退耕還林工程植被碳匯效益估算

劉金山，楊傳金，戴前石

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計院，長沙 410014)

退耕還林工程植被碳匯效益估算

劉金山，楊傳金，戴前石

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計院，長沙 410014)

利用全國森林資源連續(xù)清查的人工林統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建立了不同樹種(組)人工林生物量密度—林齡模型，并根據(jù)全國退耕還林工程退耕地還林階段驗收有關結(jié)果數(shù)據(jù)，分析估算了全國退耕還林工程植被碳匯量及碳匯價值。

退耕還林；植被；碳儲量

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，通過植被的光合作用吸收并抵消了工業(yè)化所產(chǎn)生的部分二氧化碳，在緩解溫室氣體排放和應對氣候變化方面做出了重要貢獻。幾十年來，我國大力發(fā)展植樹造林，特別是通過林業(yè)重點工程的實施，形成了6933萬hm2的人工林面積[1]，增加了大量的碳儲量和碳匯。由于人工林和天然林在群落結(jié)構(gòu)和生長特性等環(huán)節(jié)有著明顯的區(qū)別[2]，對區(qū)域尺度森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的估算宜分別建立適用模型以提高精度，但目前對人工林碳密度模型的研究較少。本文分樹種(組)建立了人工林生物量密度—林齡模型，結(jié)合退耕還林工程相關統(tǒng)計和驗收數(shù)據(jù)，估算了全國退耕還林工程實施以來主要植被產(chǎn)生的碳匯功能大小及潛力，旨在為退耕還林工程碳匯功能評估及國家相關決策提供參考。

1 退耕還林工程實施概況

退耕還林工程是我國持續(xù)時間最長、工程范圍最廣、政策性最強、社會關注度最高、民眾受益最直接、增加森林資源最多的生態(tài)工程和民生工程。工程于1999年開始試點，2002年在全國正式啟動，建設內(nèi)容包括退耕地還林、荒山荒地造林和封山育林。工程實施范圍涉及全國25個省(自治區(qū)、直轄市)和新疆生產(chǎn)建設兵團的2279個縣級單位、3200萬農(nóng)戶、1.24億農(nóng)民[3]。至2012年底，全國已累計完成人工造林面積2940萬hm2[4]，占我國人工林總面積的42.4%。工程的實施使工程區(qū)森林覆蓋率平均提高了3%，不僅為我國國家生態(tài)安全和經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展，發(fā)展現(xiàn)代林業(yè)、促進綠色增長、確保實現(xiàn)林業(yè)“雙增”目標做出了重要貢獻；也對加快國土綠化，改善生態(tài)環(huán)境條件，調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進農(nóng)村富余勞動力的轉(zhuǎn)移，增加農(nóng)民收入，改善民生發(fā)揮了巨大作用。同時，退耕還林地多數(shù)是水土流失、沙化、鹽堿化、石漠化嚴重的陡坡耕地，其自然地理環(huán)境差，肥力不高，林木生長、成林的自然條件較差，植被覆蓋度低，工程的實施對于人為促進植被更新和生態(tài)恢復，從而發(fā)揮保持水土、涵養(yǎng)水源、固碳釋氧等生態(tài)功能具有重要意義。

2 植被碳匯估算

2.1 數(shù)據(jù)來源及估算范圍

利用2008—2013年退耕還林工程退耕地還林階段驗收結(jié)果統(tǒng)計數(shù)據(jù)，根據(jù)1999—2012年分省、分樹種的造林面積和成林率等數(shù)據(jù)估算退耕地造林和荒山荒地造林所產(chǎn)生的植被碳匯，由于目前缺乏區(qū)域尺度上的灌木人工林碳儲量估算模型數(shù)據(jù)支持，估算范圍只限其中的喬木林植被，不含灌木林植被。

2.2 估算方法

根據(jù)全國森林資源連續(xù)清查分優(yōu)勢樹種(組)和齡組的人工林面積、蓄積數(shù)據(jù)，計算某一樹種(組)、某一齡組的單位面積蓄積，結(jié)合人工林分樹種、分齡組的生物量—蓄積量擬合方程[2]，從而得到不同樹種(組)的生物量密度與齡組的數(shù)據(jù)。根據(jù)《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》中的齡組劃分標準，取林齡段的中值代表該齡組的平均林齡[5]。利用Origin Pro v8.0軟件，使用Logistic，Richards，Weibull，Korf，Gompertz等S型生長曲線及二次多項式、指數(shù)方程等擬合植被生物量密度與林齡的關系，進而估算現(xiàn)有退耕還林植被碳庫大小及碳匯潛力。

2.2.1 生物量密度—林齡模型建立

對森林資源連續(xù)清查人工林資源統(tǒng)計數(shù)據(jù)按優(yōu)勢樹種(組)進行整理，分齡組將單位面積蓄積轉(zhuǎn)化為單位面積生物量，對不同樹種進行生物量密度—林齡建模，結(jié)果見表1。

表1 人工林生物量密度—林齡擬合方程優(yōu)勢樹種(組)公式R2n云杉 y=-0 012x2+1 8339x+20 3740 65864柏木 y=-0 011x2+1 3857x+34 8880 99574落葉松 y=-0 0565x2+5 2299x-5 20920 98114樟子松 y=-0 1036x2+8 0789x-49 0750 99944油松 y=-0 0207x2+2 562x-9 22810 98565華山松 y=-0 022x2+2 6537x+12 1380 97445馬尾松 y=-0 0243x2+2 4814x+1 97210 99375云南松 y=-0 0449x2+3 4924x+25 7930 93214杉木 y= 18 36ln(x)+3 70960 84805柳杉 y= 0 0477x2+2 4673x+38 440 98905水杉 y=-0 0282x2+3 5452x+44 3520 95534櫟類 y=-0 0306x2+2 5065x+9 79480 98274其它硬闊y= 0 0194x2-1 0409x+42 2650 97765桉樹 y=-0 0938x2+4 5721x+1 65650 99855木麻黃 y= 0 1832x2+4 143x+10 7080 99945榆樹 y=-0 0226x2+2 2181x+10 9520 24515相思 y=-0 2382x2+9 4482x+2 04190 74415楊樹 y=-0 1081x2+5 3632x+8 83070 86185柳樹 y=-0 1137x2+6 0915x+3 87180 96435泡桐 y= 0 0127x2+1 0555x+43 5680 90105 注：x為林齡(a)，y為生物量密度(t/hm2)，R2為絕對系數(shù)，n為樣本數(shù)。

2.2.2 碳匯估算

利用各樹種生物量密度—林齡方程(表1)，推算各樹種不同造林年限預測生物量密度，根據(jù)年度造林各樹種所占比例，加權(quán)求和得到不同林齡人工林平均生物量密度，見下式：

式中，Btotal,j為造林j年后總生物量(t)；Bij為i樹種造林j年后生物量密度(t/hm2)；Pi為i樹種所占面積比例；A為年度喬木林造林面積；R為成林率；t為樹種個數(shù)。

平均生物量密度隨林齡的變化趨勢見圖1。圖中可以看出，在目前的經(jīng)營管理條件下，林齡≤32 a時，生物量密度隨林齡的增加相應增加；林齡在33～52 a時，生物量密度隨造林年限的增加逐漸減少；林齡≥53 a時，生物量密度呈現(xiàn)逐步增加的趨勢。分析其變化的主要原是：楊樹、柳樹、榆樹、桉樹等軟闊樹種在林齡二十五年左右時，由于枯損和采伐消耗等導致蓄積密度和生物量密度開始下降，造林后33～52 a時，林木生長速度小于損耗速度，生物量密度降低；造林后53 a時，林分狀態(tài)趨于穩(wěn)定，生物量密度呈微弱的增長趨勢。

圖1 喬木林平均生物量密度與林齡關系圖

2.3 估算結(jié)果與討論

按上述方法估算退耕還林工程植被生物量及碳匯，到2013年，1999—2012年間的造林產(chǎn)生生物量4.50億t，按照含碳率0.5計算[6]，碳匯量為2.25億t；到2020年，1999—2012年間的造林將產(chǎn)生6.33億t生物量，各年度造林生物量潛力見圖2。按照含碳率0.5計算，將產(chǎn)生3.16億t植被碳匯，吸收大氣CO211.60億t。參考《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》[7]，1999—2012年間的工程造林到2020年產(chǎn)生的固碳價值(1200元/t)為3795.72億元。

圖2 年度造林面積及到2020年潛在生物量

盡管由于研究方法、使用資料、假設條件的不同會導致碳源匯數(shù)量值的研究結(jié)果差異較大[8]，但從造林面積的增長及碳密度的變化來看，退耕還林工程造林碳儲量及碳匯一直保持穩(wěn)定的增長趨勢，發(fā)揮了持續(xù)穩(wěn)定的碳匯功能。吳慶標等[9]根據(jù)第4—6次森林資源連續(xù)清查資料和林業(yè)工程建設規(guī)劃估算了我國森林植被的固碳現(xiàn)狀和潛力，到2010年，退耕還林工程固碳潛力占林業(yè)工程每年新增固碳潛力的42.05%?？梢钥闯?，在人工造林發(fā)揮碳匯功能的過程中，退耕還林工程扮演了極其重要的角色。

3 結(jié)語

基于全國森林資源連續(xù)清查人工林面積、蓄積數(shù)據(jù)和退耕還林工程階段驗收與統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利用生物量密度—林齡模型，估算了1999—2012年退耕還林工程人工林碳匯潛力。假設按照現(xiàn)有的人工林管理模式，到2013年碳匯量達到2.25億t；到2020年碳匯量將達到3.16億t，碳匯價值為3 795.72億元。隨著經(jīng)營管理水平逐步提高，森林撫育、森林防火、病蟲害防治等管理的加強，森林生產(chǎn)力將持續(xù)提高。可以預見，退耕還林碳周轉(zhuǎn)對整個森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響將繼續(xù)增強，退耕還林固碳潛力作為人工林碳匯的重要部分，在過去已經(jīng)并將在未來繼續(xù)為我國的固碳減排應對氣候變化做出重要貢獻。

[1]國家林業(yè)局.第八次森林資源連續(xù)清查結(jié)果[EB/OL].(2014-02-25)[2015-01-07].http://www.forestry.gov.cn/.

[2]李克讓，黃玫，陶波，等. 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)過程及對全球變化響應與適應的模擬研究[M].北京: 氣象出版社, 2009.

[3]楊傳金，戴前石.退耕地還林成果鞏固中存在的問題及對策[J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2011，30(4)：11-14.

[4]國家林業(yè)局退耕還林辦公室.2008—2013年全國退耕還林工程階段驗收工作報告[R].2008.

[5]徐冰，郭兆迪，樸世龍，等.2000—2050年中國森林生物量碳庫：基于生物量密度與林齡關系的預測[J].中國科學：生命科學，2010，40(7)：587-594.

[6]方精云，郭兆迪，樸世龍，等. 1981—2000年中國陸地植被碳匯的估算[J].中國科學，2007，37(6)：804-812.

[7]國家林業(yè)局.LY/T 1721—2008. 森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范[S].北京：中國標準出版社,2008.

[8]方精云，陳安平. 中國森林植被碳庫的動態(tài)變化及其意義[J].植物學報，2001，43(9)：967-973.

[9]吳慶標, 王效科，段曉男，等. 中國森林生態(tài)系統(tǒng)植被固碳現(xiàn)狀和潛力[J].生態(tài)學報，2008，28(2)：517-524.

VegetationCarbonSequestrationValueofCoversionofFarmlandtoForestProjectinChina

LIU Jinshan，YANG Chuanjin，DAI Qianshi

(Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration, Changsha 410014，Hunan，China)

Using plantation statistics data of the national forest inventory, biomass density-forest age models were established divided by species(group). According to the acceptance check results of the national conversing farmland to forest project, we estimated vegetation carbon sequestration and its value.

conversion of farmland to forest；vegetation；carbon storage

2015—01—07

劉金山(1986—)，男，山東煙臺人，碩士，從事森林資源監(jiān)測、林業(yè)碳匯計量監(jiān)測等工作。

S 718.55+6

A

1003—6075(2015)01—0026—03

10.16166/j.cnki.cn43—1095.2015.01.008