江蘇省森林碳儲量的區(qū)域分布研究

楊加猛，杜麗永，蔡志堅(jiān)，張智光

(1.南京林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.南京大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210046)

江蘇省森林碳儲量的區(qū)域分布研究

楊加猛1,2，杜麗永1，蔡志堅(jiān)1，張智光1

(1.南京林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.南京大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210046)

運(yùn)用因子連續(xù)函數(shù)法對江蘇省13個地級市的森林碳儲量及其變化情況進(jìn)行了估算。結(jié)果表明：2010年，江蘇省森林碳儲量為4 615.55×104t，蘇北、蘇南和蘇中的占比分別為57.83%、28.26%和13.91%；2005～2010年，江蘇省森林碳儲量增加了2 025.59×104t，森林“碳匯”效應(yīng)顯著，但各區(qū)域的碳儲量變化不均衡。在江蘇新增造林面積空間較為有限的背景下，提高林地生產(chǎn)力，優(yōu)化樹種和林齡結(jié)構(gòu)是增加森林碳儲量的有效途徑。

森林碳儲量；森林碳匯；區(qū)域分布；江蘇

大氣、海洋和陸地生物圈是人為源CO2的3個容納庫[1]。相對而言，陸地生物圈因其植被類型的豐富多樣和土壤碳儲量的復(fù)雜性而難以較準(zhǔn)確地測定和估算，陸地碳匯的大小和分布存在很大的不確定性[2]。由于研究者所使用的研究方法和手段不同，已有研究中關(guān)于陸地碳匯大小的估計(jì)存在著很大差別，例如美國的碳匯量變動于每年0.078～1.700 PgC之間，相差高達(dá)20～34倍[3]。在空間分布上，由于陸地生態(tài)系統(tǒng)的類型、所處的氣候和土壤條件以及它們對全球變化敏感程度的不同，碳匯的大小存在著很大的空間異質(zhì)性，例如美國的不同生物氣候區(qū)，其年均碳匯量變動為100～150 kg/hm2[4]；中國森林植物的碳儲量主要集中在西藏、四川、內(nèi)蒙古、云南等省份[5]，各省份的喬木林碳密度可能介于12.61～102.51 Mg/hm2之間[6]。

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，大約占陸地生態(tài)系統(tǒng)總碳庫的60%[7-8]，在減少溫室氣體排放、穩(wěn)定大氣CO2濃度中扮演著重要的角色。為此，森林碳儲量的研究一直是國際社會關(guān)注的熱點(diǎn)。據(jù)政府間氣候變化專門委員會(IPCC)[9]估計(jì)，全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量約2 477 Gt，其中植被碳儲量約占20%，土壤碳約占80%。占全球土地面積27.6%的森林植被碳儲量約占全球植被碳儲量的77%，單位面積森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量（碳密度）是農(nóng)地的1.9～5倍。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)[10]的評估認(rèn)為，單位面積森林地上部分生物量平均為109t/hm2，全球森林地上部分生物量達(dá)422 Gt。許多學(xué)者對中國森林植被的碳儲量大小、分布、潛力、估算方法等進(jìn)行了探討[11-16]，為研究中國森林植被的碳匯能力奠定了良好的基礎(chǔ)。

就中國森林碳匯研究的已有成果來看，更多關(guān)注的是全國尺度的森林植被固碳能力核算，在省域尺度上的森林碳匯研究相對缺乏。少量針對江蘇森林和楊樹人工林碳儲量變化的研究中[17-18]，沒有涉及江蘇省近年的森林資源及其碳匯變化情況。本文可能的貢獻(xiàn)在于：結(jié)合江蘇省第七次(2005年)和第八次(2010年)森林資源的清查成果[19-20]，對2005～2010年江蘇省森林碳儲量的動態(tài)變化進(jìn)行估算，并探討其空間分布狀況及其主要影響因素，為明確區(qū)域碳匯的提升途徑提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 森林碳儲量的核算方法

平均生物量法、平均換算因子法和轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法是推算區(qū)域尺度森林生物量的3類主要方法[21]?；跀?shù)據(jù)可得性和估算結(jié)果可比性的考慮，本研究根據(jù)區(qū)域森林資源的清查資料，選擇生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法進(jìn)行森林生物量和碳儲量的核算，公式如下：

式（1）中，S為區(qū)域森林碳儲量；q為森林生物量的碳儲量轉(zhuǎn)化系數(shù)（按0.5計(jì)算）。Si（i=1,2,3,4）分別代表喬木林、經(jīng)濟(jì)林、竹林和灌木林的碳儲量；Ai（i=1,2,3,4）分別為喬木林、經(jīng)濟(jì)林、竹林和灌木林的面積（竹林按株數(shù)核算）；Bi（i=1,2,3,4）分別為喬木林、經(jīng)濟(jì)林、竹林和灌木林的單位面積生物量（竹林按平均單株生物量核算）；Aj為區(qū)域內(nèi)第j種喬木林優(yōu)勢樹種面積；Xj為區(qū)域內(nèi)第j種喬木林優(yōu)勢樹種的單位面積蓄積量；BEFj為區(qū)域內(nèi)第j種喬木林優(yōu)勢樹種的生物量換算因子，其計(jì)算方法為：

式（2）中，a、b為計(jì)算參數(shù)，x為單位面積蓄積量。

計(jì)算各地級市的碳儲量時，式（1）中的經(jīng)濟(jì)林B2取我國經(jīng)濟(jì)林的平均生物量23.70 Mg/hm2；灌木林B4取我國秦嶺淮河以南的灌木林平均生物量值19.76 Mg/hm2[22]。竹林在2 788～4 545 株/hm2的密度范圍內(nèi)，其單株生物量變動于0.022 35～0.022 62 Mg/株之間[23]。江蘇省竹林面積中毛竹林占69.5%，其平均密度為4 182 株/hm2。為此，本文按平均0.022 5 Mg/株計(jì)算竹林B3的生物量。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

利用江蘇省第七次（2005年）和第八次（2010年）森林資源清查成果中，關(guān)于江蘇省及13個地級市的喬木林優(yōu)勢樹種面積、蓄積，經(jīng)濟(jì)林樹種、面積，竹林面積、株數(shù)，灌木林面積等相關(guān)數(shù)據(jù)，核算江蘇省和各地級市的森林碳儲量及其變化情況。

運(yùn)用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)時[1,15]，按木材氣干密度接近原則，闊葉林中的榆樹、楝樹、烏桕和楓楊參照闊葉混的生物量轉(zhuǎn)換因子參數(shù)確定；泡桐參照水杉；構(gòu)樹、銀杏、樸樹、刺槐按雜木硬闊類確定。針葉林中的濕地松、雪松、黑松、國外松統(tǒng)一參照其它松類和針葉林的生物量轉(zhuǎn)換因子參數(shù)確定。

江蘇省2005和2010年主要喬木林優(yōu)勢樹種的生物量轉(zhuǎn)換因子見表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 江蘇省森林碳儲量現(xiàn)狀及其區(qū)域分布

江蘇省主要喬木林優(yōu)勢樹種的碳儲量計(jì)算結(jié)果見表2。2005和2010年，江蘇主要喬木林優(yōu)勢樹種的平均碳密度分別為23.40 Mg/hm2和25.78 Mg/hm2，與方精云等[3]計(jì)算出的25.3 Mg/hm2較為接近，小于1998年的全國平均水平38.05 Mg/hm2[11]和2004年的42.82 Mg/hm2[6]。其中，楊樹的碳密度由2005年的25.38 Mg/hm2提高到2010年的28.94 Mg/hm2，接近劉國華等[15]研究的25～28 Mg/hm2的楊樹林碳密度值，略低于Fang等[11]對我國森林生態(tài)系統(tǒng)中人工林的平均碳儲量估計(jì)值30 Mg/hm2。事實(shí)上，在江蘇的喬木林各齡組中，幼、中齡林面積占喬木林面積的87.96%，幼、中齡林蓄積占喬木林蓄積的84.26%[20]，由此導(dǎo)致江蘇森林資源的生物量和碳儲量偏低。

江蘇省及各地級市的2010年森林碳儲量計(jì)算結(jié)果見表3?？梢钥闯?，目前江蘇省的森林碳儲量為4 615.55×104t，森林類型上主要來源于喬木林。地級市的碳儲量分布上，徐州市以805.83×104t排名首位，占全省碳儲量的17.46%；其次為淮安、宿遷和鹽城，分別達(dá)614.10×104t，483.65×104t和 426.51×104t。

表1 江蘇省喬木林優(yōu)勢樹種生物量轉(zhuǎn)換因子?Table 1 Biomass conversion factors of dominant tree species in Jiangsu arbor forests

表2 江蘇省主要喬木林優(yōu)勢樹種的碳儲量Table 2 Carbon storages of dominant tree species of Jiangsu arbor forests

表3 江蘇省森林碳儲量及其地區(qū)分布(2010)?Table 3 Carbon storage and region distribution in Jiangsu forests (in 2010)

分區(qū)域來看，全省森林碳儲量構(gòu)成中，蘇北地區(qū)最高，達(dá)57.83%，其次為蘇南和蘇中，占比分別為28.26%和13.91%。分森林類型看，全省喬木林的碳儲量占比中，蘇北地區(qū)占67.38%，蘇南和蘇中地區(qū)分別占20.66%和11.97%；竹林的碳儲量占比中，蘇南地區(qū)高達(dá)66.96%，蘇北和蘇中地區(qū)各占18.24%和14.79%；經(jīng)濟(jì)林的碳儲量分布相對均勻；灌木林碳儲量上，蘇南與蘇北較為接近，分別為40.37%和38.98%，見圖1。

2.2 江蘇省森林碳儲量變化及其原因

江蘇省及各地級市的2005年森林碳儲量計(jì)算結(jié)果見表4。

圖1 分區(qū)域的森林碳儲量占比(in 2010)Fig. 1 Forest carbon storage contributions for different forest classif i cations in Jiangsu (in 2010)

表4 江蘇省森林碳儲量及其地區(qū)分布(2005)?Table 4 Carbon storage and region distribution in Jiangsu forests (in 2005)

由表3、表4看出，2005～2010年，江蘇省森林碳儲量由2 589.96×104t增加到4 615.55×104t，年均增加405.12×104t，年均增長率為15.64%，高于2000～2005年的9.3%的增長率[18]。這表明過去的5年里，江蘇森林是一個顯著的“碳匯”，碳儲量增量呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。分地區(qū)來看，2005～2010年，江蘇省13個地級市的森林碳儲量都有所增長，但各市的碳儲量增長差異明顯：碳儲量絕對量上，徐州、淮安和鹽城的增長量位居前三位，分別增加了313.24×104t、265.03×104t和213.65×104t；相對量上，南通和鎮(zhèn)江的碳儲量增長率最高，5年間分別達(dá)到233.30%和238.09%，遠(yuǎn)高于全省的平均水平，見表5。

這一結(jié)果表明，各地區(qū)碳儲量的增量與其存量存在關(guān)聯(lián)，但并非嚴(yán)格對應(yīng)。例如，南通和鎮(zhèn)江的碳儲量在2005年僅為76.53×104t和83.05×104t，在13個地級市中排名最后兩位，但2010年分別增長到255.08×104t和280.78×104t，排名分別升至第8和第7位，5年間的碳儲量年均增長率分別達(dá)46.66%和47.62%。進(jìn)一步分析，南通2005～2010年的喬木林面積增加了427.50%，而單位面積蓄積同步增長了122.42%，見表6?？梢?，森林面積和林地生產(chǎn)力的提高是增加森林碳儲量的直接因素；鎮(zhèn)江的喬木林面積同比增加了101.69%，單位面積蓄積雖然略有下降，但其竹林面積由2005年的1257.60×104株增加到2010年的12478.47×104株[19-25]，這是導(dǎo)致其森林碳儲量大幅增加的原因所在。

表5 江蘇省森林碳儲量變化及其分布Table 5 Forests carbon storage change and region distribution in Jiangsu

表6 江蘇喬木林面積蓄積變化(2005～2010)Table 6 Area and stock changes of Jiangsu arbor forests during 2005～2010

事實(shí)上，在過去的20年里，江蘇省的林地和森林面積持續(xù)穩(wěn)定增長，尤其是自2003年開始，江蘇省按照生態(tài)省的建設(shè)要求，出臺了“推進(jìn)綠色江蘇建設(shè)的決定”。全省各地將綠色江蘇建設(shè)作為最大的生態(tài)工程，植樹造林的步伐進(jìn)一步加快。僅2003～2009年，全省植樹造林總面積達(dá)81.07×104hm2，超過綠色江蘇政策實(shí)施前30年的總和，森林覆蓋率年均提高1.1%。與此同時，全省森林蓄積量和單位面積蓄積量分別由2005年的3 950.41×104m3和43.97 m3/hm2大幅提升至2010年的 8 431.04×104m3和 61.27 m3/hm2（表 6）[20]，這可以理解為江蘇省森林碳儲量近年大幅增加的主要原因。

3 小 結(jié)

2005～2010年，江蘇省森林碳儲量由2 589.96×104t增加到2010年的4 615.55×104t，年均增加405.12×104t，表明這5年里江蘇森林是CO2的一個“匯”。如果考慮森林地下部分的生物量，則江蘇省的森林碳匯效應(yīng)更為明顯。不過，江蘇主要喬木林優(yōu)勢樹種的平均碳密度仍然小于全國平均水平，且森林碳儲量的分布很不均衡。這一方面反映出江蘇的森林碳儲量增長潛力較大，另一方面也說明經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)但森林資源較為豐富的蘇北地區(qū)對江蘇森林生態(tài)效益的發(fā)揮作出了更大貢獻(xiàn)。作為大陸地區(qū)人均國土面積和人均環(huán)境容量最小的省份之一，江蘇新增造林面積的空間相對有限，因此進(jìn)一步提高林地生產(chǎn)力，優(yōu)化樹種和林齡結(jié)構(gòu)，對于江蘇森林蓄積及其碳儲量的增加至關(guān)重要。

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Study on regional distribution of forest carbon storage in Jiangsu province

YANG Jia-meng1,2, DU Li-yong1, CAI Zhi-jian1, ZHANG Zhi-guang1
(1. College of Economic and Management, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China; 2. School of the Environment,Nanjing University, Nanjing 210046, Jiangsu, China)

The forest carbon storage and sink of 13 cities of Jiangsu province were estimated by means of the continuous functions for biomass expansion factor (BEF). The results show that the forest carbon storage in Jiangsu province was 4 615.55×104t in 2010, and the northern, southern and central Jiangsu region of the province contributed 57.83%, 28.26% and 13.91% of the total, respectively; The carbon storage in Jiangsu’s forests had increased by 2 025.59×104t during 2005～2010, which possess signif i cant carbon absorbing effect but with imbalance among the changes of carbon storage in different regions; Under the background of limited amount of new afforestation, improving forest productivity, optimizing the structure of tree species and stand ages will be benef i cial to enhance the forest growing stock.

forest carbon storage; forest carbon sink; regional distribution; Jiangsu province

S718.55

A

1673-923X(2014)07-0084-06

2014-03-10

教育部人文社科基金青年項(xiàng)目（12YJC630265）；江蘇省環(huán)保科研課題（2012056）；江蘇省應(yīng)用研究課題（11SC-054）

楊加猛（1974-），男，江蘇連云港人，副教授，博士后，主要研究方向?yàn)闅夂蜃兓c低碳發(fā)展、環(huán)境系統(tǒng)工程等

[本文編校：吳 毅]