廣東省森林碳匯宏觀監(jiān)測體系探討

徐期瑚，羅 勇，劉飛鵬，張紅愛，楊加志

(廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣州 510520)

廣東省森林碳匯宏觀監(jiān)測體系探討

徐期瑚，羅 勇，劉飛鵬，張紅愛，楊加志

(廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣州 510520)

對森林碳庫進(jìn)行宏觀監(jiān)測，是評估森林碳匯功能的重要組成部分，也是提高森林碳匯功能的基礎(chǔ)。針對廣東省森林碳匯監(jiān)測研究背景，提出了監(jiān)測技術(shù)路線及主要技術(shù)手段，構(gòu)建廣東省森林碳匯宏觀監(jiān)測體系框架，將其分為小班和樣地兩個監(jiān)測系統(tǒng)，并對具體內(nèi)容進(jìn)行了說明。

森林碳匯；監(jiān)測；體系

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，它貯存了陸地生態(tài)系統(tǒng)76%～98%的有機(jī)碳[1]，是陸地最大的儲碳庫。森林植物通過光合作用吸收二氧化碳，放出氧氣，把大氣中的二氧化碳以生物量的形式固定在植被和土壤中；通過植樹造林，增加森林面積，直接增加森林碳匯；通過森林撫育等管理措施提高森林質(zhì)量，增加單位面積森林碳密度，從而增加森林碳匯；另一方面，加強(qiáng)保護(hù)力度，減少森林火災(zāi)、病蟲害、毀林，避免森林由“碳匯”變?yōu)椤疤荚础?，從而間接增加碳匯。鑒于森林固碳對于應(yīng)對氣候變化的重要性，以及固碳釋氧功能作為森林生態(tài)服務(wù)功能重要的一部分，隨著溫室效應(yīng)和氣候變暖的加劇，森林碳匯問題已日益受到國際社會的廣泛關(guān)注[2]。

1 森林碳匯監(jiān)測研究背景

進(jìn)行森林碳匯監(jiān)測與碳匯量估算，探明我國森林碳儲量與碳匯率，對于我國對溫室氣體減排負(fù)責(zé)任的國際形象具有重要作用，并為氣候談判提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。森林碳匯計量與監(jiān)測需要采用國際上認(rèn)可的方法，我國有關(guān)科研單位和專家也相繼開展了有關(guān)森林碳匯計量和監(jiān)測等相關(guān)方面的研究[3]，在森林碳匯計量方法和監(jiān)測方面已經(jīng)有了一定的科研基礎(chǔ)[4]，陳健[5]等對全國森林碳匯監(jiān)測和計量體系進(jìn)行了研究。

目前，森林碳匯計量監(jiān)測大多數(shù)只停留在項(xiàng)目級碳匯計量與監(jiān)測上，項(xiàng)目級碳匯計量與監(jiān)測已經(jīng)有較為成熟的方法[6-7]，但對區(qū)域級碳匯計量監(jiān)測未普遍展開，全國林業(yè)碳匯計量與監(jiān)測體系正在建立[8]，反映區(qū)域性森林碳匯計量監(jiān)測成果較少。如果森林碳匯僅僅反映在具體項(xiàng)目中，而不能對區(qū)域的碳匯量進(jìn)行計量監(jiān)測，則不能反映區(qū)域碳匯量的變化，也無法為社會、政府提供碳匯量信息。區(qū)域性森林碳匯計量監(jiān)測目前大多根據(jù)固定監(jiān)測樣地所代表的面積對區(qū)域及全國的碳匯量進(jìn)行推算，這對于較大范圍的總體估算是可行的，但對于省級以下小區(qū)域范圍內(nèi)的碳匯量估算采用此方法誤差較大、也不能在實(shí)踐中操作，迫切需要探尋一種以行政區(qū)域?yàn)榉秶浪闾紖R量的理論方法，估算省級以下區(qū)域森林碳匯量，碳匯監(jiān)測的重要性和迫切性日益凸顯。進(jìn)一步建立、健全區(qū)域森林碳匯計量監(jiān)測理論、方法與技術(shù)體系，研究森林碳匯的時空分布規(guī)律及變化的過程，獲得真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠的森林碳匯監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于了解森林儲碳情況，掌握森林碳匯功能第一手資料，為區(qū)域提供可靠、權(quán)威的碳匯計量與監(jiān)測數(shù)據(jù)，評估和挖掘碳匯潛力，發(fā)展森林碳匯，發(fā)揮林業(yè)在應(yīng)對氣候變化中的特殊地位和作用具有重要意義。

2 宏觀監(jiān)測體系的設(shè)計

廣東省森林碳匯宏觀監(jiān)測目標(biāo)是提供各種需求的森林碳匯量，建立區(qū)域森林碳匯監(jiān)測平臺，為省、市、縣等各級行政區(qū)域提供年度森林碳匯監(jiān)測結(jié)果，為社會公眾提供各行政區(qū)域范圍內(nèi)的森林碳匯信息。

2.1 監(jiān)測理論平臺

廣東省森林碳匯宏觀監(jiān)測理論平臺包括三個方面：一是森林資源理論平臺，以森林資源為基礎(chǔ)進(jìn)行碳匯計量與監(jiān)測，碳匯作為森林資源對碳聚積的結(jié)果，該理論重點(diǎn)借助國家森林資源連續(xù)清查理論成果和省級森林資源二類調(diào)查的理論成果；二是森林生態(tài)理論平臺，森林生態(tài)學(xué)是研究森林群落與周圍環(huán)境間相互關(guān)系的科學(xué)，森林生態(tài)學(xué)研究森林群落的結(jié)構(gòu)、類型、地理分布特點(diǎn)以及隨著時間與環(huán)境而變化的演替規(guī)律，森林群落吸收二氧化碳和釋放氧氣的過程，以及森林群落生物量與碳儲量等方面，該理論重點(diǎn)借助廣東省森林與生態(tài)狀況年度監(jiān)測的理論成果；三是森林碳匯計量監(jiān)測理論平臺，目前國際國內(nèi)都有較系統(tǒng)的森林碳匯監(jiān)測理論，也有一定的實(shí)踐基礎(chǔ)，廣東區(qū)域森林碳匯宏觀監(jiān)測依托現(xiàn)有森林碳匯監(jiān)測理論，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行理論豐富和實(shí)踐創(chuàng)新。

2.2 監(jiān)測技術(shù)路線

以森林碳匯計量監(jiān)測相關(guān)理論為指導(dǎo)，以國家森林資源連續(xù)清查廣東省3 685個固定樣地以及廣東省森林資源130萬個地籍小班數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以抽樣、模型、“3S”、實(shí)驗(yàn)和森林資源調(diào)查等技術(shù)為支撐，通過固定樣地調(diào)查、森林資源地籍小班遙感及實(shí)地驗(yàn)證調(diào)查、社會調(diào)查、模型預(yù)估、實(shí)驗(yàn)分析等信息采集方法，建立一個與森林資源“一類”“二類”和“三類”調(diào)查相兼容的區(qū)域森林碳匯監(jiān)測體系，森林碳匯監(jiān)測結(jié)果得到驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)碳匯計量監(jiān)測技術(shù)框架共用，監(jiān)測信息共享，為社會大眾、政府管理部門提供不同層次的、不同需求的森林碳匯量結(jié)果，成為廣東社會、政府森林碳匯信息發(fā)布平臺。

2.3 監(jiān)測框架設(shè)計

區(qū)域級碳匯計量監(jiān)測按空間尺度不同，分為小班監(jiān)測和樣地監(jiān)測。具體框架設(shè)計如圖1所示。

2.4 監(jiān)測主要技術(shù)手段

森林碳匯宏觀監(jiān)測體系的主要技術(shù)手段包括：

1) 抽樣技術(shù)。森林碳匯宏觀監(jiān)測包括大量的樣地調(diào)查和小班調(diào)查，如何節(jié)約人力物力是個重要的問題，節(jié)省人力物力主要通過減少地面調(diào)查工作量來實(shí)現(xiàn)，但地面工作量的減少必須在保證精度的前提下進(jìn)行，有效的抽樣方法十分重要。

2) 森林資源調(diào)查技術(shù)。包括樣地地面調(diào)查、小班地面調(diào)查和其他調(diào)查，雖然監(jiān)測中會采用遙感等越來越先進(jìn)的各種新技術(shù)，但森林資源調(diào)查技術(shù)在相當(dāng)長的時間內(nèi)依然是最直接、最精確和最可靠的信息來源，具有不可替代的地位。

3) 遙感技術(shù)。遙感數(shù)據(jù)具有很好的時效性和宏觀性以及高性價比的優(yōu)勢，是一種重要的數(shù)據(jù)來源，“一類”清查、“二類”和“三類”調(diào)查中將根據(jù)不同情況合理應(yīng)用。

4) 模型技術(shù)。對眾多類型數(shù)據(jù)的量化是森林碳匯計量監(jiān)測中的重要組成部分，在監(jiān)測內(nèi)容中，可實(shí)測的部分，需建立實(shí)測部分的生物量生長模型；對在實(shí)際中無法直接調(diào)查和測定的，監(jiān)測過程中只能通過監(jiān)測與之相關(guān)的其他容易測定的因子，作為輔助變量，采用數(shù)學(xué)模型加以模擬，實(shí)現(xiàn)對這些因子的估測。

圖1 廣東省森林碳匯宏觀監(jiān)測體系框架圖

5) 地理信息系統(tǒng)技術(shù)。地理信息系統(tǒng)技術(shù)是小班年度森林資源檔案更新的基礎(chǔ)，可以對森林碳匯數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、統(tǒng)計和輸出。

6) 實(shí)驗(yàn)技術(shù)。樣地、樣木調(diào)查和建模數(shù)據(jù)的獲取均需實(shí)驗(yàn)技術(shù)支撐，實(shí)驗(yàn)技術(shù)是獲取建模各類參數(shù)和系數(shù)的主要手段，如土壤有機(jī)碳、土壤含水率，樣地植物碳含率、含水率的實(shí)驗(yàn)分析測定等。

2.5 監(jiān)測基本數(shù)據(jù)項(xiàng)

按照國家森林資源“一類”清查、廣東省森林資源“二類”調(diào)查、森林資源“三類”調(diào)查有關(guān)技術(shù)要求，根據(jù)廣東省森林碳匯監(jiān)測氣候帶、監(jiān)測區(qū)、分地類、樹種(組)、齡組的分層布設(shè)樣地順序，考慮到三種類型調(diào)查均達(dá)到的技術(shù)要求，確定廣東省森林碳匯計量監(jiān)測的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，包括以下5個方面: ①氣候帶：分為中亞熱帶、南亞熱帶和北熱帶3個氣候帶； ②監(jiān)測區(qū)：在氣候帶基礎(chǔ)上，分為粵北片區(qū)(中亞熱帶)、粵東片區(qū)(南亞熱帶)、粵西片區(qū)(南亞熱帶)、珠三角區(qū)(南亞熱帶)、雷州半島區(qū)(北熱帶)； ③地類：在監(jiān)測區(qū)范圍內(nèi)林地，分為喬木林、竹林、疏林地、國家灌木林、其它灌木林、未成林造林地、未成林封育地、苗圃地、采伐跡地、火燒跡地、其它無林地、宜林荒山荒地、宜林沙荒地、其它宜林地； ④樹種(組)：對地類中喬木林、疏林地，須再分樹種(組)。分為杉木、馬尾松、濕地松、國外松、桉樹、黧蒴、速生相思、南洋楹、木麻黃、荷木、楓香、臺灣相思、其它軟闊、其它硬闊、針葉混、針闊混、闊葉混、木本果、食用樹種、林化樹種、藥用樹種； ⑤齡組：在樹種(組)基礎(chǔ)上，再分為幼齡林、中齡林、近成過熟林三個齡級。

3 監(jiān)測體系組成

廣東省森林碳匯宏觀監(jiān)測體系包括兩個系統(tǒng)：區(qū)域碳匯小班監(jiān)測系統(tǒng)和區(qū)域樣地監(jiān)測系統(tǒng)。

3.1 區(qū)域碳匯小班監(jiān)測系統(tǒng)

區(qū)域碳匯監(jiān)測系統(tǒng)主要內(nèi)容包括四個方面：

1) 以樣地調(diào)查為基礎(chǔ)建立樣地碳庫關(guān)系模型和參數(shù)

根據(jù)森林資源“一類”清查樣點(diǎn)采用抽樣方法來抽取省級碳匯監(jiān)測樣地，通過對碳匯固定樣地專項(xiàng)調(diào)查，獲取廣東分氣候帶、地類、樹種(組)、齡組的樣地碳庫關(guān)系模型和參數(shù)，主要模型和參數(shù)包括：建立喬木層與灌木層、草本層、枯落物層關(guān)系模型；建立無喬木層各地類灌木層、草本層、枯落物層生物量模型及參數(shù)；獲取各地類、樹種(組)林地土壤類型的有機(jī)碳估算參數(shù)。

2) 以樣木調(diào)查為基礎(chǔ)建立主要樹種單株生物量生長模型

進(jìn)行廣東主要樹種單株林木采樣，獲取建立廣東主要樹種森林生物量模型所需的喬木樣本數(shù)據(jù)，測定樣品的含水率、碳含率，建立廣東主要樹種單株生物量生長模型，在森林資源“二類”調(diào)查檔案中小班單位面積株數(shù)、樹種比例等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，擬合出不同喬木層樹種生物量生長模型。

3) 基于遙感和GIS技術(shù)的年度林地類型面積變化監(jiān)測

以廣東省森林資源“二類”調(diào)查檔案數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用遙感判讀與實(shí)地驗(yàn)證相結(jié)合方式調(diào)查。利用兩個年度的遙感影像進(jìn)行對比、檢測，提取遙感影像變化信息，在GIS中森林資源檔案數(shù)據(jù)中，確定突變地籍小班，再對突變地籍小班進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，確定各變化地籍小班的變化類型、范圍，統(tǒng)計各林地地類、喬木層樹種、齡級等年度面積數(shù)據(jù)，作為森林碳儲量的面積計算基數(shù)。

4) 區(qū)域森林碳匯監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總與計算

區(qū)域森林碳匯監(jiān)測碳庫包括林木碳庫、林下植被碳庫、森林枯落物碳庫和森林土壤碳庫。林木碳庫計算包括喬木林中林木碳庫和疏林地中林木碳庫，采用擬合的喬木層樹種生物量生長模型，結(jié)合森林資源“二類”調(diào)查檔案基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算單位面積喬木層碳儲量；通過樣地碳庫關(guān)系模型和參數(shù)，計算喬木林、疏林地中的林下植被碳儲量、非喬木林疏林地類中的單位面積林下植被碳儲量，單位面積森林枯落物碳儲量，以及單位面積各類型土壤有機(jī)碳含量；通過基于遙感和GIS技術(shù)的年度林地監(jiān)測統(tǒng)計的林地地類、喬木層樹種、齡級等年度面積數(shù)據(jù)，與上述單位面積碳儲量相乘，得出林木碳庫、林下植被碳庫、森林枯落物碳庫和森林土壤碳庫的碳儲量，各年度碳儲量變化統(tǒng)計為碳匯量。

3.2 區(qū)域碳匯樣地監(jiān)測系統(tǒng)

區(qū)域碳匯樣地監(jiān)測是以廣東省森林資源“一類”清查3685個樣地為基礎(chǔ)，在連續(xù)清查基礎(chǔ)上，以每5年一次的“一類”調(diào)查為基期，計算基期森林碳儲量；同時，利用清查間隔期進(jìn)行年度生態(tài)監(jiān)測，根據(jù)樣地地類、樹種、齡級等因子抽取10%連清樣地跟蹤調(diào)查。通過多期連清數(shù)據(jù)，計算出樣地喬木層、下木層、灌木層、草本層生物量模型、各森林類型的碳含率以及枯落物、土壤的碳儲量模型；通過樣地年度生態(tài)監(jiān)測，確定樣地碳儲量的變化，推算出全省總體碳匯量，最終估算出全省森林年度總碳儲量。

3.3 監(jiān)測體系的預(yù)期成果

監(jiān)測體系預(yù)期成果包括四個方面：一是了解和掌握廣東省級以下各級行政區(qū)域范圍森林碳匯現(xiàn)狀及動態(tài)變化；二是為社會大眾、各級政府管理部門提供不同層次所需要的碳匯監(jiān)測成果；三是向社會和大眾發(fā)布監(jiān)測年度內(nèi)森林碳匯變化公報；四是通過分析和綜合所有的碳匯監(jiān)測成果，為政府決策部門提供森林碳匯評估報告和相關(guān)的技術(shù)分析報告。

4 結(jié)語和討論

廣東省森林碳匯監(jiān)測體系主要從森林資源“二類”調(diào)查小班監(jiān)測系統(tǒng)和森林資源“一類”清查樣地監(jiān)測系統(tǒng)兩個方面著手進(jìn)行監(jiān)測，區(qū)域碳匯小班監(jiān)測系統(tǒng)是區(qū)域碳匯監(jiān)測體系的主要形式，統(tǒng)計計算全省各級行政區(qū)域的森林碳匯數(shù)據(jù)；區(qū)域碳匯樣地監(jiān)測系統(tǒng)是區(qū)域碳匯監(jiān)測體系的補(bǔ)充形式，對小班監(jiān)測體系所產(chǎn)生的全省年度碳匯結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修正，豐富森林碳匯的區(qū)域監(jiān)測的途徑。該監(jiān)測體系的建設(shè)，將確立廣東省森林碳匯宏觀監(jiān)測的框架，提升森林碳匯監(jiān)測水平。

廣東省在森林資源與生態(tài)狀況監(jiān)測方面已進(jìn)行了數(shù)年研究和實(shí)踐，積累了很多經(jīng)驗(yàn)[9-10]，在森林資源檔案更新與生態(tài)狀況年度監(jiān)測方面也進(jìn)行了諸多探索[11]，另外，在國家森林資源“一類”清查多期數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，廣東進(jìn)行了森林生態(tài)系統(tǒng)儲碳量等方面的多項(xiàng)研究[12]，這些經(jīng)驗(yàn)是成功進(jìn)行下一步工作的基礎(chǔ)。本文討論的是體系的框架結(jié)構(gòu)，尚未涉及具體細(xì)節(jié)問題，如“一類”清查中樣地的分層與抽取方法及統(tǒng)計算法等，需另文進(jìn)行相關(guān)專題的深入探討。另外，由樣地監(jiān)測系統(tǒng)和小班監(jiān)測系統(tǒng)分別統(tǒng)計計算的碳儲量及碳匯量將會有差異，這些差異屬于不同調(diào)查體系所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，廣東已在森林資源連續(xù)清查第七次復(fù)查中采用“大樣地”遙感區(qū)劃調(diào)查、分析的方法進(jìn)行了相關(guān)探索，有關(guān)成果也可應(yīng)用于森林碳匯宏觀監(jiān)測體系中。

[1] 王效科，馮宗煒.森林生態(tài)系統(tǒng)生物量和碳儲存量的研究歷史[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1996.

[2] 魏殿生，徐晉濤，李怒云.造林綠化與氣候變化-碳匯問題研究[M].北京：中國林業(yè)出版社，2003.

[3] 劉德晶，刁鳴軍.我國林業(yè)碳匯監(jiān)測評估工作初探[J].林業(yè)資源管理，2005(3)：7-10.

[4] 張小全，陳先剛，武曙紅.土地利用變化和林業(yè)活動碳貯量變化測定和監(jiān)測中的方法學(xué)問題[J].生態(tài)學(xué)報，2004，24(9)：2068-2073.

[5] 陳健，朱德海，徐澤鴻，等.全國森林碳匯監(jiān)測和計量體系的初步研究[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2008(5)：128-132.

[6] Ravindranath N H, Madelene Ostwald.林業(yè)碳匯計量[M].李怒云，呂佳，譯.北京：中國林業(yè)出版社，2009.

[7] 國家林業(yè)局應(yīng)對氣候變化和節(jié)能減排工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.中國綠色碳基金造林項(xiàng)目碳匯計量與監(jiān)測指南[M].北京：中國林業(yè)出版社，2008.

[8] 劉金山，張萬林，楊傳金，等.森林碳庫及碳匯監(jiān)測概述[J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2012，31(1)：61-65.

[9] 林俊欽，鄧鑒峰，林壽明，等.森林生態(tài)宏觀監(jiān)測系統(tǒng)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2004.

[10] 王登峰，薛春泉，劉志武，等.廣東省森林生態(tài)狀況監(jiān)測報告：2002年 [M].北京：中國林業(yè)出版社，2004.

[11] 魏安世，肖智慧，黃平，等.基于“3S”的森林資源與生態(tài)狀況年度監(jiān)測技術(shù)研究[M].北京：中國林業(yè)出版社，2010.

[12]葉金盛，佘光輝.廣東省森林植被碳儲量動態(tài)研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，34(4)：7-12.

[13] 尹少華,周文朋.湖南省森林碳匯估算與評價[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2013,33(7):136-139,144.

StudyofMacro-MonitoringSystemforForestCarbonSequestrationinGuangDongProvince

XU Qihu,LUO Yong,LIU Feipeng，ZHANG Hongai，YANG Jiazhi

(Guangdong Forestry Survey and PIanning Institute，Guangzhou 510520，Guangdong,China)

Macro-monitoring systm of forestry carbon pools, was an important part for functional assessement of forest carbon sequestration, It also provided the basic data for improving forest carbon sequestration.Based on research background of forest carbon sequestration monitoring, this article discussed the monitoring technical route and main technical methods.A framework of macro-monitoring system for forest carbon sequestration in Guang Dong province was put forward,it Includes forest subcompartment monitoring system and plots monitoring system.Each system was explained in details in this article.

forest carbon sequestration；macro-monitoring；system

2014—01—21

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)“林業(yè)碳匯計量監(jiān)測體系研究”(2012KJCX019-01)。

徐期瑚(1973—)，男，湖北監(jiān)利人，廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院高級工程師，碩士，從事森林生態(tài)監(jiān)測及林業(yè)生態(tài)規(guī)劃工作。

S 718.55

B

1003—6075(2014)01—0050—04