(重慶師范大學 地理與旅游學院,重慶 401331)

重慶市人均森林碳儲量與碳匯林造林樹種選擇

肖卓勇,陳國建,張 超,李春娟

(重慶師范大學 地理與旅游學院,重慶 401331)

近年來,全球變暖日漸明顯，主要原因是人類社會生產(chǎn)生活產(chǎn)生的溫室氣體排放,大面積的森林砍伐與草原濕地破壞減少了原有碳匯,加劇了氣候變暖的趨勢。因此,開展具有節(jié)能減排效果的植樹造林是增加碳匯的重要手段?；诖?以重慶市為例,結合重慶市森林資源公報的最新數(shù)據(jù)資料,采用蓄積量法,計算得到重慶市森林固碳總量為5931.78萬t。其中，都市功能核心區(qū)和都市功能擴展區(qū)為259.68萬t，占4.38%；城市發(fā)展新區(qū)為1233.69萬t，占20.80%；渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)為2587.2萬t，占43.62%；渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)為1851.21萬t，占31.20%。在地域分布上,主要以城口縣、巫溪縣等縣區(qū)人均碳蓄積量最高。根據(jù)重慶市提供的立地條件,最佳的碳匯林樹種搭配方式為:柳杉、包石櫟、木荷、櫟類。

氣候變暖;節(jié)能減排;林業(yè)設計;碳匯林;重慶市

全球變暖的趨勢已成為一個不爭的事實。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量的日益增長,能源消耗與污染物排放劇增,對地球產(chǎn)生了不可估量的影響。因此,世界上眾多的國際組織與科研機構合作,致力于節(jié)能減排方式方法探討,取得了不菲的成績。國際上常用的方法主要從溫室氣體的工農(nóng)業(yè)來源、森林來源、廢物來源著手,開展了農(nóng)林業(yè)、工業(yè)、交通運輸、環(huán)境工程溫室氣體減排與控制技術研究,提出了清潔發(fā)展機制開發(fā)與方法學。

碳匯林業(yè)是指利用森林的直接固碳作用和間接固碳作用[21],通過植樹造林、加強森林經(jīng)營管理保護等措施,最大限度地吸收和固定大氣中的二氧化碳,然后按照國際上通用的碳匯交易規(guī)則,將碳匯納入市場交易的過程。實踐表明,植樹造林是應對氣候變化最經(jīng)濟、最現(xiàn)實的手段，通過各種加工方式生產(chǎn)的林產(chǎn)品,將林木吸存的碳轉化為林產(chǎn)品形式予以存儲。據(jù)專家統(tǒng)計,生產(chǎn)同等質量的材料,木質原材料消耗的能源是水泥的1/4、塑料的1/45、鋼的1/60、鋁的1/130。1t木材所釋放的熱量相當于500kg石油,而所釋放的CO2卻很少,從而減少碳排放[21]。

近年來,王加軍提出了新江實驗林場碳匯林建設的造林設計[1]。針對現(xiàn)實情況,我們應建立森林資源開采、流轉、使用的評估體系,加強對森林資源的保護和利用,防止森林用地與配套生產(chǎn)資料的缺失[2]。同時,還應督促自愿碳匯基金設計,拓寬我國森林生態(tài)保護資金的來源[5]。通過林業(yè)碳匯期貨、期權交易,“林業(yè)碳匯儲蓄”產(chǎn)品投入交易市場[3]。在技術層面上,造林時應注重鄉(xiāng)土植物的應用,通過最優(yōu)的復層綠化結構配置可增強碳匯;在園林建筑、小品設計時就地取材,充分利用可再生能源就能減少碳排放[4]。研究表明,杭州市域“造林再造林”投入優(yōu)化一般可增加蓄積量3279.68m3/a,“森林管理”投入優(yōu)化可增加蓄積量29871.23m3/a,“森林采伐”投入優(yōu)化可增加蓄積量111959.19m3/a,“森林固碳”產(chǎn)出優(yōu)化可增加固碳總量7.61Tg/a[6]。另有學者提出對植物的篩選,合理進行植物配置,在高速公路綠化景觀設計中達到了吸收碳匯的效果[7];郭月峰[8]以最大碳匯為目標,研究區(qū)域內(nèi)小流域碳儲量較配置前增加了2.29x107kg,增長了10.36%;潘磊等收集分析了三峽庫區(qū)的森林生產(chǎn)力,對其可能的變化進行了預測[9];曾立雄[10]對三峽庫區(qū)不同植被類型的生物量與生產(chǎn)力進行了初步研究,為本研究提供了良好的思路與基礎。

總之,國內(nèi)外研究主要集中在生物生產(chǎn)力模型、生物量和碳匯如何進入市場交易的問題，但就如何通過生產(chǎn)力、生物量的研究上升到林業(yè)設計運用上的研究較少。在規(guī)?；癄I造碳匯林方面,組成樹種的固碳能力是決定碳匯林質量的關鍵因素[20]。因此,通過對森林生物碳庫的計算,并根據(jù)重慶市的土壤、水分、光熱等立地條件,在相關學者研究成果的基礎上,按照造林學的方法原則進行造林樹種的選擇,篩選出三峽庫區(qū)碳匯量吸收最強的樹種[17],結合最佳的樹木生長條件和生長過程中最佳的碳吸收效果,探求最佳碳減排效果的林業(yè)發(fā)展模式。

1 研究區(qū)域概況

重慶位于中國內(nèi)陸西南部,地跨東經(jīng)105°11′—110°11′、北緯28°10′—32°13′,屬于長江上游地區(qū),東西長470km,南北寬450km,地形以山地丘陵為主,且山地面積為76%,故有“山城”之稱。轄區(qū)內(nèi)主要山脈分別是武陵山、大巴山、大婁山、巫山。該區(qū)域屬亞熱帶季風性濕潤氣候,年平均氣溫在16—18℃,常年降雨量達1000—1450mm,其中5—9月降水最為集中,給境內(nèi)的長江、大寧河、嘉陵江、涪江、綦江、烏江帶來了豐富的雨水補給區(qū)域內(nèi)。日照百分率在國內(nèi)同緯度地區(qū)偏低,為25%—35%,具體年日照時數(shù)為1000—1400h。該區(qū)域土壤主要為水稻土、紫色土、紅壤、新積土、黃壤、棕壤、黃棕壤土、黃褐土等,多樣化的土壤結合豐富的氣候資源,為重慶地區(qū)的造林綠化提供了契機。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文通過查閱相關的資料,數(shù)據(jù)主要來自于2015年的《重慶市森林資源公報》和《重慶市統(tǒng)計年鑒》(表1)。

表1 重慶市森林與人口數(shù)據(jù)

2.2 研究方法

國內(nèi)外關于估算森林生物碳庫的方法較多,按照其估算方式的不同可分為生物量法、碳密度換算法、蓄積量法、遙感估算法、生物量清單法、模型模擬法、渦度相關法、弛豫渦旋積累法、同化量法、箱式法等,這些為后來研究森林生物碳庫提供了計算方法。經(jīng)過多種對比與實際操作的考慮,本文主要選擇蓄積量法與碳密度換算法相結合來進行研究。

蓄積量法:蓄積量法是基于森林蓄積量數(shù)據(jù)的碳估算方法。根據(jù)對森林主要樹種抽樣實測,得出森林中主要樹種的生物量;由森林資源清查資料中森林的總蓄積量求出總生物量;利用生物量與碳密度的轉換系數(shù)求得森林的碳儲量。在具體過程中,由于公報中的林木蓄積相關數(shù)據(jù)并未指出其中針葉林與闊葉林的比例,根據(jù)公報中其他數(shù)據(jù)推導,按照針葉林與闊葉林所占比例為1∶1取值,得到木材的碳量為0.29t/m3。為了保證換算的精度,參照德國學者得出的換算標準,木材碳儲量(t/m3)的換算因子見表2[21]。參照法國碳匯計算方法,從木材體積到碳噸數(shù)的換算因子為:1m3木材=0.28t碳(針葉林和楊樹)、1m3木材=0.30t碳(除楊樹外的闊葉林)。對其他木質生物量中的碳儲量以立木數(shù)據(jù)為基礎,根據(jù)換算因子進行估計。對闊葉樹和針葉樹,根樁和根部的碳儲量分別為18%和0.22%。樹葉、地被植物和森林土壤中的碳含量使用的換算因子為:闊葉樹和楊樹的樹葉碳儲量為3.4t/hm2、針葉樹的樹葉碳儲量為9.6t/hm2、地被植物的碳儲量為1t/hm2、森林土壤的碳儲量為70t/hm2。

表2 樹種單位材積與碳儲量換算因子

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 重慶市森林固碳量統(tǒng)計

重慶市森林固碳總量為5931.78萬t。其中，都市功能核心區(qū)和都市功能擴展區(qū)約為259.68萬t，占4.38%；城市發(fā)展新區(qū)為1233.69萬t，占20.80%；渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)為2587.2萬t，占43.62%；渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)為1851.21萬t，占31.20%,見圖1。從經(jīng)濟發(fā)展水平看,都市功能核心區(qū)和都市功能擴展區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平最高,人口分布更加稠密,人均對應的森林面積最少,其中對應的人均碳蓄積量最低為大渡口區(qū)(0.05t/人)[14],最高為重慶市東北的城口縣(25.26t/人)。該區(qū)域位于大巴山南麓,森林覆蓋率較高、人口較少,因此人均擁有的森林面積較廣,生態(tài)環(huán)境較好。在地域分布格局上,重慶市主要以渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)的城口縣、巫溪縣,渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)的石柱縣、武隆縣、酉陽縣人均碳蓄積量最高(表3、圖2)，而中西部地區(qū)人均碳蓄積量較少,主要是因為城市的擴張和人口的遷移所致。在森林資源固碳量處于相對穩(wěn)定狀態(tài)的前提下,人口增減使人均擁有森林固碳量增多或減少[16]。人均碳蓄積量減少在一定程度上反映了所在區(qū)域的環(huán)境承載力和生態(tài)穩(wěn)定度的降低。因此,應進一步優(yōu)化森林系統(tǒng),科學合理地進行林業(yè)設計與規(guī)劃建設,以利于重慶市中西部地區(qū)生態(tài)容量的擴容,改善當?shù)氐娜司迎h(huán)境,體現(xiàn)出森林的良好生態(tài)效應。

圖1 重慶市森林資源固碳量區(qū)域分布(萬t)

表3 重慶市林木蓄積量與人均蓄積量統(tǒng)計

3.2 重慶市優(yōu)勢樹種碳匯指標

重慶市主體位于三峽武陵山雪峰山森林立地區(qū)與四川盆地周圍山地森林立地區(qū)[11,13,19]，此區(qū)域主要的常綠闊葉林樹種有栲、米櫧、包石櫟、潤楠、油樟等,針葉林以杉木、柳杉生長較好，因此宜大力發(fā)展杉木、馬尾松、櫧、栲、木荷、櫟、華山松、巴山松、水青岡、櫟類等[22];在低山宜選擇馬尾松、杉木、柳杉、柏木及樟、楠、櫟等樹種[11]。一般認為,在自然生長條件較穩(wěn)定的情況下,植物的固碳效益主要取決于生物含碳率(CF)、地下生物量/地上生物量比值(R)、基本木材密度(D)、生物量擴展因子(BEF)等因素。綜合上述因素并結合表4與圖3分析,從生物量擴展因子(BEF)來看,以柳杉、木荷、華山松為最大碳匯搭配[15]。在生物含碳率(CF)方面,以柳杉、華山松、杉木為最宜。地下生物量/地上生物量的比值(R)相比較,以包石櫟、櫟類、油樟最佳。此外,比較基本的木材密度可知，包石櫟、櫟類、木荷密度最大,說明其固碳能力較佳。

圖2 重慶市林木人均碳蓄積量分布

表4 優(yōu)勢植物種類碳匯指標

圖3 優(yōu)勢植物種類碳匯指標狀

4 結論與討論

林業(yè)專家認為,發(fā)展現(xiàn)代林業(yè)是應對氣候變化、減排增匯的重要途徑。在林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)基礎研究方面,重點研究林業(yè)碳匯的增匯、適應機制、計量監(jiān)測、造林再造林[18]等關鍵技術等。

本研究通過運用碳匯造林項目方法學中的計量方法總結可知:①重慶市森林固碳總量為5931.78萬t。其中,都市功能核心區(qū)和都市功能擴展區(qū)為259.68萬t，占4.38%；城市發(fā)展新區(qū)1233.69萬t，占20.80%；渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)2587.2萬t，占43.62%；渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)1851.21萬t，占31.20%。未來的造林區(qū)域應重點布局在都市功能核心區(qū)、都市功能擴展區(qū)和城市發(fā)展新區(qū)中的宜林荒地,增加城區(qū)發(fā)展中的綠地,補足因城市建設占地而減少的人均碳儲量,提供給居民更多的新鮮氧氣與綠色休閑空間。同時,在較為偏遠的渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)與渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū),保持發(fā)展經(jīng)濟與保護生態(tài)俱佳的平衡狀態(tài),落實有關保護生態(tài)環(huán)境的措施要求。根據(jù)“適地適樹”原則,選好水土保持效益良好的喬灌草進行栽種,維護與發(fā)展好山清水秀的人居環(huán)境。②重慶作為長江上游段生態(tài)屏障的重要節(jié)點,選擇重要樹種進行水土保持林與碳匯林建設十分重要,這是國家生態(tài)文明建設新的支撐點。因此,根據(jù)“適地適樹”的原則和我國綠色碳基金造林項目碳匯計量中的碳匯指標排序，研究選取了包石櫟、潤楠、油樟、杉木、柳杉、馬尾松、木荷、櫟類、華山松、巴山松、柏木等11種優(yōu)勢樹種進行了分因子評估。在生物含碳率方面,以柳杉、華山松、杉木為最宜;地下生物量與地上生物量相比較,以包石櫟、櫟類、油樟最佳。比較木材密度可知,包石櫟、櫟類、木荷密度最大,說明它們的固碳能力較佳。從生物量擴展因子來看,以柳杉、木荷、華山松為最大碳匯搭配。綜合上述分析,我們認為最佳的樹種搭配方式為:柳杉、包石櫟、木荷、櫟類。此結果對造林樹種的選取具有科學的參考意義,依此實施有助于重慶地區(qū)碳減排最大化[18]。③由于本文獲取的數(shù)據(jù)資料有限,只能進行大尺度的研究結果評估,其結論適宜大范圍的碳匯林樹種選擇。對部分自然地理環(huán)境、生態(tài)條件特殊且與主體不符的區(qū)域,需要進一步進行有針對性的估算與研究,細化樹種搭配,以取得更佳的碳匯效果。

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PerCapitaForestCarbonStorageandCarbonSequestrationAfforestationSpeciesSelectioninChongqingCity

XIAO Zhuo-yong,CHEN Guo-jian,ZHANG Chao,LI Chun-juan
(School of Geography and Tourism Science,Chongqing Normal University,Chongqing 401331,China)

In recent years,the characteristics of global warming were becoming more and more obvious.The major reasons were greenhouse gas emission that related to human productions and activities.Besides,the decreasing in forest and grassland wetland was reduced the original carbon sinks,which accelerated the trend of global warming.And how to carry out the afforestation that benefited to energy conservation and emission reduction was an important means to increase carbon sinks.For such purpose,taking Chongqing as an example,according to the latest data of Chongqing forest resources,by using stock volume method,the total number of forest carbon sequestration was 59.3178 million tons among which the core area of urban functions and urban extensions area accounted for 2596800 tons(4.38%),the new urban development district accounted for 12336900 tons(20.80%),northeast of Chongqing ecological conservation area occupied 25872000 tons(43.62%),the ecological protection and development zone in southeast took up 1851.2100 tons(31.20%).In regard to geographical distribution,the counties like Chengkou and Wuxi had the highest per capita carbon storage.Because of Chongqing′s unique geographical condition,the optimum tree species for Chongqing′s afforestation in future should be:Japanesecedar,oakLithocarpus,Schima,Oak.

climate warming;energy conservation;forestry design;forest carbon sinks;Chongqing City

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.03.009

X820.3

A

1005-8141(2017)03-0307-04

2017-01-08；

2017-02-22

國家自然科學基金項目(編號:41471234);重慶市基礎與前沿研究計劃項目(編號:cstc2015jcyjBX0141);重慶市自然科學基金項目(編號:CSTC,2010BB0326);重慶市教委社科基金項目(編號:08JWSK043);重慶師范大學博士基金項目(編號:05XLB)。

肖卓勇(1991-),男,湖南省婁底人,碩士研究生,主要從事水土保持研究。

陳國建(1975-),男,四川省達州人,博士,副教授,主要從事水土保持和生態(tài)修復研究。