四川洪雅林場(chǎng)森林植被碳儲(chǔ)量的空間分布特征研究

謝 云，王洪榮，黃從德

（1.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川成都 610081；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川雅安 625014）

四川洪雅林場(chǎng)森林植被碳儲(chǔ)量的空間分布特征研究

謝 云1，王洪榮1，黃從德2*

（1.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川成都 610081；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川雅安 625014）

四川洪雅林場(chǎng)地處四川盆地西部邊緣的洪雅縣境內(nèi)，植被豐富多樣，氣候特征垂直分布明顯，地形地貌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是研究地帶性森林植被碳儲(chǔ)量的理想?yún)^(qū)域。因此，本研究利用洪雅林場(chǎng)森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)，在實(shí)測(cè)植物含碳率和建立生物量模型的基礎(chǔ)上，研究了洪雅林場(chǎng)森林植被碳儲(chǔ)量空間分布特征和近10 a森林植被碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)。

洪雅林場(chǎng)；森林植被；碳儲(chǔ)量；空間分布特征

1 研究區(qū)域概況

四川洪雅林場(chǎng)位于四川盆地西南邊緣，地處邛崍山支脈、峨眉山系大相嶺東北的青衣江支流周公河（煩靈河）西南岸，地形處于四川省盆地與康滇平行嶺谷的交接部。洪雅林場(chǎng)始建于1956年，行政隸屬眉山市洪雅縣，是全國(guó)八大、四川省第一大國(guó)營(yíng)林場(chǎng)，也是1984年世界銀行貸款建設(shè)的三大商品林基地之一。場(chǎng)部設(shè)在距縣城35 km的柳江鎮(zhèn)。地理位置介于東經(jīng)102°49′～103°32′，北緯29°24′～30°00′。洪雅林場(chǎng)總面積62 595.7 hm2，林地面積61 764.3 hm2?？傂罘e7 860 990 m3，喬木林中，公益林面積45 330 hm2，蓄積5 812 942 m3，商品林面積7 617 hm2，蓄積2 047 400 m3，竹林中，公益林面積162.3 hm2，特灌經(jīng)濟(jì)林面積160.6 hm2，疏林地面積190.9 hm2，灌木林地8 049.3 hm2，未成林造林地181.8 hm2，非林業(yè)用地面積831.4 hm2。

2 研究方法

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集

（1）洪雅林場(chǎng)2003年森林資源二類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù)和2013年森林資源更新數(shù)據(jù)；洪雅林場(chǎng)林地保護(hù)利用規(guī)劃數(shù)據(jù)（2012年～2020年）；洪雅林場(chǎng)DEM數(shù)據(jù)。

（2）洪雅林場(chǎng)空間信息數(shù)據(jù)

在ArcGis9.0中提取洪雅林場(chǎng)范圍DEM（分辨率90 m×90 m）模型數(shù)據(jù)，并統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為相同地理坐標(biāo)（Beijing54）。運(yùn)用ARCGIS中空間分析統(tǒng)計(jì)模塊，提取洪雅林場(chǎng)范圍內(nèi)坡度、海拔、坡向信息并分級(jí)。

根據(jù)洪雅林場(chǎng)范圍分布海拔最大值和最小值，以500 m為一個(gè)梯度，將其海拔分為5個(gè)等級(jí)（＜1 000 m，1 000 m～1 500 m，1 500 m～2 000 m，2 000 m～2 500 m，＞2 500 m）。

按磁方位角分為5個(gè)坡向：陰坡（北、東北）、半陰坡（東、西北）、陽(yáng)坡（南、西南）、半陽(yáng)坡（西、東南）以及無(wú)坡向。

按坡度分為5個(gè)坡度：急坡（≥36°）、陡坡（26°～35°）、斜坡（16°～25°）、緩坡（6°～15°）、平坡（0～5°）。

（3）森林類(lèi)型的劃分

為了充分利用森林資源調(diào)查資料，依據(jù)《四川省森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查辦法》（四川省林業(yè)廳，2011），按優(yōu)勢(shì)樹(shù)種將洪雅林場(chǎng)森林大致合并劃分為8個(gè)林分類(lèi)型和6個(gè)灌木林地類(lèi)型。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置和森林生物量測(cè)定

標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置，在同一喬木林類(lèi)型中設(shè)置3～5個(gè)30 m×30 m的喬木林標(biāo)準(zhǔn)地；在灌木林地中設(shè)置3～10個(gè)5 m×5 m的樣方；在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地和樣方中設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的枯落物小樣方。

單株喬木生物量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地胸徑調(diào)查結(jié)果，在每個(gè)徑階中選擇1～2株樣木進(jìn)行生物量測(cè)定。生物量分樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉和樹(shù)根4類(lèi)取樣；灌木林地上生物量由標(biāo)準(zhǔn)株法獲得。

2.3 單株喬木生物量回歸模型的擬合

根據(jù)不同樹(shù)種各器官生物量，分析樣木調(diào)查基本因子胸徑（DBH）、樹(shù)高（H）和交互作用項(xiàng)（D2H）與各器官生物量的相關(guān)性，根據(jù)調(diào)查因子易測(cè)、實(shí)用性強(qiáng)、生物學(xué)意義等原則，初步選定自變量因子；模型形式選取一元或多元模型線性函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)（＾y＝aln（X）＋b）、二次項(xiàng)函數(shù)、冪函數(shù)、“S”型曲線和指數(shù)函數(shù)）等回歸模型進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸擬合。

2.4 含碳率測(cè)定和碳儲(chǔ)量計(jì)算

采集的植物樣品使用烘箱在105℃恒溫下殺青30 min，再在85℃恒溫下烘5 h進(jìn)行第1次稱(chēng)重，然后在85℃恒溫下繼續(xù)烘烤，每隔2h稱(chēng)重1次，當(dāng)最近兩次重量相對(duì)誤差≤5.0%時(shí)停止烘烤，將樣品冷卻至室溫后測(cè)定每個(gè)樣品的干重。然后，使用粉碎機(jī)分別對(duì)植物干樣進(jìn)行粉碎。由于植物樣品含碳量較高，一般在0.45左右，測(cè)定時(shí)稱(chēng)樣量極少。因此需將已制備好的粉碎樣取10 g～20 g于瓷研缽中再充分研細(xì)，全部通過(guò)100目篩（篩孔0.149mm）后混合均勻，用于植物樣品有機(jī)碳含率測(cè)定。含碳率采用燃燒法（碳／氮元素分析儀）測(cè)定。

喬木林碳儲(chǔ)量為喬木層、灌草層和枯落物層碳儲(chǔ)量之和；灌木林地碳儲(chǔ)量為灌草層和枯落物層碳儲(chǔ)量之和。

2.5 碳匯／源計(jì)算

利用洪雅林場(chǎng)2003年和2013年森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)，采用黃從德等建立的四川省生物量－蓄積量模型，計(jì)算出洪雅林場(chǎng)近10年來(lái)森林碳儲(chǔ)量的變化情況，并通過(guò)洪雅林場(chǎng)采伐量數(shù)據(jù)，計(jì)算出碳的損失量。

2.6 數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)分析、整理采用Access2007、Excel2007和SPSS19.0軟件進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 洪雅林場(chǎng)喬木林生物量回歸模型

基于優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）實(shí)測(cè)各器官生物量數(shù)據(jù)，采用一元或多元多形式模型對(duì)喬木生物量模型進(jìn)行回歸擬合，結(jié)果如表1所示。根據(jù)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)、殘差平方和以及差異性檢驗(yàn)（P＜0.05）綜合考慮，確定冪模型W＝a（D2H）b是洪雅林場(chǎng)喬木生物量最優(yōu)模型，以此估算洪雅林場(chǎng)喬木層生物量。

表1 優(yōu)勢(shì)樹(shù)種各器官生物量回歸模型

3.2 森林植被碳儲(chǔ)量及碳密度

3.2.1 喬木林植被碳儲(chǔ)量及碳密度

從表2可知，洪雅林場(chǎng)喬木林植被總碳儲(chǔ)量為254.89×104t，其中喬木層、灌草層、枯落物層的碳儲(chǔ)量分別為234.22×104t、5.51×104t和15.16× 104t，分別占碳儲(chǔ)量的91.9%、2.2%和5.9%，各層碳儲(chǔ)量大小順序?yàn)閱棠緦樱究萋湮飳樱竟嗖輰?。不同林分?lèi)型碳儲(chǔ)量介于5.51×104t～234.22×104t，其分配上也表現(xiàn)為喬木層碳儲(chǔ)量最大，灌草層最小。不同林分類(lèi)型中，櫟類(lèi)及其他硬闊林分碳儲(chǔ)量最大，為93.61×104t，占碳儲(chǔ)量的36.7%，其次為冷杉、云杉、鐵杉林，碳儲(chǔ)量為88.66×104t、占34.8%，第3是杉木、柳杉林分，碳儲(chǔ)量為41.69×104t，占16.4%。這3種森林類(lèi)型碳儲(chǔ)量達(dá)223.96 ×104t，占洪雅林場(chǎng)總碳儲(chǔ)量的87.9%；而其他森林類(lèi)型僅占碳儲(chǔ)量的12.1%?？梢?jiàn)，櫟類(lèi)及其他硬闊林、冷杉、云杉、鐵杉林、柳杉、杉木林是洪雅林場(chǎng)喬木林植被的主體，這些林分類(lèi)型碳儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)變化將極大地影響到整個(gè)洪雅林場(chǎng)喬木林植被的碳動(dòng)態(tài)。

表2 不同喬木林植被碳儲(chǔ)量

3.2.2 灌木林碳密度和碳儲(chǔ)量

由表3可見(jiàn)，洪雅林場(chǎng)灌木林地碳儲(chǔ)量為13.79×104t，不同灌木林地類(lèi)型之間差異較大，其他竹類(lèi)灌木類(lèi)型碳儲(chǔ)量最高（8.24×104t），占灌木林地碳儲(chǔ)量的59.8%，其次為高山杜鵑灌木類(lèi)型（4.91×104t），占灌木林地碳儲(chǔ)量的35.6%，兩者之和占到灌木碳儲(chǔ)量的95.4%，這與兩者灌木林面積和具有較高的碳密度相關(guān)。不同灌木林地類(lèi)型碳密度之間差異明顯，介于1.47 t·hm－2～34.48 t· hm－2，平均16.73 t·hm－2，以水竹碳密度最高，而其他灌木類(lèi)型的碳密度最低。

表3 不同灌木林類(lèi)型碳儲(chǔ)量

3.2.3 總碳儲(chǔ)量及碳密度

洪雅林場(chǎng)喬木林和灌木林總碳儲(chǔ)量268.68× 104t，喬木林的碳儲(chǔ)量普遍高于灌木林碳儲(chǔ)量，這與喬木林普遍具有較高的碳密度和保留森林面積大小有關(guān)，詳見(jiàn)表4。櫟類(lèi)及硬闊林碳儲(chǔ)量最大為93.61 ×104t，其次為冷、云、鐵杉林88.66×104t，第3是柳杉、杉木林為41.69×104t，三者主導(dǎo)著區(qū)域內(nèi)林地類(lèi)型碳儲(chǔ)量的分配格局。

表4 洪雅林場(chǎng)各林型生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量

3.3 森林植被碳儲(chǔ)量空間分布特征

3.3.1 喬木林碳儲(chǔ)量空間分布特征

（1）喬木層碳儲(chǔ)量空間分布特征

根據(jù)海拔，喬木層碳儲(chǔ)量隨海拔梯度變化總體表現(xiàn)為：0～2 500 m碳儲(chǔ)量隨海拔梯度升高而增大，以后隨著海拔梯度的升高而下降。碳儲(chǔ)量在2 000 m～2 500 m達(dá)到最高，為84.41×104t，占總碳儲(chǔ)量的36.0%；根據(jù)坡度，喬木層碳儲(chǔ)量隨坡度等級(jí)的增大表現(xiàn)出增加的規(guī)律，從平坡到急坡，碳儲(chǔ)量呈不斷上升趨勢(shì)。不同坡度等級(jí)碳儲(chǔ)量從大到小依次順序?yàn)榧逼拢径钙拢拘逼拢酒狡拢揪徠?；根?jù)坡向，喬木層碳儲(chǔ)量總體表現(xiàn)為陰坡或半陰坡高于陽(yáng)坡或半陽(yáng)坡，以無(wú)坡向最小。不同坡向碳儲(chǔ)量從大到小依次為陰坡＞半陰坡＞半陽(yáng)坡＞陽(yáng)坡，詳見(jiàn)表5。

（2）灌草層碳儲(chǔ)量空間分布特征

根據(jù)海拔，灌草層碳儲(chǔ)量隨海拔梯度變化總體表現(xiàn)為：在0～2 500 m范圍，碳儲(chǔ)量隨海拔梯度升高而增大，在＞2 500 m后，碳儲(chǔ)量隨著海拔梯度的升高而下降；根據(jù)坡度，灌草層碳儲(chǔ)量隨坡度等級(jí)的遞增表現(xiàn)出先減少后增加的規(guī)律，從平坡到緩坡灌草層碳儲(chǔ)量下降，而后隨著坡度的增加而逐漸增加；根據(jù)坡向，灌草層碳儲(chǔ)量總體表現(xiàn)為陰坡或半陰坡高于陽(yáng)坡或半陽(yáng)坡，以無(wú)坡向最小，詳見(jiàn)表5。

（3）枯落層碳儲(chǔ)量空間分布特征

根據(jù)海拔，枯落物層碳儲(chǔ)量隨海拔梯度變化總體表現(xiàn)為：0～2 500 m碳儲(chǔ)量隨海拔梯度升高而增大，以后隨著海拔梯度的升高而下降；根據(jù)坡度，枯落物層碳儲(chǔ)量隨坡度等級(jí)的遞增表現(xiàn)出先減少后增加的規(guī)律，從平坡到緩坡灌草層碳儲(chǔ)量下降，而后隨著坡度的增加而逐漸增加。不同坡度等級(jí)枯落物層碳儲(chǔ)量從大到小依次順序?yàn)榧逼拢径钙拢酒狡拢拘逼拢揪徠?；根?jù)坡向，枯落物層碳儲(chǔ)量總體表現(xiàn)為陰坡或半陰坡高于陽(yáng)坡或半陽(yáng)坡，以無(wú)坡向最小，詳見(jiàn)表5。

表5 不同海拔梯度、坡度、坡向的碳儲(chǔ)量

3.3.2 總碳儲(chǔ)量空間的分布特征

（1）森林植被碳儲(chǔ)量的垂直分布特征

森林植被碳儲(chǔ)量隨海拔梯度變化總體表現(xiàn)為：在0～2 500 m范圍內(nèi)碳儲(chǔ)量隨海拔梯度升高而增大，≥2 500 m后，碳儲(chǔ)量隨著海拔梯度的升高而下降。碳儲(chǔ)量在2 000 m～2 500 m達(dá)到最高，為92.98×104t，占總碳儲(chǔ)量的36.5%，使得這一海拔梯度森林成為洪雅林場(chǎng)森林植被碳儲(chǔ)量的主要組成部分。其他各海拔梯度碳儲(chǔ)量從大到小依次為：≥2 500 m、1 500 m～2 000 m、1 000 m～1 500 m、≤1 000 m，分別為71.09×104t、49.13×104t、39.51×104t和2.18×104t，詳見(jiàn)表6，分別占總碳儲(chǔ)量的27.9%、19.3%、15.5%和0.8%。森林植被碳儲(chǔ)量隨海拔梯度變化的這種趨勢(shì)與各海拔梯度的森林面積大小有關(guān)。

表6 不同海拔梯度的森林植被碳儲(chǔ)量

（2）森林植被碳儲(chǔ)量沿坡度分布特征

森林植被碳儲(chǔ)量隨坡度等級(jí)的遞增表現(xiàn)出增加的規(guī)律。不同坡度等級(jí)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量從大到小依次順序?yàn)榧逼拢径钙拢拘逼拢酒狡拢揪徠拢斠?jiàn)表7。碳儲(chǔ)量分別為168.31×104t、50.66×104t、19.89×104t、8.46×104t和7.57×104t，分別占碳儲(chǔ)量的66.0%、19.9%、7.8%、3.2%和3.1%。這主要與各坡度等級(jí)目前保留各種森林類(lèi)型、面積大小以及人為活動(dòng)程度有關(guān)。

表7 不同坡度的森林植被碳儲(chǔ)量

（3）森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量沿坡向分布

森林植被碳儲(chǔ)量總體表現(xiàn)為陰坡或半陰坡高于陽(yáng)坡或半陽(yáng)坡，以無(wú)坡向最小。不同坡向碳儲(chǔ)量從大到小依次為陰坡＞半陰坡＞半陽(yáng)坡＞陽(yáng)坡，分別占碳儲(chǔ)量的32.5%、29.9%、20.3%和17.3%。這與不同坡向等級(jí)上分布的森林面積大小和人為干擾程度有關(guān)，詳見(jiàn)表8。

表8 不同坡向的碳儲(chǔ)量

3.4 喬木林植被碳動(dòng)態(tài)

根據(jù)洪雅林場(chǎng)2003到2012的資源更新數(shù)據(jù)包括有關(guān)造林、采伐、火災(zāi)和病蟲(chóng)害等林業(yè)動(dòng)態(tài)資料，不同喬木林類(lèi)型蓄積增長(zhǎng)量，計(jì)量洪雅林場(chǎng)近10年來(lái)喬木林碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化，詳見(jiàn)表9。

從表9中可以看出，洪雅林場(chǎng)喬木林碳儲(chǔ)量和固碳增量從2003年到2012年呈持續(xù)增加趨勢(shì)，且增加幅度越來(lái)越大。10年間，碳儲(chǔ)總量增加79.32 ×104t，折算吸收二氧化碳量（CO2）290.84×104t。

由表10可見(jiàn)，洪雅林場(chǎng)近10年間，通過(guò)森林光合吸收、固定二氧化碳（CO2）為290.84×104t，但由于采伐活動(dòng)共計(jì)損失折算排放二氧化碳量（CO2）8.46×104t，凈增固定二氧化碳量（CO2）283.15×104t，平均每年固定28.32×104t?？梢?jiàn)，洪雅林場(chǎng)森林是一個(gè)重要的碳庫(kù)和匯。

表9 洪雅林場(chǎng)10 a喬木林增長(zhǎng)固定CO2（104t）

表10 洪雅林場(chǎng)10 a森林增長(zhǎng)固定CO2

4 討論與結(jié)論

（1）洪雅林場(chǎng)喬木林生物量回歸模型

通過(guò)多模型擬合，建立以W＝a（D2H）b為洪雅縣林場(chǎng)8個(gè)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的生物量最優(yōu)回歸模型（式中：W為生物量，D為喬木胸徑，H為樹(shù)高，a、b為常數(shù)）。

（2）洪雅林場(chǎng)碳儲(chǔ)量分布特征

洪雅林場(chǎng)植被總碳儲(chǔ)量為268.68×104t。其中，喬木林碳儲(chǔ)量為254.89×104t，占94.9%，灌木林碳儲(chǔ)量為13.79×104t，占5.1%，喬木林平均碳密度為35.4 t·hm－2，灌木林平均碳密度16.73 t· hm－2?？梢?jiàn)，喬木林碳儲(chǔ)量在洪雅林場(chǎng)中占主導(dǎo)地位。

在喬木林中，喬木層、灌木層和枯落物層碳儲(chǔ)量分別為234.22 t、5.51 t和15.16 t，碳密度分別47.4 t·hm－2、1.02 t·hm－2和2.8 t·hm－2。灌木林中，優(yōu)勢(shì)灌木層和枯落物層碳儲(chǔ)量分別為13.79 t和0.80 t，碳密度分別為16.73 t·hm－2和0.97 t·hm－2。

在喬木林中，人工林和天然林43.54 t和190.68 t，碳密度分別為38.4 t·hm－2和45.3 t· hm－2。

在喬木林中，幼齡林、中齡林和成熟林碳儲(chǔ)量分別為1.72 t、9.74 t和222.76 t，碳密度分別為5.6 t ·hm－2、21.5 t·hm－2和48.6 t·hm－2?？梢?jiàn)，成熟林是洪雅碳匯組成的主要部分。

洪雅林場(chǎng)植被碳儲(chǔ)量具有一定的垂直分布特征：在0～2 500 m范圍，碳儲(chǔ)量隨海拔梯度升高而增加，＞2 500 m后隨著海拔梯度的升高而降低，碳儲(chǔ)量在2 000 m～2 500 m達(dá)到最高，為84.4×104t，占總碳儲(chǔ)量的36.0%。碳儲(chǔ)量隨坡度等級(jí)的遞增表現(xiàn)出增加的規(guī)律。碳儲(chǔ)量坡向分布特征總體表現(xiàn)為陰坡或半陰坡碳儲(chǔ)量高于陽(yáng)坡或半陽(yáng)坡，以無(wú)坡向最小。碳儲(chǔ)量沿海拔、坡度、坡向的分布規(guī)律表明，林場(chǎng)中主體森林植被一旦被破壞，其恢復(fù)難度極大，因此，應(yīng)減少人為破壞和消耗、進(jìn)行可持續(xù)經(jīng)營(yíng)和管理。

（3）洪雅林場(chǎng)近10年碳匯／源動(dòng)態(tài)

洪雅林場(chǎng)近10年碳匯功能明顯。2003年到2012年間，洪雅林場(chǎng)碳儲(chǔ)量從154.90×104tC增加到234.22×104tC，增加了79.32×104tC，年均增長(zhǎng)率為0.5%。可見(jiàn)，洪雅林場(chǎng)森林植被起著“碳匯作用”。因此，減少人為對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的干擾活動(dòng)，加強(qiáng)對(duì)森林植被的保護(hù)以維持和增加植被層碳儲(chǔ)量，對(duì)于減少碳排放、增加碳匯具有一定的意義。

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10.16779／j.cnki.1003－5508.2016.04.003

S718

A

1003－5508（2016）04－0014－05

2016-06-02

區(qū)域林業(yè)碳匯／源計(jì)量體系構(gòu)建及應(yīng)用研究。

謝云（1983-），女，碩士，主要從事森林資源監(jiān)測(cè)、林業(yè)調(diào)查與規(guī)劃設(shè)計(jì)、林業(yè)碳匯方面的工作。

黃從德（1969-），男，四川內(nèi)江人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事森林生態(tài)工程、森林培育、林業(yè)碳匯等領(lǐng)域研究工作。