基于森林資源清查資料的河南省森林碳儲(chǔ)量及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值研究

摘要：利用2008年全國(guó)第七次森林資源清查主要數(shù)據(jù)，建立不同森林類(lèi)型生物量與蓄積量之間的回歸方程，對(duì)河南省森林植被的碳儲(chǔ)量、碳密度及其碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行了估算。結(jié)果表明，①2008年全省森林總碳儲(chǔ)量約為8 090.72萬(wàn)t，主要分布在喬木林中，占86.22%；森林平均碳密度約為20.00 t/hm2，遠(yuǎn)小于全國(guó)平均值；②闊葉林是全省喬木林碳儲(chǔ)量的主要貢獻(xiàn)者，碳儲(chǔ)量約為5 584.44萬(wàn)t；楊樹(shù)和櫟類(lèi)作為主要的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，二者碳儲(chǔ)量占闊葉林的86.22%；③全省喬木林碳儲(chǔ)量主要集中于幼齡林和中齡林中，占全省喬木林碳儲(chǔ)量的81.74%；從起源來(lái)看，人工林碳儲(chǔ)量占55.26%，且固碳潛力巨大，將是河南省森林碳儲(chǔ)量的主體；④河南省全部森林碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為220.63億元，其中，喬木林為190.24億元，主要源于楊樹(shù)和櫟類(lèi)的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 碳儲(chǔ)量；生物量轉(zhuǎn)換因子；碳密度；經(jīng)濟(jì)價(jià)值；森林清查資料；河南省

中圖分類(lèi)號(hào)：S718.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）06-1612-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.061

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其碳儲(chǔ)量占全球陸地植被總碳儲(chǔ)量的85%～90%，且與其他陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，森林生態(tài)系統(tǒng)具有較高生產(chǎn)力，每年固定碳量約占整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的2/3，因此森林在調(diào)節(jié)全球碳平衡、緩解大氣中CO2濃度上升以及維護(hù)全球氣候等方面具有不可替代的作用[1-3]。

森林碳儲(chǔ)量作為研究森林與大氣間碳交換的基本參數(shù)[4]，只有準(zhǔn)確估算了森林植被的生物量和碳儲(chǔ)量，才能進(jìn)一步探究森林在區(qū)域和全球碳循環(huán)中所起的作用。河南省曾是一個(gè)森林資源較少的省份，但自“十一五”以來(lái)，在一大批國(guó)家林業(yè)重點(diǎn)工程和省級(jí)林業(yè)重點(diǎn)生態(tài)工程的推動(dòng)下，河南省林業(yè)建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展期，森林面積大幅度增加，并在改善全省區(qū)域生態(tài)環(huán)境、維持區(qū)域碳平衡等方面發(fā)揮了重要作用。在以往研究中，學(xué)者們針對(duì)我國(guó)不同省份的森林碳儲(chǔ)量分別進(jìn)行了研究[4-7]，并有學(xué)者針對(duì)河南省森林碳儲(chǔ)量問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究[8，9]，但其研究結(jié)果主要反映的是河南省喬木林的碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化，并未考慮其他森林植被類(lèi)型，造成估算結(jié)果偏低，不能準(zhǔn)確反映河南省全部森林植被的真實(shí)固碳能力。為此，本研究利用全國(guó)第七次森林資源清查數(shù)據(jù)，對(duì)河南省森林碳儲(chǔ)量及其碳匯價(jià)值進(jìn)行了估算，以期為今后評(píng)價(jià)全省森林植被CDM碳匯功能、計(jì)算綠色GDP以及建立森林碳生態(tài)效益補(bǔ)償機(jī)制提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

河南省位于黃河中下游，北緯31°23′-36°22′、東經(jīng)110°21′-116°39′，總面積16.7萬(wàn)km2，其中山地、丘陵、平原面積分別占全省總面積的26.3%、18.0%、55.7%。河南省具有北亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡的大陸性季風(fēng)氣候特點(diǎn)，年均氣溫為12.8～15.5 ℃，年均降雨量為784.8 mm。區(qū)域內(nèi)森林植被地帶性規(guī)律明顯，淮河流域以北是落葉闊葉林，淮河流域以南為常綠闊葉與落葉闊葉混交林[10]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所用數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)第七次（2008年）森林資源清查資料，資料中包括河南省各類(lèi)林分資源的不同齡組、面積和蓄積量，以及經(jīng)濟(jì)林、灌木林、疏林和竹林的面積等數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 森林生物量的估算 森林碳儲(chǔ)量的估算是以森林生物量為基礎(chǔ)的。本研究運(yùn)用生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法推算林分生物量或碳儲(chǔ)量，再根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道推算經(jīng)濟(jì)林、疏林和灌木林、竹林生物量的相關(guān)資料估算其碳儲(chǔ)量。

1）林分生物量的估算。目前估算區(qū)域尺度的林分生物量方法有3種，平均生物量法、生物量擴(kuò)展因子法和生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法。其中，生物量換算因子連續(xù)函數(shù)法是一種適用于我國(guó)且能很好地利用我國(guó)森林資源清查資料，更準(zhǔn)確估算生物量的方法。本研究采用方精云等[11，12]建立的各個(gè)林分類(lèi)型生物量與蓄積量之間的回歸方程來(lái)估算河南省各林分的生物量，計(jì)算公式如下：

B=aV+b （1）

式中，B為每公頃生物量，V為每公頃蓄積量，a和b為計(jì)算參數(shù)。不同樹(shù)種的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1[9，12，13]。

2）經(jīng)濟(jì)林生物量的估算。有關(guān)經(jīng)濟(jì)林生物量計(jì)算方法的研究較少，通常采用平均生物量密度23.7 t/hm2來(lái)計(jì)算經(jīng)濟(jì)林生物量[13]。由于森林資源清查數(shù)據(jù)僅提供了經(jīng)濟(jì)林的面積數(shù)據(jù)，因此本研究沿用此方法。

3）疏林、灌木林生物量的估算。由于全國(guó)森林資源清查數(shù)據(jù)中只提供了疏林、灌木林的面積。因此，疏林、灌木林的生物量利用我國(guó)秦嶺淮河以北的疏林、灌木林平均生物量值13.14 t/hm2[13]來(lái)進(jìn)行估算。

4）竹林生物量的估算。森林資源清查數(shù)據(jù)提供了毛竹和雜竹的面積數(shù)據(jù)，對(duì)于竹林生物量的估算采用郭兆迪等[3]的研究結(jié)果，即毛竹和雜竹的平均生物量密度分別為81.9和53.1 t/hm2。

1.3.2 碳儲(chǔ)量及碳密度的計(jì)算 森林碳儲(chǔ)量由生物量乘以碳轉(zhuǎn)換系數(shù)得到。由于不同植被類(lèi)型，其樹(shù)種組成、年齡和種群結(jié)構(gòu)不同，碳轉(zhuǎn)化系數(shù)也存在不同[14]，國(guó)際上常用的轉(zhuǎn)化系數(shù)為0.45～0.50。根據(jù)李?？萚15]的研究結(jié)果，不同樹(shù)種的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)為柏木0.503 4、黑松0.514 6、油松0.520 7、馬尾松0.459 6、杉木0.520 1、櫟類(lèi)0.500 4、硬闊類(lèi)0.483 4、楊樹(shù)0.495 6、泡桐0.469 5、闊葉混交林0.490 0、針葉混交林0.510 1、針闊混交林0.497 8，其他種類(lèi)采用0.500 0。計(jì)算的森林植被碳儲(chǔ)量未包括林下草本層，凋落物層及林木根系等碳儲(chǔ)量。碳密度是指單位面積碳儲(chǔ)量。

1.3.3 碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值估算 森林碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值的評(píng)價(jià)參數(shù)主要是指碳匯價(jià)格，其單位是元/t。森林碳匯價(jià)格的估算方法主要有人工固定CO2成本法、造林成本法、碳稅法等，采用不同方法估算出的價(jià)值相差較大，目前尚缺乏公認(rèn)的評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)固定CO2經(jīng)濟(jì)價(jià)值的方法。本研究采用造林成本法，即按272.7元/t（碳）來(lái)估算河南省森林植被的碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省森林植被總碳儲(chǔ)量

河南省森林植被的總碳儲(chǔ)量為8 090.72萬(wàn)t（表2），其中，喬木林（包括針葉林、闊葉林和混交林）碳儲(chǔ)量6 976.12萬(wàn)t，占86.22%；經(jīng)濟(jì)林605.89萬(wàn)t，占7.49%；疏林、灌木林446.04萬(wàn)t，占5.51%；竹林62.67萬(wàn)t，占0.78%。可見(jiàn)，喬木林在全省森林吸收CO2、釋放氧氣、維護(hù)區(qū)域碳氧平衡中起著最重要的作用。從碳密度來(lái)看，河南省森林植被的平均碳密度為20.00 t/hm2，遠(yuǎn)小于全國(guó)森林的平均碳密度33.63 t/hm2[16]，而與山西省森林平均碳密度23.76 t/hm2相差不大[6]。其中，竹林的平均碳密度較大，為29.84 t/hm2；喬木林和經(jīng)濟(jì)林次之，分別為24.62 t/hm2和11.85 t/hm2；灌木林最小，為6.57 t/hm2。

2.2 河南省林分碳儲(chǔ)量分析

河南省林分總面積為283.36萬(wàn)hm2，占全省森林總面積的70.06%，林分蓄積量12 936.12萬(wàn)m3，總生物量為14 078.68萬(wàn)t，碳儲(chǔ)量為6 976.12萬(wàn)t（表3），占全國(guó)同期林分碳儲(chǔ)量的1.08%[3]。林分平均碳密度為24.62 t/hm2，比2003年全省林分平均碳密度23.64 t/hm2略微有所增加，但仍遠(yuǎn)小于全國(guó)和世界林分碳密度的平均值（全國(guó)為42.82 t/hm2[16]，世界為86.00 t/hm2[1]）。特別說(shuō)明，林分不同于森林，主要是指喬木林。

2.2.1 河南省不同林分類(lèi)型的碳儲(chǔ)量及碳密度 林分類(lèi)型不同，其碳儲(chǔ)量和碳密度存在著很大差異[1]。河南省針葉林總碳儲(chǔ)量為534.65萬(wàn)t，占林分總碳儲(chǔ)量的7.66%，其主要集中在柏木、油松和馬尾松3個(gè)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，分別為177.78萬(wàn)t、130.18萬(wàn)t和126.94萬(wàn)t，三者占全部針葉林碳儲(chǔ)量的81.34%；闊葉林為5 584.44萬(wàn)t，占總量的80.05%，其主要集中在櫟類(lèi)和楊樹(shù)兩個(gè)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，分別為2 251.16萬(wàn)t和2 563.89萬(wàn)t，二者占全部闊葉林碳儲(chǔ)量的86.22%；混交林為857.03萬(wàn)t，占總量的12.29%，其主要來(lái)自于闊葉混交林。說(shuō)明河南省碳儲(chǔ)量主要集中在闊葉林，同其面積最大一致。

在3種林分類(lèi)型中，混交林的平均碳密度最大，為26.35 t/hm2，其次為闊葉林，為25.59 t/hm2，最小的為針葉林，為16.41 t/hm2。各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳密度差異較大，介于8.46～29.73 t/hm2之間；最大是柏木，最小為馬尾松，都屬于針葉林。高于全省平均碳密度的有黑松、火炬松、柏木、櫟類(lèi)、楊樹(shù)、闊葉混交林和針闊混交林。

2.2.2 河南省不同齡組林分的碳儲(chǔ)量及碳密度 森林的碳儲(chǔ)量與森林的年齡組成密切相關(guān)。表4列出了河南省不同齡組林分的碳儲(chǔ)量及碳密度。從表4可以看出，全省不同齡組的林分碳儲(chǔ)量由大到小依次為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林，碳儲(chǔ)量主要集中于幼齡林和中齡林中，其總面積占全省林分面積的89.74%，碳儲(chǔ)量占全省林分碳儲(chǔ)量的81.74%。近熟林、成熟林及過(guò)熟林在全省內(nèi)的分布面積很小，占10.26%，其碳儲(chǔ)量卻占18.26%。與其所占的面積相比，近熟林、成熟林及過(guò)熟林的碳儲(chǔ)量要高于幼、中齡林，這是由于幼、中齡林的碳密度遠(yuǎn)低于成熟林的碳密度。同時(shí)，還可以看出，林齡組與碳密度幾乎呈正相關(guān)（成熟林碳密度略微有所降低），表現(xiàn)為林齡越大，對(duì)應(yīng)齡組的碳密度越高，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果幾乎一致[1，7，17]。所以，導(dǎo)致河南省森林碳儲(chǔ)量偏低的一個(gè)重要原因是幼、中齡林所占面積過(guò)大。

2.2.3 河南省不同起源林分的碳儲(chǔ)量及碳密度 起源不同，林分的碳儲(chǔ)量也不同。河南省天然林碳儲(chǔ)量為3 121.00萬(wàn)t，占全省總碳儲(chǔ)量的44.74%；人工林碳儲(chǔ)量為3 855.12萬(wàn)t，占55.26%。從發(fā)展趨勢(shì)上來(lái)看，人工林將是河南省森林碳儲(chǔ)量的主體（表4）。

從林齡組來(lái)看，天然林各齡組的平均碳密度均大于人工林，且天然林的碳密度與林齡組結(jié)果呈正相關(guān)，而人工林則是近熟林的碳密度最高（表4），這與馬琪等[7]在陜西省的研究結(jié)果一致。天然林和人工林都主要集中在面積比重較大的幼、中齡林中，碳儲(chǔ)量分別占83.68%和80.18%。

從林分類(lèi)型來(lái)看，在可進(jìn)行比較的類(lèi)型中除松樹(shù)林和軟闊林外，天然林各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳密度均大于人工林（圖1）。天然林中，硬闊林（包括櫟類(lèi)和其他硬闊類(lèi)）的碳儲(chǔ)量最大，為2 412.90萬(wàn)t，占天然林總碳儲(chǔ)量的77.31%；人工林中，軟闊林（包括楊樹(shù)、泡桐和其他軟闊類(lèi)）碳儲(chǔ)量最大，為2 726.39萬(wàn)t，占人工林總碳儲(chǔ)量的70.72%（表5）。在所有林分類(lèi)型中，碳儲(chǔ)量以楊樹(shù)林最大，為2 563.89萬(wàn)t（表1），占全省林分總碳儲(chǔ)量的36.75%，楊樹(shù)林全部屬于人工林，且大部分處于幼、中齡期，其固碳潛力巨大。因此，楊樹(shù)將在河南省人工林固碳過(guò)程中起主導(dǎo)作用。

2.3 河南省森林碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值估算

根據(jù)森林資源清查資料計(jì)算統(tǒng)計(jì)結(jié)果，按照造林成本法計(jì)算得出河南省全部森林碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值為220.63億元，其中，喬木林為190.24億元，經(jīng)濟(jì)林為16.52億元，疏林、灌木林為12.16億元，竹林為1.71億元。喬木林中，碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值主要集中在楊樹(shù)和櫟類(lèi)中，分別為69.92億元和61.39億元。

3 討論與結(jié)論

作為全球陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)，森林在抑制全球溫室氣體濃度上升中發(fā)揮著重要作用，其碳儲(chǔ)量的變化是判定森林是大氣CO2“源”或“匯”的重要依據(jù)[18]。河南省2008年森林總碳儲(chǔ)量約為8 090.72萬(wàn)t，其中喬木林碳儲(chǔ)量6 976.12萬(wàn)t，占86.22%；而2003年全省喬木林碳儲(chǔ)量?jī)H為4 673.43萬(wàn)t[9]，5年間增加了2 302.69萬(wàn)t，碳儲(chǔ)量的大幅度增加與同時(shí)期全省大范圍實(shí)施植樹(shù)造林、建設(shè)林業(yè)生態(tài)省，森林面積不斷擴(kuò)大有關(guān)。雖然全省森林碳儲(chǔ)量在不斷增加，但占全國(guó)同期森林碳儲(chǔ)量的比重仍然很小，僅為1.49%[16]。全省森林植被平均碳密度為20.00 t/hm2，遠(yuǎn)小于全國(guó)平均值33.63 t/hm2[16]。幼、中齡林所占面積過(guò)大，森林發(fā)育水平較低是導(dǎo)致河南省森林平均碳密度偏低的主要原因之一。對(duì)于大多數(shù)森林植被來(lái)說(shuō)，隨著林齡級(jí)的增長(zhǎng)，植被碳貯存密度會(huì)不斷增加，過(guò)熟林時(shí)達(dá)到最大[19]。這說(shuō)明，隨著林齡的增長(zhǎng)，河南省森林生態(tài)系統(tǒng)中占較大比重的幼、中齡林將會(huì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的固碳能力。

從森林起源來(lái)看，2008年全省人工林碳儲(chǔ)量達(dá)到3 855.12萬(wàn)t，占喬木林碳儲(chǔ)量的55.26%；而在人工林中，楊樹(shù)林碳儲(chǔ)量最大，達(dá)到了2 563.89萬(wàn)t。因此，人工林，特別是楊樹(shù)林將會(huì)對(duì)今后該省森林固碳起主導(dǎo)作用。但目前全省人工林普遍存在樹(shù)種結(jié)構(gòu)單一、純林面積過(guò)大、生產(chǎn)力低下、病蟲(chóng)害嚴(yán)重等問(wèn)題[20]，致使全省森林固碳能力低于全國(guó)平均水平。因此，今后應(yīng)選取合適樹(shù)種構(gòu)建人工混交林，提高人工林經(jīng)營(yíng)管理水平，將有利于增強(qiáng)全省森林植被碳匯功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉國(guó)華，傅伯杰，方精云.中國(guó)森林碳動(dòng)態(tài)及其對(duì)全球碳平衡的貢獻(xiàn)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20（5）：734-739.

[2] LAL R. Forest soils and carbon sequestration[J]. Forest Ecology & Management，2005，220（3）： 242-258.

[3] 郭兆迪，胡會(huì)峰，李 品，等.1977-2008年中國(guó)森林生物量碳匯的時(shí)空變化[J].中國(guó)科學(xué)：生命科學(xué)，2013，43（5）：421-431.

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

[5] 王 磊，丁晶晶，季永華，等.江蘇省森林碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，34（2）：1-5.

[6] 盧景龍，梁守倫，劉 菊.山西省森林植被生物量和碳儲(chǔ)量估算研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（31）：51-56.

[7] 馬 琪，劉 康，張 慧.陜西省森林植被碳儲(chǔ)量及其空間分布[J].資源科學(xué)，2012，34（9）：1781-1789.

[8] 賈松偉.河南省喬木林碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化及其碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值估算[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，43（5）：149-153.

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

[10] 《河南森林》編輯委員會(huì).河南森林[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2000.

[11] 方精云，陳安平，趙淑清，等.中國(guó)森林生物量的估算：對(duì)Fang等Science一文（Science， 2001， 291：2320～2322）的若干說(shuō)明[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2002， 26（2）：243-249.

[12] FANG J Y， CHEN A P， PENG C H. Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J]. Science， 2001， 292： 2320-2323.

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

[14] LAMLOM S H， SAVIDGE R A. A reassessment of carbon content in wood： Variation within and between 41 North American species[J]. Biomass and Bioenergy， 2003， 25（4）： 381-388.

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

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

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

[18] 于貴瑞.全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳蓄積[M].北京：氣象出版社，2003.

[19] 王效科，馮宗煒.中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)植物固定大氣碳的潛力[J].生態(tài)學(xué)雜志，2000，19（4）：72-76.

[20] 李大銀.提高河南省人工林分質(zhì)量探討[J].河南林業(yè)科技，2005，25（3）：34-36.