李思慧 朱天姝 魏朝響 葉舒 宋有濤

關(guān)鍵詞：生物量；碳儲(chǔ)量；碳匯；碳匯潛力

前言

中國是全球森林資源增長(zhǎng)最多和人工造林面積最大的國家，也是全球“增綠”的主力軍。森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在低碳減排方面具有巨大潛力。全球大氣和地表碳流動(dòng)量的90%來自森林，每生長(zhǎng)1m3的林木平均可吸收約1.83噸的二氧化碳。盡管世界森林面積只占陸地總面積的1/3，但森林植被區(qū)的碳儲(chǔ)量幾乎占到了陸地碳庫總量的50%。森林碳匯與其他減排措施相比，具有成本低廉、操作容易等特點(diǎn)，同時(shí)還具備了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。為了準(zhǔn)確評(píng)估中國森林碳儲(chǔ)量在全球碳循環(huán)和碳平衡中的地位，中國學(xué)者利用歷次國家森林資源統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)研究中國森林植被碳儲(chǔ)量及其變化情況，然而在區(qū)域尺度上對(duì)森林碳儲(chǔ)量的研究相對(duì)較少。文章利用北京市第七次、第八次和第九次森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)，采用擴(kuò)展因子法、可變擴(kuò)展因子法、換算因子法三種方法對(duì)2004年-2018年三次清查期間北京森林碳儲(chǔ)量進(jìn)行評(píng)估，并利用SPSS軟件進(jìn)行模擬，采用單位面積蓄積一林齡Logistic生長(zhǎng)方程，結(jié)合北京市森林面積蓄積增長(zhǎng)目標(biāo)，預(yù)測(cè)北京森林30年碳匯潛力，為今后北京市森林植被碳匯功能評(píng)價(jià)、碳循環(huán)研究等方面提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支持。

1研究地區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)域概況

北京市位于中國北方，擁有豐富的自然資源和生態(tài)環(huán)境。隨著城市化的快速發(fā)展，北京市采取了積極的措施來保護(hù)和增加森林資源，以改善城市生態(tài)環(huán)境和提供更好的生態(tài)服務(wù)。目前，北京市的森林面積不斷增加，森林覆蓋率逐年提高。通過持續(xù)的植樹造林和森林保護(hù)工作，北京市的森林面積已經(jīng)顯著擴(kuò)大。同時(shí)．城市綠化項(xiàng)目的推進(jìn)和生態(tài)修復(fù)工作的進(jìn)行也對(duì)森林的增長(zhǎng)起到了積極的促進(jìn)作用。

北京市的森林主要分布在城市的郊區(qū)和山區(qū)。這些森林地區(qū)具有豐富的生物多樣性和生態(tài)功能。其中，石山、丘陵和山區(qū)的森林覆蓋較為密集，為城市提供了重要的水源涵養(yǎng)和生態(tài)調(diào)節(jié)功能。同時(shí)，這些森林地區(qū)也成為市民休閑娛樂和生態(tài)旅游的重要場(chǎng)所。由于降水季節(jié)分配很不均勻，北京地帶性植被為暖溫帶落葉闊葉林，山區(qū)植被是以落葉闊葉灌木林和落葉闊葉林為主，這些森林類型在提供木材、保持土壤水分、凈化空氣和緩解氣候變化等方面發(fā)揮著重要作用。

1.2研究方法

1.2.1數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于北京市第7次（2004-2008年）、第8次（2009-2013年）和第9次（2014-2018年）森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)。本報(bào)告結(jié)合森林資源清查結(jié)果，提取出優(yōu)勢(shì)樹種榆樹、椴樹、樺木、櫟類、柳樹、板栗、楊樹、刺槐等28種。

1.2.2生物量估算方法

北京市森林生物量估算采用換算因子法（Fanget al.，2001），換算因子法不同于往常使用固定的換算因子或系數(shù)去計(jì)算生物量，而是采用分齡級(jí)的換算因子，換算因子是一個(gè)變化的量，包含了蓄積量與林分年齡的關(guān)系。研究中設(shè)Bi是某一樹種的總生物量，Vi是總蓄積量，Ai是總面積，則有式（1）：

可變擴(kuò)展因子法在擴(kuò)展因子法的基礎(chǔ)上，加入齡組因素進(jìn)行核算，對(duì)不同齡組的BEF進(jìn)行更加準(zhǔn)確的賦值，計(jì)算公式相同。

研究以換算因子法為主，以擴(kuò)展因子法、可變擴(kuò)展因子法作為參考比較，以得出更準(zhǔn)確的碳儲(chǔ)量，擴(kuò)展因子法、可變擴(kuò)展因子法與換算因子法均采用相同數(shù)據(jù)進(jìn)行核算。

1.2.3碳儲(chǔ)量與碳密度估算

目前，森林碳儲(chǔ)量已由國際組織（如IPCC等）直接或間接地在區(qū)域和國家范圍內(nèi)以森林生態(tài)系統(tǒng)為尺度進(jìn)行測(cè)量，并通過將生物量與含碳系數(shù)相乘的方法來計(jì)算某一樹種的碳儲(chǔ)量，計(jì)算公式為式（3）：

文章中的森林碳儲(chǔ)量?jī)H指樹木中的活生物量，不包括森林生態(tài)系統(tǒng)中的枯木、草本層、落葉層、土壤層等部分的碳儲(chǔ)量。

1.2.4碳匯潛力估算

應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行非線性擬合，采用Logistic生長(zhǎng)方程擬合北京市各優(yōu)勢(shì)樹種（組）的單位面積蓄積與平均林齡的相關(guān)關(guān)系，擬合公式為式（5）：

研究采用R2進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)。由于數(shù)據(jù)過于龐大，擬合結(jié)果不列出，大多數(shù)方程擬合效果較好，R2>0.9。

2結(jié)果與分析

2.1不同森林類型生物量、碳儲(chǔ)量變化

由于其他兩種方法只作為參考比較，故直接列出換算因子法的計(jì)算結(jié)果，通過換算因子法計(jì)算，結(jié)果見表1。

北京市不同的森林類型的儲(chǔ)碳功能間存在著比較大的差異。在第7次、第8次和第9次森林資源清查期內(nèi)，櫟類的占比較高，分別達(dá)到32.24%，19.37%和21.11%；其次是楊樹，分別達(dá)到23.84%，18.12%和14.88%。在碳儲(chǔ)量上，所有森林類型均呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中柏木增長(zhǎng)最快，第8次和第9次分別較上期增長(zhǎng)了1.54TgC和0.22TgC，其次是軟闊類，第8次較上期增長(zhǎng)了1.36TgC。在碳密度方面，樺木有小幅下降，其他樹種均呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中楊樹增長(zhǎng)最快，第8次和第9次分別較上期增長(zhǎng)了18.44Mg/hm2和4.45Mg/hm2.

由表1可知，北京市森林資源喬木林碳儲(chǔ)量呈上升趨勢(shì)，第7次森林資源清查碳儲(chǔ)量為8.68TgC，第8次森林資源清查碳儲(chǔ)量為10.21TgC，第9次森林資源清查碳儲(chǔ)量為15.64TgC。由此可得，北京市森林碳儲(chǔ)量在逐年上升，變化率分別為17.55%、53.22%，且變化率上升趨勢(shì)較為明顯，證明北京森林的固碳能力具有高潛力。

2.2碳匯計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過計(jì)算，三種方法得到的碳匯量較碳儲(chǔ)量相比差異縮減，較為接近，其中碳匯最大的為可變擴(kuò)展因子法，兩次核算期間碳匯分別為166.97萬t、414.12萬t之間。換算因子法計(jì)算兩次核算期間碳匯分別為111.78萬t、398.37萬t，擴(kuò)展因子法碳匯最小，兩次核算期間碳匯分別為118.66萬t、298.76萬t。

北京市各個(gè)優(yōu)勢(shì)樹種的碳匯能力具有明顯的不同，這不僅與蓄積量、面積相關(guān)，還與樹種本身的固碳能力有關(guān)，如圖1所示，在第7次、第8次森林資源清查期內(nèi)，其他軟闊類碳匯能力最高，達(dá)到409萬tC02，其他樹種碳匯能力均在100～200萬tC02，而其他硬闊類則是呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。在第8次、第9次森林資源清查期內(nèi)，櫟類碳匯能力最高，達(dá)到485萬tC02，其次是其他硬闊類，達(dá)到368萬tCO2，其他樹種碳匯能力均在0～200萬tC02之間。

2.3相對(duì)誤差比較分析

目前，針對(duì)碳匯計(jì)算結(jié)果的精度評(píng)估，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或指標(biāo)，在比較不同計(jì)算方法時(shí)，很難確定哪種方法更準(zhǔn)確或可靠。因此文章采用相對(duì)誤差分析的方法對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，將三種方法的平均值作為基準(zhǔn)，通過計(jì)算相對(duì)誤差，比較不同齡組的結(jié)果得出最適用于計(jì)算北京森林碳匯的方法，相對(duì)誤差分析結(jié)果見圖2。

3種計(jì)算方法得出的結(jié)果不同，與其采用不同的模型或假設(shè)有關(guān)，不同的方法考慮的因素、數(shù)據(jù)來源和參數(shù)設(shè)置均有所差異。擴(kuò)展因子法的本質(zhì)是在小樣地上進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量和分析，然后將這些結(jié)果擴(kuò)展到整個(gè)森林區(qū)域，沒有將森林齡組因素導(dǎo)致的生物量差異情況考慮在內(nèi)，具有局限性，可變擴(kuò)展因子法在其基礎(chǔ)上加入了齡組因素，更加貼合森林的實(shí)際情況，但相對(duì)于換算因子法，其計(jì)算過程更為復(fù)雜且數(shù)據(jù)精度要求較高，若森林類型不明確、擴(kuò)展因子不精確，很容易導(dǎo)致較大誤差。而換算因子法是基于蓄積量和面積來計(jì)算的方法，數(shù)據(jù)更為容易獲取，通常不需要進(jìn)行大規(guī)模的小樣地測(cè)量或詳細(xì)的野外調(diào)查，換算因子法可以適用于不同類型的森林，沒有過高的局限性，且通過改進(jìn)和驗(yàn)證換算因子以及提高森林類型分類的準(zhǔn)確性來提高估算的精度。

2.4碳匯潛力分析

北京森林未來碳匯潛力預(yù)測(cè)結(jié)果如表2、表3所示，可以看出，至2025年，北京森林碳儲(chǔ)量和碳密度分別為20.09TgC和34.35Mg/hm2，與2015年相比分別增加了28%和37%；至2035年森林碳儲(chǔ)量和碳密度分別達(dá)到了23.26TgC和40.37Mg/hm2，與2015年相比分別增加了49%和60%；至2045年森林碳儲(chǔ)量和碳密度將分別達(dá)到了25.13TgC和44.29Mg/hm2，同時(shí)，北京市森林單位面積的蓄積增長(zhǎng)了61%和76%，這表明隨著新造林的增加和森林密度的提高，到2045年，北京市的森林碳儲(chǔ)量將達(dá)到現(xiàn)有碳儲(chǔ)量的1.6倍。預(yù)計(jì)每年將增加31. 63萬噸的碳儲(chǔ)量，并且碳密度也會(huì)顯著增加。

預(yù)計(jì)到2045年，北京市的森林蓄積量將達(dá)到6190.33萬m3，比2015年增加了3752.97萬m3。各齡級(jí)的蓄積比例如下：幼齡林占14%，中齡林占15%，近熟林占12%，成熟林占21%，過熟林占38%。與2015年相比，成熟和過熟林的比例明顯增加。

3結(jié)論

通過換算因子法計(jì)算，北京市第7次、第8次、第9次森林碳儲(chǔ)量分別為8.68 TgC、10.21 TgC、15.64 TgC，由此可以看出，三次清查期間，碳儲(chǔ)量都在增加，北京市森林固碳能力十分可觀。通過三種方法的計(jì)算結(jié)果的比較與相對(duì)誤差分析可知，換算因子法更適合用于計(jì)算大尺度區(qū)域的森林碳儲(chǔ)量，可以快速準(zhǔn)確的得出相應(yīng)數(shù)據(jù)。到2045年，北京森林碳儲(chǔ)量將會(huì)達(dá)到25.13TgC，為現(xiàn)有碳儲(chǔ)量的1.6倍，碳儲(chǔ)量年均增加0.3TgC，碳密度也會(huì)有很大程度的增加，達(dá)到44.29Mg/hm2，森林碳匯潛力巨大。在未來，北京市應(yīng)加強(qiáng)森林保護(hù)和經(jīng)營，繼續(xù)致力于森林保護(hù)和可持續(xù)管理，促進(jìn)城市生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展。