張立民 任軍 呂夢燕 王曉娜 毛赫

摘 要：森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是陸地上最大的儲碳庫，是重要的碳源和碳匯。估算森林植被碳儲量，有助于編制溫室氣體清單，體現(xiàn)林業(yè)在應(yīng)對氣候變化中的重要作用。主要介紹了基于IPCC法對森林植被碳儲量進(jìn)行監(jiān)測和評估的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：IPCC;估算;森林植被;碳儲量

文章編號：1004-7026（2019）23-0077-03? ? ? ? ?中國圖書分類號：S718.5? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

全球氣候變化是當(dāng)今社會亟待解決的重大生態(tài)環(huán)境問題之一，是全球面臨的重大挑戰(zhàn)，導(dǎo)致全球氣候變化的主要因素是溫室氣體增加[1]。因?yàn)镃O2濃度快速上升引起的溫室效應(yīng)，造成森林銳減、土地退化、環(huán)境污染、生物多樣性減少等嚴(yán)重生態(tài)問題。全球和區(qū)域碳循環(huán)已成為全球變化研究和宏觀生態(tài)學(xué)的核心研究內(nèi)容之一[2]。

陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體是森林，因此森林是最大的陸地碳儲庫。科學(xué)合理計量與監(jiān)測林業(yè)碳匯及其動態(tài)變化，已成為應(yīng)對全球氣候變化工作的迫切需要?！禝PCC土地利用、土地利用變化和林業(yè)（LULUCF）優(yōu)良做法指南》和《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》為計量林業(yè)相關(guān)活動導(dǎo)的溫室氣體源/匯變化提供了技術(shù)指導(dǎo)。

估算森林植被單位面積生物量是通過蓄積量與生物量之間關(guān)系獲得的，再通過查閱各種近期文獻(xiàn)資料取得喬木林各樹種消耗率和生長率，估算出森林植被碳密度、碳儲量和年固碳量，開展此技術(shù)研究的依據(jù)是IPCC清單法[3]。

1? 估算參數(shù)的涵義和獲得方法

森林碳匯評估中所用到的基本木材密度（SVD）、生物量轉(zhuǎn)化系數(shù)（BEF）、灌木林和經(jīng)濟(jì)林平均單位面積生物量、含碳率（CF）等參數(shù)，主要查閱2000年以來國內(nèi)外森林生物量和碳儲量等研究成果基礎(chǔ)上發(fā)表的一系列相關(guān)文獻(xiàn)資料，并結(jié)合森林資源分布、特征等實(shí)際情況，在文獻(xiàn)資料的系統(tǒng)總結(jié)、歸納整理的基礎(chǔ)上獲得的[4-5]。

1.1? 樹干材積密度（SVD）

各樹種（組）的SVD主要通過文獻(xiàn)查詢獲得，而針葉混取針葉樹的平均值、針闊混取全部樹種的平均值、闊葉混取硬闊和軟闊的平均值。SVD則根據(jù)各優(yōu)勢樹種（組）蓄積量占全省喬木林總蓄積量的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均而得到。

1.2? 生物量轉(zhuǎn)化系數(shù)（BEF）

BEF值主要根據(jù)收集公開發(fā)表的有關(guān)生物量和生產(chǎn)力文獻(xiàn)，計算生物量的擴(kuò)展系數(shù)，分別獲得某一優(yōu)勢樹種（組）各齡級的BEF，再根據(jù)這一優(yōu)勢樹種（組）各齡級蓄積量的權(quán)重，進(jìn)行加權(quán)平均，確定某一優(yōu)勢樹種（組）的BEF。BEF則根據(jù)各優(yōu)勢樹種（組）蓄積量占全省喬木林總蓄積量的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均而得到。

1.3? ?經(jīng)濟(jì)林、灌木林平均單位面積生物量

由于森林資源清查資料無法確定灌木林的種類、蓄積等數(shù)據(jù)，而獲得區(qū)域的實(shí)際測定數(shù)據(jù)工作量比較大，實(shí)際測定周期較長。

因此，建議采用《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》提供的參考值，即經(jīng)濟(jì)林為35.21 t/hm2、灌木林為17.99 t/hm2，估算經(jīng)濟(jì)林、灌木林平均單位面積生物量。

1.4? 含碳率（CF）

通常情況下，國際上含碳系數(shù)為0.45～0.55。我國學(xué)者采用化學(xué)分析法、熱分析法、元素分析儀等方法，對部分森林群落組成樹種含碳系數(shù)進(jìn)行了研究測定，見公式（1）。

式中：CF為含碳率;WS為纖維素含量（%）;Wf為半纖維素含量（%）;Wl為木質(zhì)素含量（%）。

2? ?森林植被碳儲量估算方法

森林植被總碳儲量包括喬木層（林分）碳儲量，散生木、四旁樹、疏林碳儲量和灌木林（含未成林地林木）、經(jīng)濟(jì)林、林下灌草層碳儲量，見公式（2）。

式中：C森林為森林總碳儲量（t）;C喬為喬木層總碳儲量（t）;C散四疏為四旁樹、散生木、疏林總碳儲量（t）;C灌/經(jīng)為經(jīng)濟(jì)林、灌木林、林下灌木層總碳儲量（t）;C灌草層為林下草本層和灌木層總碳儲量（t）。

2.1? 喬木林碳儲量

森林碳匯的計量方法不同，核算結(jié)果也不同，差異很大。

喬木林碳儲量（C喬）的具體估算方法是：利用某一林分類型（按優(yōu)勢樹種（組）計）生物量（包括葉果實(shí)、根、枝、干等）與樹干生物量的比值得到生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)（BEF），BEF乘以樹干材積密度（SVD），再乘以該林分類型的總蓄積量，即可得到該類型森林的總生物量。通過上述方法獲得某一喬木林林分類型總生物量后，再乘以該林分類型（按優(yōu)勢樹種（組）計）的含碳率（CF），可得到該喬木林林分類型的總碳儲量，各林分類型總碳儲量累加即為喬木林的總碳儲量。見公式（3）。

式中：Vi為喬木林第i樹種（組）蓄積量（m3）;SVDi為喬木林第i樹種（組）的基本木材密度（t/m3）;BEF全林i為全林生與樹干生物量的比值（無量綱）;i為喬木林優(yōu)勢樹種（組），i=1，2，3，……，n。

2.2? 散生木、四旁樹、疏林（簡稱“散四疏”）碳儲量

對于森林清查資料很難確定散四疏的樹木種類，因此在計算中，生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)（BEF）和樹干材積密度（SVD）以各優(yōu)勢樹種（組）的加權(quán)平均值代替，含碳率（CF）按IPCC（政府間氣候變化專門委員會）推薦的平均值0.5計算。

散四疏總碳儲量為散四疏總蓄積乘以生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)（BEF）的加權(quán)平均值和樹干材積密度（SVD）的加權(quán)平均值，再乘以含碳率（CF）0.5即可，見下式。

式中：V散四疏為散生木、四旁樹、疏林的總蓄積量（m3）;SVD為樹干材積密度的加權(quán)平均值（t/m3）;BEF全林為全林生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)的加權(quán)平均值。

2.3? ?灌木林、經(jīng)濟(jì)林碳儲量

通過灌木林、經(jīng)濟(jì)林總面積乘以灌木林平均單位面積生物量，再乘以0.5（IPCC推薦的灌木林、經(jīng)濟(jì)林含碳率平均值）即可獲得，其中，灌木林、經(jīng)濟(jì)林面積通過森林資源檔案數(shù)據(jù)可以查詢，見下式。

式中：C灌/經(jīng)為總碳貯量（萬t）;A灌/經(jīng)為面積（hm2）;B灌/經(jīng)為灌木林、經(jīng)濟(jì)林單位面積生物量，分別為35.21 t/hm2、17.991 t/hm2。

2.4? ?林下灌木層、草本層碳儲量

林下灌木層碳儲量測算方法為：通過標(biāo)準(zhǔn)地法獲得各林型不同林齡林分林下灌木層的單位面積生物量（測算方法見下文），乘以該林分面積，再乘以含碳率0.5（IPCC推薦的灌木林含碳率平均值）即可獲得，見下式。

式中：C下灌木為林下灌木層生物量碳貯量（萬t碳）;Ai，j為喬木林第i樹種（組）第j林齡（組）林分總面積（hm2）;Bi，j為喬木林第i樹種（組）第j林齡（組）林下灌木層平均單位面積蓄積量（t/hm2）;i為喬木林優(yōu)勢樹種（組），i=1，2，3，… …，n;j為各林分的林齡（組），j=1，2，3，4，5。

林下草本層碳儲量測算方法為：通過標(biāo)準(zhǔn)地法獲得各林型不同林齡林分林下草本層的單位面積有機(jī)碳含量（測定方法見下文），再乘該林分林下的總面積即可獲得，見下式。

式中：C下草為林下草本層生物量碳貯量（萬t碳）;Ai，j為喬木林第i樹種（組）第j林齡（組）林分總面積（hm2）;GOCi，j為喬木林第i樹種（組）第j林齡（組）林下草本層單位面積有機(jī)碳含量（t/hm2）;i為喬木林優(yōu)勢樹種（組），i=1，2，3，… …，n;j為各林分的林齡（組），j=1，2，3，4，5。

林下灌木層和草本層碳儲量之和即為林下灌草層總碳儲量，見下式。

3? ?森林植被碳儲量變化估算方法

森林植被碳儲量變化只考慮了灌木林、經(jīng)濟(jì)林、喬木林、散四疏碳儲量增減，而沒有考慮林下灌草層碳儲量的變化，見下式。

式中：△C森林為森林碳儲量變化（t）;△C散四疏為散生木、四旁樹、疏林碳吸收（t）;△C喬為喬木林碳吸收（t）;△C灌/經(jīng)為灌木林、經(jīng)濟(jì)林儲碳量變化（t）;△C消耗為活立木消耗碳排放（t）。

3.1? ?喬木林生長碳吸收

各優(yōu)勢樹種蓄積量、年總生長率（R喬木）通過森林資源清查數(shù)據(jù)取得;各優(yōu)勢樹種的BEF全林和SVD是通過文獻(xiàn)資料獲得，見下式。

式中：GRi為喬木林第i樹種（組）蓄積量年生長率（%）。

3.2? 散生木、四旁樹、疏林生長碳吸收

活立木蓄積量年生長率（GR林木）和散四疏總蓄積量（V散四疏）通過森林資源清查數(shù)據(jù)獲得，各優(yōu)勢樹種的加權(quán)平均值代替SVD和BEF，見下式。

式中：GR林木為活立木蓄積量年生長率（%）。

3.3? 灌木林、經(jīng)濟(jì)林生物量碳貯量變化

灌木林、經(jīng)濟(jì)林主要根據(jù)單位面積生物量和灌木林、經(jīng)濟(jì)林面積變化來估算碳貯量變化，見下式。

式中：△C灌/經(jīng)為碳貯量變化（萬t）;△A灌/經(jīng)為灌木林、經(jīng)濟(jì)林面積年變化（hm2）。

3.4? 活立木消耗碳排放

包括散生木、四旁樹、疏林的活立木總蓄積量（V活立木）由森林資源清查數(shù)據(jù)獲得，見公式（15）～（16）。

式中：CR總為活立木蓄積量年總消耗率（%）;CR采伐為活立木蓄積量年采伐消耗率（%）;CR消耗為活立木蓄積量年枯損消耗率（%）。

4? 森林植被碳儲量變化估算方法的不確定性

任何一種估算森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫及其儲量的方法都會存在系統(tǒng)和隨機(jī)誤差，誤差可能來源于3個方面，即小范圍樣地數(shù)據(jù)推算到區(qū)域、原始數(shù)據(jù)本身和轉(zhuǎn)換因子。對于這些誤差，有的可以量化，有的很難量化。通過地面調(diào)查數(shù)據(jù)積累和選用行之有效的方法，可以盡量減少森林碳儲量估算中的誤差。

參考文獻(xiàn)：

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[3]IPCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories[M].UK：Cambridge University Press，2006.

[4]徐新良，曹明奎，李克讓.中國森林生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲量時空動態(tài)變化研究[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2007（6）：1-10.

[5]趙明偉，岳天祥，趙娜，等.基于HASM的中國森林植被碳儲量空間分布模擬[J].地理學(xué)報，2013（9）：1212-1224.

（編輯：季? 鑫）