采伐對豫西退耕還林工程固碳的影響

王艷芳，劉　領(lǐng)，鄧　蕾，上官周平,*

1 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)國家重點實驗室，楊陵　712100

2 河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，洛陽　471003

采伐對豫西退耕還林工程固碳的影響

王艷芳1,2，劉領(lǐng)2，鄧蕾1，上官周平1,*

1 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)國家重點實驗室，楊陵712100

2 河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，洛陽471003

摘要:以豫西退耕還林工程重點縣嵩縣為研究對象，收集了嵩縣2002—2010年退耕還林工程逐年實施的造林面積、樹種等數(shù)據(jù)，利用合適的人工林蓄積量生長方程和和中國退耕還林后的土壤有機碳變化的研究結(jié)果，結(jié)合各樹種的木材密度、生物量擴展因子、碳含量等參數(shù)，在采伐和無采伐兩種情景模式下對其退耕還林工程在2002—2050年的碳儲量及其變化進行估算。結(jié)果表明：2010年，工程林總碳儲量為0.470 Tg (Tg=1012g)，工程實施期間，工程前期碳儲量高于后期；土壤有機碳庫在2002—2010年期間年固碳量均為負值，表現(xiàn)為碳排放，2011年后土壤年固碳量開始增加；在兩種情境模式下，工程林年固碳量最高峰都在2015年，2033年以后采伐情景的年固碳量大于無采伐情景。預(yù)計到2020、2030、2040和2050年，嵩縣退耕還林工程在無采伐情境下的固碳增匯潛力分別為0.760、1.464、1.852和1.985 Tg，在采伐情景下的固碳增匯潛力分別為0.760、1.240、1.657和2.000 Tg，從長時間來看，豫西退耕還林工程林在采伐情景下具有較大的碳匯潛力，因此，對退耕還林工程林實施適度的采伐可以提高工程的碳匯能力。

關(guān)鍵詞：退耕還林工程；碳儲量；固碳潛力；采伐情景

大氣中以CO2為主的溫室氣體含量的增加是引起全球氣候變化的重要因素。森林是陸地上最大的碳庫，儲存了陸地生態(tài)系統(tǒng)中50%—60%的碳[1]，增加森林面積無疑成為增強陸地碳匯、減少對大氣碳排放的重要舉措。

退耕還林工程是目前我國政策性最強、投資量最大、涉及面最廣的生態(tài)建設(shè)工程，范圍涉及全國25個省(自治區(qū)、直轄市)和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團，共2279個縣(含市、區(qū)、旗)，退耕還林工程包括退耕地造林、荒山荒地造林和封山育林3種植被恢復(fù)類型[2]。截止2012年底，我國已累計投入3247億元，共完成退耕地造林與宜林荒山荒地造林2940萬hm2，退耕還林工程對我國土地利用/覆蓋變化產(chǎn)生了重大影響[3]，退耕還林工程種植的大部分人工林仍處于幼、中齡林階段，具有較高的固碳潛力[4- 6]。近年來，世界各國科學(xué)家都在不斷探討和估算全球和區(qū)域的森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力[7- 9]，我國一些學(xué)者[10- 13]對云南、貴州、重慶等地區(qū)退耕還林工程的碳匯潛力進行了初步估算，然而目前對于生態(tài)工程固碳的核算方法以及核算的參數(shù)還存在較大的爭議，國際上也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前亟需加強該方面方法以及指標(biāo)的研究。而且，退耕還林工程中的林木多為生態(tài)公益林，其都有最佳的輪伐期，《生態(tài)公益林技術(shù)規(guī)程》規(guī)定了各林木類型的最佳的輪伐周期，所以，對我國退耕還林工程的固碳潛力評估時，有必要考慮林木的最佳輪伐期。

豫西(河南省西部)是我國實施退耕還林工程的重點區(qū)域之一。為了對豫西退耕還林工程固碳現(xiàn)狀和潛力進行評估，本文以豫西退耕還林工程重點縣、黃土高原綜合治理林業(yè)示范建設(shè)縣嵩縣為研究對象，在采伐和無采伐兩種情景模式下對其退耕還林工程在2002—2050年的碳儲量及其變化進行研究，進而探索全國退耕還林工程碳匯潛力的預(yù)測方法,為今后我國退耕還林工程的生態(tài)評價體系建設(shè)和履約《京都議定書》提供依據(jù)，并為我國退耕還林工程的生態(tài)系統(tǒng)管理提供科學(xué)參考。

1材料與方法

1.1研究地概況

嵩縣位于河南省洛陽市西南部伏牛山區(qū)，地理位置為111°24′—112°22′E和33°35′—34°21′N之間，屬北亞熱帶向暖溫帶過渡氣候，年均氣溫14.1 °C，年均降雨量為812 mm。嵩縣為山地丘陵地貌形態(tài)，土地總面積3008 km2，其中林業(yè)用地面積2141 km2，森林資源豐富，全縣森林覆蓋率62.96%，活立木蓄積1064萬m3。嵩縣退耕還林工程覆蓋全縣16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，307個行政村，退耕農(nóng)戶3.2萬戶，12.8萬人。嵩縣是河南省退耕還林工程實施重點縣，也是國家林業(yè)局近期啟動的黃土高原綜合治理林業(yè)示范建設(shè)縣。

圖1　豫西嵩縣退耕還林工程造林面積　Fig.1　Planted area under the Grain for Green Project (GGP) in Songxian of west Henan Province

1.2退耕還林工程實施情況

根據(jù)河南省林業(yè)廳整理的退耕還林工程計劃任務(wù)及復(fù)查報告，2002—2010年是嵩縣退耕還林工程的實施期，在此期間累計完成造林13713.33 hm2，其中退耕地造林3980.00 hm2、荒山荒地造林7400.00 hm2、封山育林2333.33 hm2；主要造林樹種有：楊樹、刺槐、杉木、側(cè)柏等生態(tài)樹種和李、杏、桃等經(jīng)濟樹種；造林面積核實率為100%，合格面積保存率為98%。2002—2010年逐年造林樹種和面積來源于嵩縣退耕還林工程工作報告，嵩縣退耕還林工程不同植被恢復(fù)類型下逐年造林面積分布見圖1。

1.3碳儲量的計算

森林生態(tài)系統(tǒng)的碳一般分為4個庫，即林木生物質(zhì)碳庫、林下枯落層碳庫、粗木質(zhì)殘體碳庫和土壤碳庫[14]。造林后經(jīng)過一段時間會引起枯落物層碳庫增加，但其枯死木和枯落物所占的生物量碳儲量與林木生物量碳庫相比太小，且缺乏枯死木和枯落物的數(shù)據(jù)；粗木質(zhì)殘體碳庫只在有采伐時存在，且其碳儲量較小[13]。遵循《IPCC關(guān)于土地利用、土地利用變化與林業(yè)優(yōu)良做法指南》中關(guān)于碳匯計量的保守性原則，所以本文忽略這兩部分碳儲量，于是需要研究的碳庫為林木生物質(zhì)碳庫和土壤碳庫。據(jù)河南省林業(yè)廳核查嵩縣退耕還林工程造林合格面積保存率為98%，因此取0.98作為修正因子乘以造林面積得到有效的造林面積。

1.3.1林木生物質(zhì)碳儲量的計算

本研究依據(jù)“人工林生長曲線法”估算林木生物質(zhì)碳儲量的變化[11]。計算公式為：

(1)

式中,CBi代表第i目標(biāo)年林木生物質(zhì)碳儲量(Mg)(Mg=106g，下同)；Sjk代表j樹種在第k年的造林面積(hm2)；Vijk表示第k年造林的j樹種到第i目標(biāo)年時的林分蓄積量(m3/hm2)；Dj表示j樹種的木材密度(Mg/m3)；BEFj表示j樹種由林分蓄積生物量換算為全林分生物量的生物量擴展因子；CFj表示j樹種的碳含量(g)。

(1)林分蓄積量(Vijk)的估算

林木生物質(zhì)碳儲量變化的估算模型中，林分蓄積量是時間(林齡)的函數(shù)。本研究中借鑒已發(fā)表的適合中國本土的人工林各樹種的蓄積量生長方程對嵩縣退耕還林工程種植樹木的蓄積量進行估算。由于現(xiàn)有的人工林各樹種的蓄積量生長方程不全，只能得到幾組能代表人工林主要類型的方程?；诂F(xiàn)狀，在實際處理中除少數(shù)幾個樹種可直接用對應(yīng)方程外，其余樹種則采用近似生長方程估算蓄積量：針葉類樹種用針葉樹和針葉混蓄積量生長方程計算后取平均值；硬闊類樹種用闊葉樹和闊葉混的蓄積量生長方程計算后取平均值；多樹種混交林采用多樹種綜合和針葉、闊葉樹混合蓄積量生長方程計算后取平均值；軟闊類樹種用軟闊混生長方程替代；嵩縣退耕還林工程種植一定面積的經(jīng)濟樹種，經(jīng)濟樹種蓄積量采用闊葉類樹種蓄積量生長方程進行估算。主要樹種的蓄積量生長方程見表1。

(2)木材密度(Dj)、生物量擴展因子(BEFj)和碳含量(CFj)的確定

木材密度(Dj)和生物量擴展因子(BEFj)的計算采用中國初始國家信息通報中土地利用變化和林業(yè)溫室氣體排放清單中采用的相關(guān)參數(shù)，碳含量(CFj)來自文獻資料[20](表2)。

表1　主要樹種的蓄積量生長方程

V為蓄積量、t為林齡

表2　不同樹種的木材密度、生物量擴展因子、碳含量和輪伐期

(3)采伐情景設(shè)置

嵩縣退耕還林工程造林地為生產(chǎn)力低下的坡耕地和荒山地，所營造的林分多為生態(tài)公益林，也有部分是具有生態(tài)保護作用的經(jīng)濟林[21]。根據(jù)《生態(tài)公益林技術(shù)規(guī)程》，只有當(dāng)生態(tài)公益林進入過熟林后才進行采伐[11]，部分樹種最短輪伐期見表2。工程營造的樹木也可能不采伐，因為工程營造的樹木大多種植在坡地和偏遠的山區(qū)。為充分考慮預(yù)測結(jié)果的適用性，可設(shè)置兩種情景模式：無采伐情景、最小采伐林齡采伐情景。本研究把在林分成熟后不進行采伐的模式定義為情景A，把在工程林最小采伐林齡進行采伐的模式定義為情景B。在情景B條件下，假設(shè)采伐的林木計為碳排放，所有采伐地在采伐當(dāng)年便完成更新造林，且采伐殘留物已全部移出采伐地。

1.3.2土壤碳儲量的計算

許多研究表明，退耕還林具有顯著的土壤碳增匯效應(yīng)[22- 24]，退耕還林早期階段土壤碳儲量下降，隨后恢復(fù)到農(nóng)田水平并逐漸升高[25- 27]，嵩縣屬于黃土高原丘陵區(qū)，退耕還林工程造林地多為貧瘠的坡耕地或荒山荒地，它們通常只有較低的初始有機碳含量。本研究在嵩縣無造林坡耕地和荒山荒地1 m土層取土樣35組，測得土壤平均有機碳密度為30.57 Mg/hm2，作為嵩縣退耕還林工程造林地的初始有機碳密度。在估算嵩縣退耕還林工程造林地土壤有機碳儲量變化時，可采用我國學(xué)者Deng等[28]的中國退耕還林工程實施后1 m土層的土壤碳儲量變化結(jié)果(表3)。

表 3不同退耕還林年限土壤有機碳的變化速率

Table 3The rate of change in SOC after implementing GGP under different period

退耕還林年限TimesinceimplementingGGP/a土壤有機碳固碳速率(0—1m)RateofSOCchange(0—1m)/(Mghm-2a-1)0—5-3.156—100.8311—303.5931—401.15>400.02

于是，退耕還林工程造林地土壤碳庫的增量可用如下公式表示：

(2)

式中,Csi表示在第i目標(biāo)年土壤有機物碳庫中碳增量；Sjk代表j樹種在第k年造林面積；r為造林后對應(yīng)時段1 m土層內(nèi)土壤有機碳儲量年變化，取表3中的對應(yīng)值。

1.3.3碳儲量現(xiàn)狀和固碳潛力估算

2002—2010年是嵩縣退耕還林工程的實施期，本文以2010年退耕還林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量作為碳儲量現(xiàn)狀。生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯潛力(potential increment of carbon sink)定義為通過某種自然因素或人為因素組合，而使得生態(tài)系統(tǒng)在基準(zhǔn)固碳水平基礎(chǔ)上了可能增加的凈固碳總量[29]。本文以2010年為基準(zhǔn)年，預(yù)測未來40a的固碳增匯潛力。

2結(jié)果與分析

2.1退耕還林工程碳儲量現(xiàn)狀

由表4可知，2010年，退耕還林工程總碳儲量共累積0.470 Tg(Tg = 1012g)。工程后期林木生物質(zhì)碳儲量高于前期，主要是因為隨著時間的推移所造林木不斷生長引起林木生物質(zhì)碳儲量增加；工程后期土壤碳儲量低于前期，主要原因是工程后期的造林面積低于前期造成的；工程林總碳儲量表現(xiàn)為實施前期高于后期。

表4　豫西嵩縣退耕還林工程實施期間的碳儲量

2.2退耕還林工程固碳增匯潛力

2.2.1林木生物質(zhì)碳庫的固碳增匯潛力

在情景A條件下，退耕還林工程林木生物質(zhì)碳庫的固碳增匯潛力是不斷增加的(圖2)。2020、2030、2040、2050年的林木生物質(zhì)碳庫的固碳增匯潛力分別為0.41、0.62、0.75、0.83 Tg；在情景B條件下，林木生物質(zhì)碳庫的固碳增匯潛力呈先增加后下降再增加的趨勢，2020、2030、2040、2050年的林木生物質(zhì)碳庫的固碳增匯潛力分別為0.41、0.44、0.55、0.71 Tg。在兩種情境下，2002—2026年林木生物質(zhì)的固碳增匯潛力一樣，2027年后情景B的固碳增匯潛力小于情景A。這是由于2027年后一些樹種達到采伐林齡而進行采伐，本文假設(shè)樹木采伐后即計為碳排放，而重新種植的樹木固碳增匯潛力未趕上情景A水平。

2.2.2土壤碳庫的固碳增匯潛力

在兩種情境下，退耕還林工程土壤碳庫的固碳增匯潛力是不斷增加的(圖2)。估計到2020、2030、2040、2050年，在情境A條件下，土壤碳庫的固碳增匯潛力分別為0.35、0.84、1.10、1.16 Tg；在情境B條件下，土壤碳庫的固碳增匯潛力分別為0.35、0.80、1.11、1.29 Tg。從2040年后情景B的土壤碳庫的固碳增匯潛力大于情景A。在兩種情境下，土壤碳庫的固碳增匯潛力在2024年超過林木的固碳增匯潛力。

2.2.3工程林的固碳增匯潛力

在情景A條件下，退耕還林工程的固碳增匯潛力是不斷增加的(圖2)。2020、2030、2040、2050年的工程林的固碳增匯潛力分別為0.76、1.46、1.85、1.99 Tg；在情景B條件下，工程林的固碳增匯潛力呈先增加后下降再增加的趨勢，2020、2030、2040、2050年工程的固碳增匯潛力分別為0.76、1.24、1.66、2.00 Tg。工程林在2050年后情景B的固碳增匯潛力大于情景A。

圖2　豫西嵩縣退耕還林工程固碳增匯潛力Fig.2　Carbon sequestration potential under GGP in Songxian of west Henan Province

2.3退耕還林工程年固碳量2.3.1林木生物質(zhì)碳庫的年固碳量

由圖3可知，在情境A條件下，退耕還林工程自2002至2050年間，林木年固碳量表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，林木年固碳量最高峰在2011年，年固碳量為0.05 Tg/a，自2011年以后林木年固碳量逐漸降低，2002—2050年林木年均固碳量為0.02 Tg/a。退耕還林工程完成以后的2020、2030、2040、2050年，林木年固碳量分別為0.030、0.016、0.010、0.007 Tg/a。

在情境B條件下，林木年固碳量最高峰也在2011年，自2011年以后林木年固碳量開始降低，2027—2031年林木年固碳量出現(xiàn)負值，是因為2027年一些軟闊類樹木達到最小采伐林齡進行采伐，本文假設(shè)樹木采伐后即計為碳排放。2029年后林木年固碳量又逐漸升高，在2037年又出現(xiàn)下降，林木年固碳量出現(xiàn)起伏與一些樹木達到最小采伐林齡進行采伐有關(guān)。退耕還林工程完成以后的2020、2030、2040、2050年，林木年固碳量分別為0.030、0.009、0.020、0.014 Tg/a。2002—2050年林木年均固碳量為0.019 Tg/a。2033年后情景B的林木年固碳量大于情景A。

2.3.2土壤碳庫的年固碳量

退耕還林工程林自2000年至2050年間，1 m土層中土壤碳庫年固碳量表現(xiàn)為先降低再增加然后又降低的總體趨勢(圖3)。在兩種情境下，2002—2010年土壤年固碳量均為負值，在退耕還林工程的早期階段土壤碳庫表現(xiàn)為碳排放。在情景A條件下，2011年后土壤年固碳量出現(xiàn)正值，土壤開始存儲有機碳，2050年土壤年固碳量為0.00274 Tg/a；但在情景B條件下，2027年土壤年固碳量開始下降，2029年后開始升高，2050年土壤年固碳量為0.0127 Tg/a。隨著采伐的發(fā)生，2033年后情景B的土壤年固碳量大于情景A。

2.3.3工程林的年固碳量

退耕還林工程自2002年至2050年間，年固碳量表現(xiàn)為先降低后增加然后再降低的趨勢(圖3)。在兩種情境下，退耕還林工程自2002至2050年間，年固碳量最高峰都在2015年，為0.085 Tg/a。2027年—2032年工程林年固碳量在情境B條件下低于情景A，2033年以后情景B的年固碳量大于情景A。

圖3　豫西嵩縣退耕還林工程年固碳量Fig.3　Annual carbon sequestrations under GGP in Songxian of west Henan Province

3討論

本研究估算的河南省嵩縣2010年退耕還林工程年固碳量為0.049 Tg/a，吳慶標(biāo)等[30]估算的2010年河南省退耕還林工程年固碳量為1.33 Tg/a，經(jīng)過換算得到單位面積年固碳量分別為：357.32 g m-2a-1、126.81 g m-2a-1，嵩縣單位面積年固碳量大于河南省單位面積年固碳量，一是由于吳慶標(biāo)等未計算土壤有機碳庫和經(jīng)濟林碳匯；二是因為嵩縣蓄積量增長較快的楊樹種植面積較大，引起單位面積年固碳量較大。于建軍等[31]利用河南省第二次土壤普查結(jié)果計算河南土壤平均碳密度7.46 kg/m2，本文估算嵩縣退耕還林土壤有機碳密度在2050年時達到17.50 kg/m2，達到河南土壤平均碳密度的2.35倍，嵩縣退耕還林工程土壤具有較大的碳匯能力。

本研究采用已發(fā)表的適合中國本土的人工林各樹種的蓄積量生長方程估算不同樹木在不同生長時間的蓄積量。所采用的樹木蓄積量生長方程為我國云南、四川、山東、湖南等地區(qū)的，這些地區(qū)和豫西地區(qū)的自然條件存在差異，會造成估算結(jié)果的存在一定的誤差，但每一樹種的生長發(fā)育特點主要由其內(nèi)在的生物學(xué)特性所決定的。由于受區(qū)域、氣候、管理措施等的影響，本文采用的生長方程可能造成立地條件差的區(qū)域估算結(jié)果偏大而使立地條件較好的區(qū)域偏小，但是，從整體上來看，以其為基礎(chǔ)設(shè)計的林分碳儲量預(yù)測模型，所得估算結(jié)果能夠比以往的其它方法更近于客觀實際，有較好的可信度[10]。不同樹木的木材密度、生物量擴展因子和碳含量查閱文獻資料易于獲得，此方法可用于對退耕還林工程等林業(yè)工程進行碳匯預(yù)測。從提高模型預(yù)測的精度來看，將來有必要進一步開發(fā)區(qū)域性的各林分類型的林木蓄積量(生物量)隨時間(林齡)變化的生長模型。

本研究中，退耕還林以后土壤有機碳的變化采用Deng等[28]的通過對收集到的與我國退耕還林(草)工程相關(guān)的135篇已發(fā)表文獻數(shù)據(jù)(包括181個樣點844個樣本數(shù)據(jù))進行Meta分析，總結(jié)的中國退耕還林工程實施后0—1m土層土壤有機碳變化結(jié)果，雖然不同退耕還林地區(qū)由于造林樹種、立地條件、氣候、人為管理等因素造成土壤有機碳變化速率不太一致，但是，從整體上來看，運用Deng等[28]的土壤有機碳變化模型，所得估算結(jié)果能夠比以往的其它方法更近于客觀實際，可信度較高，可用于估算全國退耕還林工程土壤碳匯能力。但是，為了提高退耕還林后土壤有機碳變化的預(yù)測精度，需要各地區(qū)開展較長時間尺度上的土壤有機碳變化的數(shù)據(jù)積累。

本研究只估算了豫西嵩縣退耕還林工程林木生物質(zhì)碳庫和土壤有機碳庫的碳儲量及其變化，由于缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)，沒有考慮工程中林下枯落層碳庫和粗木質(zhì)殘體碳庫的變化，而通常情況下退耕還林均會在一定程度上增加這兩部分碳庫中的碳儲量。對于大時間尺度，林下枯落物層碳庫在無采伐情景下積累的碳儲量所占比例會明顯增加，故不能被忽略；另外，林分內(nèi)逐漸出現(xiàn)死立木、枯倒木、大直徑枯落枝等粗木質(zhì)殘體，成為林分中的重要碳庫[32]；另外，隨著人們對木材的利用越來越充分和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的要求，森林采伐物多半都不會立即轉(zhuǎn)為碳排放，而是被用做建筑材料、紙張、家具等，可以長期固存碳，形成林產(chǎn)品碳庫。固存在林產(chǎn)品中的碳量對森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的估算具有一定的影響[13]。Niu等[14]研究表明，木質(zhì)林產(chǎn)品中的碳儲量占采伐的生物質(zhì)碳貯量的比例可高達32%，對退耕還林工程林的適當(dāng)采伐會有利于延展其碳匯能力。因此，若考慮枯落層碳庫、粗木質(zhì)殘體碳庫和林產(chǎn)品碳庫，退耕還林工程的固碳增匯潛力將會更大。因此，需要進一步對退耕還林工程林下枯落層碳庫、粗木質(zhì)殘體碳庫和林產(chǎn)品碳庫進行調(diào)查研究，以便能夠更全面的估算退耕還林工程的固碳效益。

4結(jié)論

嵩縣退耕還林工程總碳儲量表現(xiàn)為工程實施前期高于后期。2002至2050年，工程林年固碳量表現(xiàn)為先降低后增加然后再降低的趨勢，2033年以后采伐情景的年固碳量高于無采伐情景，對森林進行采伐后，會使其在短期內(nèi)成為碳源，但是在采伐林地上進行及時的造林，林木經(jīng)過一段時間的生長，其年固碳能力將會趕上甚至超過未采伐地。

退耕還林工程的固碳增匯潛力是不斷增加的。采伐情景的固碳增匯潛力在2050年后超過無采伐情景，若考慮粗木質(zhì)殘體碳庫和林產(chǎn)品碳庫，采伐情景的固碳增匯潛力將會更大。從長時間來看，豫西退耕還林工程林在采伐情景下具有較大的碳匯潛力，因此，對退耕還林工程林實施適度的采伐可以提高其碳匯能力。

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Evaluation of carbon storage and the carbon sequestration potential under cutting and no-cutting scenarios for the Grain for Green Project in Western Henan,China

WANG Yanfang1,2, LIU Ling2, DENG Lei1, SHANGGUAN Zhouping1,*

1StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDrylandFarmingontheLoessPlateau,NorthwestAgricultureandForestryUniversity,Yangling712100,China2CollegeofAgriculture,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471003,China

Abstract：The Grain for Green Project (GGP), one of the most ambitious ecological projects to be launched in China, was aimed at converting low-yield slope cropland, barren hills, and wasteland into grassland and woodland. The objective of this study was to calculate the carbon stock changes and carbon sequestration potential of the GGP in Western Henan under cutting and no-cutting scenarios, in order to develop a method for further estimation of the carbon sequestration potential of the national GGP and produce a scientific reference for the ecological system management of the GGP in the long run. The Western Henan, one of the major districts that implemented the GGP in China, initiated the GGP in 2002. We analyzed Songxian, which is a major county in terms of implementation of the GGP in Western Henan, as a case to evaluate carbon storage and the carbon sequestration potential under cutting and no-cutting scenarios. We collected data on each year from 2002 to 2010, such as tree species, the planted area of the project in Songxian, the use of a growth curve suitable for China′s planting volume, the findings about the soil organic carbon changes after the GGP together with biomass density of various species, carbon content, the biomass expansion factor, and the estimated carbon storage and annual carbon sequestration for the GGP from 2002 to 2050. The results showed that total carbon storage was 0.470 Tg in 2010, when the project was completed. Total carbon sequestration in the former period is larger than that in the latter period during the project′s implementation. The annual carbon sequestration of the soil organic-carbon pool was negative and released carbon from 2002 to 2010, then an increase in the annual carbon sequestration of soil organic-carbon pool was observed, along with net carbon gains after 2011; the project′s annual carbon sequestration peaked in 2015 under no-cutting and cutting scenarios. The annual carbon sequestration under the cutting scenario is greater than that under the no-cutting scenario after 2033. The potential increment of the carbon sink of the GGP-covered Songxian will reach 0.760, 1.464, 1.852, and 1.985 Tg by the year 2020, 2030, 2040, and 2050 under the no-cutting scenario; it will reach 0.760, 1.240, 1.657, and 2.000 Tg under the cutting scenario. The potential increment of the carbon sink under the cutting scenario will exceed that of the no-cutting scenario after 2050. In the long run, the GGP in Western Henan has a greater carbon sequestration potential under the cutting scenario than that under the no-cutting scenario. Our results suggest that moderate forest harvesting for the GGP can increase the capacity for carbon sequestration.

Key Words:grain for green project; carbon storage; carbon sequestration potential; cutting scenario

基金項目:中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(XDA05060300); 中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃(STS)項目(KFJ-EW-STS-005)

收稿日期:2014- 07- 09; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 07- 22

DOI:10.5846/stxb201407091403

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

王艷芳，劉領(lǐng)，鄧蕾，上官周平.采伐對豫西退耕還林工程固碳的影響.生態(tài)學(xué)報,2016,36(5):1400- 1408.

Wang Y F, Liu L, Deng L, Shangguan Z P.Evaluation of carbon storage and the carbon sequestration potential under cutting and no-cutting scenarios for the Grain for Green Project in Western Henan, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(5):1400- 1408.