云南省森林植被碳儲量及其近10年動態(tài)變化

裴艷輝，李江

(云南省林業(yè)科學(xué)院，650204，昆明)

云南省森林植被碳儲量及其近10年動態(tài)變化

裴艷輝，李江?

(云南省林業(yè)科學(xué)院，650204，昆明)

根據(jù)云南省第3次(1992—1997年)和第5次(2002—2007年)森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)資料，采用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法，對云南省森林植被的碳儲量、碳密度及其動態(tài)變化進(jìn)行了分析研究。結(jié)果顯示：近10年來云南省森林總碳儲量由1997年的679.10 Tg(1 Tg=1012g)增長為2007年的884.11 Tg，年增長率為2.67%;喬木林的碳密度由1997年的46.80mg/hm2(1mg=106g)，增長為2007年的50.58mg/hm2，高于全國的平均碳密度水平。云南省森林以幼、中齡林為主，占全省森林面積的65%以上，說明云南省森林植被具有巨大的固碳潛力。

森林;碳儲量;碳密度;動態(tài)變化;云南省

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，對維持陸地生態(tài)平衡、保護(hù)生態(tài)安全、防止生態(tài)危機(jī)起著決定性的作用。森林生態(tài)系統(tǒng)的面積雖然只占全球非冰表面的40%，但其生物量約占陸地生物量的90%，其土壤碳儲量約占全球土壤碳儲量的73%，在陸地植被的碳庫中起著主導(dǎo)作用［1］。森林系統(tǒng)對吸收CO2等溫室氣體、減緩氣候變化等具有直接的作用，在減緩全球氣候變化中有著不可替代的地位和作用［2-3］。森林植被生物量是森林固碳能力的重要指標(biāo)，是估算森林碳匯量的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確估算區(qū)域森林植被生物量對研究陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和碳循環(huán)，評估森林的碳匯功能意義重大。森林碳匯的研究涉及寬廣的時空尺度和森林生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部聯(lián)系，所以對森林碳匯量的研究仍然存在著不確定因素，小范圍林地采用抽樣方法獲得的數(shù)據(jù)是可靠的;但當(dāng)運用到區(qū)域或國家尺度的森林時，存在較大的誤差。采用森林資源連續(xù)清查成果資料進(jìn)行生物量和碳儲量的估算，數(shù)據(jù)系統(tǒng)可靠，尺度統(tǒng)一，是較好的省級尺度生物量研究方法［4-5］。

云南省是我國重要的林區(qū)，云南省森林是我國森林碳庫的重要組成，準(zhǔn)確測算云南省森林的植被碳儲量具有重要的理論和現(xiàn)實意義。筆者利用云南省森林資源1992—1997年第3次和2002—2007年的第5次連續(xù)清查材料，研究和估算云南省森林植被碳儲量和碳密度及其動態(tài)變化，為評估云南省森林的碳匯貢獻(xiàn)和提高森林的碳匯功能提供省級尺度的數(shù)據(jù)支持。

1 資料來源與研究方法

1.1 云南省概況

云南省位于 E 97°31'39″～106°11'47″，N 21°8'32″～29°15'8″，是青藏高原的南延部分，屬低緯高原。云南省土地總面積為3 826.44萬hm2，其中山地面積占全省總面積的84%，高原面積占9.9%。云南省所處的緯度較低，其氣候深受印度洋西南季氣和西風(fēng)環(huán)流季節(jié)交替的影響，具有濃厚的南亞季風(fēng)氣候特色，干、濕季分明而年溫差較小。云南省的森林植被在氣候條件和地形地貌的共同作用下，形成了復(fù)雜多樣的自然特色。從南到北依次出現(xiàn)，熱帶北緣雨林、季節(jié)雨林帶，南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林、思茅松(Pinus kesiya)林帶，中亞熱帶和北亞熱帶半溫性常綠闊葉林、云南松(Pinus yunnanensis)林帶，寒溫性針葉林帶。在不同的森林植被帶內(nèi)有各自的山地森林分布的垂直帶。

云南省是全國的4大林區(qū)之一，全省現(xiàn)有森林面積1 817.73萬hm2，森林覆蓋率為47.50%，活立木蓄積量17億1 217萬m3，其中森林蓄積15億5 380萬m3，占90.75%。云南是山區(qū)省，森林在防止土壤沖刷、保持生態(tài)平衡、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件方面起著重要作用。全國有高等植物近3萬種，云南有1.7萬種，是中國植物種類最多的省份①2002—2007年云南省第5次森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)。。

1.2 資料來源

本文采用的基本資料為1992—1997年第3次和2002—2007年第5次的云南省森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)和檔案材料。云南省森林資源連續(xù)清查作為全國森林資源監(jiān)測體系的重要組成部分，也是云南省森林資源地方監(jiān)測體系，它是掌握云南省宏觀森林資源現(xiàn)狀及消長動態(tài)，制訂和調(diào)整林業(yè)方針政策、規(guī)劃、計劃的重要依據(jù)。清查數(shù)據(jù)包括樣地庫、樣木庫數(shù)據(jù)、遙感判讀卡片和數(shù)據(jù)庫、復(fù)查成果統(tǒng)計表和有關(guān)專題圖件等。

1.3 研究方法

1.3.1 森林生物量估算

1)森林生物量是森林在一定時空范圍內(nèi)生物個體或群體的有機(jī)質(zhì)量，通常用干物質(zhì)來表示。目前常用的森林生物量估算方法有平均生物量法、生物量轉(zhuǎn)換因子法和生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法。平均生物量是指基于野外實測樣地的平均生物量與該類型森林面積來求取森林生物量的方法，由于實測資料的取樣點較少，所以估算的森林生物量偏大。生物量轉(zhuǎn)換因子法(biomass expansion factor)又叫材積源生物量法，是利用生物量轉(zhuǎn)換因子的平均值乘以該森林類型的總蓄積量得到該類型森林的總生物量的方法，由于某森林類型的林分生物量與木材材積比值fBEF是隨著林齡、立地、林分狀況等不同而變化，該方法采用常數(shù)的生物量轉(zhuǎn)換因子，不能準(zhǔn)確估算森林生物量。生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法是將單一不變的生物量平均轉(zhuǎn)換因子改為分齡級的轉(zhuǎn)換因子，該方法能夠利用我國的森林資源清查資料，更加準(zhǔn)確地估算區(qū)域尺度的森林生物量［6］。1996年方精云等［7-9］基于全國各地生物量和蓄積量的758組研究數(shù)據(jù)，建立了生物量與蓄積量回歸方程及21個優(yōu)勢樹種的計算參數(shù)，2001年通過充實和完善，對計算參數(shù)又進(jìn)行了修訂，實現(xiàn)了由樣地調(diào)查向區(qū)域推算的尺度轉(zhuǎn)換，為推算區(qū)域尺度的森林生物量提供了理論基礎(chǔ)和合理方法。

本文采用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法計算喬木林生物量，該方法利用式(1)表示fBEF與林分材積之間的關(guān)系，由于林分材積綜合反映了林齡、立地、林分密度、林分狀況等因素的變化，將其作為換算因子的函數(shù)可以表示fBEF的連續(xù)變化，林分材積(x/m3)與fBEF的關(guān)系為

式中a，b為常數(shù)，按照樹種的不同而變化(表1［8］)。這一關(guān)系符合生物的相關(guān)生長(Allometry)理論，適合于所有的森林類型，具有普遍性［9］。

某種林分的生物量(y/Mg)(地上生物量)由該林分的面積(A/hm2)、蓄積量(x/(m3/hm2))和所對應(yīng)的換算因子(fBEF)相乘得到，即

表1 云南省主要林分類型生物量換算因子方程系數(shù)Tab．1 Parameters used to calculate fBEFformain froest stand types in Yunnan Province

某種林分的面積和蓄積量取自于云南省的森林資源清查資料。利用生物量與蓄積量以及生物量關(guān)系，就可以計算出云南省各類森林的總生物量以及平均生物量。

2)經(jīng)濟(jì)林和竹林生物量估算。云南省的經(jīng)濟(jì)林按面積大小依次為飲料林、果樹林、工業(yè)原料林、食用油料林以及其他經(jīng)濟(jì)林。本研究中云南省經(jīng)濟(jì)林的生物量按相關(guān)研究取平均生物量23.7 t/hm2［2］。

云南省竹類植物資源極為豐富，其竹種資源和天然竹林資源均居全國首位，大多數(shù)竹種能形成較大面積的天然竹林或竹木混交林，還有一定面積的人工竹林或四旁竹林，本研究中云南竹林生物量按相關(guān)研究取平均值22.5 kg/株計算［2］。

1.3.2 疏林、灌木林生物量的估算 云南省屬于秦嶺淮河以南地區(qū)，根據(jù)方精云等［2］的相關(guān)研究，本研究中云南疏林和灌木林的平均生物量取19.76 t/hm2，而總生物量由平均生物量和總面積求得。

1.3.3 植物含碳率 在植物碳儲量研究中，國內(nèi)外研究者大多采用 0.5［1，4，7，10-11］，也有采用平均含碳率取0.45［12-13］。只有少數(shù)研究根據(jù)不同森林類型采用不同的含碳量［14-15］。本文選擇含碳率取固定值0.5。

1.3.4 植被碳儲量和碳密度的計算 森林植被碳儲量由喬木層、灌木層、草本層和枯落物層的碳儲量組成，本文計算的森林植被碳儲量包括喬木林、灌木林、經(jīng)濟(jì)林以及竹林地上部分碳儲量，各層的生物量與含碳量乘積即為碳儲量，單位面積的碳儲量即為碳密度。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林植被碳儲量

根據(jù)云南省1992—1997年第3次和2002—2007年第5次森林資源清查資料，采用上述生物量計算方法所得的同期云南省森林植被碳儲量結(jié)果見表2，1997—2007年間云南省森林碳儲量由679.10 Tg增長到884.11 Tg，年均增長20.51 Tg，年增長率為2.67%。森林碳儲量的增加源于以下幾個因素：首先是森林面積的增長，該期內(nèi)云南省森林面積由1 815.58萬hm2增長為2 130.60萬hm2，年均增長率為1.61%;其次是森林質(zhì)量有了較大的提高，單位面積蓄積由78.43m3/hm2提高到80.36m3/hm2，年增長率為0.24%，相應(yīng)同期的蓄積量增長率為1.86%，云南省森林發(fā)揮了較好的碳匯作用。

在森林碳儲量的組成中，喬木林的碳儲量比例由1997年的80.16%上升為2007年的84.25%，年增長率為3.19%，其余各類植被的碳儲量比例均有所下降，灌木林的碳儲量比例由11.85%下降到9.72%，經(jīng)濟(jì)林的碳儲量比例由3.33%下降至2.92%，疏林地由2.90%下降至1.16%，竹林由1.14%下降至0.76%，喬木林在森林碳庫中的地位越來越重要。這表明云南省近年來通過退耕還林、長江防護(hù)林體系建設(shè)、中低產(chǎn)林改造等生態(tài)工程的實施，森林資源得到有效的保護(hù)和提高，疏林地和無林地等通過實施封山育林或自然演變而成為喬木林或灌木林后，在增加林分的面積和蓄積量的同時，全省的森林碳儲量有了明顯的提高。

表2 云南省主要森林植被碳儲量Tab．2 Carbon storage ofmain forest vegetations in Yunnan Province

2.2 喬木林分的碳儲量、碳密度及其動態(tài)變化

根據(jù)云南省2次清查資料中喬木林分的蓄積量、面積的數(shù)據(jù)，計算出喬木林的碳儲量(表3)。云南省喬木林的碳儲量由1997年的544.36 Tg增加至2007年的 744.92 Tg，年均增長率高達(dá) 3.19%。1997年云南省喬木林分的碳儲量主要集中在櫟類(39.66%)、雜木(15.53%)、云南松(9.83%)、云冷杉(8.96%)和硬闊類(7.40%)，而2007年云南省各森林類型碳儲量主要集中在闊葉混(27.90%)、櫟類(21.96%)、針闊混(9.96%)、軟闊(7.95%)和云南松(7.53%)5類優(yōu)勢樹種。碳儲量主要組成樹種有所變化，主要是因為第5次清查時調(diào)整了不同森林類型的標(biāo)準(zhǔn)，增加了針葉混、針闊混、闊葉混的分類，取消了雜木的分類。

在不同的時期的喬木林中，1997年和2007年闊葉林的面積均占森林總面積的50%，其碳儲量分別占同期森林碳儲量的69.84%和65.41%，其碳密度略有上升，在2個時期分別為65.27mg/hm2和65.63mg/hm2。1997年針葉林的面積占森林總面積的49.59%，2007年下降至39.72%，其碳儲量比例由1997年的30.16%下降至2007年的24.63%。針葉林的碳密度也有所變化，由1997年的28.03mg/hm2升至2007年的31.36mg/hm2。2007年調(diào)查新增類型針闊混的面積占總面積的9.87%，其碳儲量占同期森林碳儲量的9.96%。云南省闊葉林的碳儲量遠(yuǎn)高于針葉林和針闊混交林，闊葉林在云南省森林碳庫中發(fā)揮著重要的地位，在以后的森林經(jīng)營中應(yīng)給予更多的重視。

云南省喬木林平均碳密度從1997年的46.80mg/hm2上升為2007年的50.58mg/hm2。其中云冷杉的碳密度最高，達(dá)到了97.79mg/hm2，其他碳密度較高的為闊葉混(78.54mg/hm2)、櫟類(73.62mg/hm2)、硬闊(59.18mg/hm2)和樺樟木荷類(58.94mg/hm2)等林分，均超過了全省平均碳密度，在2次調(diào)查期間都保持較高水平。云冷杉林屬寒溫性常綠針葉林亞型，在高海拔地區(qū)生長周期長，蓄積量很高導(dǎo)致碳密度高，在生態(tài)方面發(fā)揮著重要作用。天然林保護(hù)工程前，因為具有較高的用材價值，對云冷杉林采伐利用過度，云南現(xiàn)存云冷杉林森林面積少，應(yīng)積極保護(hù)和進(jìn)行森林恢復(fù)。2次調(diào)查期間平均碳密度均較小的林分為桉樹林分8.83mg/hm2、云南松 19.19mg/hm2、楊樹 27.13mg/hm2和杉木25.67mg/hm2，這主要是因為這4種林分均為短周期用材林，生長周期短，采伐頻繁，林分多數(shù)為幼齡林，導(dǎo)致其蓄積量較小。

2.3 不同齡組喬木林的碳儲量組成

1997年和2007年2次云南省森林資源連續(xù)清查均顯示，云南省喬木林面積中幼齡林和中齡林所占比例最大，幼齡林比例由1997年的37.77%上升至2007年的39.05%，中齡林面積比例基本保持不變?yōu)?6%(圖1)。在2次調(diào)查中，蓄積量比例則各齡組相差不大，幼齡林的蓄積比例由13.50%升至16.58%，中齡林的蓄積比例由23.38%降至22.14%，成熟林的蓄積比例由63.12%降至61.29%，中齡林和過熟林較占優(yōu)勢。

圖1 1997年和2007年喬木林各齡組的林分面積、蓄積、碳儲量所占比例Fig．1 Percentage of stand area，volume and carbon storage of each forest age-class in 1997 and 2007

根據(jù)喬木林各優(yōu)勢樹種的齡組面積及蓄積，計算得到不同齡級的碳儲量和碳密度(表4)，云南省各森林類型的碳儲量由1997年的544.34 Tg升至2007年的744.92 Tg。從森林齡級的碳儲量分布來看，幼齡林的碳儲量占全省森林碳儲量的17.53%升至24.87%，中齡林由24.20%略降至23.22%，成熟林由58.28%降至51.92%。

表4 云南省不同時期喬木林分各齡組面積、碳儲量和碳密度Tab．4 Stand area，carbon storage and carbon density of each forest age-class in different period in Yunnan Province

2次調(diào)查期間中幼、中齡林的碳密度均遠(yuǎn)低于成熟林，幼齡林的碳密度由21.38mg/hm2升至32.85mg/hm2。幼齡林碳密度增加的主要原因是近年來云南省森林造林技術(shù)的提高以及良種使用率的提高。中齡林的碳密度由41.85mg/hm2降至43.79mg/hm2。成熟林的碳密度均為75mg/hm2左右，總體變化不大，基本保持平衡(其中近熟林的碳密度由50.07mg/hm2升至57.70mg/hm2，成熟林的碳密度為74.59mg/hm2升至77.16mg/hm2，過熟林的碳密度高達(dá)117.36和109.11mg/hm2)。

3 結(jié)論

1)云南省森林(喬木林分)碳密度在全國屬于較高的水平。根據(jù)2007年森林資源調(diào)查結(jié)果得到的云南省森林碳密度(50.58mg/hm2)顯著高于全國喬木林的碳密度(45.28mg/hm2［16］)，僅低于西藏(102.51mg/hm2［16］)和新疆(70.81mg/hm2［16］) 的森林碳密度，而高于其他省份，如福建省為32.85mg/hm2［17］、江西省 25.38mg/hm2［18］、海南省 32.59mg/hm2［19］和河南省 23.64mg/hm2［20］。

2)云南省森林碳儲量在全國森林植被碳庫具有重要的地位。云南省作為中國的森林資源大省之一，2007年的主要森林植被碳儲量(884.11 Tg)占全國森林植被碳儲量(7 811.46 Tg［16］)的11.31%，僅低于黑龍江(11.87%［16］)，云南森林對我國的森林發(fā)揮固碳減排作用具有重要的意義。

3)闊葉林是云南省森林碳儲量的主要貢獻(xiàn)者。闊葉林的面積占云南省森林面積的53.83%，碳儲量占同期森林碳儲量的63.70%，闊葉林的碳儲量遠(yuǎn)高于針葉林和針闊混交林，云南省闊葉林的平均碳密度高于針葉林的平均碳密度，今后云南省在發(fā)展森林碳交易而營造碳匯林時，宜大力發(fā)展鄉(xiāng)土闊葉林。

4)云南省森林碳儲量具有巨大而穩(wěn)定的增長潛力。本研究顯示，1997—2007年期間云南省森林碳儲量年均增長20.51 Tg，年增長率為2.67%。云南省森林碳儲量增加的主要原因是此期間內(nèi)云南省年新增造林20萬 hm2，森林面積年增長率達(dá)到1.62%，此外森林經(jīng)營水平也不斷提高，導(dǎo)致森林質(zhì)量和碳儲量相應(yīng)的增加。2007年云南省森林中幼、中齡林面積所占比例較高，超過65%，而幼、中齡林的碳密度僅為32.85和43.79mg/hm2，遠(yuǎn)低于成熟林的75.25mg/hm2。隨著林齡結(jié)構(gòu)的改善，森林成熟度不斷增加，云南省森林的碳儲量和碳密度都將呈穩(wěn)定的上升趨勢。

5)本文對云南省森林碳匯量的估算采用的數(shù)據(jù)來源于第3次和第5次云南省森林資源連續(xù)清查成果，數(shù)據(jù)系統(tǒng)可靠，尺度統(tǒng)一，這在根本上保證了研究結(jié)果的準(zhǔn)確性;但研究也存在一些不確定性，較突出的是2007年云南省經(jīng)濟(jì)林面積108.93萬hm2，占森林面積的5.11%，且種類豐富，而計算經(jīng)濟(jì)林的碳儲量時所采用的數(shù)據(jù)為平均生物量，計算存在較大的不確定性。今后應(yīng)對云南省的經(jīng)濟(jì)林及木本油料樹種的碳儲量開展深入研究。

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Carbon storage of forest vegetation in Yunnan Province and its dynamic change in recent 10 years

Pei Yanhui，Li Jiang
(Yunnan Academy of Forestry，650204，Kunming，China)

Based on the data of 3rd(1992—1997)and 5th(2002—2007)forest resources inventory in Yunnan Province，forest carbon storage，carbon density and its dynamic change in Yunnan Province were analyzed by adopting the biomass expansion factor continuous function.The results were as followed：in recent 10 years the forest carbon storage increased from 679.10 Tg in 1997 to 884.11 Tg in 2007，and the annual growth rate was 2.67%.The carbon density of arboreal forest increased from 46.80mg/hm2in 1997 to 50.58mg/hm2in 2007，higher than the national average level of carbon density.The forest wasmainly young，middle-aged forest in Yunnan Province，its area accounted formore than 65%of the total forests，which showed that forest vegetation in Yunnan Province had great potential to stock carbon.

forest;carbon storage;carbon density;dynamic change;Yunnan Province

2011-11-14

2012-02-13

國家科技支撐計劃“小桐子人工林碳匯功能研究”(2007BAD32B02-08);云南低碳發(fā)展專項“云南碳匯造林關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”;國家科技支撐計劃“亞熱帶森林區(qū)營林固碳技術(shù)研究與示范”(2008BAD95B09);云南省基金項目“云南省林業(yè)碳匯量測算與碳匯潛力分析”(2007C240M)

裴艷輝(1975—)，女，碩士，工程師。主要研究方向：森林生態(tài)和碳匯。E-mail：eccedo@126.com

?責(zé)任作者簡介：李江(1972—)，男，博士，副研究員。主要研究方向：林業(yè)碳匯和森林培育。E-mail：lijianglyht@yahoo.com.cn

(責(zé)任編輯：程 云)