延邊地區(qū)森林火災(zāi)釋放碳量的估算

單延龍，曾 超，翟成剛，李明明

（北華大學(xué)林學(xué)院，吉林 吉林 132013）

延邊地區(qū)森林火災(zāi)釋放碳量的估算

單延龍，曾 超，翟成剛，李明明

（北華大學(xué)林學(xué)院，吉林 吉林 132013）

根據(jù)延邊地區(qū)1969－2004年的森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算出延邊地區(qū)森林火災(zāi)年平均損失喬木地上生物量6 157.54～8 210.05 t，年均釋放碳量4 965.78～6 621.04 t；用排放比法得出延邊地區(qū)年平均森林火災(zāi)釋放的CO2、CO、CH4量分別為16 387.07～21 849.44、1 192.23～1 589.64和402.52～563.77 t。

延邊地區(qū)；森林火災(zāi)；生物量

很多學(xué)者對我國森林火災(zāi)釋放的溫室氣體進(jìn)行了研究，王效科等[1]對森林火災(zāi)釋放的含碳溫室氣體量的估計(jì)方法進(jìn)行了總結(jié)，并在對各省火災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料和生物量估計(jì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，用排放因子法和排放比法，估算了中國森林火災(zāi)釋放的溫室氣體量。田曉瑞等[2]根據(jù)1991－2000年的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)和生物量研究結(jié)果估算了中國森林火災(zāi)直接釋放的碳量。焦燕等[3]根據(jù)黑龍江省1980－1999年森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和黑龍江省各森林類型地上生物量估算了黑龍江省森林火災(zāi)釋放的含碳?xì)怏w量。當(dāng)前，對森林火災(zāi)釋放碳量的估算主要應(yīng)用平均生物量數(shù)據(jù)，而不是應(yīng)用每次森林火災(zāi)實(shí)際燃燒的生物量。筆者根據(jù)每次森林火災(zāi)實(shí)際燃燒的生物量來研究延邊地區(qū)森林火災(zāi)碳釋放量。

延邊朝鮮族自治州位于吉林省東部的長白山區(qū)，東與俄羅斯接壤，南與朝鮮隔江相望，北與黑龍江省的牡丹江市相鄰。全州土地總面積4.27萬km2，其中林業(yè)用地而積3.53萬km2，森林覆蓋率為79.39%，林木總蓄積為3.45億m3[4]，是吉林省重點(diǎn)林區(qū)之一，也是吉林省發(fā)生森林火災(zāi)最多的地區(qū)之一。因此，有必要研究延邊地區(qū)由于森林火災(zāi)而直接排放的碳量。

1 研究資料和方法

1.1 研究資料

研究所采用的基本資料是延邊地區(qū)1969－2004年的森林火災(zāi)資料，包括每次森林火災(zāi)的起火時(shí)間、發(fā)生森林火災(zāi)的林型、森林火災(zāi)損失的喬木蓄積量和幼樹株數(shù)。

1.2 估算方法

1.2.1 喬木地上損失生物量的估算

1.2.1.1 成熟林損失生物量的估算 延邊地區(qū)森林火災(zāi)資料提供了林分損失的蓄積，卻沒有給出各森林類型的生物量信息。因此，為了推算某一森林類型總的生物量需要建立蓄積量與生物量之間的換算關(guān)系。本文采用的生物量計(jì)算方法為方精云1996年的蓄積量—生物量關(guān)系模型[5]。

1.2.1.2 幼樹生物量的估算 所謂幼樹是指胸徑未達(dá)到檢尺徑階（5 cm），針葉樹樹高30 cm、闊葉樹高100 cm以上[6]。延邊地區(qū)森林火災(zāi)資料對于損失幼樹只給出了損失幼樹株數(shù)，因此文中的幼樹蓄積量是根據(jù)吉林省一元立木材積表中的起測徑階（6 cm）所對應(yīng)材積的1/2乘以燃燒面積上的損失株數(shù)獲得的，再根據(jù)公式求出幼樹生物量[7]。

1.2.1.3 森林燃燒損失地上生物量的估算 根據(jù)Seiler和Crutzen[8]提出的估算模型計(jì)算燃燒損失的地上生物量，見公式（1）：

式中：M是生態(tài)系統(tǒng)燃燒消耗的生物量，A是燃燒的面積或火災(zāi)面積，B是平均生物量，a是地上部分生物量占總生物量的比例，b是生物量燃燒效率。延邊地區(qū)森林火災(zāi)資料提供了每次燃燒面積上的立木蓄積，根據(jù)方精云蓄積量—生物量模型公式可以得到燃燒面積上的喬木總生物量。然后按照公式（1），只要用喬木總生物量乘以地上部分生物量占總生物量的比例（a），再乘以燃燒效率（b）就可得到損失的喬木地上生物量。文中所用延邊地區(qū)森林的燃燒效率為溫帶森林和北方森林0.09～0.12估計(jì)范圍的燃燒效率[9]。

1.2.2 森林火災(zāi)碳釋放量的估算 根據(jù)植物的含碳量，假設(shè)所有被燒掉的生物質(zhì)中的碳都變成氣體，可以計(jì)算燃燒造成的碳損失[7]。本文是根據(jù)森林生物量中含碳45%來估算森林火災(zāi)造成的碳損失的[2]。

1.2.3 森林火災(zāi)含碳?xì)怏w釋放量的估算 采用排放比法對延邊地區(qū)森林火災(zāi)釋放的含碳?xì)怏w量進(jìn)行估算。多數(shù)情況下，森林火災(zāi)所釋放的總碳量中，以CO2形式排出的占90%[10]。因而，可以直接估算森林火災(zāi)釋放的CO2量。

最后，根據(jù)森林火災(zāi)釋放的某種含碳?xì)怏w量與CO2釋放量的比值（排放比）來計(jì)算森林火災(zāi)中各種含碳?xì)怏w的釋放量[7]。由王效科對吉林省單位森林火災(zāi)受害面積喬木層、下木層、枯落物釋放CO2、CO、CH4的量[11]，估算出下木層與喬木層釋放CO2的比率為2.27/9.14，釋放CO的比率為0.35/0.92，釋放CH4的比率為0.04/0.11；枯落物和喬木層釋放CO2的比率為4.97/9.14，釋放CO的比率為0.73/0.92，釋放CH4的比率為0.05/0.11。進(jìn)而推算出整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)CO2、CO和CH4的釋放量。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林燃燒損失的喬木地上生物量

從表1中可以看出，延邊地區(qū)1969－2004年因?yàn)樯只馂?zāi)共損失喬木地上生物量為221 671.45～295 561.97 t，年均6 157.54～8 210.05 t，占吉林省1969－2004年森林火災(zāi)生物量總損失的22.6%[12]，其中損失成林地上生物量為202 159.63～269 546.18 t，占總損失量的91.2%，損失幼樹地上生物量為19 511.83～26 015.77 t，占總損失量的8.8%?？梢?，延邊地區(qū)1969－2004年期間損失的生物量中，幼樹占有一定的量。1977、1978和1983年由于森林火災(zāi)損失的喬木地上生物量最多，分別為46 696.14～62 261.52、46 918.53～62 558.04和57 420.20～76 560.26 t，占延邊地區(qū)1969－2004年間總損失的68.1%。森林火災(zāi)損失喬木地上生物量主要發(fā)生在1983年以前，損失的生物量為216 147.63～288 196.87 t，年均為14 409.84～19 213.12 t，占延邊地區(qū)1969－2004年間總損失量的97.5%。1984年之后森林火災(zāi)損失喬木地上生物量有所減少，但個(gè)別年份還略有增多，如1991、1997和2001年，因此森林防火工作仍要高度重視。

2.2 森林火災(zāi)釋放的碳和主要含碳?xì)怏w

從表2可以看出，延邊地區(qū)1969－2004年森林火災(zāi)直接釋放的碳量為178 768.11～238 357.44 t，直接釋放的CO2、CO、CH4量分別為589 934.68～786 580.00 t、42 920.30～57 227.05 t和14 490.82～20 295.59 t，年均釋放的碳量為4 965.78～6 621.04 t，占吉林省年均總釋放碳量的22.6%[12]。年均釋放的CO2、CO、CH4量分別為16 387.07～21 849.44t、1 192.23～1 589.64 t和402.52～563.77 t，其中1977、1978和1983年森林火災(zāi)的碳和含碳?xì)怏w釋放最多，這3年的碳釋放總量為121 802.84～162 403.79 t，占延邊地區(qū)1969－2004年總釋放碳量的68.1%。森林火災(zāi)主要發(fā)生在1983年以前，碳的釋放量為174 313.39～232 417.83 t，占延邊地區(qū)1969－2004年碳總釋放量的97.5%。1984年之后碳釋放量相對減少，但個(gè)別年份還略有增多。

表1 1969－2004年延邊地區(qū)森林火災(zāi)消耗的喬木生物量Table 1 Consumed biomass by forest fire in Yanbian region from 1969 to 2004

3 結(jié)論與討論

延邊地區(qū)1969－2004年因?yàn)樯只馂?zāi)共損失喬木地上生物量為221 671.45～295 561.97 t，年均6 157.54～8 210.05 t，占吉林省1969－2004年森林火災(zāi)生物量總損失的22.6%。森林火災(zāi)損失喬木地上生物量主要發(fā)生在1983年以前，損失的生物量為216 147.63～288 196.87 t，占延邊地區(qū)1969～2004年間生物量總損失的97.5%。1984年之后森林火災(zāi)損失喬木地上生物量有所減少，但個(gè)別年份還略有增多，如1991、1997和2001年，因此森林防火工作仍要高度重視。延邊地區(qū)1969－2004年森林火災(zāi)直接釋放的碳量為178 768.11～238 357.44 t，直接釋放的CO2、CO、CH4量分別為589 934.68～786 580.00、42 920.30～57 227.05 t和14 490.82～20 295.59 t，年均釋放的碳量為4 965.78～6 621.04 t，占吉林省年均總釋放碳量的22.6%，年均釋放的CO2、CO、CH4量分別為16 387.07～21 849.44、1 192.23～1 589.64 t和402.52～563.77 t。

影響森林火災(zāi)釋放含碳?xì)怏w量的因素很多，有森林類型、燃燒效率以及含碳?xì)怏w的排放比等，如燃燒效率跟火災(zāi)程度有很大關(guān)系，火災(zāi)面積大未必火燒程度就大，所以這很難確定，只能用一個(gè)平均值代替。另外，我們對森林火災(zāi)釋放含碳?xì)怏w量的估算只能用不斷更新的方法來改進(jìn)估算的準(zhǔn)確性。本文與我國其他研究估算不一樣的地方是蓄積量用每次森林火災(zāi)實(shí)際損失的成林材積和幼樹株數(shù)，而不是用森林的平均蓄積。

表2 1969－2004年延邊地區(qū)森林火災(zāi)直接釋放的碳和含碳?xì)怏w量Table 2 C, CO2, CO and CH4emissions by forest fire in Yanbian region from 1969 to 2004

[1] 王效科，莊亞輝，馮宗煒. 森林火災(zāi)釋放的含碳溫室氣體量的估計(jì)[J]. 環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，1998，6（4）：1－15.

[2] 田曉瑞，舒立福，王明玉. 1991－2000年中國森林火災(zāi)直接釋放碳量估算[J]. 火災(zāi)科學(xué)，2003，12（1）：6－10.

[3] 焦燕，胡海清. 黑龍江省1980－1999年森林火災(zāi)釋放碳量的估算[J]. 林業(yè)科學(xué)，2005，41（6）：109－113.

[4] 延邊朝鮮族自治州森林防火指揮部. 延邊確保無重大森林火災(zāi)的幾大舉措[J]. 森林防火，2002，（2）： 21－22.

[5] 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.

[6] 賴斌慧. 森林火災(zāi)損失評估的研究[D]. 福州：福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，2003.

[7] 單延龍，張姣，杜建華. 吉林省森林火災(zāi)釋放碳量的時(shí)間變化規(guī)律[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，37（5）：20－23.

[8] Seiler W，Crutzen P J. Estimates of gross and net fluexs of carbon between the biosphere and the atmosphere from biomass burning[J]. Clim Chang，1980，2（3）：207－248.

[9] Aulair A N D，Carter T B. Forest wildfires as a recent source of CO2at northern latitudes[J]. Can J For Res，1993（23）：1 528－1 536.

[10] Crutzen P J，Andreae M O. Biomass burning in the tropics： impact on atmospheric chemistry and biogeochemical cycles[J]. Science，1990，250（4988）：1669－1678.

[11] 王效科. 中國森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量、碳儲(chǔ)量和生物質(zhì)燃燒釋放的含碳?xì)怏w[D]. 北京：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，1996.

[12] 單延龍，張姣. 吉林省1969－2004年森林火災(zāi)釋放碳量的估算[J]. 林業(yè)科學(xué)，2009，45（7）：84－89.

Estimation of Carbon Emission from Forest Fires in Yanbian Region

SHAN Yan-long，ZENG Chao，ZHAI Cheng-gang，LI Ming-ming
（College of Forestry, Beihua University, Jilin 132013, China）

Based on forest fires occurred from 1969 to 2004 in Yanbian region, Jilin province, the amount of mean annual consumed biomass of the forest was estimated to be 6 157.54-8 210.05t. The relevant released carbon was 4 965.78-6 621.04t/year. Annual CO2, CO and CH4emissions from the forest fires in Yanbian region during the period were 16 387.07-21 849.44t, 1 192.23-1 589.64t and 402.52-563.77t.

Yanbian region; forest fire; biomass

S762.2

A

1001-3776（2010）05-0001-04

2010-03-29；

2010-07-20

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（30900189）、國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2008BAD95B10）、吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（20070138）、吉林市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2006杰出青年）和火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（HZ2009-KF02）資助

單延龍（1975－），男，吉林通化人，副教授，博士，從事林火生態(tài)和林火管理研究。