劉 青，佘濟(jì)云，陸 禹，陳冬洋，段 翔

(中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

海南省尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價(jià)值

劉 青，佘濟(jì)云，陸 禹，陳冬洋，段 翔

(中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

基于海南省尖峰嶺林業(yè)局2014年遙感影像數(shù)據(jù)和2010年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)尖峰嶺林業(yè)局天然林進(jìn)行抽樣隨機(jī)布點(diǎn)，采用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法估算碳儲(chǔ)量，并利用造林成本法計(jì)算其碳匯價(jià)值。結(jié)果表明：①碳匯價(jià)值的空間分布呈西北低東南高的趨勢(shì)，主要受尖峰嶺林業(yè)局西北高東南低的地勢(shì)影響，海拔越低的區(qū)域林分的整體生長(zhǎng)狀況越好。②尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價(jià)值與郁閉度存在較高的相關(guān)性，即郁閉度高的區(qū)域其碳匯價(jià)值較大，反之則較小。③基于2010年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)估算出尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯總價(jià)值約為3650萬(wàn)元與使用克里格插值法估算出的3850萬(wàn)元不存在顯著差距，說(shuō)明針對(duì)尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價(jià)值的克里格插值效果很好。④利用克里格插值法客觀地預(yù)測(cè)森林碳匯價(jià)值，能直觀地反映出森林碳匯的分布情況，具有準(zhǔn)確、快速、無(wú)破壞且省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)。

天然林；碳儲(chǔ)量；碳匯價(jià)值；GIS；尖峰嶺林業(yè)局

工業(yè)革命以來(lái)，大氣中CO2濃度急劇上升[1-2]，造成冰川和凍土消融、海平面上升等嚴(yán)重后果，威脅著人類的生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[3-6]。森林是地球上陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的組成部分，以全球27.5%的面積固定了全球58%的碳，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的最大碳庫(kù)[7-8]，對(duì)維持全球生態(tài)平衡起著不可替代的作用。因此，森林的碳匯作用越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。自《京都議定書》生效以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)森林碳匯價(jià)值的評(píng)價(jià)進(jìn)行了大量研究[9-10]，一般采用造林成本法、碳稅法溫室效應(yīng)損失法及排放許可的市場(chǎng)價(jià)格法。GIS技術(shù)是一種分析和綜合處理地理空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)[11]，其中地統(tǒng)分析在分析和預(yù)測(cè)空間連續(xù)對(duì)象方面比傳統(tǒng)方法更為方便精準(zhǔn)，因而地統(tǒng)計(jì)分析被越來(lái)越多的應(yīng)用于森林植被生物量以及碳儲(chǔ)量的研究[12-13]。

尖峰嶺林業(yè)局是中國(guó)現(xiàn)存面積最大、保存最好的熱帶原始森林區(qū)，森林覆蓋率高達(dá)96%，是一個(gè)巨大的天然物種基因庫(kù)。隨著海南國(guó)際旅游島發(fā)展戰(zhàn)略的不斷深入，外來(lái)游客大量涌入尖峰嶺森林公園，給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來(lái)了極大的負(fù)面影響。如何科學(xué)經(jīng)營(yíng)管理森林資源，提高森林生態(tài)系統(tǒng)碳吸存能力，充分發(fā)揮森林植被的碳匯功能，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和生態(tài)安全的協(xié)調(diào)發(fā)展成為當(dāng)?shù)刎叫杞鉀Q的關(guān)鍵問題。本文基于海南省尖峰嶺林業(yè)局2014年遙感影像數(shù)據(jù)及2010年二類調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)尖峰嶺林業(yè)局天然林運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)分析評(píng)價(jià)其碳匯價(jià)值，以便了解尖峰嶺林業(yè)局天然林碳儲(chǔ)量的現(xiàn)狀，為科學(xué)經(jīng)營(yíng)管理森林資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

尖峰嶺林業(yè)局地跨樂東縣和東方市，地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°47′—109°02′、北緯18°38′—18°48′，總面積20421.5 hm2。境內(nèi)群山起伏，地形復(fù)雜，有山地、峽谷、丘陵和盆地，自然坡度多在20°以上。尖峰嶺林業(yè)局地處熱帶北緣，熱帶雨林特征明顯，為熱帶季風(fēng)氣候，具有氣溫高、日照長(zhǎng)、雨水多及蒸發(fā)量大的特點(diǎn)，年平均氣溫19.7 ℃，平均相對(duì)濕度87%，年均降水量2448 mm以上。土壤有濱海沙土、磚紅壤、黃壤等多種類型，土地肥沃，雨量充沛，是形成熱帶山地雨林的基礎(chǔ)，森林覆蓋率高達(dá)96%，其中天然林面積27219.35 hm2，占91.33%。植被主要以加勒比松、闊葉混、杉木、相思類、橡膠、桉樹為主，常見的喬木樹種有花梨木、龍眼、檳榔、柚木、芒果、荔枝、椰子、腰果等，灌木樹種有茶葉、櫟灌等。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

以海南省尖峰嶺林業(yè)局2010年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合2014年遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行校對(duì)調(diào)整，數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確可靠。用ArcGIS篩選出尖峰嶺林業(yè)局天然林的分布范圍，利用fishnet工具隨機(jī)設(shè)置69個(gè)樣點(diǎn)，呈均勻分布(圖1)，提取樣點(diǎn)所在小班，計(jì)算小班單位面積碳匯價(jià)值，將碳匯價(jià)值賦值于樣點(diǎn)。

1.3 研究方法

1.3.1 林木生物量估算 估算森林碳儲(chǔ)量的常用方法主要有生物量模型法、渦度協(xié)方差法以及生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法等。本研究采用方精云等[14-15]提出的生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法，是利用實(shí)測(cè)喬木生物量與蓄積之間建立的關(guān)系模型。計(jì)算公式為：B=aV+b，B林=B×A，式中：B(t·hm-2)為單位面積的生物量；V(m3·hm-2)為相對(duì)應(yīng)的單位面積蓄積量；B林(t)為某一林分類型的總生物量；A(hm2)為相對(duì)應(yīng)的樹種面積；a和b為轉(zhuǎn)換因子系數(shù)，不同林分類型轉(zhuǎn)換因子系數(shù)見表1。

目前，國(guó)內(nèi)外大部分學(xué)者確定碳匯價(jià)值主要從成本和構(gòu)造假設(shè)市場(chǎng)2方面進(jìn)行，前者主要包括造林成本法、碳稅法、CO2成本法、變化的碳稅法、損失估算法；后者是通過(guò)詢問、調(diào)查消費(fèi)者對(duì)森林碳匯服務(wù)的支付意愿及支付數(shù)量程度，以此來(lái)確定碳匯價(jià)值。本研究采用的是我國(guó)學(xué)者常用的碳匯價(jià)值估算法——造林成本法，碳匯價(jià)格為273.3元·t-1。計(jì)算公式為：U=f×M×C，式中：U(元)為碳匯價(jià)值；f為換算系數(shù)，取3.67；即1 t C相當(dāng)于3.67 t CO2；M(元·t-1)為碳匯價(jià)格。

表1 不同林分類型生物量轉(zhuǎn)換因子系數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 探索性分析

首先計(jì)算尖峰嶺林業(yè)局天然林樣點(diǎn)小班的碳匯價(jià)值，然后利用ArcGIS中的地統(tǒng)計(jì)分析對(duì)尖峰嶺林業(yè)局天然林的平均碳匯價(jià)值進(jìn)行探索性分析。由圖2可知：直方圖呈左偏正態(tài)分布，可以運(yùn)用克里格插值法預(yù)測(cè)研究區(qū)碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值的空間分布；在泰森多邊形中存在1個(gè)異質(zhì)點(diǎn)，該點(diǎn)較周圍的碳匯價(jià)值低，調(diào)查分析得知該點(diǎn)靠近林業(yè)局辦公點(diǎn)，人為干擾較大，林分密度低；研究區(qū)碳匯價(jià)值的空間分布呈西北低東南高的趨勢(shì)，主要與尖峰嶺林業(yè)局西北高東南低的地勢(shì)有關(guān)。

基于69個(gè)樣點(diǎn)的平均碳匯使用克里格法生成預(yù)測(cè)圖(圖3)，其實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值存在的最大誤差值為19558.02元，占29.28%；最小誤差值為480.23元，占0.55%，平均誤差值為1146.97元；平均占4.78%。從圖3可以看出，虛線趨勢(shì)與實(shí)線趨勢(shì)還是比較吻合的，說(shuō)明基于平均碳匯的克里格插值效果良好。

2.2 碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值空間分布

利用地統(tǒng)計(jì)分析中的克里格插值法對(duì)尖峰嶺林業(yè)局天然林的碳匯價(jià)值進(jìn)行插值預(yù)測(cè)，得到研究區(qū)碳匯價(jià)值的空間分布(圖4)。尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價(jià)值的空間分布總體呈西北低東南高的趨勢(shì)，這主要受尖峰嶺林業(yè)局西北高東南低的地勢(shì)影響，即海拔越低的區(qū)域林分的整體生長(zhǎng)狀況越好，其林分密度及郁閉度增大；海拔越高的區(qū)域單個(gè)林木的生長(zhǎng)狀況更好，其胸徑樹高增大，但林分生長(zhǎng)稀疏，故林分密度及郁閉度反而降低。

基于平均樹高、平均胸徑、郁閉度等因子進(jìn)行克里格插值預(yù)測(cè)并對(duì)其預(yù)測(cè)結(jié)果實(shí)行交叉驗(yàn)證(表2)，算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)化值(Mean Standardized)越接近于0，預(yù)測(cè)值精確度越高，均方根誤差標(biāo)準(zhǔn)值(Root-Mean-Square Standardized)越接近于1，說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)誤差越精確。從表2可以看出，樹高、胸徑、郁閉度的插值效果良好。

利用克里格插值法對(duì)尖峰嶺林業(yè)局天然林的樹高、郁閉度、胸徑等因子進(jìn)行插值分析，得到研究區(qū)樹高、郁閉度、胸徑的空間分布(圖5)。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)郁閉度與碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值之間存在較高的相關(guān)性，即郁閉度高的區(qū)域森林的碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值較大，反之較小。研究區(qū)內(nèi)存在2個(gè)碳匯價(jià)值的較高點(diǎn)，郁閉度均為0.80，平均樹高分別為12 m、13 m，平均胸徑分別為16 cm、13.5 cm，森林自然度最高，為尖峰嶺林業(yè)局天然林生長(zhǎng)狀況最好的區(qū)域，實(shí)地調(diào)查對(duì)比分析符合實(shí)際情況。對(duì)比碳匯價(jià)值、樹高、胸徑的空間分布圖，發(fā)現(xiàn)胸徑越大、樹高越高的區(qū)域碳匯價(jià)值反而越低，主要是因?yàn)楦叽髽淠菊紦?jù)了更多的資源和生長(zhǎng)空間，導(dǎo)致周圍植物生長(zhǎng)條件降低，出現(xiàn)林下植被衰退甚至消失的現(xiàn)象，因而區(qū)域林分密度低，林分的碳匯價(jià)值隨之降低。說(shuō)明單個(gè)樹種的生長(zhǎng)狀況不是決定碳匯值的主要因素，林分的整體生長(zhǎng)情況才是影響碳匯價(jià)值的主要因子。

表2 平均樹高、平均胸徑、郁閉度的 交叉驗(yàn)證精度

2.3 碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值估算

利用GIS的空間分析功能，以10 m×10 m作為1個(gè)柵格單元，對(duì)碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值分布圖進(jìn)行重分類。柵格結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是屬性明顯、定位隱含，即數(shù)據(jù)直接記錄屬性的指針或?qū)傩员旧?，因此分類越多，所得?shù)據(jù)的誤差越小。本研究根據(jù)尖峰嶺林業(yè)局碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值分布圖將其分為32類，各分類段之間的經(jīng)濟(jì)間隔為0.13萬(wàn)元，每階段的碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值以其平均值表示，見圖6。

從表3可以看出，尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯總價(jià)值為38508991.10元，即97249.84元·hm-2?；?010年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，利用生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法估算出尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯總價(jià)值為36531141.07元，與使用克里格插值法估算出的碳匯總價(jià)值無(wú)顯著差距，說(shuō)明尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價(jià)值插值法效果很好。

3 結(jié)論與討論

本文基于海南省尖峰嶺林業(yè)局2014年遙感影像數(shù)據(jù)以及2010年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，利用GIS的地統(tǒng)計(jì)分析功能對(duì)樣地結(jié)果進(jìn)行探索性分析，發(fā)現(xiàn)樣地的直方圖呈左偏正態(tài)分布，受人為干擾較大的區(qū)域碳匯價(jià)值偏低。碳匯價(jià)值的空間分布呈西北低東南高的趨勢(shì)，這主要受尖峰嶺林業(yè)局西北高東南低的地勢(shì)影響，地勢(shì)越低的區(qū)域林分的生長(zhǎng)狀況越好，使得林分的郁閉度越高。

不同的樹高、郁閉度、胸徑等因子對(duì)森林碳儲(chǔ)量有不同的影響，對(duì)比研究區(qū)碳匯價(jià)值、樹高、郁閉度、胸徑的空間分布圖，發(fā)現(xiàn)郁閉度與碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值之間存在較高的相關(guān)性，即郁閉度越高其森林的碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值越大，反之越小。

表3 尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值

利用GIS的空間分析功能對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行重分類，將碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值重新分為32類，以0.13萬(wàn)元作為各分類段之間的經(jīng)濟(jì)間隔，計(jì)算得出尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯經(jīng)濟(jì)總價(jià)值為38508991.10元，與基于2010年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)估算出的36531141.07元不存在顯著差異，說(shuō)明克里格插值法效果良好。

碳匯價(jià)值評(píng)價(jià)的因素涉及眾多，不同地域不同林種所采用的途徑不同。人工林一般采用典型樣地抽樣法，而天然林一般采取隨機(jī)抽樣。與傳統(tǒng)方法比較而言，使用克里格插值法估算碳匯價(jià)值具有準(zhǔn)確、快速、無(wú)破壞以及省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)。

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The Natural Forest Carbon Sequestration Value of Jianfengling Forestry Bureau in Hainan Province

LIU Qing，SHE Ji-yun，LU Yu，CHEN Dong-yang，DUAN Xiang

(SchoolofForestry，CentralSouthUniversityofForestryandTechnology，Changsha410004，Hunan，China)

Based on remote sensing data of Jianfengling Forestry Bureau of Hainan Province in 2014 and combining with the investigation data of two types of forest resources in 2010，we will take random sampling distribution of natural forest in Jianfengling Forestry Bureau；we will estimate carbon storage by using the method of biomass conversion factor continuous function method and calculate the value of its carbon sink by using the method of afforestation cost.The results demonstrate that ①the trend of spatial distribution of carbon sequestration value is low quantity in northwest and high quantity in southeast，which is mainly caused by topography effect of Jianfengling Forestry Bureau where altitude of northwest is high and altitude of southeast is low，so the lower altitude areas stand，the better the regional forest grow.②Jianfengling Forestry Bureau natural forest carbon sequestration value and canopy has a high correlation，which demonstrates that high canopy density region has larger carbon sequestration value and vice versa.③Based on 2010 forest resource second class survey data，we will estimate carbon natural forest in Jianfengling Forest Bureau summary worth about 36.5 million yuan with the use of Kriging interpolation method to estimate the 38.5 million yuan does not exist significant gaps，aiming at Jianfengling forestry′s good natural forest carbon sequestration value of Kriging interpolation effect.④Using GIS objectively to evaluate forest carbon sink value，it can reflect the distribution of forest carbon sink visually and the advantages of accurate，fast，no damage and save time and effort.

natural forests；carbon storage；carbon sink value；GIS；Jianfengling Forestry Bureau

2015-09-21；

2015-11-16

海南省林業(yè)局重點(diǎn)科研項(xiàng)目(海南省五大流域植被恢復(fù)與保護(hù)規(guī)劃研究，LK20118478)；湖南省“十三五”重點(diǎn)學(xué)科—森林經(jīng)理學(xué)科(034-0014)

劉青(1991—)，女，湖南婁底人，中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院碩士研究生，從事數(shù)字林業(yè)方面研究。E-mail：1758114820@qq.com。

佘濟(jì)云(1966—)，男，中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，從事森林經(jīng)理學(xué)與林業(yè)資源管理方面的教學(xué)和科研工作。E-mail：shejiyun@126.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.03.018

S718.55+6

A

1002-7351(2016)03-0085-06