永州市杉木林碳貯量及碳貯潛力分析

舒 巍，扶巧梅，袁亞光，王 友，賀志亮，黃文勝

（1.藍(lán)山縣林業(yè)局，湖南 藍(lán)山 425800； 2.永州市林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖南 永州 425000）

永州市杉木林碳貯量及碳貯潛力分析

舒 巍1，扶巧梅1，袁亞光2，王 友1，賀志亮1，黃文勝1

（1.藍(lán)山縣林業(yè)局，湖南 藍(lán)山 425800； 2.永州市林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖南 永州 425000）

基于 2014 年永州市森林資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，利用生物量相對(duì)生長(zhǎng)方程與轉(zhuǎn)換系數(shù)之間的關(guān)系，估算永州市杉木林碳貯量及碳貯潛力，為永州市杉木林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)和生態(tài)功能區(qū)劃提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明：2014年永州市杉木林現(xiàn)存碳貯量為 8.62×106t，成熟林碳貯量最高，為 2.27×106t。如果采取合理經(jīng)營(yíng)措施，永州市杉木林的碳貯量可增加到 17.73×106t，為目前杉木林碳貯量的 2.1 倍；幼齡林碳貯量增加最多，為實(shí)際值的 2.9 倍。未來(lái) 10 年永州市杉木林的碳貯量可達(dá)到 15.98×106t，增加 7.36×106t?？梢?jiàn)，永州市杉木林具有較大的碳貯潛力。加強(qiáng)現(xiàn)有杉木林尤其是中幼齡林的經(jīng)營(yíng)管理，調(diào)整杉木林齡組面積結(jié)構(gòu)，適當(dāng)限制采伐近熟林、成熟林和過(guò)熟林，可充分發(fā)揮杉木林的碳貯潛力。

杉木林；碳貯量；碳貯潛力；永州市

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳儲(chǔ)庫(kù)，在調(diào)節(jié)全球碳平衡中起著重要作用。森林植被的固碳量約占全球植被的 77%。因此，研究森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳機(jī)制、固碳能力、分布規(guī)律等具有重要意義［1-3］。有關(guān)森林植被碳平衡方面的研究日益受到各國(guó)研究者的重視［4］。20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，中國(guó)學(xué)者基于不同的區(qū)域尺度對(duì)森林碳儲(chǔ)量、碳密度和碳匯功能及其變化規(guī)律進(jìn)行了大量的研究［5-8］。

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國(guó)南方重要的速生用材林樹(shù)種，其木材材質(zhì)優(yōu)良，產(chǎn)量高。杉木林的栽植面積廣，是我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在森林固碳方面具有重要地位［9-10］。本文基于 2014 年永州市的森林資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，估算永州市杉木林碳貯量及碳貯潛力，以期為永州市杉木林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)和生態(tài)功能區(qū)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

永州市位于湖南省南部，其地理位置為110°59′—112°27′ E，24°38′—26°52′ N；地處南嶺山脈北麓，瀟、湘二水匯合處，東與郴州市相連，南與廣東省清遠(yuǎn)市、廣西壯族自治區(qū)賀州市交界，西與廣西壯族自治區(qū)桂林市接壤，北與邵陽(yáng)、衡陽(yáng)兩市毗鄰。全境南北縱長(zhǎng) 247.9 km，東西橫寬 125.4 km，土地總面積 2 228 972.2 hm2，其中 49.45% 為山地，14.51% 為丘陵，17.81% 為崗地，14.29% 為平原，3.94% 為水面。境內(nèi)共有大小河流 733 條，總長(zhǎng) 10 515 km；主要河流有湘江、瀟水、寧遠(yuǎn)河、泠江、白水、舂陵水、永明河等。該區(qū)屬中亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，年均氣溫 17.6～18.6 ℃，無(wú)霜期286～311 天，年平均降水量 1 200～1 900 mm。試驗(yàn)區(qū)屬中亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，主要有杉木林、馬尾松林、國(guó)外松林、柏木林、竹林及各種灌木林等。土壤類(lèi)型主要有紅壤、黃壤、黃棕壤、粗骨土等。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

樣地?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于 2014 年永州市森林資源連續(xù)清查（一調(diào)）資料。此次清查對(duì)固定樣地內(nèi)的立木進(jìn)行每木檢尺，調(diào)查立木胸徑、樹(shù)高、年齡、株數(shù)等因子。共調(diào)查樣地 691 個(gè)（樣地面積為 0.066 7 hm2），杉木林樣地 121 個(gè)（其中幼齡林、中齡林 、近熟林、成熟林、過(guò)熟林樣地分別為 39、34、20、23）。

杉木林的面積數(shù)據(jù)來(lái)源于永州市“十二五”森林資源調(diào)查（二調(diào)）資料。

2.2 杉木林生物量估算

目前，估算森林生物量常用的方法有材積源法、模型模擬與相對(duì)生長(zhǎng)方程等方法［11］。本文計(jì)算杉木林生物量選用相對(duì)生長(zhǎng)方程：W=a(D2H)b，式中 W 表示杉木各器官生物量（kg/株），D 為胸徑（cm），H 為樹(shù)高（m），a 和 b 為方程參數(shù)［12］。查閱文獻(xiàn)［12］收集到各齡組杉木不同器官的參數(shù) a、b 值見(jiàn)表 1。單株杉木生物量（kg/株）為各器官生物量之和，林分生物量（t/hm2）為樣地內(nèi)所有單株生物量之和除以樣地面積。區(qū)域范圍內(nèi)杉木林生物量為各齡組林分平均生物量乘以各齡組面積［13］。

表1 杉木單株各器官生物量估算的相對(duì)生長(zhǎng)方程中的參數(shù)Tab.1 Parameters of relative growth equations for estimating component biomass of Cunninghamia lanceolata tree

2.3 現(xiàn)存碳貯量的估算

目前，對(duì)森林碳貯量的計(jì)算，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者都是直接或間接以森林生物量乘以生物量中的碳含量推算而得，通常采用 0.5 作為森林植被平均碳含量的轉(zhuǎn)換系數(shù)［14-15］。本文根據(jù)田大倫等［16］的研究，各齡組杉木林分別選取不同的轉(zhuǎn)換系數(shù)，其中幼齡林的為 0.47、中齡林的為 0.48、近熟林的為 0.49、成熟林和過(guò)熟林的均為 0.54。即采用杉木林各齡組林分生物量乘以相應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)估算各齡組林分碳貯量，杉木林各齡組林分碳貯量之和即為杉木林的現(xiàn)存碳貯量。

2.4 現(xiàn)存碳貯潛力的估算

現(xiàn)存碳貯潛力指對(duì)現(xiàn)有不同齡組的林分，以其同齡組最高林分生物量為標(biāo)準(zhǔn)估算得出的碳貯量與其現(xiàn)存碳貯量的差值?，F(xiàn)存碳貯潛力可通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)有林分森林經(jīng)營(yíng)管理，提高林分生產(chǎn)力來(lái)實(shí)現(xiàn)，與齡組轉(zhuǎn)移無(wú)關(guān)［12］。

2.5 未來(lái)碳貯潛力的估算

未來(lái)碳貯潛力是通過(guò)各齡組面積的轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)。假設(shè) 2014 年起未來(lái) 10 年，不考慮林木采伐和自然災(zāi)害的影響，永州市現(xiàn)有杉木林未成造林和幼齡林（2014 年杉木林樣地平均年齡為 6 年）生長(zhǎng)成為中齡林，中齡林（2014 年杉木林樣地平均年齡為 14 年）生長(zhǎng)成為近熟林，近熟林（2014 年杉木林樣地平均年齡為 23 年）生長(zhǎng)成為成熟林，成熟林生長(zhǎng)成為過(guò)熟林，現(xiàn)有過(guò)熟林面積保持不變；估算各齡組杉木林的碳貯量，與 2014 年的現(xiàn)存碳貯量比較，分析杉木林的未來(lái)碳貯潛力。

3 結(jié)果與分析

3.1 永州市杉木林現(xiàn)存碳貯量

根據(jù)樣地?cái)?shù)據(jù)計(jì)算出杉木林各齡組林分平均碳貯量，幼齡林為 11.97 t/hm2，中齡林為 20.79 t/hm2，近熟林為 33.20 t/hm2，成熟林為 40.01 t/hm2，過(guò)熟林為 92.60 t/hm2。利用各齡組平均林分碳貯量乘以杉木林各齡組的面積，求得杉木林各齡組的碳貯量。從表 2 可以看出：永州市杉木林現(xiàn)存碳貯量為 8.62×106t，其中成熟林碳貯量最高，為2.27×106t；過(guò)熟林碳貯量最低，為 0.63×106t。這是由于過(guò)熟林的面積最小，僅占總面積的 1.74%，其它各齡組的碳貯量相對(duì)比較接近。

表2 杉木林各齡組的面積與碳貯量Tab.2 The carbon storage and area of Cunninghamia lanceolata forests in each prefecture of age groups

3.2 永州市杉木林現(xiàn)存碳貯潛力

根據(jù)樣地?cái)?shù)據(jù)計(jì)算出杉木林各齡組林分現(xiàn)存碳貯量的最大值，假設(shè)通過(guò)合理的經(jīng)營(yíng)管理提高杉木林的生產(chǎn)力，使杉木林各齡組林分碳貯量都能達(dá)到理想的最大值，與實(shí)際的杉木林碳貯量相比，差值即為 2014 年永州市杉木林的現(xiàn)存碳貯潛力。計(jì)算得出合理經(jīng)營(yíng)狀態(tài)下全市杉木林碳貯量可增加到 17.73×106t，為實(shí)際值的 2.1 倍。從圖1 可以看出：合理經(jīng)營(yíng)狀態(tài)下全市杉木林各齡組的碳貯量都有明顯的提高，其中幼齡林碳貯量增加幅度最大，為實(shí)際值的 2.9 倍；其次為中齡林、過(guò)熟林、近熟林、成熟林。可見(jiàn)，對(duì)現(xiàn)有杉木林加以更好的撫育和管理，提高林分質(zhì)量，將大大增加杉木林的碳貯量。

圖1 永州市杉木林的現(xiàn)存碳貯潛力Fig.1 The existing carbon sequestration potential of Cunninghamia lanceolata forests in Yongzhou City

3.3 永州市杉木林的未來(lái)碳貯潛力

圖2 永州市杉木林的未來(lái)碳貯潛力Fig.2 The carbon sequestration potential in future of Cunninghamia lanceolata forests in Yongzhou City

根據(jù)永州市的森林資源數(shù)據(jù)和樣地?cái)?shù)據(jù)，估算出未來(lái) 10 年永州市杉木林的碳貯量。從圖 2 可以看出，到 2024 年永州市杉木林的碳貯量將達(dá)到15.98×106t，增加 7.36×106t?？梢?jiàn)，10 年內(nèi)永州市杉木林具有很大的碳貯潛力。過(guò)熟林的碳貯量增加幅度最大，其次為中齡林、近熟林，但成熟林的碳貯量有所減少。這是由于到 2024 年過(guò)熟林的面積增加幅度最大，而成熟林的面積有所減少。

4 結(jié)論與討論

2014 年永州市杉木林現(xiàn)存碳貯量為8.62×106t，相比 2009 年的 7.28×106t［13］有所提高。主要是由于永州市 2009—2014 年杉木林的面積有所增加，從而提高了杉木林的固碳能力。

森林碳貯量與森林年齡組成密切相關(guān)。相關(guān)研究表明，中國(guó)森林中幼齡林面積所占比例較大是導(dǎo)致我國(guó)森林現(xiàn)存碳貯量較低的主要原因［17］。2014 年永州市杉木林的面積較大（占 2014 年永州市喬木林總面積的 40.27%），其中中幼齡林面積占 73.74%，而其現(xiàn)存碳貯量為 4.41×106t，僅占全市杉木林現(xiàn)存碳貯總量的 51.16%。因此，如果能調(diào)整永州市杉木林年齡組面積結(jié)構(gòu)，將有利于增加現(xiàn)有杉木林的碳貯量。

對(duì)永州市杉木林的現(xiàn)存碳貯潛力分析表明，在合理經(jīng)營(yíng)狀態(tài)下全市杉木林的碳貯量將有明顯的提高，碳貯量可增加到 17.73×106t，為實(shí)際值的 2.1 倍，其中幼齡林碳貯量增加幅度最大，為實(shí)際值的 2.9 倍。因此，加強(qiáng)現(xiàn)有杉木林尤其是中幼齡林的經(jīng)營(yíng)管理，提高林分質(zhì)量，將大幅增加永州市杉木林的碳貯量。

對(duì)永州市杉木林未來(lái)碳貯潛力分析表明，未來(lái) 10 年永州市杉木林的碳貯量將達(dá)到 15.98×106t，增加 7.36×106t。如能改善經(jīng)營(yíng)管理水平，在合理經(jīng)營(yíng)狀態(tài)下，永州市杉木林碳貯量在此基礎(chǔ)上仍有較大提高空間。因此，增加杉木林面積，適當(dāng)限制采伐現(xiàn)有近熟林、成熟林和過(guò)熟林，培育杉木大徑材，可充分發(fā)揮杉木林的碳貯潛力。

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（文字編校：唐效蓉）

Carbon storage and carbon sequestration potential of Cunninghamia lanceolata forests in Yongzhou City

SHU Wei1，F(xiàn)U Qiaomei1，YUAN Yaguang2，WANG You1，HE Zhiliang1，HUANG Wensheng1
（1.Forestry Bureau of Lanshan County，Lanshan 425800，China；2.Forest Inventory and Planning Institute of Yongzhou City，Yongzhou 425000，China）

Based on the database of the forest resource inventory in 2014，this paper used the relation between biomass relative growth equations and conversion coefficients of Cunninghamia lanceolata forests to estimate the carbon storage and carbon sequestration potential of C.lanceolata forests in Yongzhou City，which provided a scientific basis for the ecological function regionalization and sustainable management of C.lanceolata forests in Yongzhou City.The results showed that the total carbon storage in C.lanceolata forests accounted for 8.62×106t，and the over ripe-ness forests had the highest proportion of the carbon storage with carbon storage of 2.27×106t.If appropriate forest management was implemented，total carbon storage of C.lanceolata forests in Yongzhou city would increase to 17.73×106t，which was about 2.1 times of the value in 2014.Of this，carbon storage of young forest increased most，which was about 2.9 times of the value in 2014.Ten years later total carbon storage of C.lanceolata forests in Yongzhou city will have reached 15.98×106t，up by 7.36×106t.Therefore，C.lanceolata forests in Yongzhou have a great potential to increase carbon sequestration in future.Carbon sequestration potential of C.lanceolata forests can be fully developed，which by strengthening management control of existing C.lanceolata forests，especially young middle aged forest，adjusting age-groups structure of C.lanceolata forests，and with proper restrict logging near-mature forest， mature forest and over ripe-ness forest.

Cunninghamia lanceolata forests；carbon storage；carbon sequestration potential；Yongzhou City

S 718.56

A

1003-5710（2017）02-0056-04

10.3969/j.issn.1003-5710.2017.02.011

2016-12-12

舒 ?。?985-），男，湖南省婁底市人，工程師，碩士研究生，主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃和森林培育工作；E-mail：sewin920@qq.com