摘要：利用2008年全國第七次森林資源清查主要數(shù)據(jù)，建立不同森林類型生物量與蓄積量之間的回歸方程，對河南省森林植被的碳儲量、碳密度及其碳匯經(jīng)濟(jì)價值進(jìn)行了估算。結(jié)果表明，①2008年全省森林總碳儲量約為8 090.72萬t，主要分布在喬木林中，占86.22%；森林平均碳密度約為20.00 t/hm2，遠(yuǎn)小于全國平均值；②闊葉林是全省喬木林碳儲量的主要貢獻(xiàn)者，碳儲量約為5 584.44萬t；楊樹和櫟類作為主要的兩個優(yōu)勢樹種，二者碳儲量占闊葉林的86.22%；③全省喬木林碳儲量主要集中于幼齡林和中齡林中，占全省喬木林碳儲量的81.74%；從起源來看，人工林碳儲量占55.26%，且固碳潛力巨大，將是河南省森林碳儲量的主體；④河南省全部森林碳匯經(jīng)濟(jì)價值約為220.63億元，其中，喬木林為190.24億元，主要源于楊樹和櫟類的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 碳儲量；生物量轉(zhuǎn)換因子；碳密度；經(jīng)濟(jì)價值；森林清查資料；河南省

中圖分類號：S718.52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）06-1612-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.061

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其碳儲量占全球陸地植被總碳儲量的85%～90%，且與其他陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，森林生態(tài)系統(tǒng)具有較高生產(chǎn)力，每年固定碳量約占整個陸地生態(tài)系統(tǒng)的2/3，因此森林在調(diào)節(jié)全球碳平衡、緩解大氣中CO2濃度上升以及維護(hù)全球氣候等方面具有不可替代的作用[1-3]。

森林碳儲量作為研究森林與大氣間碳交換的基本參數(shù)[4]，只有準(zhǔn)確估算了森林植被的生物量和碳儲量，才能進(jìn)一步探究森林在區(qū)域和全球碳循環(huán)中所起的作用。河南省曾是一個森林資源較少的省份，但自“十一五”以來，在一大批國家林業(yè)重點(diǎn)工程和省級林業(yè)重點(diǎn)生態(tài)工程的推動下，河南省林業(yè)建設(shè)進(jìn)入了一個快速發(fā)展期，森林面積大幅度增加，并在改善全省區(qū)域生態(tài)環(huán)境、維持區(qū)域碳平衡等方面發(fā)揮了重要作用。在以往研究中，學(xué)者們針對我國不同省份的森林碳儲量分別進(jìn)行了研究[4-7]，并有學(xué)者針對河南省森林碳儲量問題進(jìn)行了相關(guān)研究[8，9]，但其研究結(jié)果主要反映的是河南省喬木林的碳儲量及其動態(tài)變化，并未考慮其他森林植被類型，造成估算結(jié)果偏低，不能準(zhǔn)確反映河南省全部森林植被的真實(shí)固碳能力。為此，本研究利用全國第七次森林資源清查數(shù)據(jù)，對河南省森林碳儲量及其碳匯價值進(jìn)行了估算，以期為今后評價全省森林植被CDM碳匯功能、計算綠色GDP以及建立森林碳生態(tài)效益補(bǔ)償機(jī)制提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

河南省位于黃河中下游，北緯31°23′-36°22′、東經(jīng)110°21′-116°39′，總面積16.7萬km2，其中山地、丘陵、平原面積分別占全省總面積的26.3%、18.0%、55.7%。河南省具有北亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風(fēng)氣候特點(diǎn)，年均氣溫為12.8～15.5 ℃，年均降雨量為784.8 mm。區(qū)域內(nèi)森林植被地帶性規(guī)律明顯，淮河流域以北是落葉闊葉林，淮河流域以南為常綠闊葉與落葉闊葉混交林[10]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所用數(shù)據(jù)來源于全國第七次（2008年）森林資源清查資料，資料中包括河南省各類林分資源的不同齡組、面積和蓄積量，以及經(jīng)濟(jì)林、灌木林、疏林和竹林的面積等數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 森林生物量的估算 森林碳儲量的估算是以森林生物量為基礎(chǔ)的。本研究運(yùn)用生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法推算林分生物量或碳儲量，再根據(jù)文獻(xiàn)報道推算經(jīng)濟(jì)林、疏林和灌木林、竹林生物量的相關(guān)資料估算其碳儲量。

1）林分生物量的估算。目前估算區(qū)域尺度的林分生物量方法有3種，平均生物量法、生物量擴(kuò)展因子法和生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法。其中，生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法是一種適用于我國且能很好地利用我國森林資源清查資料，更準(zhǔn)確估算生物量的方法。本研究采用方精云等[11，12]建立的各個林分類型生物量與蓄積量之間的回歸方程來估算河南省各林分的生物量，計算公式如下：

B=aV+b （1）

式中，B為每公頃生物量，V為每公頃蓄積量，a和b為計算參數(shù)。不同樹種的計算參數(shù)見表1[9，12，13]。

2）經(jīng)濟(jì)林生物量的估算。有關(guān)經(jīng)濟(jì)林生物量計算方法的研究較少，通常采用平均生物量密度23.7 t/hm2來計算經(jīng)濟(jì)林生物量[13]。由于森林資源清查數(shù)據(jù)僅提供了經(jīng)濟(jì)林的面積數(shù)據(jù)，因此本研究沿用此方法。

3）疏林、灌木林生物量的估算。由于全國森林資源清查數(shù)據(jù)中只提供了疏林、灌木林的面積。因此，疏林、灌木林的生物量利用我國秦嶺淮河以北的疏林、灌木林平均生物量值13.14 t/hm2[13]來進(jìn)行估算。

4）竹林生物量的估算。森林資源清查數(shù)據(jù)提供了毛竹和雜竹的面積數(shù)據(jù)，對于竹林生物量的估算采用郭兆迪等[3]的研究結(jié)果，即毛竹和雜竹的平均生物量密度分別為81.9和53.1 t/hm2。

1.3.2 碳儲量及碳密度的計算 森林碳儲量由生物量乘以碳轉(zhuǎn)換系數(shù)得到。由于不同植被類型，其樹種組成、年齡和種群結(jié)構(gòu)不同，碳轉(zhuǎn)化系數(shù)也存在不同[14]，國際上常用的轉(zhuǎn)化系數(shù)為0.45～0.50。根據(jù)李海奎等[15]的研究結(jié)果，不同樹種的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)為柏木0.503 4、黑松0.514 6、油松0.520 7、馬尾松0.459 6、杉木0.520 1、櫟類0.500 4、硬闊類0.483 4、楊樹0.495 6、泡桐0.469 5、闊葉混交林0.490 0、針葉混交林0.510 1、針闊混交林0.497 8，其他種類采用0.500 0。計算的森林植被碳儲量未包括林下草本層，凋落物層及林木根系等碳儲量。碳密度是指單位面積碳儲量。

1.3.3 碳匯經(jīng)濟(jì)價值估算 森林碳匯經(jīng)濟(jì)價值的評價參數(shù)主要是指碳匯價格，其單位是元/t。森林碳匯價格的估算方法主要有人工固定CO2成本法、造林成本法、碳稅法等，采用不同方法估算出的價值相差較大，目前尚缺乏公認(rèn)的評估森林生態(tài)系統(tǒng)固定CO2經(jīng)濟(jì)價值的方法。本研究采用造林成本法，即按272.7元/t（碳）來估算河南省森林植被的碳匯經(jīng)濟(jì)價值[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省森林植被總碳儲量

河南省森林植被的總碳儲量為8 090.72萬t（表2），其中，喬木林（包括針葉林、闊葉林和混交林）碳儲量6 976.12萬t，占86.22%；經(jīng)濟(jì)林605.89萬t，占7.49%；疏林、灌木林446.04萬t，占5.51%；竹林62.67萬t，占0.78%。可見，喬木林在全省森林吸收CO2、釋放氧氣、維護(hù)區(qū)域碳氧平衡中起著最重要的作用。從碳密度來看，河南省森林植被的平均碳密度為20.00 t/hm2，遠(yuǎn)小于全國森林的平均碳密度33.63 t/hm2[16]，而與山西省森林平均碳密度23.76 t/hm2相差不大[6]。其中，竹林的平均碳密度較大，為29.84 t/hm2；喬木林和經(jīng)濟(jì)林次之，分別為24.62 t/hm2和11.85 t/hm2；灌木林最小，為6.57 t/hm2。

2.2 河南省林分碳儲量分析

河南省林分總面積為283.36萬hm2，占全省森林總面積的70.06%，林分蓄積量12 936.12萬m3，總生物量為14 078.68萬t，碳儲量為6 976.12萬t（表3），占全國同期林分碳儲量的1.08%[3]。林分平均碳密度為24.62 t/hm2，比2003年全省林分平均碳密度23.64 t/hm2略微有所增加，但仍遠(yuǎn)小于全國和世界林分碳密度的平均值（全國為42.82 t/hm2[16]，世界為86.00 t/hm2[1]）。特別說明，林分不同于森林，主要是指喬木林。

2.2.1 河南省不同林分類型的碳儲量及碳密度 林分類型不同，其碳儲量和碳密度存在著很大差異[1]。河南省針葉林總碳儲量為534.65萬t，占林分總碳儲量的7.66%，其主要集中在柏木、油松和馬尾松3個優(yōu)勢樹種，分別為177.78萬t、130.18萬t和126.94萬t，三者占全部針葉林碳儲量的81.34%；闊葉林為5 584.44萬t，占總量的80.05%，其主要集中在櫟類和楊樹兩個優(yōu)勢樹種，分別為2 251.16萬t和2 563.89萬t，二者占全部闊葉林碳儲量的86.22%；混交林為857.03萬t，占總量的12.29%，其主要來自于闊葉混交林。說明河南省碳儲量主要集中在闊葉林，同其面積最大一致。

在3種林分類型中，混交林的平均碳密度最大，為26.35 t/hm2，其次為闊葉林，為25.59 t/hm2，最小的為針葉林，為16.41 t/hm2。各優(yōu)勢樹種碳密度差異較大，介于8.46～29.73 t/hm2之間；最大是柏木，最小為馬尾松，都屬于針葉林。高于全省平均碳密度的有黑松、火炬松、柏木、櫟類、楊樹、闊葉混交林和針闊混交林。

2.2.2 河南省不同齡組林分的碳儲量及碳密度 森林的碳儲量與森林的年齡組成密切相關(guān)。表4列出了河南省不同齡組林分的碳儲量及碳密度。從表4可以看出，全省不同齡組的林分碳儲量由大到小依次為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林，碳儲量主要集中于幼齡林和中齡林中，其總面積占全省林分面積的89.74%，碳儲量占全省林分碳儲量的81.74%。近熟林、成熟林及過熟林在全省內(nèi)的分布面積很小，占10.26%，其碳儲量卻占18.26%。與其所占的面積相比，近熟林、成熟林及過熟林的碳儲量要高于幼、中齡林，這是由于幼、中齡林的碳密度遠(yuǎn)低于成熟林的碳密度。同時，還可以看出，林齡組與碳密度幾乎呈正相關(guān)（成熟林碳密度略微有所降低），表現(xiàn)為林齡越大，對應(yīng)齡組的碳密度越高，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果幾乎一致[1，7，17]。所以，導(dǎo)致河南省森林碳儲量偏低的一個重要原因是幼、中齡林所占面積過大。

2.2.3 河南省不同起源林分的碳儲量及碳密度 起源不同，林分的碳儲量也不同。河南省天然林碳儲量為3 121.00萬t，占全省總碳儲量的44.74%；人工林碳儲量為3 855.12萬t，占55.26%。從發(fā)展趨勢上來看，人工林將是河南省森林碳儲量的主體（表4）。

從林齡組來看，天然林各齡組的平均碳密度均大于人工林，且天然林的碳密度與林齡組結(jié)果呈正相關(guān)，而人工林則是近熟林的碳密度最高（表4），這與馬琪等[7]在陜西省的研究結(jié)果一致。天然林和人工林都主要集中在面積比重較大的幼、中齡林中，碳儲量分別占83.68%和80.18%。

從林分類型來看，在可進(jìn)行比較的類型中除松樹林和軟闊林外，天然林各優(yōu)勢樹種碳密度均大于人工林（圖1）。天然林中，硬闊林（包括櫟類和其他硬闊類）的碳儲量最大，為2 412.90萬t，占天然林總碳儲量的77.31%；人工林中，軟闊林（包括楊樹、泡桐和其他軟闊類）碳儲量最大，為2 726.39萬t，占人工林總碳儲量的70.72%（表5）。在所有林分類型中，碳儲量以楊樹林最大，為2 563.89萬t（表1），占全省林分總碳儲量的36.75%，楊樹林全部屬于人工林，且大部分處于幼、中齡期，其固碳潛力巨大。因此，楊樹將在河南省人工林固碳過程中起主導(dǎo)作用。

2.3 河南省森林碳匯經(jīng)濟(jì)價值估算

根據(jù)森林資源清查資料計算統(tǒng)計結(jié)果，按照造林成本法計算得出河南省全部森林碳匯經(jīng)濟(jì)價值為220.63億元，其中，喬木林為190.24億元，經(jīng)濟(jì)林為16.52億元，疏林、灌木林為12.16億元，竹林為1.71億元。喬木林中，碳匯經(jīng)濟(jì)價值主要集中在楊樹和櫟類中，分別為69.92億元和61.39億元。

3 討論與結(jié)論

作為全球陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，森林在抑制全球溫室氣體濃度上升中發(fā)揮著重要作用，其碳儲量的變化是判定森林是大氣CO2“源”或“匯”的重要依據(jù)[18]。河南省2008年森林總碳儲量約為8 090.72萬t，其中喬木林碳儲量6 976.12萬t，占86.22%；而2003年全省喬木林碳儲量僅為4 673.43萬t[9]，5年間增加了2 302.69萬t，碳儲量的大幅度增加與同時期全省大范圍實(shí)施植樹造林、建設(shè)林業(yè)生態(tài)省，森林面積不斷擴(kuò)大有關(guān)。雖然全省森林碳儲量在不斷增加，但占全國同期森林碳儲量的比重仍然很小，僅為1.49%[16]。全省森林植被平均碳密度為20.00 t/hm2，遠(yuǎn)小于全國平均值33.63 t/hm2[16]。幼、中齡林所占面積過大，森林發(fā)育水平較低是導(dǎo)致河南省森林平均碳密度偏低的主要原因之一。對于大多數(shù)森林植被來說，隨著林齡級的增長，植被碳貯存密度會不斷增加，過熟林時達(dá)到最大[19]。這說明，隨著林齡的增長，河南省森林生態(tài)系統(tǒng)中占較大比重的幼、中齡林將會表現(xiàn)出很強(qiáng)的固碳能力。

從森林起源來看，2008年全省人工林碳儲量達(dá)到3 855.12萬t，占喬木林碳儲量的55.26%；而在人工林中，楊樹林碳儲量最大，達(dá)到了2 563.89萬t。因此，人工林，特別是楊樹林將會對今后該省森林固碳起主導(dǎo)作用。但目前全省人工林普遍存在樹種結(jié)構(gòu)單一、純林面積過大、生產(chǎn)力低下、病蟲害嚴(yán)重等問題[20]，致使全省森林固碳能力低于全國平均水平。因此，今后應(yīng)選取合適樹種構(gòu)建人工混交林，提高人工林經(jīng)營管理水平，將有利于增強(qiáng)全省森林植被碳匯功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 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，2000，20（5）：734-739.

[2] LAL R. Forest soils and carbon sequestration[J]. Forest Ecology & Management，2005，220（3）： 242-258.

[3] 郭兆迪，胡會峰，李 品，等.1977-2008年中國森林生物量碳匯的時空變化[J].中國科學(xué)：生命科學(xué)，2013，43（5）：421-431.

[4] 李 鑫，歐陽勛志，劉琪璟.江西省2001-2005年森林植被碳儲量及區(qū)域分布特征[J].自然資源學(xué)報，2011，26（4）：655-665.

[5] 王 磊，丁晶晶，季永華，等.江蘇省森林碳儲量動態(tài)變化及其經(jīng)濟(jì)價值評價[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，34（2）：1-5.

[6] 盧景龍，梁守倫，劉 菊.山西省森林植被生物量和碳儲量估算研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2012，28（31）：51-56.

[7] 馬 琪，劉 康，張 慧.陜西省森林植被碳儲量及其空間分布[J].資源科學(xué)，2012，34（9）：1781-1789.

[8] 賈松偉.河南省喬木林碳儲量動態(tài)變化及其碳匯經(jīng)濟(jì)價值估算[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，43（5）：149-153.

[9] 光增云.河南森林植被的碳儲量研究[J].地域研究與開發(fā)，2007，26（1）：76-79.

[10] 《河南森林》編輯委員會.河南森林[M].北京：中國林業(yè)出版社，2000.

[11] 方精云，陳安平，趙淑清，等.中國森林生物量的估算：對Fang等Science一文（Science， 2001， 291：2320～2322）的若干說明[J].植物生態(tài)學(xué)報，2002， 26（2）：243-249.

[12] FANG J Y， CHEN A P， PENG C H. Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J]. Science， 2001， 292： 2320-2323.

[13] 方精云，劉國華，徐嵩齡.我國森林植被的生物量和凈生產(chǎn)量[J].生態(tài)學(xué)報，1996，16（5）：497-508.

[14] LAMLOM S H， SAVIDGE R A. A reassessment of carbon content in wood： Variation within and between 41 North American species[J]. Biomass and Bioenergy， 2003， 25（4）： 381-388.

[15] 李?？?，雷淵才.中國森林植被生物量和碳儲量評估[M].北京：中國林業(yè)出版社，2010.

[16] 李?？?，雷淵才，曾偉生.基于森林清查資料的中國森林植被碳儲量[J].林業(yè)科學(xué)，2011，47（7）：7-12.

[17] 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，2001，12（1）：13-16.

[18] 于貴瑞.全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳蓄積[M].北京：氣象出版社，2003.

[19] 王效科，馮宗煒.中國森林生態(tài)系統(tǒng)植物固定大氣碳的潛力[J].生態(tài)學(xué)雜志，2000，19（4）：72-76.

[20] 李大銀.提高河南省人工林分質(zhì)量探討[J].河南林業(yè)科技，2005，25（3）：34-36.