郝 麗，徐娟娟，翟 園，張文靜

(1.陜西省氣候中心，西安 710014；2.陜西省氣象臺(tái)，西安 710014；3.西安市氣象局，西安 710016)

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在減緩溫室效應(yīng)、維持全球碳平衡中發(fā)揮極其重要的作用[1]。森林碳儲(chǔ)量問(wèn)題已成為相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者們的研究熱點(diǎn)，精確估算森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量，對(duì)評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能和經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。

陜西省地處我國(guó)西北地區(qū)東部的黃河中游，屬大陸性季風(fēng)氣候，從南向北分布有北亞熱帶、暖溫帶、中溫帶三個(gè)氣候帶，有濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)、半干旱甚至干旱等多種氣候類(lèi)型。獨(dú)特的氣候特征反映在植被分帶上，由南到北有北亞熱帶常綠落葉闊葉林地帶、暖溫帶落葉闊葉林地帶、森林草原地帶、溫帶草原地帶，主要分布在秦巴山區(qū)、關(guān)山、黃龍山和橋山[2]。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)陜西森林碳循環(huán)和碳儲(chǔ)量方面做了大量工作，但大多局限于森林吸收二氧化碳的估算，進(jìn)行空間分布和動(dòng)態(tài)對(duì)比研究的相對(duì)較少[3-5]。為此，使用IPCC(政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì))推薦的碳儲(chǔ)量計(jì)算方法，研究陜西省近30年森林碳儲(chǔ)量、碳密度的時(shí)空變化特征，研究結(jié)果對(duì)于陜西省開(kāi)展森林碳匯問(wèn)題的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 資料來(lái)源和研究方法

1.1 資料來(lái)源

森林資源清查一般每5年進(jìn)行一次，以省為單位，根據(jù)系統(tǒng)抽樣原理，通過(guò)對(duì)固定樣地進(jìn)行定期復(fù)查實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測(cè)從而達(dá)到掌握森林資源消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，全面了解森林資源現(xiàn)狀的目的。陜西省森林資源連續(xù)清查體系于1978—1979年建立，采用系統(tǒng)抽樣方法，以品字形8 km×4 km間距機(jī)械布點(diǎn)構(gòu)成抽樣體系框架，共布設(shè)固定樣地6 440個(gè)，樣地形狀為正方形，面積0.08 hm2。體系建立后，分別于1987、1990、1994、1999、2004、2009年和2014年進(jìn)行了7次復(fù)查。歷次復(fù)查，總體劃分、樣地的布設(shè)方法、數(shù)量、現(xiàn)狀和大小一直保持穩(wěn)定，僅樣木固定、調(diào)查內(nèi)容有所變化和增加。

所使用的森林資源數(shù)據(jù)是陜西省第1至第7次森林資源連續(xù)清查成果，包括陜西省及各地市區(qū)分樹(shù)種和齡級(jí)的面積和蓄積量。

1.2 研究方法

目前，推算區(qū)域尺度森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的方法，歸納起來(lái)主要有樣地清單法、生物量轉(zhuǎn)換因子法、箱式法、模型模擬法以及遙感估算法等，比較流行的是生物量轉(zhuǎn)換因子法。在對(duì)各種估算方法比較分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)科性質(zhì)，采用生物量轉(zhuǎn)換因子法中的IPCC方法估算森林碳儲(chǔ)量[6]。IPCC法是以森林蓄積、木材密度、生物量轉(zhuǎn)換因子和根莖比等為參數(shù)，建立材積源生物量模型，指導(dǎo)各國(guó)開(kāi)展森林生物量估算的方法[7]。IPCC法比較穩(wěn)定，像一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q，在較大的范圍內(nèi)使用。其基本公式為

(1)

式中：C為森林碳儲(chǔ)量，單位為t；Vi為第i個(gè)樹(shù)種的森林蓄積量，單位為m3，數(shù)據(jù)來(lái)源于陜西省歷次森林清查數(shù)據(jù)；Di為第i個(gè)樹(shù)種的基本木材密度，單位為t/m3；Bi為第i個(gè)樹(shù)種的樹(shù)干生物量轉(zhuǎn)換為地上部生物量的生物量擴(kuò)展因子，無(wú)量綱；Ri為第i個(gè)樹(shù)種的地下生物量與地上生物量的比值，無(wú)量綱；Ci為第i個(gè)樹(shù)種的生物量含碳率。不同樹(shù)種的基本木材密度、生物量擴(kuò)展因子、地下生物量與地上生物量的比值均采用《2005中國(guó)溫室氣體清單研究》[8]中的推薦值。

2 結(jié)果分析

2.1 碳儲(chǔ)量和碳密度的時(shí)間變化

根據(jù)陜西省7次森林清查資料計(jì)算了歷次森林碳儲(chǔ)量和碳密度，由圖1和表1可以看出，陜西省森林資源總體呈現(xiàn)出總量增加、質(zhì)量提高的發(fā)展態(tài)勢(shì)。主要體現(xiàn)在：一是森林面積增加，從20世紀(jì)80年代后期到2014年陜西省森林面積由4.35×106hm2增加到7.07×106hm2，凈增2.72×106hm2；二是森林資源總量增加，從20世紀(jì)80年代后期到2014年陜西省森林蓄積量由2.59×108m3增加到4.79×108m3，凈增2.20×108m3，歷次森林蓄積量?jī)粼隽坑?.04×107m3增加到8.27×107m3，森林蓄積量增長(zhǎng)速度加快；三是森林質(zhì)量有所提高，喬木林每公頃蓄積量由1987的59.54 m3/hm2增加到67.69 m3/hm2。

圖1 陜西省7次森林蓄積量和質(zhì)量清查結(jié)果

表1 陜西省森林碳儲(chǔ)量和碳匯動(dòng)態(tài)變化

近30年陜西省森林碳儲(chǔ)量顯著增加，由1987年1.21×108t增加到2014年2.38×108t，凈增1.17×108t。森林碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)出先緩慢上升后急速上升的特點(diǎn)，其中20世紀(jì)80年代后期至1999年(第1次至第4次清查期間)碳儲(chǔ)量由1.21×108t增加到1.53×108t，凈增加3.17×107t，年均增長(zhǎng)率1.95%；1999—2014年(第4次至第7次清查期間)森林碳儲(chǔ)量增長(zhǎng)率最高，碳儲(chǔ)量?jī)粼?.55×107t，年均增長(zhǎng)率達(dá)3.53%。1987—2014年凈碳匯量為1.17×108t，年均碳匯量為4.33×106t，森林碳增匯主要集中在2004—2014年間，這期間森林凈碳匯量為7.06×107t，對(duì)森林總碳匯的貢獻(xiàn)為60.28%，近30年森林碳匯量呈現(xiàn)先降低后升高的“V型”特征，碳匯最小值出現(xiàn)在第4次清查期間，最大值出現(xiàn)在第7次森林清查期[9]。從森林碳密度的狀況看，陜西省森林平均碳密度介于25～34 t/hm2，遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平(41 t/hm2)。從20世紀(jì)80年代后期到2014年陜西省森林平均碳密度由27.92 t/hm2增至33.73 t/hm2，凈增5.81 t/hm2，80年代后期碳密度先上升，隨后緩緩下降，到2004年降至最低，后又呈快速增長(zhǎng)特征。其中第5次與第6次清查期間碳密度增長(zhǎng)最明顯，凈增加5.91 t/hm2。

2.2 碳儲(chǔ)量和碳密度的空間分布

從2014年陜西省森林植被碳儲(chǔ)量的空間分布狀況看(圖2)，陜西森林碳儲(chǔ)量具有明顯的地帶性分布特點(diǎn)，呈現(xiàn)出陜南秦巴山地高，陜北高原和關(guān)中平原低的特征。森林碳儲(chǔ)量主要分布在秦巴山林區(qū)、關(guān)山林區(qū)、黃龍山林區(qū)和橋山林區(qū)，對(duì)應(yīng)行政管轄區(qū)為漢中、安康、商洛、寶雞和延安，其碳儲(chǔ)量占全省碳儲(chǔ)量的87.6%。其中，處于秦巴山林區(qū)的漢中森林碳儲(chǔ)量最大，為7.06×107t，占全省碳儲(chǔ)量的29.6%；其次為延安，其管轄區(qū)涉及黃龍山林區(qū)和橋山林區(qū)，對(duì)應(yīng)碳儲(chǔ)量占全省碳儲(chǔ)量的17.66%；安康、寶雞和商洛的森林碳儲(chǔ)量也較大，對(duì)應(yīng)碳儲(chǔ)量分別占全省碳儲(chǔ)量的16.42%、13.4%和10.52%。處于關(guān)中平原的西安、渭南、銅川、咸陽(yáng)碳儲(chǔ)量較小，分別占全省碳儲(chǔ)量的7.36%、1.49%、1.17%和1.5%；位于陜西省最北部的榆林，碳儲(chǔ)量最小，為2.11×106t，占全省碳儲(chǔ)量的0.88%。陜西省森林植被碳密度介于18.22～50.4 t/hm2(圖3)，其中西安最大，漢中和寶雞次之，榆林最低。西安、漢中和寶雞的碳密度高于全省平均碳密度(33.73 t/hm2)，其余各地區(qū)的碳密度均低于全省平均水平，而碳儲(chǔ)量占比較大的延安和安康碳密度分別為30.08 t/hm2和28.04 t/hm2，這是由于這兩地區(qū)的中、幼齡林所占面積過(guò)大，森林質(zhì)量較低造成對(duì)應(yīng)的碳密度較低。

從各地區(qū)的森林碳儲(chǔ)量變化(圖4、圖5)看，均呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，其中漢中、延安、安康和寶雞碳儲(chǔ)量變化較大，其余各地區(qū)變化不明顯。從各地區(qū)碳密度的變化看，各地區(qū)碳密度均呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，其中，榆林、咸陽(yáng)和渭南均是2009—2013年碳密度最低，其余地市均在2004—2008年碳密度最低。

圖2 2014年陜西省森林碳儲(chǔ)量的空間分布

圖3 2014年陜西省森林碳密度的空間分布

圖4 陜西省10地市森林碳儲(chǔ)量變化

圖5 陜西省10地市森林碳密度變化

3 結(jié)論

基于陜西省第1次至第7次森林資源清查數(shù)據(jù)，采用IPCC推薦的碳儲(chǔ)量計(jì)算方法，研究陜西省近30年森林碳儲(chǔ)量、碳密度的時(shí)空變化特征。

(1)陜西省森林資源總體呈現(xiàn)出總量增加、質(zhì)量提高的發(fā)展趨勢(shì)。近30年陜西省森林碳儲(chǔ)量顯著增加，由1987年1.21×108t增加到2014年2.38×108t，凈增1.17×108t，森林碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)出先緩慢上升后急速上升特點(diǎn)。森林碳增匯主要集中在2004—2014年間，凈碳匯量為7.06×107t，近30年森林碳匯量呈現(xiàn)先降低后升高的“V型”特征，森林平均碳密度介于25～34 t/hm2，遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平。

(2)陜西森林碳儲(chǔ)量具有明顯的地帶性分布特點(diǎn)，呈現(xiàn)出陜南秦巴山地高，陜北高原和關(guān)中平原低的特征。主要分布在秦巴山林區(qū)、關(guān)山林區(qū)、黃龍山林區(qū)和橋山林區(qū)，其中漢中森林碳儲(chǔ)量最大，其次為延安，榆林最小。陜西省森林植被碳密度介于18.22～50.4 t/hm2，其中，西安最大，漢中和寶雞次之，榆林最低。從各地區(qū)的森林碳儲(chǔ)量變化看，均呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，其中漢中、延安、安康和寶雞碳儲(chǔ)量變化較大，其余各地區(qū)變化不明顯。

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