y=aX+b

式中：Y表示林分生物量；X表示林分蓄積量；a和b為常數(shù)。

其中生物量換算因子的相關(guān)系數(shù)采用方精云等人的研究成果，用a、b表示換算因子系數(shù)，R2為顯著程度，見表1。

表1 不同林分類型生物量換算因子系數(shù)

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，可以推算出杉木生物量的計(jì)算公式：

Y杉木=0.399 9X+22.541

得出的生物量乘以碳匯轉(zhuǎn)換系數(shù)就是碳匯量，單位生物量的含碳量稱為碳匯量的轉(zhuǎn)換系數(shù)，而森林碳匯量即等于森林生物量與轉(zhuǎn)換系數(shù)的乘積，一般的轉(zhuǎn)換系數(shù)取0.5，具體計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 杉木生物量與碳匯量計(jì)算結(jié)果

3.1.2 林下植物與林地固碳量的計(jì)算 森林全部固碳量=林木生物量固碳量+林下植物固碳量+林地固碳量，根據(jù)相互間的比例關(guān)系，森林全部固碳量計(jì)算公式[10]可表達(dá)為：

CF=C+α∑(Sij×Cij)+β∑(Sij×Cij)

Cij=Vij×δ×ρ×γ

式中：CF為森林全部固碳量；C為林木生物量固碳量；Sij為第i類地區(qū)第j類森林的面積；Cij為第i類地區(qū)第j類森林類型的森林碳密度；Vij為第i類地區(qū)第j類森林類型的森林單位面積蓄積量；α為林下植物碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，取0.195；β為林地碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，取1.244；δ為生物量擴(kuò)大系數(shù)，取1.90；ρ為容積系數(shù)，取0.5；γ為含碳率，取0.5。各種換算系數(shù)來源于政府間氣候變化委員會(huì)(intergovernmental panel on climate change，IPCC)的技術(shù)手冊(cè)[11]。

通過上式可得各年齡杉木的林下植物固碳量、林地固碳量和各年齡森林全部固碳量、年平均固碳量，結(jié)果見表3。

表3 各年齡杉木林林地及林下植物固碳量與各年齡森林全部固碳量、年平均固碳量計(jì)算結(jié)果

3.1.3 年平均碳儲(chǔ)量變化分析 根據(jù)表3，對(duì)杉木年平均碳儲(chǔ)量變化進(jìn)行分析，得到不同立地指數(shù)下的杉木年平均碳儲(chǔ)量方程及相關(guān)系數(shù)如下：

Y10=-0.015 7X2+0.620 4X+1.838 8

R2=0.827 1

Y12=-0.018 3X2+0.718 6X+2.041 5

R2=0.803 2

3.2 碳儲(chǔ)量成熟分析

杉木年均單位面積碳儲(chǔ)量變化曲線見圖1。

由圖1可以看出，其森林碳儲(chǔ)量的年平均變化曲線為二次曲線，與材積平均生長(zhǎng)量變化曲線一致，其規(guī)律為：森林碳儲(chǔ)量的年平均量隨年齡的增大而緩慢增加，當(dāng)其達(dá)到最大值后又緩慢減少；且不同立地指數(shù)的最大值也不同，立地指數(shù)越高，碳儲(chǔ)量的年平均值越大。

由表3可知,立地指數(shù)為10、12時(shí)，杉木碳儲(chǔ)量的年平均最大值分別出現(xiàn)在16、14 a，其值分別為7.95 Mg/hm2和9.13 Mg/hm2。若按達(dá)到杉木碳儲(chǔ)量年平均最大時(shí)的年齡為經(jīng)營(yíng)目的進(jìn)行森林碳儲(chǔ)量相關(guān)項(xiàng)目的管理與經(jīng)營(yíng)，則能獲得最大的碳儲(chǔ)量。

因此，可用以下公式表示森林碳儲(chǔ)量成熟：

maxZi=Ni/i

式中：Zi為第i年的平均碳儲(chǔ)量；Ni為杉木第i年的碳儲(chǔ)量；i為年齡。

參照森林?jǐn)?shù)量成熟的定義[12]，可將碳儲(chǔ)量成熟定義為：當(dāng)森林年平均碳儲(chǔ)量達(dá)到最大時(shí)，可認(rèn)為達(dá)到森林的碳儲(chǔ)量成熟，此時(shí)的年齡可稱為碳儲(chǔ)量成熟齡[13]。

4 結(jié)論與討論

1) 碳儲(chǔ)量成熟齡與立地條件的變化規(guī)律是：不同立地指數(shù)，達(dá)到碳儲(chǔ)量成熟時(shí)的年齡和年平均碳儲(chǔ)量不同，立地指數(shù)越高，達(dá)到碳儲(chǔ)量成熟齡時(shí)越早，年平均碳儲(chǔ)量也越高。在有關(guān)森林碳匯的具體操作過程中應(yīng)采用合理的立地指數(shù)，通過選擇優(yōu)良的種子和合理有效施加肥料來提高樹木的生長(zhǎng)速度和維持林地生產(chǎn)力，以保證收獲最多的森林碳儲(chǔ)量。

2) 碳儲(chǔ)量成熟年齡的確定對(duì)如何選擇樹種和確定有關(guān)森林碳儲(chǔ)量項(xiàng)目的期限具有重要意義，對(duì)于期限已經(jīng)作出規(guī)定的項(xiàng)目應(yīng)選取適合的樹種，使其年齡在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)能達(dá)到碳儲(chǔ)量成熟齡。

3) 本文僅對(duì)比了不同立地指數(shù)下杉木林碳儲(chǔ)量的變化，實(shí)際操作中影響因子還有很多，比如林分密度，可以建立林分密度指數(shù)，分析不同林分密度對(duì)碳儲(chǔ)量成熟林的影響。

4) 本文對(duì)森林碳匯量的估算借鑒方精云等對(duì)林分生物量的公式進(jìn)行計(jì)算，再乘以比例系數(shù)得出林分碳匯量；其次根據(jù)森林全部固碳量=林木生物量固碳量+林下植物固碳量+林地固碳量，以及相互間的比例關(guān)系，得出總的碳匯量。該方法具有一定的缺陷，實(shí)際中可以通過樣地調(diào)查收集足夠多的數(shù)據(jù)，建立杉木碳儲(chǔ)量模型，再對(duì)其碳儲(chǔ)量成熟林進(jìn)行分析，精度等會(huì)有所提高，也更加合理。

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(責(zé)任編輯 曹 龍)

Study on Carbon Storage Maturity ofCunninghamialanceolataPlantation in Henan Province

XIE Ru-song, CHEN Chang-xiong, LI Xiao-wei, HU Xin, HUA Wei-ping, CHI Shang-ping

(College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou Fujian 350002, China)

The forest carbon storage maturity ofCunninghamialanceolataplantations grown under different site conditions in southern part of Henan Province was studied by means of the carbon measurement methods commonly applied to the international projects of forest carbon sequestration, and the influences of different site conditions on the carbon storage maturity were also analyzed. The results showed that the better the site conditions were, the lower the maturity age of carbon storage would be and the more the average carbon storage in maturity age would be. The determination of carbon storage maturity would be of great significance for tree species selection and for the determination of project duration of forest carbon sequestration.

carbon storage; forest carbon sinks;Cunninghamialanceolata; Henan Province

2013-12-04

陳昌雄(1963—)，男，博士生導(dǎo)師。研究方向：森林調(diào)查、經(jīng)營(yíng)管理和林業(yè)資產(chǎn)評(píng)估究。Email：fjccx@126.com。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.02.007

S718.56

A

2095-1914(2014)02-0035-04

第1作者：謝如松(1986—)，男，碩士生。研究方向：森林經(jīng)理學(xué)。Email：505526782@qq.com。