蘇萬(wàn)祥 郭 芳 吳明作

(1.駐馬店市薄山林場(chǎng)，河南 駐馬店 463000；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河南 鄭州 450002)

森林儲(chǔ)存著全球植被碳庫(kù)86%以上的碳及土壤碳庫(kù)73%的碳[1-2]，在減緩大氣CO2濃度上升、調(diào)節(jié)全球碳平衡等方面具有不可替代的作用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也因此對(duì)其碳儲(chǔ)量與碳密度進(jìn)行了諸多研究[2-3]，我國(guó)已對(duì)全國(guó)[4-5]、不同省份[2，6-7]、不同區(qū)域[8-9]、城市森林[10-11]采用多種方法分別進(jìn)行了測(cè)算，并對(duì)其動(dòng)態(tài)變化[11-13]、經(jīng)濟(jì)價(jià)值[14]進(jìn)行了研究；對(duì)河南省的森林植被也有報(bào)道[15-16]，但為靜態(tài)或影像數(shù)據(jù)。本研究以薄山林場(chǎng)1987—2007年3次森林資源清查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用適應(yīng)性較好的材積源生物量法對(duì)各期森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量與碳密度進(jìn)行測(cè)算，分析其動(dòng)態(tài)變化，為河南省碳匯計(jì)量與管理、森林資源經(jīng)營(yíng)提供基礎(chǔ)，為制定與實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償政策、生態(tài)省建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，也為我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡研究和區(qū)域碳能力比較分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

薄山林場(chǎng)位于河南省駐馬店市確山縣，地處東經(jīng)113°50′～114°30′，北緯32°36′～34°44′，總面積 6 622 hm2。年平均氣溫15.1 ℃，年均降雨量786 mm，日照時(shí)數(shù)2 145.9 h，無(wú)霜期220 d左右；系桐柏山余脈的丘陵地，土壤為黃棕壤。林場(chǎng)植被屬于亞熱帶與暖溫帶過(guò)渡類型，主要樹(shù)種有櫟類(Quercusspp.)、馬尾松(Pinusmassoniana)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、濕地松(Pinuselliottii)、火炬松(Pinustaeda)、毛竹(Phyllostachysheterocyclacv.pubescens)、側(cè)柏(Platycladusorientalis)、楊樹(shù)(Populusspp.)等，森林覆蓋率82%。

2 研究方法

本研究所測(cè)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量包括喬木層、林下植被與森林土壤層的全部數(shù)量。數(shù)據(jù)來(lái)源于薄山林場(chǎng)1987、1999年與2007年的3次森林資源清查；將調(diào)查數(shù)據(jù)按優(yōu)勢(shì)樹(shù)種分別匯總其蓄積與面積。

采用材積源生物量法測(cè)算各森林類型喬木層的生物量[11-13，16-19]，即：

B=aV+b

式中：B為單位面積生物量；V為單位面積蓄積量；a和b為參數(shù)。根據(jù)國(guó)家林業(yè)局《造林項(xiàng)目碳匯計(jì)量與監(jiān)測(cè)指南(2011)》、《森林經(jīng)營(yíng)碳匯項(xiàng)目方法學(xué)(2014)》等的取值要求，a和b參數(shù)取值參照文獻(xiàn)[12，16-17]。

因薄山林場(chǎng)處于亞熱帶北緣，灌木層、草本層和枯落物層生物量測(cè)定參照文獻(xiàn)[11]。

測(cè)算出生物量后，乘以平均含碳率即得出碳儲(chǔ)量。其中喬木層取0.500，灌木層取0.467，草本層取0.327，枯落物層取0.470[11-13，20]。

喬木林土壤碳密度按黃棕壤類型取6.35 kg/m2，計(jì)算深度取0～1 m[21]。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林面積與蓄積動(dòng)態(tài)分析

20 a間薄山林場(chǎng)森林蓄積與面積變化見(jiàn)圖1～2。

由圖1～2可以看出，除中齡林外，其他各齡組的面積與蓄積均在1999年后出現(xiàn)較大程度的增加，特別是近熟林以上齡組的林分增長(zhǎng)較快。

自1998年后，國(guó)家林業(yè)戰(zhàn)略發(fā)生變化，大范圍地實(shí)施林業(yè)生態(tài)工程，森林資源得到了較好保護(hù)，封山育林等措施實(shí)施之初，幼齡組林分尚未完全進(jìn)入中齡林，中齡組以上林分隨年齡變化進(jìn)入近熟林等林分，因而近熟林以上的林分增長(zhǎng)較快；而部分中齡組用材林分被利用，因而該齡組林分出現(xiàn)了面積與蓄積下降的現(xiàn)象；1999年對(duì)過(guò)熟林進(jìn)行了全部利用，因此該年份過(guò)熟林沒(méi)有數(shù)據(jù)。

3.2 不同齡組碳儲(chǔ)量與碳密度動(dòng)態(tài)分析

測(cè)算薄山林場(chǎng)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量與碳密度，20 a間的變化見(jiàn)圖3～4。

由圖3～4可知，薄山林場(chǎng)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量在20 a間的變化與面積、蓄積的變化一致，這是因?yàn)?森林碳儲(chǔ)量是由森林蓄積、面積測(cè)算而得，其值與森林蓄積、面積呈正相關(guān)。但從碳密度的變化來(lái)看，由于森林資源受到了良好保護(hù)，隨著林齡增大，其生物量也增大，碳密度保持了穩(wěn)定且緩慢增加的趨勢(shì)，其中以過(guò)熟林齡組的增加較快。

1987、1999年與2007年薄山林場(chǎng)森林生態(tài)系統(tǒng)總的碳儲(chǔ)量分別為 421 304.99、420 947.84 t與636 843.53 t；碳儲(chǔ)量在前12 a間較為穩(wěn)定，在后8 a間增加較多。生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度分別為94.09、105.72、113.51 t/hm2；表現(xiàn)出穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這主要是由于林分蓄積量增長(zhǎng)較快的原因，也因?yàn)樯置娣e增加引起森林土壤的碳儲(chǔ)量增加。

薄山林場(chǎng)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量與碳密度增加，表明作為碳“匯”的功能在增大，薄山林場(chǎng)森林生態(tài)系統(tǒng)起到了碳“匯”的作用，這與有關(guān)其他森林的報(bào)道是一致的[6，11-13，15-16]。

3.3 不同林分碳儲(chǔ)量與碳密度動(dòng)態(tài)分析

測(cè)算了不同森林類型的碳儲(chǔ)量與碳密度，其動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖5～7。

薄山林場(chǎng)主要森林類型為闊葉林、針葉林，其中闊葉林以櫟類林為主，還有部分闊葉純林和闊葉雜木林，針葉林以馬尾松林為主；因而其森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量也主要以這兩種森林類型占主要地位，其他的均占較小比例(圖5)；這與我國(guó)以及河南省已有的研究結(jié)果基本一致[4，12，15-16]，薄山林場(chǎng)位于我國(guó)馬尾松分布的北緣，早期造林較多，分布面積較大，因此，碳儲(chǔ)量占有較大比例。

但從整個(gè)林分的碳密度來(lái)看，除1987年的闊雜林外，闊葉林的碳密度均比針葉林大(圖6)，這與已有研究基本一致[4，15-16]。結(jié)合圖5可看出，闊葉林在森林生態(tài)系統(tǒng)中具有較大的碳匯功能。

薄山林場(chǎng)2007年針葉林、櫟類林、其他闊葉林與闊雜林的喬木層碳密度分別為25.56、49.16、39.24、21.64 t/hm2，平均為33.90 t/hm2；比河南省整體要高[4，15]，與全國(guó)水平較為接近[4]。這是因?yàn)樵诤幽鲜∧酥寥珖?guó)，國(guó)營(yíng)林場(chǎng)的森林資源相對(duì)保護(hù)較好，林分質(zhì)量也相對(duì)較好，其碳密度通常也較高。

3.4 碳儲(chǔ)量與碳密度變化分析

不同齡組與森林類型的碳儲(chǔ)量與碳密度在20 a間的變化見(jiàn)表1～2，表中的變化量及其比例均是針對(duì)1987年的數(shù)據(jù)計(jì)算的。

表1 不同齡組林分碳儲(chǔ)量與碳密度變化

表2 不同林分類型碳儲(chǔ)量與碳密度變化

由表1可知，由于中齡林的面積與蓄積減少，其碳儲(chǔ)量也減少，20 a間下降了45.16%，但由于其中林木生長(zhǎng)，其碳密度增加了16.47%。過(guò)熟林在1999年全部利用，因而碳儲(chǔ)量與碳密度均減少，但到2007年，其增加比例最大，分別達(dá)到了979.90%、55.03%。整體而言，碳儲(chǔ)量以近熟林以上齡組的林分增加最快，而碳密度增加最快的是過(guò)熟林與中齡林、近熟林。表明薄山林場(chǎng)各林分表現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其碳“匯”功能主要由近熟林、成熟林與過(guò)熟林體現(xiàn)，但潛力在于中齡林與近熟林。

由表2可知，闊雜林雖然碳儲(chǔ)量增加較少，但碳密度增加比例很大，這主要是因?yàn)?該林分1987年數(shù)值較小(林分與喬木層的碳密度分別只有2.33、0.54 t/hm2)。薄山林場(chǎng)水熱條件較為適宜，經(jīng)過(guò)封山育林后形成的林分通常為各種闊葉樹(shù)種組成的闊雜林，隨著林木快速生長(zhǎng)，其碳密度必然增加很快，但其面積較小，其碳儲(chǔ)量所占比例較小。薄山林場(chǎng)的闊葉林除櫟類林外主要為楊樹(shù)，隨著種植面積的增加以及其速生性，因此,其碳儲(chǔ)量與碳密度均增加較快；若將櫟類林計(jì)算在內(nèi)，則闊葉林無(wú)論在碳儲(chǔ)量與碳密度方面均表現(xiàn)出快速增長(zhǎng)。針葉林雖然碳密度增加較快，但總的碳儲(chǔ)量增加比例較其他林分類型的小。

綜合表1～2表明，保護(hù)森林、促進(jìn)林分增長(zhǎng)對(duì)提高其碳“匯”能力具有重要意義；其中闊葉林顯得更為重要。

4 結(jié)論與討論

1) 薄山林場(chǎng)森林生態(tài)系統(tǒng)總的碳儲(chǔ)量與喬木層碳密度在前12 a較為穩(wěn)定，在后8 a間增加較多；至2007年，碳儲(chǔ)量與喬木層平均碳密度分別為 636 843.53 t、33.90 t/hm2；碳密度高于河南省整體水平，接近于全國(guó)水平，以闊葉林最大。薄山林場(chǎng)森林生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的“碳匯”功能。

2) 薄山林場(chǎng)各齡組、各類型的林分在1987—2007年的20 a間，無(wú)論面積與蓄積或者碳儲(chǔ)量與碳密度，除中齡林外，均表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，且增加速度較快；其碳“匯”功能的潛力主要在于中齡林與近熟林。

3) 以往測(cè)算森林的碳儲(chǔ)量主要是喬木層的[2，4，6-8，15-16]，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)總體碳儲(chǔ)量的測(cè)算較少[11]，本研究所測(cè)碳儲(chǔ)量為森林生態(tài)系統(tǒng)總的碳儲(chǔ)量，包括了喬木層、林下植被與森林土壤所儲(chǔ)存的碳量，但沒(méi)有包括枯立木，因缺少相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)而采用了相同的測(cè)算參數(shù)，可能消除了某些差異。如何確定不同條件下的相關(guān)參數(shù)，測(cè)算整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量，以說(shuō)明其碳“匯”能力并可進(jìn)行數(shù)據(jù)間的比較，值得深入研究。

4) 在進(jìn)行森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量等的測(cè)算時(shí)，通常對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳釋放(植物呼吸與凋落物、根系的分解)、林分利用的碳轉(zhuǎn)移等未進(jìn)行測(cè)算，因而難以確定不同年齡、不同類型的森林生態(tài)系統(tǒng)是否確實(shí)具有碳“匯”功能；這也是值得深入研究的。

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