基于森林資源連續(xù)清查的森林碳儲(chǔ)量估算1)——以內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)為例

王文波 姜喜麟 趙鵬武

(國(guó)家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，北京，100714) (國(guó)家林業(yè)局發(fā)展規(guī)劃與資金管理司) (內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué))

責(zé)任編輯:張 玉。

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是國(guó)家、民族生存的資本和根基。僅占陸地面積的27%的全球森林面積保存著陸地生物量的85%，儲(chǔ)存著全球植被碳儲(chǔ)量的80%以上和全球土壤碳儲(chǔ)量的40%以上的碳［1－2］，在調(diào)節(jié)氣候變化、減緩溫室效應(yīng)方面具有不可替代的作用［1－3］。森林碳儲(chǔ)量的估算，目前主要有蓄積量法、生物量法、基于蓄積量法、生物量法的生物清單法。但是，實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)確估算森林植被碳儲(chǔ)量的前提，是準(zhǔn)確估算其生物量。森林資源清查資料，具有分布范圍廣、森林類型全、時(shí)間連續(xù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)域森林植被碳儲(chǔ)量的估測(cè)具有一定優(yōu)勢(shì)［4］。

我國(guó)大尺度碳儲(chǔ)量估算方法的探索，始于上世紀(jì)90年代中期。方精云等［5－6］利用野外實(shí)測(cè)結(jié)合全國(guó)森林資源清查資料，開始探討大尺度的森林碳儲(chǔ)量估算;李海奎等［7］以回歸模型估計(jì)法，推算區(qū)域喬木林碳儲(chǔ)量;劉國(guó)華等［8］利用森林資源清查資料，推算了我國(guó)近20 a 森林碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài);徐新良等［9］在分析研究我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)主要優(yōu)勢(shì)樹種生物量和蓄積量關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)全國(guó)森林資源清查資料，得出了我國(guó)70年代以來森林生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲(chǔ)量的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)和規(guī)律［10］。近些年，隨著方法體系的不斷成熟和行業(yè)的需求，河北、福建、黑龍江、云南、河南、山西、遼寧、浙江、江蘇、廣東、內(nèi)蒙古等地，均通過森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)進(jìn)行大尺度的森林碳儲(chǔ)量估算［11－21］。

本文以呼倫貝爾地區(qū)2010年森林資源二類清查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)推薦方法進(jìn)行了內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)森林碳儲(chǔ)量評(píng)估，旨在為區(qū)域碳平衡研究提供基礎(chǔ)資料，為國(guó)家實(shí)施天然林全面禁伐，增強(qiáng)生態(tài)功能措施，制定區(qū)域應(yīng)對(duì)氣候變化方案提供參考。

1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古呼倫貝爾市，地處東經(jīng)115°31'～126°4'、北緯47°5'～53°20'。東西630 km、南北700 km，總面積2.53×107hm2。境內(nèi)內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)東西寬約384 km、南北長(zhǎng)約696 km，與俄羅斯和蒙古邊境線長(zhǎng)約440 km;地理坐標(biāo)為東經(jīng)119°36'～125°19'、北緯47°3'～53°20';內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)總面積1.067×107hm2，約占整個(gè)大興安嶺林區(qū)面積的47%，占全國(guó)國(guó)有林區(qū)的11.0%。呼倫貝爾地區(qū)，大多數(shù)地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，≥10 ℃積溫1 600～1 800 ℃，年平均氣溫在0.6～1.0 ℃之間;無霜期120 d 左右;年降水量400～450 mm。北部林區(qū)，屬于寒溫帶大陸性氣候，≥10 ℃積溫1 400～1 700 ℃，最冷月平均氣溫－24 ℃以下，極端最低氣溫達(dá)－53.2 ℃;年降水量大于400 mm，濕潤(rùn)度0.6 以上。地帶性森林植被有溫帶針闊混交林、夏綠闊葉林、寒溫帶明亮針葉林等森林植被，主要植物種類以耐寒冷的興安落葉松(Larix gmelinii)占優(yōu)勢(shì)，其次為樟子松(Pinius sylvestris)，伴生樹種為白樺(Betula plathylla)、黑樺(B.dahurica)、山楊(Populus davidiana)、蒙古櫟(Quercus mongolica)等。

2 研究方法

2.1 生物量換算

主要采用《2006年IPCC 國(guó)家溫室氣體清單指南》推薦方法，IPCC 法森林生物量估算公式為［22－23］:mt=Vt×ρ×Fbe2×(1+R)。式中:mt為某一樹種(森林類型)的總生物量;Vt為某一樹種(森林類型)的總蓄積量;ρ 為某一樹種組(森林類型)的木材密度;Fbe2為生物量擴(kuò)展因子;R 為根莖比。此公式實(shí)際上屬于材積源生物量法，也稱生物量轉(zhuǎn)換因子法(BEF)，是利用林分生物量與木材材積比值的平均值，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。Fbe=ρ×Fbe2×(1+R)。以上公式涉及的ρ、Fbe2、R 為缺省值，也可稱為是缺省參數(shù)，需要在國(guó)家尺度或區(qū)域尺度進(jìn)行確定;這些值的確定，有很大不確定性，對(duì)評(píng)估結(jié)果影響較大。本研究在IPCC 推薦使用的缺省值和《中國(guó)初始國(guó)家信息通報(bào)》(2006)給出的參考值的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況和以往研究文獻(xiàn)［24－25］，對(duì)ρ、Fbe2、R 進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。

2.2 碳儲(chǔ)量計(jì)算

目前，無論在森林群落或森林生態(tài)系統(tǒng)尺度上，還是在區(qū)域、國(guó)家尺度，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)等國(guó)際組織以及世界各國(guó)對(duì)森林碳儲(chǔ)量的估計(jì)，普遍采用的方法，是通過直接或間接測(cè)定森林生物量再乘以生物量中碳元素的含量(含碳率)推算而得。本研究中含碳率，參考IPCC 碳計(jì)量參數(shù)的缺省值和以往研究文獻(xiàn)［24－29］獲取。mc=mt×wc。式中:mc為某一樹種(森林類型)的碳儲(chǔ)量;mt為某一樹種(森林類型)的總生物量;wc為某一樹種的含碳率。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林碳儲(chǔ)量與分配

內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)有林地面積1.226 65×107hm2，森林植被碳儲(chǔ)量為5.39×108t(此研究結(jié)論包括呼倫貝爾地區(qū)地方林業(yè)局和內(nèi)蒙古森工集團(tuán)所屬的呼倫貝爾地區(qū)天然林和人工林，不包括灌木林)，相當(dāng)于固定7.55×108t 標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒排放的二氧化碳量，此研究結(jié)論占內(nèi)蒙古森林碳儲(chǔ)量6.9×108t的78%［7］，與閆德仁等［33］研究呼倫貝爾市林木碳儲(chǔ)量為5.7×108t(包括灌木林)結(jié)論相近。其中:用材林碳儲(chǔ)量為4.595 501×108t，占總碳儲(chǔ)量的85%;防護(hù)林碳儲(chǔ)量為5.694 54×107t，占總碳儲(chǔ)量的11%;用材林和防護(hù)林碳儲(chǔ)量占呼倫貝爾地區(qū)森林總碳儲(chǔ)量的96%，是森林碳儲(chǔ)量最核心的部分。呼倫貝爾地區(qū)有林地面積中78%的用材林占據(jù)了區(qū)域森林碳儲(chǔ)量的85%，不同森林類型對(duì)森林碳儲(chǔ)量的影響顯著。結(jié)論符合以往研究結(jié)論［3］。此外，散生木碳儲(chǔ)量1.713 58×107t、疏林地碳儲(chǔ)量4.047×105t、特用林碳儲(chǔ)量4.595 4×106t、四旁樹碳儲(chǔ)量1.578×105t，合計(jì)占森林總碳儲(chǔ)量的4%(見表1)。綜上所述，加強(qiáng)森林資源保護(hù)，提高森林防火，減少森林資源損失，能夠大大提升當(dāng)?shù)氐纳痔紖R能力［30］。全面停止商業(yè)性采伐，以提高森林質(zhì)量來提高森林碳匯功能十分必要而緊迫。

3.2 不同樹種碳儲(chǔ)量及碳密度

由表2可見:內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)主要由興安落葉松、樟子松、白樺等11 個(gè)優(yōu)勢(shì)樹種構(gòu)成了不同的森林景觀類型，其碳儲(chǔ)量合計(jì)5.39×108t。其中:興安落葉松林碳儲(chǔ)量3.108 857×108t，占總碳儲(chǔ)量58%，比例最大;其次是白樺林碳儲(chǔ)量1.617 049×108t，占總碳儲(chǔ)量的30%;此外，樟子松、蒙古櫟、山楊林碳儲(chǔ)量比例相當(dāng)，合計(jì)占總碳儲(chǔ)量的10%。11個(gè)優(yōu)勢(shì)樹種林分碳密度分配，依然興安落葉松最大(50.79 t·hm－2);其次是樟子松林、白樺林、山楊林等主要林分，分別為50.62、44.08、32.20 t·hm－2。岳華林碳密度較大，但是在內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)沒有集中連片的大面積分布。

興安落葉松、樟子松、白樺和山楊等優(yōu)勢(shì)樹種，是內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)的主要建群種，占呼倫貝爾地區(qū)森林面積的85%，卻占據(jù)了該區(qū)域森林碳儲(chǔ)量的98%以上;僅落葉松和白樺林就占區(qū)域森林碳儲(chǔ)量的88%;顯然不同優(yōu)勢(shì)樹種對(duì)區(qū)域森林碳儲(chǔ)量的影響顯著。此結(jié)論與國(guó)內(nèi)諸多研究相吻合［3，10，21，30］。如果 興 安 落 葉 松 林 經(jīng) 過 采 伐 或 火 燒后，迅速由白樺林及山楊林或針闊混交林替代，成為次生林，森林質(zhì)量下降，森林碳匯能力也隨之下降。此外，興安落葉松是寒溫帶明亮針葉林的重要組成部分，有學(xué)者研究認(rèn)為，由于氣候變化及人為干擾，內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)多年凍土南界北移，可能會(huì)造成興安落葉松林北移出境［32］。依據(jù)此論斷，應(yīng)加強(qiáng)森林資源培育保護(hù)工程，保證鄉(xiāng)土優(yōu)勢(shì)樹種的培育和經(jīng)營(yíng)，保證森林質(zhì)量及其服務(wù)、減緩氣候變化進(jìn)程、促進(jìn)森林可持續(xù)發(fā)展，保證北方針葉林的巨大碳匯功能。

表1 不同森林類型碳儲(chǔ)量及其分配

表2 不同優(yōu)勢(shì)樹種森林面積、蓄積及碳儲(chǔ)量分配

3.3 不同齡組用材林森林碳儲(chǔ)量分配特征

內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)用材林面積9.594 5×106hm2，森林碳儲(chǔ)量4.595 501×108t。其中:幼齡林1.177 1×106hm2，碳儲(chǔ)量1.252 28×107t;中齡林4.765 4×106hm2，碳儲(chǔ)量1.732 748×108t;近成熟林1.378 6×106hm2，碳儲(chǔ)量7.662 69×107t;成熟林1.721 6×106hm2，碳儲(chǔ)量1.413 827×108t;過熟林5.518×105hm2，碳儲(chǔ)量5.574 29×107t。不同齡組用材林碳儲(chǔ)量分布中齡林最高，其次是成熟林，在內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)成過熟林仍然是最大的碳庫。在內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)，由于多年的采伐，森林結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，中幼林分布面積較大，成過熟林面積大幅縮減，使得中齡林碳儲(chǔ)量較大，這與我國(guó)東北天然林保護(hù)工程碳儲(chǔ)量評(píng)估結(jié)果相似［30］。

表3 不同齡組森林碳儲(chǔ)量及其分配

內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)單位面積碳儲(chǔ)量(碳密度)，從大到小依次為過熟林、成熟林、近成熟林、中齡林、幼齡林。不同齡組用材林碳密度隨林齡的增加而增大。此研究結(jié)論與以往研究結(jié)論相似［3－4，22］。呼倫貝爾地區(qū)內(nèi)蒙古大興安嶺北部原始林區(qū)等生產(chǎn)難度較大的偏遠(yuǎn)山區(qū)，還保留著一些成過熟林，雖然面積不大，但是保存著巨大的生物量;因此其碳儲(chǔ)量，尤其是碳密度非?？捎^。此結(jié)論符合成過熟林仍然能夠發(fā)揮巨大“碳匯”作用的結(jié)論［31］。內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)森林資源主要分布在內(nèi)蒙古森工集團(tuán)所管轄的范圍，以興安落葉松林為主的北方針葉林達(dá)到成熟林需要100 a，達(dá)到過熟林需要140 a，能夠持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)揮固碳能力需要1～2代人的努力使森林休養(yǎng)生息。所以，國(guó)家采取全面停止天然林商業(yè)性采伐，“把所有天然林都保護(hù)起來”，實(shí)施國(guó)家儲(chǔ)備林建設(shè)工程、國(guó)有林場(chǎng)森林資源保護(hù)培育工程、山體生態(tài)修復(fù)工程等生態(tài)建設(shè)是最佳的選擇。

4 結(jié)束語

森林減緩氣候變化進(jìn)程，是因?yàn)樯帜軌蛲ㄟ^光合作用吸收大氣中的CO2等溫室氣體，具有很強(qiáng)的固碳釋氧、凈化大氣等生態(tài)服務(wù)功能。森林碳儲(chǔ)量的核算，其核心是準(zhǔn)確核算其生物量，然后乘以相應(yīng)的含碳率。但是，不同研究方法得到的結(jié)果差異較大。本研究通過IPCC 評(píng)估指南提供的缺省值，結(jié)合前人研究文獻(xiàn)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，獲得與相關(guān)研究相近的結(jié)論［7，33］。但是，通過加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，進(jìn)行不同區(qū)域、不同優(yōu)勢(shì)樹種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(生物量、含碳率、根莖比等)的更新和完善，必將提高碳儲(chǔ)量評(píng)估的精度［24］，也為不同研究方法體系的精度調(diào)整和技術(shù)完善，為森林碳儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

通過本研究，已經(jīng)明確加強(qiáng)森林資源培育保護(hù)工程，提高森林質(zhì)量，是保持森林巨大碳儲(chǔ)量的措施之一。我國(guó)未來的林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，將是繼續(xù)深化林業(yè)改革、全面保護(hù)天然林、大力營(yíng)造人工林，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)、推進(jìn)科學(xué)修復(fù)，為生態(tài)文明建設(shè)創(chuàng)造更好的生態(tài)條件。2015年2月中發(fā)6 號(hào)文確定國(guó)有林場(chǎng)和國(guó)有林區(qū)改革方案，要加強(qiáng)森林資源培育保護(hù)工程，實(shí)行最嚴(yán)格的森林資源資產(chǎn)管理制度和監(jiān)管體制;4月份，重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)停止天然林商業(yè)性采伐范圍擴(kuò)大到黑龍江、吉林和內(nèi)蒙古等地。森林質(zhì)量的優(yōu)化和改善，必將提高森林應(yīng)對(duì)氣候變化，促進(jìn)人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色發(fā)展的進(jìn)程;森林碳儲(chǔ)量等生態(tài)服務(wù)的研究，將是更好地量化森林資源培育保護(hù)工程績(jī)效的重要內(nèi)容之一。

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