張卓亞，楊 欣

(1.西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)旅游學(xué)院，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué)團(tuán)委，云南 昆明 650224)

銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)不同森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及碳密度評(píng)估

張卓亞1，楊 欣2

(1.西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)旅游學(xué)院，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué)團(tuán)委，云南 昆明 650224)

對(duì)銅壁關(guān)不同森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量、碳儲(chǔ)量和碳密度進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量為 237.408 6 tC，平均碳密度為 36.807 4 tC/hm2。其中，喬木生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為 37.567 1 tC/hm2，竹叢生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為 75.210 3 tC/hm2，灌木生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為 9.879 9 tC/hm2，經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為 11.850 1 tC/hm2。并針對(duì)評(píng)估結(jié)果與其他研究結(jié)果進(jìn)行了比較。

森林生態(tài)系統(tǒng)；碳儲(chǔ)量；碳密度；生物量；銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)

森林生態(tài)系統(tǒng)，是指以喬木、竹類和灌木等為主要生產(chǎn)者的陸地生態(tài)系統(tǒng)。森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能高、生物量大，不僅能夠提供木材和林副產(chǎn)品，還在維持生物圈的穩(wěn)定和改善生態(tài)環(huán)境尤其是固碳、釋氧等方面發(fā)揮重要作用。全球氣候變化是全球性的焦點(diǎn)問題，森林碳匯的問題越來越被國家和學(xué)者所重視[1-4]。森林生態(tài)系統(tǒng)是地球生物圈的重要組成部分，是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的有機(jī)碳庫，占其有機(jī)碳儲(chǔ)量的76%～98%[5]。全球森林植被的碳儲(chǔ)量占全球植被碳儲(chǔ)量的86%[6]。

植物通過光合作用吸收二氧化碳。放出氧氣，把大氣中的碳固定在植被和土壤中，然后就清除了大氣中的二氧化碳。這種以降低大氣中二氧化碳來減緩氣候變化的活動(dòng)屬于碳匯林業(yè)。由于森林植被碳儲(chǔ)量儲(chǔ)存了陸地植被地上部分80%的有機(jī)碳,因此，森林植被碳儲(chǔ)量對(duì)現(xiàn)在及未來的碳平衡和氣候變化都具有重要影響。

森林植被碳儲(chǔ)量是固碳能力的重要標(biāo)志,既是評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及森林質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的基礎(chǔ)，更是聯(lián)合國氣候變化框架協(xié)議和千年發(fā)展的重要內(nèi)容。

關(guān)于森林碳儲(chǔ)量的計(jì)算從20世紀(jì)60年代開始，由于數(shù)據(jù)來源、實(shí)際數(shù)據(jù)采集和計(jì)算方法、計(jì)算參數(shù)等方面的差異性，對(duì)森林碳儲(chǔ)量的評(píng)價(jià)結(jié)果差別較大。對(duì)于銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)來說，雖然它的地理優(yōu)勢(shì)和位置非常關(guān)鍵，但尚未見到關(guān)于其森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量前期研究的報(bào)道。

通過對(duì)銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲(chǔ)量的研究，有利于了解其森林生物量以及儲(chǔ)碳能力，同時(shí)有利于制定一系列的對(duì)策來增加碳匯率，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

1 研究區(qū)域概況

銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)位于云南省西南部的德宏傣族景頗族自治州境內(nèi)，地理位置為東經(jīng)97°31′～97°46′，北緯23°54′～24°51′，包括盈江片區(qū)、隴川片區(qū)、瑞麗片區(qū)(圖1)。保護(hù)區(qū)總面積為73 215.87 hm2，地形為不連續(xù)的狹長形，西部邊緣全部與緬甸接壤，是滇西中緬邊境上的以保護(hù)熱帶雨林、季雨林和南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林及其珍稀動(dòng)植物種類為主要目標(biāo)的自然保護(hù)區(qū)[7]。

圖1 銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)位置Fig.1 Location of Tongbiguan Nature Reserve

銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)是唯一分布在我國境內(nèi)伊洛瓦底江流域熱帶區(qū)域的自然保護(hù)區(qū)，歷史上沒有受到第四紀(jì)冰河期的影響，使其成為許多古老生物類群的避難所，保存了許多古老原始的動(dòng)植物種類，是我國印—緬熱帶生物地理區(qū)系資源最集中、最典型的區(qū)域[7]。

保護(hù)區(qū)內(nèi)的主要森林類型為：熱帶季節(jié)雨林，以阿薩姆娑羅雙樹林為主；熱帶季雨林，以四數(shù)木、心葉樹、黃蘭、山合歡等組成；熱帶山地雨林，以肋果茶、粗壯石櫟、細(xì)青皮、糖膠樹等組成；季風(fēng)常綠闊葉林，以刺栲、短刺栲、小果栲、思茅栲、截頭石櫟等組成；落葉闊葉林，中山濕性常綠闊葉林，以石櫟等組成；中山頂部方竹林[7]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心提出的《中國陸地生態(tài)系統(tǒng)分類體系》，對(duì)銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和整理，根據(jù)實(shí)際情況，將該地的森林生態(tài)系統(tǒng)分為喬木生態(tài)系統(tǒng)、竹叢生態(tài)系統(tǒng)、灌木生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)。本文以植被碳儲(chǔ)量為主要討論內(nèi)容，不涉及枯落物碳儲(chǔ)量及土壤碳儲(chǔ)量。

根據(jù)《云南銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)科學(xué)考察研究》[7]，對(duì)銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)的土地利用面積及森林植被的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，將其森林生態(tài)類型大致合并劃分為幾個(gè)大類(表1)。

表1 銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)類型

2.2 森林生態(tài)系統(tǒng)生物量計(jì)算

2.2.1 喬木生態(tài)系統(tǒng)生物量

采用方精云等建立的回歸方程對(duì)森林生物量進(jìn)行估計(jì)[8]，回歸方程為：

Bt=aV+b

式中:Bt為喬木林生物量(Mg),V為森林蓄積量(m3)，a和b為參數(shù)。各優(yōu)勢(shì)樹種的計(jì)算參數(shù)見表2[8]。

在銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)，主要森林為櫟類，其次為硬闊類、榿木、殼斗、山茶科、龍腦香等。在計(jì)算中，將龍腦香以熱帶林標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，其他分別以櫟類、樺木、其他硬闊類等林分類型來計(jì)算。

2.2.2 竹林生態(tài)系統(tǒng)生物量

銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)分布有熱性竹林、暖性竹林、暖溫性竹林。竹林的總生物量由總株數(shù)和平均單株生物量推算。方精云在計(jì)算竹林時(shí)引用聶道平的研究結(jié)果：單株生物量與立竹密度(林分密度)之間無相關(guān)關(guān)系，在2 788～4 545株/hm2密度范圍中， 單株生物量變動(dòng)于22.35～22.62 kg/株。

2.2.3 灌木生態(tài)系統(tǒng)生物量的計(jì)算

疏林、灌木林生物量的計(jì)算公式為：

Bw=ρwSw

式中：Bw為疏林、灌木林總生物量(Mg)，ρw為單位面積疏林、灌木林生物量(Mg/hm2)，Sw為疏林、灌木林面積(hm2)。

表2 各優(yōu)勢(shì)樹種生物量和蓄積量轉(zhuǎn)換模型參數(shù)

灌木林的生物量利用我國秦嶺淮河以南的灌木林平均生物量值19.76 Mg/hm2[8]。

2.2.4 經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)生物量的計(jì)算

經(jīng)濟(jì)林生物量的計(jì)算公式為：

Be=ρeSe

式中：Be為經(jīng)濟(jì)林總生物量(Mg)，ρe為單位面積經(jīng)濟(jì)林生物量(Mg/hm2)，Se為經(jīng)濟(jì)林面積(hm2)。

單位面積經(jīng)濟(jì)林平均生物量采用我國經(jīng)濟(jì)林的平均生物量23.7 Mg/hm2[8]。

2.3 森林植被碳儲(chǔ)量和碳密度計(jì)算

1)碳儲(chǔ)量計(jì)算公式為：

C=BCc

式中：C為碳儲(chǔ)量(Mg)，Cc為含碳率。

2)碳密度計(jì)算公式為：

Cd=C/S

式中：Cd為碳密度(Mg/hm2)，C為碳儲(chǔ)量(Mg)，S為森林面積(hm2)。

按照植物干有機(jī)物中碳所占的比重來計(jì)算植物生物量與碳儲(chǔ)量的關(guān)系。國際上常用的含碳率為0.45和0.5。研究發(fā)現(xiàn)，我國喬木樹種平均含碳率值均大于0.45，用0.5作為含碳率要優(yōu)于0.45[9]。因此，本文在用生物量計(jì)算碳儲(chǔ)量時(shí)采用含碳率0.5。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量評(píng)價(jià)

銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)林分蓄積量為 4 377 966 m3。其中櫟類蓄積量達(dá) 1 414 280 m3，硬闊類達(dá) 1 104 740 m3，龍腦香蓄積量為 4 580 m3，榿木等蓄積量為 876 830 m3。根據(jù)公式計(jì)算銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量(表3)。

表3 銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量

在銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)中，因?yàn)橹饕诸愋蜑闄殿惡蜆伳镜?，所以碳?chǔ)量占較大比例。龍腦香科植被雖然占的比例不高，但它是保護(hù)區(qū)主要的保護(hù)植物種類。

3.2 竹叢生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量評(píng)價(jià)

在銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，熱性竹林以黃竹林為主，平均立竹度為 6 000～9 000 稈/hm2，平均單稈重為20～30 kg[7]。在熱性竹林中取平均竹叢度數(shù)和立竹度及平均單稈重。

暖性竹林以云南方竹林為主，平均立竹度為 80 000～110 000 稈/hm2，平均單稈重為0.9～1.2 kg[7]。在暖性竹林中取平均竹叢度數(shù)和立竹度及平均單稈重。

暖溫性竹林為玉山竹林，平均立竹度為 150 000～200 000 稈/hm2，單稈重為0.4～0.7 kg[7]。在暖溫性竹林中取平均竹叢度數(shù)和立竹度及平均單稈重。

竹林的生物量用總株數(shù)乘以平均單株生物量推算(表4)。

表4 銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)竹叢生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量

3.3 灌木生態(tài)系統(tǒng)及經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量評(píng)價(jià)

根據(jù)公式，將灌木生態(tài)系統(tǒng)及經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量計(jì)算如表5所示。

表5 銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)灌木生態(tài)系統(tǒng)及經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量

3.4 不同森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量

從表6可知，銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林植被平均碳密度為 36.807 4 tC/hm2。這個(gè)數(shù)據(jù)比云南省森林植被平均碳密度23.58 tC/hm2要高[10]，而低于基于2009—2013年第八次全國森林資源連續(xù)清查的42.75 tC/hm2[11]。

表6 銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)不同森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量與碳密度

經(jīng)濟(jì)林、灌木生態(tài)系統(tǒng)的碳密度與其他研究結(jié)果[10-11]相同。但是竹林生態(tài)系統(tǒng)的75.2103 tC/hm2的碳密度遠(yuǎn)大于蔡麗莎等計(jì)算的0.27 tC/hm2[10]和燕騰等計(jì)算的23.73 tC/hm2的值[11]。其他研究根據(jù)雜竹的平均生物量來計(jì)算生物量，本研究根據(jù)科學(xué)考察實(shí)際數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)論與討論

1)銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量為 237.408 6 tC，平均碳密度為 36.807 4 tC/hm2。其中，喬木生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為 37.567 1 tC/hm2，竹叢生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為 75.210 3 tC/hm2，灌木生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為 9.879 9 tC/hm2，經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為 11.850 1 tC/hm2(圖2)。

圖2 銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)不同森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度對(duì)比Fig.2 Comparison of carbon density of different forest ecosystems in Tongbiguan Nature Reserve

2)喬木生態(tài)系統(tǒng)的碳密度與云南省其他研究結(jié)果相差不大，經(jīng)濟(jì)林、灌木生態(tài)系統(tǒng)的碳密度與其他研究結(jié)果相同，但竹叢生態(tài)系統(tǒng)的碳密度遠(yuǎn)高于其他計(jì)算結(jié)果。其他研究根據(jù)雜竹的平均生物量來計(jì)算，本研究通過科學(xué)考察實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

3)文中僅探討了銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)的不同森林類型的4種生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量，對(duì)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、耕地生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)等沒有涉及。

4)因受數(shù)據(jù)來源的局限，對(duì)銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)的碳儲(chǔ)量沒有做時(shí)間上的動(dòng)態(tài)分析。

[1] FANG J Y, GUO Z D, HU H F， et al.Forest biomass carbon sinks in East Asia, with special referece to the relative contributions of forest expansion and forest growth[J]. Global Change Biology, 2014, 20(6): 2019-2030.

[2] 楊延征，馬元丹，江洪，等．基于IBIS 模型的1960-2016年中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支格局研究[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36(13)：3911-3922．

[3] 郭含茹， 張茂震， 徐麗華，等．不同采樣密度下縣域森林碳儲(chǔ)量仿真估計(jì)[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36(14)：4373-4385．

[4] 劉世榮，代力民，溫遠(yuǎn)光，等．面向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營: 現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與展望[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35(1): 0001-0009．

[5] WOODWELL G M，WHITTAKER R H，RENINERS W A，et al． The biota and the world carbon budget[J]．Science，1978，199(4325) : 141-146．

[6] 劉世榮．生態(tài)學(xué)學(xué)科發(fā)展報(bào)告(2011-2012) [M]．北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2012．

[7] 楊宇明,杜凡.云南銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)科學(xué)考察研究[M].昆明:云南科技出版社,2006.

[8] 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(bào)，1996，16(5):497-508．

[9] 王效科,馮宗煒.森林生態(tài)系統(tǒng)生物量和碳儲(chǔ)量的研究歷史[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1996.

[10] 蔡麗莎.云南省森林植被碳儲(chǔ)量及動(dòng)態(tài)變化研究[D]．昆明：西南林學(xué)院，2009.

[11] 燕騰，彭一航，王效科，等.云南省森林生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲(chǔ)量及碳密度估算[J].西部林業(yè)科學(xué)，2015，44(5)：62-67.

Evaluation of Carbon Storage and Density of Different Forest Ecosystems in Tongbiguan Nature Reserve

ZHANG Zhuoya1, YANG Xin2

(1.Faculty of Ecotourism, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China; 2.Communist Youth League Committee, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China)

This paper evaluated the biomass, carbon storage and density of different forest ecosystems in Tongbiguan Nature Reserve. The results showed that the total forest carbon storage and average carbon density of the forest ecosystem in Tongbiguan Nature Reserve were respectively 237.4086tC and 36.8074tC/hm2, in which the average carbon density of the arbor ecosystem was 37.5671tC/hm2, the bamboo clump ecosystem was 75.2103tC/hm2, the shrub ecosystem was 9.8799tC/hm2, and the economic forest ecosystem was 11.8501tC/hm2. The evaluation results were compared with other research.

forest ecosystem; carbon storage; carbon density; biomass; Tongbiguan Nature Reserve

2017-05-18.

云南省教育廳科學(xué)研究基金(2017ZZX210).

張卓亞(1984-)，女，講師.主要從事生態(tài)評(píng)估及環(huán)境遙感應(yīng)用研究.Email:zhangzhuoya2011@163.com

楊 欣(1981-)，男，助理研究員.主要從事生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究.Email:yangxin@swfc.edu.cn

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.05.004

S759.9;S718.557;P461.7

A

1671-3168(2017)05-0020-05