福建省喬木林碳儲量估算及變化動態(tài)分析

王念奎

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建 福州 350003)

福建省喬木林碳儲量估算及變化動態(tài)分析

王念奎*

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建 福州 350003)

利用1994～2013年福建省四次森林資源連續(xù)清查成果，基于森林資源清查樣地統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用生物量擴展因子(BEF)、冠根比(S/R)、碳含率(CF)等指標(biāo)估算喬木林碳儲量，分析碳儲量動態(tài)變化特點，并剖析碳儲量動態(tài)變化原因。結(jié)果表明：1994～2013年福建省四次森林資源連續(xù)清查的喬木林碳儲量分別為215 871.43萬t、264 091.41萬t、280 301.10萬t、302 919.10萬t，碳儲量呈遞增態(tài)勢，其中1999～2003年森林資源清查的碳儲量增幅最大，達22.34%；碳儲量以中幼齡、針葉林為主，且兩者所占比例均總體呈下降態(tài)勢；1994～2013年前后兩次森林資源清查期的喬木林碳匯均是正值，呈先抑后揚的“V”態(tài)勢，分別為176 806.60萬t、59 435.52萬t、82 932.675萬t。

喬木林；生物量；擴展因子；冠根比；碳含率；碳儲量；動態(tài)變化

森林碳匯具有固碳投資少、代價低、綜合效益大、經(jīng)濟可行性和現(xiàn)實操作性較強等特點，是應(yīng)對氣候變化的必然選擇。森林碳儲量作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的重要組成部分，在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著重要作用[1]。森林碳儲量及碳匯能力是碳計量研究的關(guān)鍵，是反映林業(yè)生態(tài)建設(shè)成就，體現(xiàn)森林生態(tài)價值的重要指標(biāo)。根據(jù)全國第八次森林資源清查結(jié)果，福建省森林面積801.27萬hm2，森林覆蓋率65.95 %，森林蓄積量60 796.15萬m3，居全國首位。通過大力發(fā)展碳匯林業(yè)，將林業(yè)的資源優(yōu)勢、生態(tài)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，對推動“美麗新福建”建設(shè)，有著十分重要的意義[2]。本研究基于福建省森林資源清查樣地統(tǒng)計數(shù)據(jù)，提出一套碳儲量計量方法，估算森林碳儲量，為制定林業(yè)碳匯及應(yīng)對氣候變化相關(guān)政策、區(qū)域林業(yè)碳匯潛力預(yù)測和評估相關(guān)生態(tài)服務(wù)功能等提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源

福建省森林資源清查第四次復(fù)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對林分的概念做了修正，即“由上期的郁閉度大于0.3改為大于等于0.20”。本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于福建省最近四次森林資源連續(xù)清查喬木林?jǐn)?shù)據(jù)(表1)。

2 研究方法

2.1 生物量擴展因子模型

采用林分蓄積量與生物量的換算關(guān)系來計算生物量值，應(yīng)用2011年國家林業(yè)局發(fā)布的《全國林業(yè)碳匯計量監(jiān)測技術(shù)指南》(試行)中擬合的模型和生物量擴展因子參數(shù)[3,4](表2)。

(1)

B=a·M+b

(2)

式中：B為單位面積生物量，M為單位面積蓄積量，a、b為參數(shù)，BEF為生物量擴展因子。

表1 福建省最近四次森林資源連續(xù)清查的喬木林?jǐn)?shù)據(jù)

注：1.喬木林不含喬木經(jīng)濟林；2.松類主要包括馬尾松、濕地松、火炬松等樹種，杉類主要包括杉木、柳杉等樹種，硬闊類主要包括櫟類、楠木、櫧類、木荷、栲類、樟類、相思類等，軟闊類主要包括南酸棗、桉樹等

表2 喬木林生物量與蓄積量的總關(guān)系參數(shù)

注：N-樣本數(shù)，R2-決定系數(shù)

采用冠根比估算法[5,6]來計算地下生物量，應(yīng)用2011年國家林業(yè)局發(fā)布的《全國林業(yè)碳匯計量監(jiān)測技術(shù)指南》(試行)中的地下生物量換算系數(shù)(表3)。

表3 喬木林地下生物量換算參數(shù)

2.2 生物量估算

第一步：將全省森林資源清查時的喬木林優(yōu)勢樹種(組)總生物量M總與該優(yōu)勢樹種(組)蓄積量S總數(shù)據(jù)代入式(3)，求算優(yōu)勢樹種(組)單位面積蓄積量M：

(3)

第二步：將得到的優(yōu)勢樹種(組)單位面積蓄積量M及該優(yōu)勢樹種(組)的生物量擴展因子參數(shù)a、b代入式(2)，求出優(yōu)勢樹種(組)單位面積地上生物量B地上。

第三步：將得到的優(yōu)勢樹種(組)單位面積地上生物量B地上及該優(yōu)勢樹種(組)的冠根比(S/R)代入式(4)，求出優(yōu)勢樹種(組)單位面積喬木林生物量B喬木林。

(4)

2.3 碳儲量計算

采用生物量與碳含率的換算關(guān)系來計算碳儲量(表4)。

第一步：將得到的單位面積優(yōu)勢樹種(組)喬木林生物量B喬木林及該優(yōu)勢樹種(組)的碳含率CF[11]代入式(5)，求出優(yōu)勢樹種(組)單位面積喬木林碳儲量C喬木林。

C喬木林=B喬木林·CF

(5)

第二步：將得到的優(yōu)勢樹種(組)單位面積喬木層碳儲量C喬木林及該優(yōu)勢樹種(組)森林面積代入式(6)，求出各優(yōu)勢樹種(組)喬木林碳儲量C總-喬木林。

C總-喬木林=C喬木林·S總

(6)

第三步：將各優(yōu)勢樹種(組)喬木林碳儲量累加求和得到該資源清查期喬木林碳儲量。

表4 我國主要優(yōu)勢樹種(組)碳含率

2.4 碳匯計算

前后兩次森林資源連續(xù)清查的碳匯值用式(7)計算。

(7)

3 結(jié)果與分析

3.1 碳儲量的估算結(jié)果與分析

從總量上看：1994～2013年四次森林資源連續(xù)清查的喬木林碳儲量分別為215 871.43萬t、264 091.41萬t、280 301.10萬t、302 919.10萬t，且呈遞增態(tài)勢，同比增幅分別為22.34%、6.14%、8.12%，其中1999～2003年森林資源清查的碳儲量增幅最大。四次森林資源連續(xù)清查的喬木林面積總體呈穩(wěn)步增加態(tài)勢，同比增幅分別為2.54%、-0.03%、7.56%，這與各級政府高度重視生態(tài)建設(shè)，大力推進造林綠化，放手發(fā)展非公有制林業(yè)，鼓勵投資發(fā)展林業(yè)等密切相關(guān)。四次森林資源連續(xù)清查的喬木林資源質(zhì)量呈穩(wěn)步提高態(tài)勢，同比增幅分別為18.55%、9.23%、16.56%，增長的根本原因是林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，由擴充森林資源數(shù)量為主向提升森林質(zhì)量為主轉(zhuǎn)變，同時加大了中幼林撫育管理力度、完善了采伐管理制度等。

表5 福建省最近四次森林資源連續(xù)清查的喬木林樹種結(jié)構(gòu)碳儲量

從齡組上看：1994～2013年四次森林資源連續(xù)清查的喬木林碳儲量以中幼齡為主，分別占總量的90.85%、75.95%、68.44%、55.31%，呈逐次下降態(tài)勢，齡組結(jié)構(gòu)愈趨優(yōu)化。主要原因一方面是前期喬木林資源以中幼林為主，分別占到總面積的89.55%、75.51%、69.48%、61.74%，且正處于生長旺盛期，使得已有森林的蓄積生長量大幅增加；另一方面是受用材林主伐方式的轉(zhuǎn)變、林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級的影響，使得部分中密度纖維板和木材加工企業(yè)停產(chǎn)、轉(zhuǎn)業(yè)，造成木材原料需求降低。

從樹種結(jié)構(gòu)看：1994～2013年四次森林資源連續(xù)清查的喬木林碳儲量以針葉林為主，分別占總量的78.45%、81.32%、67.35%、60.59%，總體呈下降態(tài)勢，樹種結(jié)構(gòu)明顯改善、愈趨優(yōu)化。主要原因是與政府及林業(yè)部門愈來愈重視森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提倡營造闊葉林或針闊混交林，而闊葉林森林質(zhì)量比針葉林高。闊葉林林分質(zhì)量分別為94.71 m3·hm-2、95.57 m3·hm-2、95.32 m3·hm-2、107.91 m3·hm-2，是同期針葉林森林質(zhì)量54.18 m3·hm-2、69.93 m3·hm-2、80.12 m3·hm-2、93.39 m3·hm-2的174.79%、136.67%、118.96%、115.55%(表5)。

3.2 碳匯的計算結(jié)果與分析

1994～2013年前后兩次森林資源連續(xù)清查的喬木林碳匯均是正值，呈先抑后揚的“V”態(tài)勢。先減少的原因主要是中齡林、成熟林碳儲量的下降，一方面是前期的中齡林在估算期內(nèi)的自然生長部分轉(zhuǎn)為近、成熟林，另一方面是前期的成熟林在估算期內(nèi)部分被采伐轉(zhuǎn)為幼齡林。再增加的原因主要是成熟林碳儲量的大幅增加，一方面是后3次森林資源清查比第一次(1994～1998年)森林資源清查成熟林面積分別增加187.84%、304.79%、534.46%，成熟林森林質(zhì)量分別降低為138.10 m3·hm-2、146.02 m3·hm-2、148.57 m3·hm-2，分別下降11.09%、5.99%、4.34%(表6)。

表6 福建省1994～2013年前后兩次森林資源連續(xù)清查喬木林碳匯 萬t

4 結(jié)論與討論

1994～2013年福建省四次森林資源連續(xù)清查的喬木林碳儲量分別為215 871.43萬t、264 091.41萬t、280 301.10萬t、302 919.10萬t，碳儲量呈遞增態(tài)勢，其中1999～2003年森林資源清查的碳儲量增幅最大(22.34 %)；且碳儲量以中幼齡、針葉林為主，兩者所占比例均總體呈下降態(tài)勢。

1994～2013年前后兩次森林資源連續(xù)清查的喬木林碳匯均是正值，呈先抑后揚的“V”態(tài)勢，分別為176 806.60萬t、59 435.52萬t、82 932.675萬t。

1994～2013年四次森林資源連續(xù)清查的喬木林面積總體呈穩(wěn)步增加態(tài)勢，森林質(zhì)量呈穩(wěn)步提高態(tài)勢；闊葉林森林質(zhì)量明顯高于針葉林。數(shù)據(jù)表明福建省生態(tài)建設(shè)成效顯著，齡組結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化，森林質(zhì)量進一步提升。

福建省剩下的荒山荒地數(shù)量有限，且大多是造林難度大的困難造林地。因此，今后一段時期的林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)從擴張森林資源數(shù)量為主向加強森林經(jīng)營管理、提升森林資源質(zhì)量為主轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)森林資源的可持續(xù)發(fā)展。

基于全國森林資源清查樣地統(tǒng)計數(shù)據(jù)來估算森林碳儲量，制約該研究方法的精度的最主要因素包括森林面積、森林蓄積量、生物量擴展因子參數(shù)、冠根比、碳含率等。森林?jǐn)?shù)量和森林質(zhì)量兩者都發(fā)揮作用才能地最大限度地發(fā)揮森林的碳匯功能。

目前我國對灌木層、枯落物層、土壤有機碳等的單位面積生物量模型參數(shù)、碳換算系數(shù)研究還比較少，該模塊碳儲量估算仍較粗獷，需要進行一定的碳匯專項調(diào)查或者其他間接方法來推算這些參數(shù)，故本研究僅估算喬木層碳儲量。

本研究尚存在局限性，部分估算指標(biāo)缺少省域參數(shù)值，僅僅是用國家標(biāo)準(zhǔn)參考值測算，且多采用固定值，難免制約影響估算精度，如生物量擴展因子參數(shù)、冠根比(S/R)及碳含率未能按福建省主要優(yōu)勢樹種(組)分齡組進行特定性估算，這些問題是今后相關(guān)研究的重要課題[7]，以期能夠提高估算精度，更好為制定林業(yè)碳匯及應(yīng)對氣候變化相關(guān)政策、區(qū)域林業(yè)碳匯潛力預(yù)測和評估相關(guān)生態(tài)服務(wù)功能等提供科學(xué)依據(jù)。

[1] 劉國華，傅伯杰，方精云．中國森林碳動態(tài)及其對全球碳平衡的貢獻 [J]．生態(tài)學(xué)報，2000，20(5)：733-740．

[2] 童煒．福建森林生態(tài)服務(wù)功能總價值超70000億元 [J]．生態(tài)文化，2010(6)：12-12．

[3] 侯燕南，吳惠俐，項文化，等．亞熱帶4種森林生物量估算轉(zhuǎn)換參數(shù)的研究[J]．中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2016，36(8)：57-65．

[4] 伊惠妍．大區(qū)域森林生物量估算方法研究 [D]．北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2014：7-15．

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福建省林業(yè)科學(xué)研究項目“商品林地定級技術(shù)與基準(zhǔn)地價的研究”(閩林科[2014]2號)。

王念奎(1979-)，男，山東高密人，林業(yè)工程師，主要從事森林資源調(diào)查、規(guī)劃設(shè)計、森林碳匯、森林培育等研究，(E-mail)18782144@qq.com。

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-2180(2017)02-0040-06