海南省尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價值

劉 青，佘濟云，陸 禹，陳冬洋，段 翔

(中南林業(yè)科技大學林學院，湖南 長沙 410004)

海南省尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價值

劉 青，佘濟云，陸 禹，陳冬洋，段 翔

(中南林業(yè)科技大學林學院，湖南 長沙 410004)

基于海南省尖峰嶺林業(yè)局2014年遙感影像數(shù)據(jù)和2010年森林資源二類調查數(shù)據(jù)，對尖峰嶺林業(yè)局天然林進行抽樣隨機布點，采用生物量轉換因子連續(xù)函數(shù)法估算碳儲量，并利用造林成本法計算其碳匯價值。結果表明：①碳匯價值的空間分布呈西北低東南高的趨勢，主要受尖峰嶺林業(yè)局西北高東南低的地勢影響，海拔越低的區(qū)域林分的整體生長狀況越好。②尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價值與郁閉度存在較高的相關性，即郁閉度高的區(qū)域其碳匯價值較大，反之則較小。③基于2010年森林資源二類調查數(shù)據(jù)估算出尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯總價值約為3650萬元與使用克里格插值法估算出的3850萬元不存在顯著差距，說明針對尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價值的克里格插值效果很好。④利用克里格插值法客觀地預測森林碳匯價值，能直觀地反映出森林碳匯的分布情況，具有準確、快速、無破壞且省時省力等優(yōu)點。

天然林；碳儲量；碳匯價值；GIS；尖峰嶺林業(yè)局

工業(yè)革命以來，大氣中CO2濃度急劇上升[1-2]，造成冰川和凍土消融、海平面上升等嚴重后果，威脅著人類的生存和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[3-6]。森林是地球上陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的組成部分，以全球27.5%的面積固定了全球58%的碳，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的最大碳庫[7-8]，對維持全球生態(tài)平衡起著不可替代的作用。因此，森林的碳匯作用越來越受到國內外學者的重視。自《京都議定書》生效以來，國內外學者針對森林碳匯價值的評價進行了大量研究[9-10]，一般采用造林成本法、碳稅法溫室效應損失法及排放許可的市場價格法。GIS技術是一種分析和綜合處理地理空間數(shù)據(jù)的技術系統(tǒng)[11]，其中地統(tǒng)分析在分析和預測空間連續(xù)對象方面比傳統(tǒng)方法更為方便精準，因而地統(tǒng)計分析被越來越多的應用于森林植被生物量以及碳儲量的研究[12-13]。

尖峰嶺林業(yè)局是中國現(xiàn)存面積最大、保存最好的熱帶原始森林區(qū)，森林覆蓋率高達96%，是一個巨大的天然物種基因庫。隨著海南國際旅游島發(fā)展戰(zhàn)略的不斷深入，外來游客大量涌入尖峰嶺森林公園，給當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來了極大的負面影響。如何科學經(jīng)營管理森林資源，提高森林生態(tài)系統(tǒng)碳吸存能力，充分發(fā)揮森林植被的碳匯功能，促進區(qū)域經(jīng)濟和生態(tài)安全的協(xié)調發(fā)展成為當?shù)刎叫杞鉀Q的關鍵問題。本文基于海南省尖峰嶺林業(yè)局2014年遙感影像數(shù)據(jù)及2010年二類調查數(shù)據(jù)，對尖峰嶺林業(yè)局天然林運用地統(tǒng)計分析評價其碳匯價值，以便了解尖峰嶺林業(yè)局天然林碳儲量的現(xiàn)狀，為科學經(jīng)營管理森林資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

尖峰嶺林業(yè)局地跨樂東縣和東方市，地理坐標為東經(jīng)108°47′—109°02′、北緯18°38′—18°48′，總面積20421.5 hm2。境內群山起伏，地形復雜，有山地、峽谷、丘陵和盆地，自然坡度多在20°以上。尖峰嶺林業(yè)局地處熱帶北緣，熱帶雨林特征明顯，為熱帶季風氣候，具有氣溫高、日照長、雨水多及蒸發(fā)量大的特點，年平均氣溫19.7 ℃，平均相對濕度87%，年均降水量2448 mm以上。土壤有濱海沙土、磚紅壤、黃壤等多種類型，土地肥沃，雨量充沛，是形成熱帶山地雨林的基礎，森林覆蓋率高達96%，其中天然林面積27219.35 hm2，占91.33%。植被主要以加勒比松、闊葉混、杉木、相思類、橡膠、桉樹為主，常見的喬木樹種有花梨木、龍眼、檳榔、柚木、芒果、荔枝、椰子、腰果等，灌木樹種有茶葉、櫟灌等。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

以海南省尖峰嶺林業(yè)局2010年森林資源二類調查數(shù)據(jù)為基礎，結合2014年遙感影像數(shù)據(jù)進行校對調整，數(shù)據(jù)較為準確可靠。用ArcGIS篩選出尖峰嶺林業(yè)局天然林的分布范圍，利用fishnet工具隨機設置69個樣點，呈均勻分布(圖1)，提取樣點所在小班，計算小班單位面積碳匯價值，將碳匯價值賦值于樣點。

1.3 研究方法

1.3.1 林木生物量估算 估算森林碳儲量的常用方法主要有生物量模型法、渦度協(xié)方差法以及生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法等。本研究采用方精云等[14-15]提出的生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法，是利用實測喬木生物量與蓄積之間建立的關系模型。計算公式為：B=aV+b，B林=B×A，式中：B(t·hm-2)為單位面積的生物量；V(m3·hm-2)為相對應的單位面積蓄積量；B林(t)為某一林分類型的總生物量；A(hm2)為相對應的樹種面積；a和b為轉換因子系數(shù)，不同林分類型轉換因子系數(shù)見表1。

目前，國內外大部分學者確定碳匯價值主要從成本和構造假設市場2方面進行，前者主要包括造林成本法、碳稅法、CO2成本法、變化的碳稅法、損失估算法；后者是通過詢問、調查消費者對森林碳匯服務的支付意愿及支付數(shù)量程度，以此來確定碳匯價值。本研究采用的是我國學者常用的碳匯價值估算法——造林成本法，碳匯價格為273.3元·t-1。計算公式為：U=f×M×C，式中：U(元)為碳匯價值；f為換算系數(shù)，取3.67；即1 t C相當于3.67 t CO2；M(元·t-1)為碳匯價格。

表1 不同林分類型生物量轉換因子系數(shù)

2 結果與分析

2.1 探索性分析

首先計算尖峰嶺林業(yè)局天然林樣點小班的碳匯價值，然后利用ArcGIS中的地統(tǒng)計分析對尖峰嶺林業(yè)局天然林的平均碳匯價值進行探索性分析。由圖2可知：直方圖呈左偏正態(tài)分布，可以運用克里格插值法預測研究區(qū)碳匯經(jīng)濟價值的空間分布；在泰森多邊形中存在1個異質點，該點較周圍的碳匯價值低，調查分析得知該點靠近林業(yè)局辦公點，人為干擾較大，林分密度低；研究區(qū)碳匯價值的空間分布呈西北低東南高的趨勢，主要與尖峰嶺林業(yè)局西北高東南低的地勢有關。

基于69個樣點的平均碳匯使用克里格法生成預測圖(圖3)，其實測值與預測值存在的最大誤差值為19558.02元，占29.28%；最小誤差值為480.23元，占0.55%，平均誤差值為1146.97元；平均占4.78%。從圖3可以看出，虛線趨勢與實線趨勢還是比較吻合的，說明基于平均碳匯的克里格插值效果良好。

2.2 碳匯經(jīng)濟價值空間分布

利用地統(tǒng)計分析中的克里格插值法對尖峰嶺林業(yè)局天然林的碳匯價值進行插值預測，得到研究區(qū)碳匯價值的空間分布(圖4)。尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價值的空間分布總體呈西北低東南高的趨勢，這主要受尖峰嶺林業(yè)局西北高東南低的地勢影響，即海拔越低的區(qū)域林分的整體生長狀況越好，其林分密度及郁閉度增大；海拔越高的區(qū)域單個林木的生長狀況更好，其胸徑樹高增大，但林分生長稀疏，故林分密度及郁閉度反而降低。

基于平均樹高、平均胸徑、郁閉度等因子進行克里格插值預測并對其預測結果實行交叉驗證(表2)，算術平均值的標準化值(Mean Standardized)越接近于0，預測值精確度越高，均方根誤差標準值(Root-Mean-Square Standardized)越接近于1，說明標準誤差越精確。從表2可以看出，樹高、胸徑、郁閉度的插值效果良好。

利用克里格插值法對尖峰嶺林業(yè)局天然林的樹高、郁閉度、胸徑等因子進行插值分析，得到研究區(qū)樹高、郁閉度、胸徑的空間分布(圖5)。經(jīng)過對比分析，發(fā)現(xiàn)郁閉度與碳匯經(jīng)濟價值之間存在較高的相關性，即郁閉度高的區(qū)域森林的碳匯經(jīng)濟價值較大，反之較小。研究區(qū)內存在2個碳匯價值的較高點，郁閉度均為0.80，平均樹高分別為12 m、13 m，平均胸徑分別為16 cm、13.5 cm，森林自然度最高，為尖峰嶺林業(yè)局天然林生長狀況最好的區(qū)域，實地調查對比分析符合實際情況。對比碳匯價值、樹高、胸徑的空間分布圖，發(fā)現(xiàn)胸徑越大、樹高越高的區(qū)域碳匯價值反而越低，主要是因為高大樹木占據(jù)了更多的資源和生長空間，導致周圍植物生長條件降低，出現(xiàn)林下植被衰退甚至消失的現(xiàn)象，因而區(qū)域林分密度低，林分的碳匯價值隨之降低。說明單個樹種的生長狀況不是決定碳匯值的主要因素，林分的整體生長情況才是影響碳匯價值的主要因子。

表2 平均樹高、平均胸徑、郁閉度的 交叉驗證精度

2.3 碳匯經(jīng)濟價值估算

利用GIS的空間分析功能，以10 m×10 m作為1個柵格單元，對碳匯經(jīng)濟價值分布圖進行重分類。柵格結構的特點是屬性明顯、定位隱含，即數(shù)據(jù)直接記錄屬性的指針或屬性本身，因此分類越多，所得數(shù)據(jù)的誤差越小。本研究根據(jù)尖峰嶺林業(yè)局碳匯經(jīng)濟價值分布圖將其分為32類，各分類段之間的經(jīng)濟間隔為0.13萬元，每階段的碳匯經(jīng)濟價值以其平均值表示，見圖6。

從表3可以看出，尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯總價值為38508991.10元，即97249.84元·hm-2?；?010年森林資源二類調查數(shù)據(jù)，利用生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法估算出尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯總價值為36531141.07元，與使用克里格插值法估算出的碳匯總價值無顯著差距，說明尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯價值插值法效果很好。

3 結論與討論

本文基于海南省尖峰嶺林業(yè)局2014年遙感影像數(shù)據(jù)以及2010年森林資源二類調查數(shù)據(jù)，利用GIS的地統(tǒng)計分析功能對樣地結果進行探索性分析，發(fā)現(xiàn)樣地的直方圖呈左偏正態(tài)分布，受人為干擾較大的區(qū)域碳匯價值偏低。碳匯價值的空間分布呈西北低東南高的趨勢，這主要受尖峰嶺林業(yè)局西北高東南低的地勢影響，地勢越低的區(qū)域林分的生長狀況越好，使得林分的郁閉度越高。

不同的樹高、郁閉度、胸徑等因子對森林碳儲量有不同的影響，對比研究區(qū)碳匯價值、樹高、郁閉度、胸徑的空間分布圖，發(fā)現(xiàn)郁閉度與碳匯經(jīng)濟價值之間存在較高的相關性，即郁閉度越高其森林的碳匯經(jīng)濟價值越大，反之越小。

表3 尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯經(jīng)濟價值

利用GIS的空間分析功能對統(tǒng)計結果進行重分類，將碳匯經(jīng)濟價值重新分為32類，以0.13萬元作為各分類段之間的經(jīng)濟間隔，計算得出尖峰嶺林業(yè)局天然林碳匯經(jīng)濟總價值為38508991.10元，與基于2010年森林資源二類調查數(shù)據(jù)估算出的36531141.07元不存在顯著差異，說明克里格插值法效果良好。

碳匯價值評價的因素涉及眾多，不同地域不同林種所采用的途徑不同。人工林一般采用典型樣地抽樣法，而天然林一般采取隨機抽樣。與傳統(tǒng)方法比較而言，使用克里格插值法估算碳匯價值具有準確、快速、無破壞以及省時省力等優(yōu)點。

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The Natural Forest Carbon Sequestration Value of Jianfengling Forestry Bureau in Hainan Province

LIU Qing，SHE Ji-yun，LU Yu，CHEN Dong-yang，DUAN Xiang

(SchoolofForestry，CentralSouthUniversityofForestryandTechnology，Changsha410004，Hunan，China)

Based on remote sensing data of Jianfengling Forestry Bureau of Hainan Province in 2014 and combining with the investigation data of two types of forest resources in 2010，we will take random sampling distribution of natural forest in Jianfengling Forestry Bureau；we will estimate carbon storage by using the method of biomass conversion factor continuous function method and calculate the value of its carbon sink by using the method of afforestation cost.The results demonstrate that ①the trend of spatial distribution of carbon sequestration value is low quantity in northwest and high quantity in southeast，which is mainly caused by topography effect of Jianfengling Forestry Bureau where altitude of northwest is high and altitude of southeast is low，so the lower altitude areas stand，the better the regional forest grow.②Jianfengling Forestry Bureau natural forest carbon sequestration value and canopy has a high correlation，which demonstrates that high canopy density region has larger carbon sequestration value and vice versa.③Based on 2010 forest resource second class survey data，we will estimate carbon natural forest in Jianfengling Forest Bureau summary worth about 36.5 million yuan with the use of Kriging interpolation method to estimate the 38.5 million yuan does not exist significant gaps，aiming at Jianfengling forestry′s good natural forest carbon sequestration value of Kriging interpolation effect.④Using GIS objectively to evaluate forest carbon sink value，it can reflect the distribution of forest carbon sink visually and the advantages of accurate，fast，no damage and save time and effort.

natural forests；carbon storage；carbon sink value；GIS；Jianfengling Forestry Bureau

2015-09-21；

2015-11-16

海南省林業(yè)局重點科研項目(海南省五大流域植被恢復與保護規(guī)劃研究，LK20118478)；湖南省“十三五”重點學科—森林經(jīng)理學科(034-0014)

劉青(1991—)，女，湖南婁底人，中南林業(yè)科技大學林學院碩士研究生，從事數(shù)字林業(yè)方面研究。E-mail：1758114820@qq.com。

佘濟云(1966—)，男，中南林業(yè)科技大學林學院教授，博士生導師，從事森林經(jīng)理學與林業(yè)資源管理方面的教學和科研工作。E-mail：shejiyun@126.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.03.018

S718.55+6

A

1002-7351(2016)03-0085-06