納板河流域季風(fēng)常綠闊葉林碳蓄積潛能初探

劉　峰，楊雪青 ，李忠清

(1.納板河流域國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，云南 景洪 666100；

2.中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所，云南 昆明 650201)

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納板河流域季風(fēng)常綠闊葉林碳蓄積潛能初探

劉峰1，楊雪青2，李忠清1

(1.納板河流域國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，云南 景洪 666100；

2.中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所，云南 昆明 650201)

摘要：2009年，在納板河流域內(nèi)設(shè)置了4個(gè)30m×50m的季風(fēng)常綠闊葉林固定監(jiān)測(cè)樣地，按照每2年1次的頻率，對(duì)各樣地的相關(guān)監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和記錄。結(jié)果顯示：2009—2013年，4個(gè)樣地碳儲(chǔ)量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，2013—2015年，除樣地2碳儲(chǔ)量持續(xù)上升外，其余樣地碳儲(chǔ)量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；各個(gè)樣地內(nèi)樹種的構(gòu)成發(fā)生了變化，并且各優(yōu)勢(shì)種碳蓄積速率差異較大；4個(gè)樣地的平均生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量值為225.50t C/hm2，其中喬木層、根系、灌木和草本、凋落物現(xiàn)存量、粗死木質(zhì)殘?bào)w、表層土壤所占的比例分別為50.9 %、10.1 %、0.1%、1.7%、3.4% 和33.8%。建議：采取人工回歸種植方法，不斷提高森林蓄積和碳儲(chǔ)量；加強(qiáng)季風(fēng)常綠闊葉林非木質(zhì)碳庫(kù)保護(hù)；補(bǔ)充完善村規(guī)民約，積極推行節(jié)能減排；加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外科研合作，提高科研深度和廣度。

關(guān)鍵詞：季風(fēng)常綠闊葉林；碳蓄積潛能；樣地監(jiān)測(cè)；納板河流域

根據(jù)《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》(United Nation Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)，森林生態(tài)系統(tǒng)的碳庫(kù)主要由植被地上生物量、地下根系生物量、凋落物、粗死木質(zhì)殘?bào)w和土壤有機(jī)碳幾部分組成[1]。植被的碳儲(chǔ)量是基于生物量和轉(zhuǎn)換比率的乘積得來(lái)，是森林碳匯功能評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)，并對(duì)全球碳循環(huán)有重要調(diào)節(jié)作用[2]。同時(shí)，通過(guò)合理的林業(yè)管理措施實(shí)現(xiàn)森林的固碳增匯作用，已經(jīng)成為了有效應(yīng)對(duì)及緩解全球氣候變化問(wèn)題的重要手段。本文以位于南亞熱帶季風(fēng)區(qū)的納板河流域?yàn)槔?，通過(guò)對(duì)其典型地帶型森林類型——季風(fēng)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積潛能的初步研究，為今后科學(xué)、合理管護(hù)和可持續(xù)利用該類型的森林資源提出可行的對(duì)策及建議。

1研究區(qū)域概況

納板河流域位于云南省南部、西雙版納傣族自治州中北部的景洪市和勐?？h接壤地區(qū)，地理座標(biāo)為東經(jīng)100°32′～100°44′，北緯22°04′～22°17′，總面積26600hm2。本流域以山地為主，地勢(shì)為西北高、東南低，最高點(diǎn)拉祜瑪峰海拔2304m，最低點(diǎn)納板河與瀾滄江交匯口海拔539m，平均氣溫20.4～21.72 ℃，年降雨量1200～1800mm，4—9月為雨季，11月—翌年3月為旱季。流域內(nèi)有熱帶雨林、熱帶季雨林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、暖性針葉林、熱性竹林、稀疏灌木草叢、灌叢8種植被類型，動(dòng)植物資源十分豐富。多年監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，截止2015年，流域內(nèi)已記錄到野生植物332科1321屬3164種、變種和亞種，其中，有國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物21種，珍稀瀕危野生植物179種；已記錄到野生動(dòng)物46目206科999種，其中，有國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物72種，珍稀瀕危野生動(dòng)物99種。

2研究方法

2.1樣方設(shè)置

2009年，在納板河流域內(nèi)設(shè)置了4個(gè)30m×50m的季風(fēng)常綠闊葉林固定監(jiān)測(cè)樣地(見圖1)，樣地主要信息見表1。用海拔儀測(cè)量經(jīng)緯度和海拔高度，用羅盤儀測(cè)定坡度、坡向，并記錄坡位(分為山脊、上坡、中坡、下坡、溝谷和平地)。詳細(xì)記錄監(jiān)測(cè)樣地所在區(qū)域的植被類型、群落特征(包括外貌、結(jié)構(gòu)、蓋度等)、主要優(yōu)勢(shì)樹種以及外界干擾情況等。按照每2年1次的頻率，對(duì)各樣地的相關(guān)監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和記錄。

2013年，根據(jù)快速碳匯評(píng)估方案 (Rapid Carbon Stock Appraisal, RaCSA)[3]，對(duì)4個(gè)固定監(jiān)測(cè)樣地增加了林下灌木和草本生物量、凋落物現(xiàn)存量、粗死木質(zhì)殘?bào)w、土壤有機(jī)碳的調(diào)查，初步了解了季風(fēng)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)各碳庫(kù)儲(chǔ)備的情況。

2.2喬木層測(cè)定

對(duì)固定監(jiān)測(cè)樣地內(nèi)胸徑 ≥ 5.0cm的喬木樹種進(jìn)行編號(hào)、掛牌，準(zhǔn)確鑒定其科名、中文名、拉丁名，監(jiān)測(cè)胸徑、基徑、樹高、冠幅、枝下高、低葉高等指標(biāo)。

表1　納板河流域季風(fēng)常綠闊葉林樣地特征

2.3喬木層碳儲(chǔ)量計(jì)算

根據(jù)世界混農(nóng)林業(yè)中心木質(zhì)密度數(shù)據(jù)庫(kù)(網(wǎng)址http://db.worldagroforestry.org/wd)查詢樣地內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)木木質(zhì)密度分布，并通過(guò)Ketterings等(2001)森林生物量模型進(jìn)行每木生物量計(jì)算：

W1=0.01ρ1D12.62

(1)

式中：W1—生物量(kg)；ρ1—木質(zhì)密度(g/cm)；D1—喬木胸徑(cm)。

之后采用0.5為生物量和碳儲(chǔ)量之間的轉(zhuǎn)換因子[4]，喬木的根系生物量采用根冠比0.235為轉(zhuǎn)換因子[5]。

2.4灌木和草本層生物量

在固定監(jiān)測(cè)樣地的4個(gè)角和中心位置設(shè)立5個(gè)1m×1m的小樣方，采用收獲法收集灌木和草本生物量，在85℃下烘箱烘干48h至恒重得到干物質(zhì)重量，然后計(jì)算出林分單位面積上的灌木和草本層生物量。

2.5地上凋落物現(xiàn)存量

在固定監(jiān)測(cè)樣地的4個(gè)角和中心位置設(shè)立5個(gè)0.5m×0.5m的小樣方，收集所有凋落物，在85℃下烘箱烘干48h至恒重得到干物質(zhì)重量，然后計(jì)算出林分單位面積上的凋落物現(xiàn)存量。

2.6粗死木質(zhì)殘?bào)w碳儲(chǔ)量

在固定監(jiān)測(cè)樣地內(nèi)，對(duì)所有小頭直徑>5cm并且長(zhǎng)度>0.5m的枯立木、枯倒木、掉落枝干等進(jìn)行調(diào)查，分別記錄其兩端直徑和長(zhǎng)度，并通過(guò)公式計(jì)算其生物量：

(2)

式中：W2—粗死木質(zhì)殘?bào)w生物量(kg)；H—長(zhǎng)度(m)；D2—粗死木質(zhì)殘?bào)w兩端直徑平均值(cm)；ρ2—粗死木質(zhì)殘?bào)w的木質(zhì)密度，通常以0.4g/cm3為默認(rèn)值，如果是硬木的粗死木質(zhì)殘?bào)w，則為0.75g/cm3，如果是軟木的粗死木質(zhì)殘?bào)w，最低值為0.2g/cm3。

2.7土壤碳儲(chǔ)量測(cè)定

在固定監(jiān)測(cè)樣地的4個(gè)角和中心位置，分別開挖土壤坡面坑，收集表層30cm的土樣，每10cm用環(huán)刀法取一次土樣，帶回室內(nèi)測(cè)量土壤容重。土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干后過(guò)2mm篩，存儲(chǔ)在密封袋內(nèi)送至土壤實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤碳含量檢測(cè)。土壤的碳密度SOC(kg/m2)計(jì)算采用：

(3)

式中：Ci、Bi、Di分別為土壤剖面第i層土壤的有機(jī)碳含量(%)、土壤容重(g/cm3)、土壤厚度(cm), n為土壤坡面層數(shù)。

3結(jié)果

3.1喬木層地上部分碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化

納板河流域內(nèi)4個(gè)季風(fēng)常綠闊葉林的喬木層地上部分碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化如圖2所示。2009—2013年，4個(gè)樣地碳儲(chǔ)量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，各樣地的最高碳儲(chǔ)量分別是86.03tC/hm2，120.97tC/hm2，103.58tC/hm2和148.21tC/hm2；2013—2015年，除樣地2碳儲(chǔ)量持續(xù)上升至134.88tC/hm2外，其余樣地碳儲(chǔ)量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其下降原因主要來(lái)自于季風(fēng)常綠闊葉林成熟后，由于樹木自然老化，容易受到風(fēng)害和蟲害侵?jǐn)_導(dǎo)致林木死亡。整體來(lái)看，季風(fēng)常綠闊葉林樣地的喬木層地上部分平均碳儲(chǔ)量呈持續(xù)上升并保持穩(wěn)定的狀態(tài)，2009、2011、2013和2015年分別為101.23tC/hm2，107.12tC/hm2，114.70tC/hm2和112.27tC/hm2，每?jī)赡甑钠骄鲩L(zhǎng)率為2.9tC/hm2·a，3.8tC/hm2·a和-1.2tC/hm2·a。

3.2優(yōu)勢(shì)樹種的碳蓄積能力比較

通過(guò)分析樣地內(nèi)優(yōu)勢(shì)樹種類型及碳儲(chǔ)量構(gòu)成(表2)可知，2009年，樣地1內(nèi)優(yōu)勢(shì)樹種是紅木荷、華南石櫟和小果栲等，其中平均胸徑較大的紅木荷和黑黃檀能夠在株數(shù)較少的情況下占據(jù)樣地內(nèi)高碳儲(chǔ)量百分比；樣地2內(nèi)的優(yōu)勢(shì)樹種是湄公栲、紅梗潤(rùn)楠、瓦山栲等，湄公栲占據(jù)了將近50% 的碳儲(chǔ)量百分比；樣地3內(nèi)的優(yōu)勢(shì)樹種是紅木荷、杯斗栲、滇南潤(rùn)楠等，株數(shù)最多的紅木荷占據(jù)了樣地50% 以上的碳儲(chǔ)量百分比；樣地4內(nèi)優(yōu)勢(shì)樹種為云南黃杞、泡火繩、云南石梓等，其中絨毛紫薇單株碳儲(chǔ)量占樣地10.6%，具有較高固碳能力。而2015年監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，各個(gè)樣地內(nèi)樹種的構(gòu)成發(fā)生了變化，并且各優(yōu)勢(shì)種碳蓄積速率差異較大。樣地1內(nèi)小果栲的碳儲(chǔ)量增量最大(1.25tC/hm2·a)，接下來(lái)是華南石櫟(1.12tC/hm2·a)和銀柴(0.2tC/hm2·a)；樣地2內(nèi)是瓦山栲(2.27tC/hm2·a)、湄公栲(0.52tC/hm2·a)和多花白頭樹(0.2tC/hm2·a)；樣地3內(nèi)為紅木荷(2.25tC/hm2·a)、滇南潤(rùn)楠(0.25tC/hm2·a)、野毛柿(0.12tC/hm2·a)和印度血桐(0.12tC/hm2·a)；樣地4內(nèi)為泡火繩(0.22tC/hm2·a)和絨毛紫薇(0.13tC/hm2·a)；部分樣木由于死亡導(dǎo)致碳儲(chǔ)量負(fù)增長(zhǎng)。

3.3季風(fēng)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分布

通過(guò)分析2013年季風(fēng)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)碳庫(kù)分布 (圖3)，4個(gè)樣地的平均生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量值為225.50tC/hm2，其中喬木層、根系、灌木和草本、凋落物現(xiàn)存量、粗死木質(zhì)殘?bào)w、表層土壤所占的比例分別為50.9 %、10.1 %、0.1%、1.7%、3.4% 和33.8%。

流域內(nèi)季風(fēng)常綠闊葉林喬木層碳密度(地上部分喬木和地下部分根系)平均值為137.57tC/hm2，高于鼎湖山季風(fēng)常綠闊葉林喬木層碳儲(chǔ)量(89.75tC/hm2)[7], 高于我國(guó)硬葉常綠闊葉林(100.73tC/hm2)、常綠落葉闊葉林(73.68tC/hm2)、熱帶林(110.86tC/hm2)及我國(guó)森林碳儲(chǔ)量的平均值(57.07tC/hm2)[8]，與西雙版納季風(fēng)常綠闊葉林碳儲(chǔ)量(149.56tC/hm2)[9]類似，但低于西雙版納濕性季節(jié)雨林(176.5～341.5tC/hm2)[10,11]、溝谷熱帶雨林(160.5tC/hm2)[12]和季節(jié)雨林(198tC/hm2)[13]。

表2　季風(fēng)常綠闊葉林主要樹種的個(gè)體密度、平均胸徑及碳儲(chǔ)量概況(以2009年和2015年為例)

4討論及建議

4.1采取人工回歸種植方法，不斷提高森林蓄積和碳儲(chǔ)量

根據(jù)我國(guó)森林法相關(guān)規(guī)定，國(guó)有林里自然死亡的樹木，沒(méi)有相關(guān)部門的審批和同意是不能繼續(xù)利用的。同時(shí)，根據(jù)劉國(guó)華等定義的森林碳動(dòng)態(tài)階段，流域內(nèi)季風(fēng)常綠闊葉林屬于碳積累速率下降的成熟階段[6]，由于年齡級(jí)的因素能夠影響季風(fēng)常綠闊葉林從碳匯變?yōu)樘荚?，增加二氧化碳排放。因此，建議在熱帶地區(qū)的季風(fēng)常綠闊葉林中，采取人工回歸種植的方法，來(lái)恢復(fù)、促進(jìn)該森林類型下的當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)樹種類群，從而不斷穩(wěn)步提高碳儲(chǔ)量。

4.2加強(qiáng)季風(fēng)常綠闊葉林非木質(zhì)碳庫(kù)保護(hù)

在關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力評(píng)價(jià)中，只有少數(shù)研究綜合考慮了喬木層、根系、灌木和草本、凋落物現(xiàn)存量、粗死木質(zhì)殘?bào)w和表層土壤碳儲(chǔ)量，這不僅極大地低估了現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量，也增加了區(qū)域性研究和國(guó)家級(jí)、國(guó)際級(jí)研究之間對(duì)比的困難性。同時(shí)，由于季風(fēng)常綠闊葉林包含了豐富的物種及林下植被，能夠不斷通過(guò)凋落物的方式對(duì)表層土壤提供營(yíng)養(yǎng)，減少雨季陡坡地帶土壤侵蝕的形成，能對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)及水土保持起到重要作用。雖然速生經(jīng)濟(jì)林木能夠在短期擁有大量喬木層及根系碳儲(chǔ)量，但是，對(duì)于森林生態(tài)系統(tǒng)而言，單一種植的經(jīng)濟(jì)林木生態(tài)系統(tǒng)具有較低的非木質(zhì)碳庫(kù)儲(chǔ)備，難以等同于自然林生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)服務(wù)功能。因此，需要更進(jìn)一步加強(qiáng)季風(fēng)常綠闊葉林非木質(zhì)碳庫(kù)的保護(hù)力度。

4.3補(bǔ)充完善村規(guī)民約，積極推行節(jié)能減排

4個(gè)樣地內(nèi)胸徑>30cm的優(yōu)勢(shì)樹種樣木，能夠?qū)φ麄€(gè)樣地的碳儲(chǔ)量總量造成重要影響，而這些優(yōu)勢(shì)樹種樣木，大部分屬于當(dāng)?shù)卮迕窳?xí)慣利用的傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)薪材和建材?，F(xiàn)行的許多村規(guī)民約，只是在廣義上對(duì)村民進(jìn)行約束，因此，需要根據(jù)各村的實(shí)際情況，補(bǔ)充、細(xì)化、完善村規(guī)民約的相關(guān)條款。同時(shí)，應(yīng)通過(guò)多種形式，大力開展社區(qū)自然生態(tài)環(huán)境意識(shí)宣傳教育活動(dòng)，積極推行使用潔凈、安全、環(huán)保的太陽(yáng)能、沼氣、風(fēng)力等節(jié)能設(shè)施設(shè)備和新型環(huán)保建筑材料，不斷降低當(dāng)?shù)卮迕駥?duì)森林資源的壓力。

4.4加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外科研合作，提高科研深度和廣度

季風(fēng)常綠闊葉林在我國(guó)熱帶地區(qū)的自然保護(hù)區(qū)具有廣闊的分布面積，其森林碳儲(chǔ)量對(duì)國(guó)際碳交易平臺(tái)所起的作用意義深遠(yuǎn)。但是，縱觀我國(guó)的自然保護(hù)區(qū)，在這方面的研究還比較薄弱。因此，建議各保護(hù)區(qū)加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外科研院所、高校的合作，按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，建立長(zhǎng)期的固定監(jiān)測(cè)樣地及體系，通過(guò)利用3S技術(shù)結(jié)合野外實(shí)地監(jiān)測(cè)的方法，不斷提高該森林類型碳匯方面的深入研究。

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Carbon Sequestration Potential of Evergreen Broadleaved Forest in NabanRiver Watershed National Nature Reserve

LIU Feng1, YANG Xue-qing2, LI Zhong-qing1

(1. The Administrative Bureau of Naban River Watershed National Nature Reserve,Jinghong Yunnan 666100,China)

Abstract：Forest as a crucial carbon sink plays important role in forest ecosystem function and climate change mitigation. The monsoon evergreen broadleaved forest, as a dominant vegetation type of Naban River Watershed National Nature Reserve, shows its significance in forest ecosystem function and services. The study adopted a long term (2009-2015) permanent plots data, and attempted to assess carbon sequestration potential of monsoon evergreen broadleaved forest in order to explore effective strategies for forest management and conservation. The results indicated that the carbon storage of the four sample sites was increasing from the year of 2009 to 2013. However, the carbon storage in two sites was still rising, the other two sites showed a decreasing trend from 2013-2015. The structures of tree species in four sample sites have changed. Furthermore, the differences of the dominant tree species in four sample sites revealed various carbon accumulation rates. The average carbon storage of four sites was 225.50t/hm2. The carbon storages of tree layer, roots, bushes, grasses, leaves, rotten woods, and surface soil accounted for 50.9%, 10.1%, 0.1%, 1.7%, 3.4%, and 33.8% respectively. The man-made reforest could constantly increase the carbon storage to protect the non-wood carbon sink of evergreen broadleaved forest. The village regulations should be formed in order to conserve energy and reduce emission. The co-operations between countries and within nation should be strengthened to improve the depth and width of research.

Key words：monsoon evergreen broadleaved forest; carbon sequestration potential;sample site monitoring; Naban River Watershed National Nature Reserve

中圖分類號(hào)：X176

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-9655(2016)03-0001-06

通信作者：李忠清，男，納板河流域國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局工程師，主要從事自然生態(tài)保護(hù)管理工作。

作者簡(jiǎn)介：劉峰，男，納板河流域國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局高工，主要從事生物多樣性保護(hù)工作。

收稿日期：2016-02-04