湖南安仁縣典型森林生態(tài)系統(tǒng)生物量和碳貯量

陳小林 ，閆文德 ，2，3，梁小翠 ，3，康文星 ，2，4，劉曙光 ，2，曾令旗

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙410004；3.城市森林生態(tài)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；4.湖南會(huì)同杉木林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，湖南 會(huì)同 418300）

湖南安仁縣典型森林生態(tài)系統(tǒng)生物量和碳貯量

陳小林1，閆文德1，2，3，梁小翠1，3，康文星1，2，4，劉曙光1，2，曾令旗1

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙410004；3.城市森林生態(tài)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；4.湖南會(huì)同杉木林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，湖南 會(huì)同 418300）

以2013年安仁縣“十二五”森林資源調(diào)查資料作為依據(jù)，運(yùn)用生物量、蓄積量為依據(jù)的生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法，對(duì)安仁縣9種森林類型的生物量、碳貯量進(jìn)行了估算。結(jié)果表明：安仁縣的主要森林類型是杉木、慢生闊葉樹、馬尾松、中生闊葉樹、濕地松、速生闊葉樹、桉樹組、柏木、楊樹，其中杉木是優(yōu)勢(shì)樹種，林分面積占喬木總面積的40.07%；幼齡林占喬木林面積的51.85%，中齡林占喬木林面積的21.15%，近熟林占喬木林面積的11.35%，成熟林占喬木林面積的7.25%，過熟林占喬木林面積的1.40%；主要樹種的生物量、碳貯量分別為1 808 132.55×103、904 006.37×103t，碳匯價(jià)值為5.8×1010元；林分單位面積生物量、平均碳密度分別為25.37、12.68 t·hm-2；幾種森林類型單位面積的生物量、碳密度都比全國(guó)平均水平低，因此，安仁縣的碳匯潛力非常大。

生物量；碳貯量；固碳價(jià)值；湖南安仁縣

森林生態(tài)系統(tǒng)作為地球上最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，是陸地上生物光合產(chǎn)物的主體，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)[1]，森林生態(tài)系統(tǒng)生物量占整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)生物量的90%左右[2]。與其他生態(tài)系統(tǒng)相比，它擁有很長(zhǎng)的生命周期、相當(dāng)復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)及最高的生物量和生長(zhǎng)量等，因?yàn)槿祟惖臑E砍濫伐，森林面積越來越小，森林生物量的大小受光合作用、呼吸作用、人類活動(dòng)等各種因素共同影響。因此，森林生物量的變化間接反映了森林群落的演替和自然干擾、人類活動(dòng)、氣候變化以及大氣污染等影響[3]。

20世紀(jì)50年代，日本、英國(guó)等國(guó)家就對(duì)森林生物量進(jìn)行了研究，并且取得了一定的成果，這些資料對(duì)我國(guó)森林生物量的研究具有很大的參考價(jià)值。20世紀(jì)70年代末80年代初，我國(guó)的森林生物量研究開始進(jìn)行[4]，馮宗煒等[5]、李文華等[6]最早對(duì)我國(guó)生物量進(jìn)行了測(cè)定。黃采藝等[7]采用了生物量連續(xù)轉(zhuǎn)換函數(shù)模型對(duì)長(zhǎng)沙市望城區(qū)的森林生物量和碳儲(chǔ)量進(jìn)行了估算。寧晨等[8]對(duì)貴陽(yáng)市區(qū)灌木林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明生物量的空間分布格局為木本層＞凋落物層＞草本層，碳儲(chǔ)量空間分布格局為土壤層＞植被層＞凋落物層。成晨陽(yáng)等[9]對(duì)瀏陽(yáng)市喬木人工林和天然林的生物量和碳儲(chǔ)量進(jìn)行了研究，得出人工林的碳密度水平略低于天然林。

本研究通過運(yùn)用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法，對(duì)安仁縣9種森林類型的生物量、碳貯量進(jìn)行了估算，并根據(jù)《世界碳匯貿(mào)易價(jià)格預(yù)測(cè)比較表》中的碳匯價(jià)格對(duì)安仁縣的碳匯價(jià)值進(jìn)行了計(jì)算，以期為本區(qū)域的氣候變化以及林業(yè)管理制定應(yīng)對(duì)方法和對(duì)策。

1 研究區(qū)域概況

安仁縣位于羅霄山脈西麓，湖南省的東南部，是郴州市的“北大門”，東界茶陵、炎陵，西連耒陽(yáng)、衡陽(yáng)，南與資興、永興相鄰，北接衡東、攸縣。地理坐標(biāo)為東經(jīng) 113°5′～ 113°36′、北緯 26°17′～26°50′，是井崗山革命根據(jù)地的一部分。安仁是典型的亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，光照充足，年平均氣溫在17～18 ℃之間，無霜期為270～280 d；雨量充沛，干濕季節(jié)分明，水、氣、光、熱基本同季，年平均降水量為1 300～1 700 mm，年日照時(shí)數(shù)為1 663.3 h。安仁縣山地土壤成土母質(zhì)主要有8個(gè)大類，有板頁(yè)巖、紫色巖、花崗巖等。由于其地處亞熱帶，森林資源豐富。西部山丘地以油茶、竹、松為主，東南部、北部山地以竹、杉、松為主。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于安仁縣“十二五”森林資源調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及相關(guān)文獻(xiàn)查閱資料，安仁縣總土地面積為146 218.9 hm2，林地面積為95 755.9 hm2，占土地面積的65.49%。全縣分鄉(xiāng)鎮(zhèn)對(duì)喬木林按優(yōu)勢(shì)樹種各齡組面積、蓄積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，天然和人工林喬木林按齡組面積、蓄積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.2 喬木生物量的估算

本文中主要依據(jù)1996年方精云等[10]建立的連續(xù)函數(shù)模型對(duì)安仁縣9種森林類型生物量進(jìn)行估算。方程式[11]為：B=aV+b。其中，B為單位面積生物量(t·hm-2)；a、b為參數(shù)；V為單位面積蓄積量 (m3·hm-2)。

馬尾松：B=0.510 0V+1.045 0。

杉木：B=0.399 0V+22.541 0。

柏木：B=0.612 9V+26.145 1。

慢生闊葉樹：B=1.035 7V+8.059 1。

中生闊葉樹：B=0.625 5V+91.001 3。

速生闊葉樹：B=0.475 0V+30.603 0。

濕地松：B=0.516 8V+33.237 8。

楊 樹：B=0.475 4V+30.603 4。

桉 樹：B=0.789 3V+6.930 6。

2.3 碳貯量及碳匯價(jià)值估算

森林植被碳貯量通過森林植被的生物量與生物量中碳元素含量的乘積（0.45～0.55）推算而得。本研究采取 0.5的轉(zhuǎn)換率，來源于中國(guó)林業(yè)溫室氣體清單課題組的研究結(jié)果[12-13]。碳貯量計(jì)算公式為：C=Y×Cc。式中：Y為小班森林生物量；Cc 為生物量中的碳含量。

碳匯價(jià)值是依據(jù)其在交易所的價(jià)格而進(jìn)行推算的，由于其一直處于不斷的波動(dòng)中，故沒有一個(gè)固定的值。本文中根據(jù)《世界碳匯貿(mào)易價(jià)格預(yù)測(cè)比較表》的分析，這里以 10 美元·t-1碳作為估算標(biāo)準(zhǔn)，約為人民幣 64 元·t-1。

3 結(jié)果與分析

3.1 樹種的結(jié)構(gòu)和齡級(jí)結(jié)構(gòu)

在全縣林分總面積和總蓄積量中，安仁縣主要樹種的面積和蓄積量所占的比例詳見圖1和圖2。

由圖1、圖2可知，安仁縣主要樹種有馬尾松、杉木、柏木、慢生闊葉樹、中生闊葉樹、速生闊葉樹、濕地松、楊樹、桉樹等。其中，馬尾松林占喬木林面積的17.31%，占喬木林蓄積的23.27%；杉木林占喬木林面積的40.07%，占喬木林蓄積的49.46%；柏木占喬木林面積的0.08%，占喬木林蓄積的0.01%；慢生闊葉樹占喬木林面積的19.86%，占喬木林蓄積的10.42%；中生闊葉樹占喬木林面積的14.74%，占喬木林蓄積的10.26%；速生闊葉樹占喬木林面積的1.22%，占喬木林蓄積的1.04%；濕地松占喬木林面積的6.55%，占喬木林蓄積的5.38%；楊樹占喬木林面積的0.03%，占喬木林蓄積的0.06%；桉樹占喬木林面積的0.14%，占喬木林蓄積的0.10%。

圖1 安仁縣主要樹種占喬木林面積百分比Fig.1 Major species accounting for percentage of stand area

圖2 安仁縣主要樹種占喬木林蓄積量百分比Fig.2 Major species accounting for percentage of volume

在全縣林分總面積和總蓄積量中，安仁縣主要樹種不同齡級(jí)林分面積和蓄積量所占的比例詳見圖3和圖4。

由圖3、圖4可知，幼齡林面積占喬木林面積的51.85%，占喬木林蓄積的17.72%；中齡林面積占喬木林面積的28.15%，占喬木林蓄積的40.00%；近熟林面積占喬木林面積的11.35%，占喬木林蓄積的21.48%；成熟林面積占喬木林面積的7.25%，占喬木林蓄積的16.36%；過熟林面積占喬木林面積的1.40%，占喬木林蓄積的4.45%。由此可見，近熟林和中幼齡林占優(yōu)勢(shì)地位。

圖3 不同齡級(jí)林分占總面積百分比Fig.3 Age classes accounting for percentage of total area

圖4 不同齡級(jí)林分占總蓄積量百分比Fig.4 Age classes accounting for percentage of total volume

3.2 樹種的生物量和碳貯量

由表1可知各樹種的生物量和碳貯量，安仁縣總的生物量為1 808 132.55×103t，碳貯量為904 006.37×103t。其中馬尾松林生物量為 410 825.52×103t，碳貯量為205 412.77×103t，占喬木總生物量和碳貯量的22.7%；杉木林生物量為 683 263.36×103t，碳貯量為 341 631.70×103t，占喬木總生物量和碳貯量的37.8%；柏木林生物量為224.51×103t，碳貯量為112.26×103t，占喬木總生物量和碳貯量的0.01%；慢生闊葉樹生物量為373 792.32×103t，碳貯量為186 896.17×103t，占喬木總生物量和碳貯量的20.7%；中生闊葉樹生物量為222 564.75×103t，碳貯量為111 282.38×103t，占喬木總生物量和碳貯量的12.3%；速生闊葉樹生物量為 17 328.53×103t，碳貯量為 8 664.28×103t，占喬木總生物量和碳貯量的0.96%；濕地松生物量為96 433.63×103t，碳貯量為 48 216.83×103t，占喬木總生物量和碳貯量的5.3%；楊樹生物量為1 106.02×103t，碳貯量為553.02×103t，占喬木總生物量和碳貯量的0.06%；桉樹生物量為2 593.91×103t，碳貯量為 1 296.96×103t，占喬木總生物量和碳貯量的0.1%。

從年齡分級(jí)來看，幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林生物量分別為344 029.71×103、798 670.60×103、360 482.74×103、239 840.98×103、65 108.52×103t，碳貯量為 172 014.86×103、399 335.30×103、180 241.37×103、119 920.49× 103、32 554.26×103t，占喬木總生物量和碳貯量的19.0%、44.2%、19.9%、13.3%、3.6%。

表1 安仁縣主要樹種生物量和碳貯量Table 1 Biomass and carbon storage of forest stands in Anren county 103 t

3.3 樹種的平均生物量和平均碳密度

由表2可知各樹種的平均生物量和碳貯量，安仁縣各樹種的平均生物量為25.37 t·hm-2，平均碳密度為12.68 t·hm-2。其中，馬尾松林平均生物量為141.79 t·hm-2，平均碳密度為70.91 t·hm-2； 杉 木 林 平 均 生 物 量 為 187.64 t·hm-2，平均碳密度為93.82 t·hm-2；柏木平均生物量為 12.83 t·hm-2，平均碳密度為 6.41 t·hm-2；慢生闊葉樹平均生物量為430.25 t·hm-2，平均碳密度為215.13 t·hm-2；中生闊葉樹平均生物量為 167.13 t·hm-2，平均碳密度為 83.57 t·hm-2；速生闊葉樹平均生物量為185.20 t·hm-2，平均碳密度為92.60 t·hm-2；濕地松平均生物量為222.95 t·hm-2， 平 均 碳 密 度 為 111.48 t·hm-2；楊樹平均生物量為213.78 t·hm-2，平均碳密度為106.89 t·hm-2；桉樹平均生物量為 92.56 t·hm-2，平均碳密度為 46.28 t·hm-2。

表2 安仁縣主要樹種平均生物量和平均碳密度Table 2 The average biomass and average carbon density of main tree species in Anren county t·hm-2

從年齡分級(jí)來看，幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林平均生物量分別為9.31、39.81、44.58、46.38、65.45 t·hm-2，平均碳密度分別為4.65、19.91、22.29、23.19、32.72 t·hm-2。

3.4 碳匯價(jià)值

本研究以《世界碳匯貿(mào)易價(jià)格預(yù)測(cè)比較表》的結(jié)論作為依據(jù)，把計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)定為10美元·t-1碳[13]，乘以當(dāng)前匯率得出人民幣價(jià)格64元·t-1，最后計(jì)算出安仁縣主要森林類型的碳匯價(jià)值為5.8×1010元人民幣。

4 小結(jié)與討論

安仁縣的主要樹種有馬尾松、杉木、柏木、慢生闊葉樹、中生闊葉樹、速生闊葉樹、濕地松、楊樹、桉樹等。其中杉木林是主體，杉木林面積為28 555.5 hm2，占喬木林面積的40.07%，幼齡林面積占喬木林面積的51.85%，中齡林面積占喬木林面積的28.15%，近熟林面積占喬木林面積的11.35%。

安仁縣主要樹種總的生物量為1 808 132.55×103t，平 均 生物量 為 25.37 t·hm-2， 與 84.08 t·hm-2的全國(guó)平均水平相比[13]，只占其30.2%。各樹種的生物量依次為：杉木（683 263.36×103t）＞馬尾松（410 825.52×103t）＞慢生闊葉樹（373 792.32×103t）＞中生闊葉樹（222 564.75×103t）＞濕地松（96 433.63×103t）＞速生闊葉樹＞（17 328.53×103t）＞桉樹（2 593.91×103t）＞楊樹（1 106.02×103t）＞柏木（224.51×103t），其中杉木是主要森林類型生物量的主體。

安仁縣主要樹種總的碳貯量為904 006.37×103t，平均碳密度為12.68 t·hm-2，而全國(guó)平均碳密度為 35 ～ 39 t·hm-2，世界平均碳密度為 86 t·hm-2，與之相比，遠(yuǎn)低于全國(guó)、世界平均水平[14]，各森林類型的碳貯量依次為：杉木(341 631.70×103t)＞馬尾松（205 412.77×103t）＞慢生闊葉樹(186 896.17×103t)＞中生闊葉樹（111 282.38×103t）＞濕地松(48 216.83×103t)＞速生闊葉樹＞(8 664.28×103t)＞桉樹（1 296.96×103t）＞楊樹（553.02×103t）＞柏木（112.26×103t）。

安仁縣各種森林類型的碳匯價(jià)值為5.8×1010元人民幣。

安仁縣的生物量和碳貯量都低于全國(guó)和世界平均水平，這種現(xiàn)狀不僅僅和當(dāng)?shù)氐臍夂?、立地條件、各林分之間的差異相關(guān)，也可能與本文選用的生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)模型、當(dāng)?shù)氐纳止芾硭较嚓P(guān)。本研究只估算了喬木林的生物量和碳貯量，沒有涉及到林下植被和凋落物以及土壤的生物量和碳貯量，但是這部分量對(duì)于安仁縣森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳潛力來說是不可忽視的，它將是今后研究的重點(diǎn)。

2004年以來，安仁縣通過退耕還林、長(zhǎng)江防護(hù)林、重點(diǎn)公益林經(jīng)營(yíng)等林業(yè)工程建設(shè)，通過實(shí)施人工造林、封山育林等一系列措施，來增加森林覆蓋率。安仁縣中幼齡林面積大，后備資源豐富，發(fā)展?jié)摿Υ?。但是針葉林面積大，特別是杉木、馬尾松占喬木林面積57.38%，樹種和齡級(jí)結(jié)構(gòu)尚不合理，需要進(jìn)一步改善。這些特點(diǎn)說明了安仁縣的林業(yè)發(fā)展?jié)摿薮螅瑫r(shí)這種結(jié)構(gòu)也是制約安仁林業(yè)跨越式發(fā)展的瓶頸，這些問題在今后的森林經(jīng)營(yíng)中應(yīng)該予以優(yōu)先考慮。

[1] 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.

[2] 楊洪曉, 吳 波, 張金屯, 等. 森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳功能和碳儲(chǔ)量研究進(jìn)展[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2005,41(2): 172-177.

[3] Brown S L, Schroeder P, Kern J S. Spatial distribution of biomass in forests of the eastern USA[J]. For. Ecol. Man., 1999, 123(1):81-90.

[4] 趙 敏, 周廣勝. 基于森林資源清查資料的生物量估算模式及其發(fā)展趨勢(shì)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 15(8): 1468-1472.

[5] Field C B, Fung I Y. The not so-big US carbon sink[J]. Science,1999, 285(5427): 544-545.

[6] Li W H, Deng K M, Li F. Study on biomass and primary production of main ecosystems in Changbai Mountain [C]//Research of Forest Ecosystem. Beijing: Forestry Press, 1981: 34-50.

[7] 黃采藝, 文仕知, 歐陽(yáng)欽, 等. 長(zhǎng)沙望城區(qū)主要樹種生物量與碳儲(chǔ)量的研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(9):128-132.

[8] 寧 晨, 閆文德, 寧曉波, 等. 貴陽(yáng)市區(qū)灌木林生態(tài)系統(tǒng)生物量及碳儲(chǔ)量[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(8): 2555-2563.

[9] 成晨陽(yáng), 湯騰方, 伍格致. 瀏陽(yáng)市喬木林碳貯量及碳密度特征分析[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 35(11): 104-109.

[10] 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.

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

[12] 張忠華, 李昭昭. 吉林省森林碳儲(chǔ)量估計(jì)及碳匯價(jià)值分析[J].中國(guó)城市經(jīng)濟(jì), 2011(18): 267-270.

[13] 李 夏, 吳開華, 鞏永芳, 等. 休寧縣主要樹種生物量及碳儲(chǔ)量分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 39(4): 502-506.

[14] Dixon R K, Solomon A M, Brown S,et al. Carbon pools and flux of global forest ecosystems [J]. Science, 1994,263(5144):185-190.

Biomass and carbon storage of typical forest ecosystem in Anren of Hunan province

CHEN Xiaolin1, YAN Wende1,2,3, LIANG Xiaocui1,3, KANG Wenxing1,2,4, LIU Shuguang1,2, ZENG Lingqi1
(1.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2.National Engineering Laboratory for Applied Technology of Forestry & Ecology in South China, Changsha 410004, Hunan, China; 3.Key Laboratory of Urban Forest Ecology of Hunan Province, Changsha 410004, Hunan, China; 4. National Key Station for Field Scienti fic Observation & Experiment,Huitong 418300, Hunan, China)

This article based on the data twelve five forest resource survey of Anren county in 2013, using the biomass conversion factors between biomass and volume based on continuous function method 9 tree species of biomass, carbon and carbon storage were estimated of Anren county. Results is concluded that: the main forest types of Anren isCunninghamia lanceolata, slow-growth broadleaved trees,Pinus massoniana, normal-growing broadleaved trees,Pinus elliottii, fast-growth broadleaved trees,Eucalyptus,Cedar wood,PopulusL. TheCunninghamia lanceolatais advantage, the forest stand area accounted for 40.07% of the total area. the young forest age, the mid-maturation forest age, the nearly ripe forest age, the arbor area mature forest, the overripe Lin forest stand area accounted for 51.85%, 21.15%, 11.35%, 7.25%, 1.40% of the total area. The biomass and carbon storage of the main tree in Anren were 1 808 132.55×103, 904 006.37×103t; The value of carbon sinks was 5.8×1010yuan; the average biomass and the average carbon density are 25.37, 12.68 t·hm-2; the average forest biomass and the average carbon density of Anren were lower than that of the national level. Therefore, the potential carbon sink of forest is very great in Anren.

biomass; carbon storage; value of carbon sinks; Anren county of Hunan province

S718.556

A

1673-923X(2017)01-0094-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.01.016

2016-01-10

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201404316）；湖南省自然科學(xué)創(chuàng)新研究群體基金（湘基金委字[2013]7號(hào)）；國(guó)家林業(yè)局軟科學(xué)研究項(xiàng)目（2013-R09）；湖南省教育廳一般項(xiàng)目（15C1431）；中南林業(yè)科技大學(xué)青年科學(xué)研究基金項(xiàng)目（QJ2013005A）；城市森林生態(tài)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目

陳小林，碩士研究生 通訊作者：閆文德，教授，博士，博士生導(dǎo)師；E-mail： csfuywd@hotmail.com

陳小林，閆文德，梁小翠，等. 湖南安仁縣典型森林生態(tài)系統(tǒng)生物量和碳貯量[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017, 37(1):94-98.

[本文編校：謝榮秀]