豫西黃土丘陵區(qū)洛陽市森林植被碳儲(chǔ)量和碳密度研究

王艷芳，劉領(lǐng)，李志超，上官周平

(1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽 471003； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，

陜西 楊陵 712100；3.洛陽市林業(yè)調(diào)查規(guī)劃管理站，河南 洛陽 471000)

豫西黃土丘陵區(qū)洛陽市森林植被碳儲(chǔ)量和碳密度研究

王艷芳1,2，劉領(lǐng)1，李志超3，上官周平2*

(1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽 471003； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，

陜西 楊陵 712100；3.洛陽市林業(yè)調(diào)查規(guī)劃管理站，河南 洛陽 471000)

摘要：利用豫西黃土丘陵區(qū)代表區(qū)域洛陽地區(qū)2007年二類森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)，采用政府間氣候變化委員會(huì)(IPCC)推薦的方法和平均生物量法，估算該地區(qū)不同森林植被類型和喬木林不同樹種、林齡、起源的碳儲(chǔ)量和碳密度，并對(duì)其分布特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明：洛陽地區(qū)森林植被總碳儲(chǔ)量為31.45 Tg (1 Tg=1×1012g)，喬木林碳儲(chǔ)量為25.06 Tg，森林植被平均碳密度為38.81 Mg/hm2(1 Mg=1×106g)，喬木林平均碳密度為42.08 Mg/hm2，不同森林植被類型的碳儲(chǔ)量依次為: 喬木林>四旁樹>經(jīng)濟(jì)林>灌木>竹林>散生木>疏林，喬木林樹種中櫟類的碳儲(chǔ)量最高，落葉松的碳密度最高。森林植被碳儲(chǔ)量、碳密度空間分布不平衡，但大致呈自東北向西南遞增的趨勢(shì)。喬木林碳儲(chǔ)量以幼、中齡林為主，各齡級(jí)中成熟林的碳密度最高。洛陽地區(qū)森林植被具有較大的固碳潛力。

關(guān)鍵詞：森林；碳儲(chǔ)量；碳密度；分布；豫西

Carbon storage and carbon density of forest vegetation in Luoyang, Western Henan Province

WANG Yan-Fang1,2, LIU Ling1, LI Zhi-Chao3, SHANGGUAN Zhou-Ping2*

1.CollegeofAgriculture,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471003,China; 2.StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDrylandFarmingontheLoessPlateau,NorthwestAgricultureandForestryUniversity,Yangling712100,China; 3.LuoyangForestInventoryandPlanningStation,Luoyang471000,China

Abstract:The loessial hilly region of Western Henan comprises loess soils primarily covered in forest and is of great significance for environmental protection in central and western China. Forest resource inventory data obtained from the Luoyang area of western Henan in 2007 formed the basis of this study. An average biomass computational method recommended by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) was used to estimate forest carbon storage and carbon density under different forest types, tree species, stand ages and forest origins as well as the spatial distribution patterns of stored carbon in Luoyang forests. The results showed that the total forest vegetation carbon storage in the study area was 31.45 Tg (1 Tg=1×1012g) with an average forest vegetation carbon density of 38.81 Mg/ha (1 Mg=1×106g). In which the carbon storage of arbor forest was 25.06 Tg, accounting for 79.67% of the total forest vegetation carbon storage in study area, and the average carbon density of various tree species was 42.08 Mg/ha. The carbon storage of different forest categories ranked in the order: arbor forest>four-side tree>economic forest>shrub forest>bamboo forest>scattered trees>open forest. Quercus forest had the highest carbon storage and Larch forest the lowest carbon density among different tree species. The carbon storage and carbon density of natural forest were higher than that of plantation forests. Carbon storage in different Counties of Luoyang ranged from 0.31 to 10.34 Tg, and carbon density ranged 18.41 to 44.47 Mg/ha. Forest carbon storage systematically increased from northeast to southwest. Hence, Songxian County had the highest carbon storage and carbon density while Yanshi County had the lowest. Research area forest mainly consisted of young-age and middle-age forests but the carbon density of mature forests was the highest among all of the age classes. The forest vegetation in the loessial hilly region of Luoyang in western Henan has potential to store considerable quantities of carbon through growth of young and middle-aged forests.

Key words:forests; carbon storage; carbon density; distribution; Western Henan Province

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，其碳儲(chǔ)量約占全球植被碳儲(chǔ)量的77%[1]，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和碳循環(huán)進(jìn)行研究對(duì)探究全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和氣候變化具有重要意義。自20世紀(jì)80年代以來，我國相繼開展了天然林資源保護(hù)、退耕還林還草等重大生態(tài)工程，使森林植被面積與林分質(zhì)量得到同步改善，對(duì)改善我國生態(tài)環(huán)境狀況起到重要作用，對(duì)促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對(duì)未來氣候變化發(fā)揮了積極作用。

目前，許多學(xué)者已在全球、國家和地區(qū)等水平上開展了森林生態(tài)系統(tǒng)生物量、碳儲(chǔ)量的研究[2-11]。我國森林植被碳儲(chǔ)量的研究受到國際社會(huì)的高度關(guān)注，不少學(xué)者利用森林資源調(diào)查資料從國家、地區(qū)等尺度圍繞森林植被碳儲(chǔ)量[12-15]、碳密度[16-18]、分布特征[17-19]等進(jìn)行了大量的研究，但是由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源和森林分布的區(qū)域性差異，以及采用計(jì)算方法的不同，導(dǎo)致不同學(xué)者估算的中國森林植被碳儲(chǔ)量存在較大差異。例如，王效科等[20]根據(jù)我國38種優(yōu)勢(shì)種森林的蓄積量和30個(gè)省市地區(qū)的闊葉林和針葉林蓄積量估算出中國森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳儲(chǔ)量分別為3724.50和3255.71 Tg，而Fang等[21]估算的中國森林生態(tài)系統(tǒng)植物碳儲(chǔ)量值為4300 Tg，Dixon等[22]使用的中國森林碳儲(chǔ)量值為17000 Tg。在森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度方面，不同森林植被類型的碳密度差異顯著，不同齡級(jí)的樹木碳密度也存在差異[18-19,21]。為了獲得較為準(zhǔn)確的我國森林植被碳儲(chǔ)量、碳密度數(shù)據(jù)，需要針對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行森林植被碳儲(chǔ)量的估算。

豫西黃土丘陵區(qū)是河南省森林植被分布的主要區(qū)域，在河南省乃至全國生態(tài)環(huán)境保護(hù)與生態(tài)文明建設(shè)中具有重要作用，也對(duì)保障南水北調(diào)工程的效果具有重要意義。近年來對(duì)豫西黃土丘陵區(qū)和河南省的森林植被碳儲(chǔ)量的研究較少[23-24]，且沒有對(duì)河南省不同地區(qū)進(jìn)行森林碳儲(chǔ)量、碳密度的估算。本文以豫西黃土丘陵區(qū)的代表洛陽地區(qū)為研究對(duì)象，利用該地區(qū)2007年二類森林資源調(diào)查資料，估算不同森林植被類型和喬木林不同樹種、林齡、起源的碳儲(chǔ)量和碳密度，并對(duì)其分布特征進(jìn)行研究。為全國森林碳儲(chǔ)量估算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為豫西地區(qū)乃至河南省的森林碳匯功能及森林價(jià)值等估算提供參考。

1材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

洛陽市位于河南省西部，地處我國地勢(shì)三大階梯東部前緣和黃土高原東南部邊緣，是我國東西構(gòu)造區(qū)和南北地質(zhì)分布的主要分界區(qū)。橫跨黃河中游南北兩岸，地理坐標(biāo)為112°16′-112°37′ E，34°32′-34°45′ N。洛陽土地面積1.52×106hm2，其中山區(qū)面積占45.51%，丘陵面積占40.73%，平原面積占13.8%。市轄偃師市、盂津、新安、伊川、宜陽、嵩縣、洛寧、欒川和汝陽1市8縣。洛陽屬亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，年均氣溫14.7℃，年均降雨量601.6 mm；年均最高氣溫20℃，年均最低氣溫9℃。該地區(qū)主要土類類型為棕壤、褐土、紅粘土和潮土，其他土類如黃棕壤、紫色土、粗骨土、水稻土等僅有零星分布。

森林植被覆蓋率41.04%，由于受伏牛山、熊耳山等高大山體的影響，形成了明顯的植被垂直分布帶，區(qū)域內(nèi)的森林植被分為喬木群落、灌木群落、草本群落等類型。主要成林樹種包括油松(Pinustabulaeformis)、落葉松(Larixgmelinii)、櫟類(Quercusspp.)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、泡桐(Paulowniasieb)、柏木(Cupressusfunebris)、樺木(Betulaspp.)、油桐(Alueritesfordii)、白榆(Ulmuspumila)等。

1.2　數(shù)據(jù)來源

所用的數(shù)據(jù)來自豫西地區(qū)洛陽市2007年二類森林資源調(diào)查資料，該調(diào)查以縣為統(tǒng)計(jì)單位，以小班為基本單元，全市共約84401個(gè)小班，對(duì)小班面積、地類、林種、林分起源、齡級(jí)、蓄積量等信息進(jìn)行詳細(xì)記錄。本研究所采用的數(shù)據(jù)包括分縣市的喬木林按優(yōu)勢(shì)樹種、林分起源分類的不同齡組的面積和蓄積量等數(shù)據(jù)，竹林面積和株數(shù)，疏林地面積和蓄積，四旁樹、散生木株數(shù)和面積，灌木林、經(jīng)濟(jì)林面積。洛陽下轄各縣市不同森林植被類型面積和蓄積量見表1。

二類森林資源調(diào)查資料中林地包括有林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地、無立木林地、宜林地、輔林地和苗圃地，其中有林地包括喬木林、經(jīng)濟(jì)林和竹林三部分；林木類型包括喬木林、經(jīng)濟(jì)林、竹林、疏林、四旁樹和散生木。本研究中的森林植被類型包括喬木林、經(jīng)濟(jì)林、竹林、疏林、四旁樹、散生木和灌木林。本研究使用的森林植被類型一詞是包括了植被類型、林地以及林木類型的混合概念。這也是當(dāng)前基于森林調(diào)查資料研究森林植被生物量和碳儲(chǔ)量通常采用的森林植被類型[17,19,25]。

洛陽地區(qū)喬木林樹種(組)包括：櫟類、刺槐、楊樹(Populusdeltoides)、泡桐、白榆、樺木、漆樹(Toxicodendronvernicifluum)、油松、柏木、落葉松、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)、國外松(Pinustaeda)、其他軟闊、其他硬闊、針葉混合針闊混。按森林起源不同可分為天然林和人工林兩類，林齡包括幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林5種類型。

1.3　生物量的計(jì)算

(1)喬木林生物量的計(jì)算

采用政府間氣候變化委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)推薦使用的森林碳儲(chǔ)量估算方法對(duì)喬木林生物量進(jìn)行計(jì)算，該方法屬于材積源生物量法，是一種較為常用的森林生物量估算方法，喬木林生物量估算公式為:

Btotal=Vtotal×D×BEF2×(1+R)

(1)

式中:Vtotal為某一樹種的總蓄積量(m3);D為某一樹種的木材密度(Mg/m3);BEF2為某一樹種的生物量轉(zhuǎn)換因子;R為根莖比；Btotal為某一樹種的總生物量(Mg)。D、BEF2和R的取值采用IPCC推薦的溫帶樹種使用的數(shù)值[26]。李?？屠诇Y才[26]將IPCC推薦使用的BEF2值分為5個(gè)區(qū)間，取區(qū)間中值分別作為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林的生物量轉(zhuǎn)換因子，本研究采用此方法確定BEF2值。根冠比的取值通過計(jì)算得到的樹木地上部分單位面積生物量來確定。通過計(jì)算得到各樹種不同齡組的生物量，最后合計(jì)成不同樹種的總生物量。

(2)竹林、經(jīng)濟(jì)林生物量的計(jì)算

由于缺乏洛陽地區(qū)竹林和經(jīng)濟(jì)林生物量計(jì)算參數(shù)，本研究采用方精云等[27]在計(jì)算全國竹林、經(jīng)濟(jì)林生物量時(shí)所采用的數(shù)值，即：竹林的單株平均生物量取22.50 kg/株，總生物量為單株平均生物量乘以總株數(shù)；經(jīng)濟(jì)林單位面積平均生物量取23.70 Mg/hm2，總生物量為單位面積平均生物量乘以總面積。因?yàn)橹窳趾徒?jīng)濟(jì)林的面積僅占洛陽地區(qū)森林植被面積的3.60%，所占比例較小，所得結(jié)果對(duì)洛陽地區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量的計(jì)算影響不大，采用方精云等[27]的計(jì)算參數(shù)是較合適的

(3)疏林、灌木林生物量的計(jì)算

根據(jù)方精云等[27]將全國的疏林、灌木林分為秦嶺淮河以南地區(qū)、秦嶺淮河以北的東部(包括東北、華北)和西北地區(qū)(包括甘肅、青海、寧夏和新疆) 3個(gè)區(qū)域：平均生物量分別取值19.76，13.14和13.90 Mg/hm2。洛陽屬于華北地區(qū)，因此取平均生物量13.14 Mg/hm2，疏林和灌木林的總生物量由平均生物量乘以總面積求得。

(4)四旁樹、散生木生物量的計(jì)算

采用張茂震和王廣興[28]的計(jì)算方法，用洛陽地區(qū)同期喬木林生物量與喬木林蓄積量的比值作為平均轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算，喬木林生物量為55886628 Mg，喬木林蓄積量為28438422 m3(表1)，經(jīng)計(jì)算得到平均轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.965 Mg/m3，四旁樹、散生木生物量用平均轉(zhuǎn)換系數(shù)乘以蓄積量求得。由于二類森林清查數(shù)據(jù)中四旁樹、散生木缺少面積信息，可利用理論面積推算方法[19]，喬木林面積595587.77 hm2，蓄積量28438422 m3(表1)，得到喬木林平均單位面積蓄積量45.60 m3/hm2，利用四旁樹和散生木的蓄積量乘以喬木林單位面積蓄積量可求出它們的理論面積。用該地區(qū)喬木林面積、蓄積和生物量信息來估算四旁樹和散生木的生物量和面積信息是可行的。

1.4　碳儲(chǔ)量的計(jì)算

本研究森林植被碳儲(chǔ)量的估算是在計(jì)算出生物量的基礎(chǔ)上再乘以含碳系數(shù)而得。喬木林優(yōu)勢(shì)樹種的含碳系數(shù)(C)采用李?？屠诇Y才[26]通過各樹種中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量求得，各樹種纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量通過查閱《木材化學(xué)》[29]和《世界主要樹種木材科學(xué)特性》[30]得到。利用公式C=c1×44.4%+c2×45.5%+c3×82.2%(c1為纖維素含量，c2為半纖維素含量，c3為木質(zhì)素含量)，計(jì)算出不同樹種的含碳系數(shù)(C)，竹林、經(jīng)濟(jì)林、疏林、灌木、四旁樹和散生木的含碳系數(shù)取0.50。

2結(jié)果與分析

2.1　不同植被類型的碳儲(chǔ)量、碳密度

洛陽地區(qū)森林植被面積810457.43 hm2(包括四旁樹和散生木理論面積)，總碳儲(chǔ)量31.45 Tg (1 Tg=1×1012g)，平均碳密度為38.81 Mg/hm2(1 Mg=1×106g)。不同植被類型的碳儲(chǔ)量差異顯著，表現(xiàn)為：?jiǎn)棠玖?四旁樹>經(jīng)濟(jì)林>灌木>竹林>散生木>疏林，不同植被類型的面積依次為：?jiǎn)棠玖?四旁樹>灌木>經(jīng)濟(jì)林>疏林>竹林>散生木(表2)。其碳儲(chǔ)量和面積呈現(xiàn)不一致，經(jīng)濟(jì)林的面積小于灌木，而其碳儲(chǔ)量卻大于灌木，這主要是由于經(jīng)濟(jì)林的碳密度大于灌木所致。疏林的面積大于竹林和散生木而碳儲(chǔ)量卻小于竹林和散生木的碳儲(chǔ)量，這與計(jì)算疏林的碳密度小于竹林和散生木的碳密度有關(guān)。其中喬木林的面積和碳儲(chǔ)量在所有植被類型中均最大，其碳儲(chǔ)量占植被總碳儲(chǔ)量的79.67%，喬木林在維持洛陽地區(qū)的碳平衡、固碳釋氧和生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮著主要作用，應(yīng)對(duì)其加強(qiáng)撫育和管理。

2.2　喬木林不同樹種(組)的碳儲(chǔ)量和碳密度

洛陽地區(qū)喬木林不同樹種(組)的碳儲(chǔ)量存在明顯差異，不同樹種(組)的碳儲(chǔ)量依次為: 櫟類>硬闊>楊樹>刺槐>油松>泡桐>柏木>針闊混>落葉松>軟闊>白榆>水杉>國外松>針葉混>漆樹>樺木(表3)，櫟類的碳儲(chǔ)量占喬木林總碳儲(chǔ)量的71.44%，這與其在所有喬木樹種中面積最大，且其碳密度較高有關(guān)，櫟類面積占喬木林總面積的68.49%，碳密度達(dá)到43.17 Mg/hm2。在針葉林樹種中，油松碳儲(chǔ)量最大(1.10 Tg)，占總碳儲(chǔ)量的3.93%。闊葉林是洛陽地區(qū)碳儲(chǔ)量的主體，其碳儲(chǔ)量占整個(gè)喬木林的94.62%。櫟類、刺槐、楊樹、泡桐等闊葉類樹種在洛陽地區(qū)森林植被中占有重要地位，這些樹種的變化將對(duì)整個(gè)地區(qū)的碳匯能力產(chǎn)生重要的影響。

洛陽地區(qū)不同樹種(組)碳密度大小依次為: 落葉松>針闊混>硬闊>水杉>櫟類>楊樹>油松>白榆>針葉混>泡桐>國外松>刺槐>漆樹>軟闊>柏木>樺木(表3)。落葉松的碳密度最大，說明落葉松在該地區(qū)生長(zhǎng)狀況良好，碳匯能力較強(qiáng)。

2.3　喬木林不同齡組的碳儲(chǔ)量和碳密度

該地區(qū)喬木林的總碳儲(chǔ)量為25.06 Tg，平均碳密度為42.08 Mg/hm2。不同齡組的喬木林碳儲(chǔ)量依次為：幼齡林>中齡林>近熟林>成熟林>過熟林(表4)。幼齡林和中齡林是洛陽地區(qū)碳儲(chǔ)量的主體，其碳儲(chǔ)量占該地區(qū)喬木林總碳儲(chǔ)量的91.20%，這與他們的面積占該地區(qū)喬木林面積很大息息相關(guān)，達(dá)到92.26%。近、成熟和過熟林在區(qū)域中的分布面積很小，僅為7.74%，其碳儲(chǔ)量占8.80%。不同齡組喬木林的碳密度依次為：成熟林>過熟林>近熟林>中齡林>幼齡林。隨著林齡的增加，森林植被碳密度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，但過熟林的碳密度小于成熟林碳密度，說明樹木生長(zhǎng)到過熟林階段其固碳能力將會(huì)下降，碳密度降低，林分碳密度與齡組組成密切相關(guān)。

櫟類在所有樹種中碳儲(chǔ)量最大，占總碳儲(chǔ)量的71.44%，主要是因?yàn)槠浞N植面積最大，碳密度較高。洛陽地區(qū)碳儲(chǔ)量主要由櫟類、硬闊、楊樹、刺槐、油松和泡桐貢獻(xiàn)，其碳儲(chǔ)量共計(jì)24.65 Tg，占洛陽地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量的98.35%。

表 1　洛陽下轄市縣不同植被類型的面積和蓄積Table 1 Area and volume of different vegetation types in all counties of Luoyang

表2　洛陽地區(qū)不同植被類型的碳儲(chǔ)量

表3　喬木林各樹種(組)不同齡組的碳儲(chǔ)量和碳密度Table 3 Carbon storage and carbon density of different age groups under arbor forest of different tree species in Luoyang

續(xù)表3　Continued

表4　不同齡組喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度

表5　各樹種不同林分起源的碳儲(chǔ)量和碳密度Table 5 Carbon stoage and carbon density in different forest origins of every tree species in Luoyang

續(xù)表5　Continued

在不同樹種(組)分齡組碳儲(chǔ)量方面，幼齡林和中齡林中櫟類的碳儲(chǔ)量均最大，近、成熟和過熟林中楊樹的碳儲(chǔ)量均最高(表3)，主要是因?yàn)槊娣e在該齡組中最大，且其碳密度較高所致。在不同樹種(組)分齡組碳密度方面，幼齡林、中齡林和近熟林中落葉松的碳密度最大,成熟林中水杉碳密度最大，過熟林中柏木碳密度最大(表3)。

2.4　不同林分起源的喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度

由表5可知，天然林和人工林碳儲(chǔ)量分別占喬木林總碳儲(chǔ)量79.29%和20.71%。在天然林中，幼、中和近熟林的碳儲(chǔ)量占98.39%，成熟林和過熟林占1.61%，天然林中以櫟類碳儲(chǔ)量最大，為17.55 Tg，占天然林碳儲(chǔ)量的88.32%；在人工林中，幼、中和近熟林的碳儲(chǔ)量占90.00%，成熟林和過熟林占10.00%，以刺槐碳儲(chǔ)量最大，為1.61 Tg，占人工林碳儲(chǔ)量的31.11%。

天然林在各個(gè)林齡階段碳密度均大于人工林，說明天然林在碳匯能力方面要高于人工林。在天然林中，油松碳密度最大，為59.42 Mg/hm2，樺木碳密度最小，為1.99 Mg/hm2，遠(yuǎn)低于天然林平均碳密度。在人工林中，落葉松碳密度最大，為79.11 Mg/hm2，柏木碳密度最小，為11.61 Mg/hm2。

2.5　森林植被碳儲(chǔ)量和碳密度區(qū)域分布

洛陽地區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量、碳密度空間分布不平衡(圖1)，各市縣中森林植被碳儲(chǔ)量最大的是嵩縣，為10.34 Tg，其后依次為欒川、洛寧、汝陽、宜陽、新安、洛陽市區(qū)、孟津、伊川和偃師，碳儲(chǔ)量的大小不僅與森林面積有關(guān)，還與森林的植被類型、蓄積、土壤和氣候條件等密切相關(guān)。洛陽地區(qū)西南部森林碳儲(chǔ)量大，嵩縣、欒川、洛寧3個(gè)縣的森林碳儲(chǔ)量占整個(gè)洛陽地區(qū)的78.54%。洛陽地區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量呈由西南向東北遞減的趨勢(shì)，位于洛陽地區(qū)東北部的偃師在各縣市中碳儲(chǔ)量最小，僅占全地區(qū)森林碳儲(chǔ)量的0.97%。

圖1　洛陽下轄各縣市森林植被碳儲(chǔ)量、碳密度空間分布特征Fig.1　The spatial distribute of forest vegetation carbon storage and carbon density of each county in Luoyang

洛陽地區(qū)森林植被平均碳密度為38.81 Mg/hm2，各市縣的平均碳密度范圍是18.41～44.47 Mg/hm2。平均碳密度最大的是嵩縣，最小的是偃師。嵩縣森林植被面積大，森林質(zhì)量較高，在碳匯方面發(fā)揮著重要作用。洛陽地區(qū)西南部各縣的森林平均碳密度高于北部和東部各縣市。

3討論

李世東等[31]基于河南省第七次森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)，利用材積源生物量法估算了河南省喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度分別為87.96 Tg和31.04 Mg/hm2，本研究估算的洛陽地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量為25.06 Tg，相當(dāng)于河南省喬木林碳儲(chǔ)量的28.49%，喬木林平均碳密度為42.08 Mg/hm2，高于河南省平均水平，說明洛陽地區(qū)森林覆蓋率高、森林質(zhì)量較好，在河南省森林碳匯和消減大氣中二氧化碳濃度方面發(fā)揮著重要作用。中國森林植被碳儲(chǔ)量總量為7811.46 Tg[26]，根據(jù)第七次全國森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)可知全國森林總面積為1.95×108hm2，可得到碳密度為40.04 Mg/hm2，洛陽地區(qū)森林植被總碳儲(chǔ)量為31.45 Tg，森林植被面積為810457.43 hm2(表2)，可得到碳密度為38.81 Mg/hm2，洛陽地區(qū)森林植被總碳儲(chǔ)量占全國森林植被總碳儲(chǔ)量的0.40%，碳密度低于全國水平，洛陽地區(qū)森林質(zhì)量低于全國水平。

洛陽地區(qū)不同森林植被類型、喬木林不同樹種、不同林分起源和不同林齡的森林碳儲(chǔ)量差異顯著。該地區(qū)森林植被總碳儲(chǔ)量為31.45 Tg，森林植被平均碳密度為38.81 Mg/hm2，喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度均高于其他植被類型，因此，喬木林是該地區(qū)主要碳庫，對(duì)維持該地區(qū)碳平衡發(fā)揮著重要作用。喬木林的碳儲(chǔ)量主要集中在闊葉林中，櫟類的碳儲(chǔ)量最高，占總喬木林總碳儲(chǔ)量的71.44%，其次為硬闊、楊樹、刺槐。如果對(duì)現(xiàn)有櫟類、硬闊、楊樹、刺槐林加以撫育和管理，將有利于森林碳匯的增加。天然林碳儲(chǔ)量大，人工林碳儲(chǔ)量小，這不僅與其面積和蓄積的大小有關(guān)，而且也是由該區(qū)域的氣候、地形、森林的用途和人為活動(dòng)程度決定的。森林的碳儲(chǔ)量與森林的年齡組成密切相關(guān)，森林的碳動(dòng)態(tài)在很大程度上取決于其齡級(jí)的變化[12]。從不同齡組的碳儲(chǔ)量來看，幼齡林碳儲(chǔ)量達(dá)到18.88 Tg，占林分總碳儲(chǔ)量的75.32%，中齡林碳儲(chǔ)量3.98 Tg，占林分總碳儲(chǔ)量的15.88%，兩者所占比例高達(dá)90.20%。主要是由于洛陽地區(qū)幼齡林、中齡林面積較大，若對(duì)這些森林加以保護(hù)和管理，隨著這些樹木的生長(zhǎng)達(dá)到具有較高碳密度的成熟林，洛陽地區(qū)森林將具有較大的固碳潛力。洛陽地區(qū)不同縣市的森林碳儲(chǔ)量在0.31~10.34 Tg之間，碳儲(chǔ)量在區(qū)域分布上呈現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，西南部為碳匯的主要區(qū)域。這與各縣(市)森林植被的類型、森林面積、蓄積和樹齡組成等不同有關(guān)；另外，不同區(qū)域的地形條件、氣候狀況、人為活動(dòng)及森林的用途也對(duì)碳儲(chǔ)量在空間分布上不平衡產(chǎn)生重要影響。

洛陽地區(qū)喬木林平均碳密度為42.08 Mg/hm2，略低于全國平均水平42.82 Mg/hm2[26]，這說明洛陽地區(qū)喬木林質(zhì)量低于全國水平，應(yīng)增加適合該地區(qū)種植的樹種面積，并對(duì)已造喬木加強(qiáng)管理和撫育，提高其碳匯能力。森林碳密度與樹種、氣候、地形、造林密度和樹齡等諸多因素有關(guān)，且這些因素影響程度不同。天然林的碳密度大于人工林碳密度，主要是因?yàn)槿斯ち执蠖喾N植樹種單一、森林結(jié)構(gòu)和功能較差，而天然林樹種豐富、具有復(fù)雜的群落結(jié)構(gòu)，具有較大的生產(chǎn)力和生物量，天然林固碳能力高于人工林。

喬木林碳密度與齡組組成密切相關(guān)，不同齡組喬木林的碳密度存在差異。洛陽地區(qū)不同齡組喬木林的碳密度依次為：成熟林>過熟林>近熟林>中齡林>幼齡林。隨著林齡的增加，森林碳密度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，這符合森林的生長(zhǎng)規(guī)律，但過熟林的碳密度小于成熟林碳密度，說明樹木生長(zhǎng)到過熟林階段其固碳能力將會(huì)下降，碳密度降低。這與一些學(xué)者[17-18]的研究結(jié)果相一致。

洛陽地區(qū)下轄市縣的森林碳密度在18.41～44.47 Mg/hm2。本研究中洛陽地區(qū)森林碳密度與碳儲(chǔ)量空間分布格局大體一致，都呈自西南向東北遞減的趨勢(shì)，但碳儲(chǔ)量與碳密度變化又不完全一致，主要是由于洛陽地區(qū)各市縣森林類型、樹種、樹齡組成、起源方式和人類活動(dòng)等存在差異，也說明影響森林碳儲(chǔ)量與碳密度的因素不同，或者各因素的影響方式和程度不同。

本研究估算的結(jié)果存在較多的不確定性，近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)森林碳儲(chǔ)量進(jìn)行了大量的研究，表明運(yùn)用不同的估算方法得到的結(jié)果存在較大的差異[5,10,20]。因此針對(duì)不同的區(qū)域采用適當(dāng)?shù)奶純?chǔ)量估算方法對(duì)估算結(jié)果的可靠性至關(guān)重要。本研究采用IPCC推薦的森林碳儲(chǔ)量估算方法和平均生物量法對(duì)洛陽地區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量進(jìn)行了估算，根據(jù)李?？屠诇Y才[26]對(duì)生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)變換，根據(jù)不同樹種類型和林齡采用不同的生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)，但估算中采用的木材密度、生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)、根莖比只是一個(gè)普遍值，沒有適合特定區(qū)域的特殊值，研究中需要建立針對(duì)某一區(qū)域的特有值，從而能夠更好地估算不同區(qū)域的碳儲(chǔ)量。本研究中竹林、經(jīng)濟(jì)林、疏林、灌木、四旁樹和散生木的生物量估算采用平均生物量法，此方法采用固定的單位面積生物量值來估算以上這些植被類型的生物量，沒有針對(duì)特定區(qū)域的特殊值，使估算結(jié)果存在一定的誤差，因此，有必要進(jìn)一步研究、開發(fā)適合特定區(qū)域的森林植被碳儲(chǔ)量估算方法。

References：

[1]IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Land Use, Land-use Change, and Forestry: a Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M]. New York: Cambridge University Press, 2000.

[2]Krankina O N, Harmon M E, Winjum J K. Carbon storage and sequestration in the Russian forest sector. Ambio, 1996, 25(4): 284-288.

[3]Brown S L, Schroeder P, Kern J S. Spatial distribution of biomass in forests of the eastern USA. Forest Ecology and Management, 1999, 123(1): 81-90.

[4]Kurz W A, Apps M J. A 70-year retrospective analysis of carbon fluxes in the Canadian forest sector. Ecological Application, 1999, 9(2): 526-547.

[5]Nabuurs G J, Schelhaas M J, Mohren G M J.etal. Temporal evolution of the European forest sector carbon sink from 1950 to 1999. Global Change Biology, 2003, 9(2): 152-160.

[6]Delcourt H R, Harris W F. Carbon budget of the southeastern US Biota: analysis of historical change in trend from source to sink. Science, 1980, 210: 321-322.

[7]Eriksson H. Sources and sinks of carbon dioxide in Sweden. Ambio, 1991, 20: 146-150.

[8]Wang X K, Feng Z Y, Ouyang Z Y. The impact of human disturbance on vegetative carbon storage in forest ecosystems in China. Forest Ecology and Management, 2001, 148(1-3): 117-123.

[9]Zhao M, Zhou G S. Estimation of biomass and net primary productivity of major planted forests in China based on forest inventory data. Forest Ecology and Management, 2005, 207(3): 295-313.

[10]Fang J Y, Chen A P, Peng C H,etal. Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998. Science, 2001, 292(5525): 2320-2322.

[11]Wang H, Niu S K, Shao X,etal. Study on biomass estimation methods of understory shrubs and herbs in forest ecosystem. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(3): 20-29.

[12]Liu G H, Fu B J, Fang J Y. Carbon dynamics of Chinese forests and its contribution to global carbon balance. Acta Ecologica Sinica, 2000, 20(5): 733-740.

[13]Fang J Y, Chen A P. Dynamics forest biomass carbon pools in China and their significance. Acta Botanica Sinica, 2001, 43(9): 967-973.

[14]Fang J Y, Guo Z D, Piao S L,etal. Estimation of terrestrial vegetation carbon sink in China from 1981 to 2000. Science in China (series D: Earth Sciences), 2007, 37(6): 804-812.

[15]Wu Q B, Wang X K, Duan X N,etal. Carbon sequestration and its potential by forest ecosystems in China. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(2): 517-524.

[16]Zhen W, Huang M, Zhai Y L,etal. Variation of forest vegetation carbon storage and carbon sequestration rate in Liaoning Province, Northeast China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2014, 25(5): 1259-1265.

[17]Ge L W, Pan G, Ren D Z,etal. Forest carbon storage, carbon density and their distribution characteristics in Linzhi area of Tibet, China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(2): 319-325.

[18]Deng L, Shangguan Z P. Characteristics of forest vegetation carbon storage and carbon density in Ningshan county Qinling Mountain. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2011, 31(11): 2310-2320.

[19]Li X, Ouyang X Z, Liu Q J. Carbon storage of forest vegetation and its geographical pattern in China’s Jiangxi Province during 2001-2005. Journal of Natural Resources, 2011, 26(4): 655-665.

[20]Wang X K, Feng Z W, Ouyang Z Y. Vegetation carbon storage and density of forest ecosystems in China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2001, 12(1): 13-16.

[21]Fang J Y, Wang G G, Liu G. Forest biomass of China: An estimate based on the biomass volume relationship. Ecology Application, 1998, 8: 1084-1091.

[22]Dixon R K, Brown S, Houghton R A,etal. Carbon pools and flux of global forest ecosystems. Science, 1994, 263(5144): 185-190.

[23]Guang Z Y. Study on forest biomass carbon storage in Henan Province. Areal Research and Development, 2007, 26(1): 76-79.

[24]Gang Z Y. Study on changes in forest biomass carbon storage in Henan Province. Forest Resources Management, 2006, 8(4): 56-60.

[25]Li H K, Lei Y C, Zeng W S. Forest carbon storage in China estimated using forestry inventory data. Scientia Silvae Sinicae, 2011, 47(7): 7-12.

[26]Li H K, Lei Y C. Estimation and Evaluation of Forest Biomass Carbon Storage in China[M]. Beijing: Chinese Forestry Press, 2010.

[27]Fang J Y, Liu G H, Xu S L. Biomass and net production of forest vegetation in China. Acta Ecologica Sinica, 1996, 16(5): 497-508.

[28]Zhang M Z, Wang G X. The forest biomass dynamics of Zhejiang Province. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(11): 5665-5674.

[29]Wang P Q, Ding Z S. Wood Chemistry[M]. Beijing: Chinese Forestry Press, 1985.

[30]Jiang Z H, Peng Z H. Wood properties of the Global Important Tree Species[M]. Beijing: Science Press, 2001.

[31]Li S D, Hu S P, Tang X M. China Ecological Status Report 2012 Dynamic Change of Forest Carbon Stocks[M]. Beijing: Science Press, 2012.

參考文獻(xiàn)：

[11]王歡, 牛樹奎, 紹瀟, 等 森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)灌草植被生物量估測(cè)方法的研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2014, 23(3): 20-29.

[12]劉國華, 傅伯杰, 方精云. 中國森林碳動(dòng)態(tài)及其對(duì)全球碳平衡的貢獻(xiàn). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2000, 20(5): 733-740.

[13]方精云, 陳安平. 中國森林植被碳庫的動(dòng)態(tài)變化及其意義. 植物學(xué)報(bào), 2001, 43(9): 967-973.

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

[15]吳慶標(biāo), 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. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(2): 517-524.

[16]甄偉, 黃玫, 翟印禮, 等. 遼寧省森林植被碳儲(chǔ)量和固碳速率變化. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 25(5): 1259-1265.

[17]葛立雯, 潘剛, 任德智, 等. 西藏林芝地區(qū)森林碳儲(chǔ)量、碳密度及其分布. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 24(2): 319-325.

[18]鄧?yán)? 上官周平. 秦嶺寧陜縣森林植被碳儲(chǔ)量與碳密度特征. 西北植物學(xué)報(bào), 2011, 31(11): 2310-2320.

[19]李鑫, 歐陽勛志, 劉琪景. 江西省2001-2005年森林植被碳儲(chǔ)量及區(qū)域分布特征. 自然資源學(xué)報(bào), 2011, 26(4): 655-665.

[20]王效科, 馮宗煒, 歐陽志云. 中國森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳儲(chǔ)量和碳密度研究. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2001, 12(1): 13-16.

[23]光增云. 河南森林植被的碳儲(chǔ)量研究. 地域研究與開發(fā), 2007, 26(1): 76-79.

[24]光增云. 河南省森林碳儲(chǔ)量及動(dòng)態(tài)變化研究. 林業(yè)資源管理, 2006, 8(4): 56-60.

[25]李海奎, 雷淵才, 曾偉生. 基于森林清查資料的中國森林植被碳儲(chǔ)量. 林業(yè)科學(xué), 2011, 47(7): 7-12.

[26]李?？? 雷淵才. 中國森林植被生物量和碳儲(chǔ)量評(píng)估[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社, 2010.

[27]方精云, 劉國華, 徐嵩齡. 我國森林植被的生物量和凈生產(chǎn)量. 生態(tài)學(xué)報(bào), 1996, 16(5): 497-508.

[28]張茂震, 王廣興. 浙江省森林生物量動(dòng)態(tài). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(11): 5665-5674.

[29]王佩卿, 丁振森. 木材化學(xué)[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社, 1985.

[30]江澤慧, 彭鎮(zhèn)華. 世界主要樹種木材科學(xué)特性[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2001.

[31]李世東, 胡淑萍, 唐小明. 中國生態(tài)狀況報(bào)告2012 森林植被碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化研究[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2012.

http://cyxb.lzu.edu.cn

王艷芳，劉領(lǐng)，李志超，上官周平. 豫西黃土丘陵區(qū)洛陽市森林植被碳儲(chǔ)量和碳密度研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(10): 1-11.

WANG Yan-Fang, LIU Ling, LI Zhi-Chao, SHANGGUAN Zhou-Ping. Carbon storage and carbon density of forest vegetation in Luoyang, Western Henan Province. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(10): 1-11.

通訊作者*Corresponding author. E-mail: shangguan@ms.iswc.ac.cn

作者簡(jiǎn)介：王艷芳(1977-)，女，河南焦作人，講師，博士。E-mail: wyfll1977@126.com

基金項(xiàng)目：國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2014FY210100)，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA05060300)和國家自然科學(xué)基金(31200332)資助。

收稿日期：2015-02-05；改回日期：2015-04-24

DOI：10.11686/cyxb2015078