西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量及木材生產(chǎn)潛力預(yù)測(cè)

李奇，朱建華,，范立紅，馮源，肖文發(fā),

1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所，北京 100091；2. 南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037

森林植被和土壤作為主要的陸地碳庫(kù)，具有吸收和儲(chǔ)存大氣中二氧化碳的潛力，近年來(lái)越來(lái)越受到國(guó)際社會(huì)的關(guān)注（Birdsey et al.，2015；Chen et al.，2016）。保持和增加森林碳儲(chǔ)量可以帶來(lái)一些協(xié)同效益，包括野生動(dòng)植物的保護(hù)、土壤質(zhì)量和水質(zhì)量的改善，是應(yīng)對(duì)全球變化的重要措施（MacLean et al.，2014）。森林喬木層碳儲(chǔ)量作為森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的基礎(chǔ)，是森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的重要數(shù)據(jù)來(lái)源，而擴(kuò)大森林面積和提高森林單位面積蓄積都是增加森林碳儲(chǔ)量的有效途徑（Hardiman et al.，2011；何云玲等，2015；Gray et al.，2016）。已有研究表明，近30年來(lái)，我國(guó)森林表現(xiàn)為碳匯的主要原因是人工林面積的增加和天然林資源的恢復(fù)（郭兆迪等，2013；張旭芳等，2016）。通過(guò)森林管理增加碳儲(chǔ)量是一種比減少排放成本更低的抵消化石燃料燃燒碳釋放的途徑，也是在如今可造林的土地資源緊張情況下的一種更為可行的方式（王艷芳等，2016）。

森林采伐和木質(zhì)林產(chǎn)品使用對(duì)一個(gè)國(guó)家碳平衡非常重要，將碳儲(chǔ)存在森林和木質(zhì)林產(chǎn)品中通常被看做是減緩氣候變化極為有效的策略（鄒慧等2015；Zeng et al.，2013）。我國(guó)木材對(duì)外依存度接近50%，木材安全問(wèn)題成為影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)安全的重要因素之一（國(guó)家林業(yè)局，2009）。2004年中國(guó)木質(zhì)林產(chǎn)品碳儲(chǔ)量為393.56～532.38 Mt，是同期森林生物量碳儲(chǔ)量的7.63%～10.32%（白彥鋒等，2009）。因此，提高和保護(hù)木質(zhì)林產(chǎn)品碳儲(chǔ)量對(duì)中國(guó)今后實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)具有重大意義。特別是全面保護(hù)天然林、停止天然林商業(yè)性采伐等政策的實(shí)施，還將進(jìn)一步減少國(guó)內(nèi)木材的市場(chǎng)供給。大力增加森林碳匯與木材生產(chǎn)有相容的一面，未來(lái)森林碳匯增加的同時(shí)，也意味著森林蓄積的增加，也是在為未來(lái)提供木材儲(chǔ)備（田明華等，2011）。采用可持續(xù)的方法對(duì)森林進(jìn)行經(jīng)營(yíng)管理以確保木材產(chǎn)量和碳匯量間的平衡顯得越來(lái)越重要。

目前，許多科學(xué)家對(duì)大區(qū)域尺度和國(guó)家乃至全球尺度的森林植被碳儲(chǔ)量進(jìn)行了大量研究（劉雙娜等，2012；徐冰等，2010）。然而，中國(guó)幅員遼闊，氣候復(fù)雜，不同區(qū)域之間森林植被類型差異很大。西南地區(qū)（貴州、四川、西藏、云南和重慶）是中國(guó)森林資源較為豐富的地區(qū)，是中國(guó)南方重要的生態(tài)屏障，在中國(guó)林業(yè)發(fā)展全局中具有舉足輕重的地位，是國(guó)內(nèi)的第二大林區(qū)（姚平等，2014）。然而，目前對(duì)該區(qū)域碳匯潛力及木材產(chǎn)量潛力預(yù)測(cè)的研究鮮有報(bào)道。本文利用西南地區(qū)森林資源清查數(shù)據(jù)，估算了各省份不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）的碳儲(chǔ)量和碳密度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)西南地區(qū)各省份喬木林總碳儲(chǔ)量、林齡結(jié)構(gòu)和地理分布的全面分析。建立西南地區(qū)喬木林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）單位面積蓄積與林齡的關(guān)系方程，結(jié)合各省份林業(yè)發(fā)展規(guī)劃，模擬預(yù)測(cè)了采伐和非采伐兩種情景下西南各省、市、自治區(qū)喬木林碳匯潛力及未來(lái)木材產(chǎn)量，為準(zhǔn)確評(píng)估西南森林的碳吸收潛力和木材供給潛力提供科學(xué)依據(jù)。

1　數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.1　數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)第七次（2004—2008）和第八次（2009—2013）森林資源清查資料（國(guó)家林業(yè)局，2009；國(guó)家林業(yè)局，2013），將貴州、四川、西藏、云南和重慶5省（市、自治區(qū)）劃分為西南地區(qū)0，獲取不同起源、不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）按齡組劃分的面積和蓄積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及未成林地、無(wú)立木林地和宜林地面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。第八次森林資源清查結(jié)果顯示，西南地區(qū)喬木林總面積和蓄積分別為42.49×106hm2、6082.44×106m3，分別占中國(guó)喬木林總面積和總蓄積的25.81%、41.16%。

1.2　喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度估算方法

本研究所指的喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度，均只包括喬木林地上和地下生物量碳庫(kù)，不包括枯死木、枯落物和土壤有機(jī)碳庫(kù)。喬木林生物量碳儲(chǔ)量和碳密度的估算，采用蓄積-生物量轉(zhuǎn)換因子法（IPCC，2006），以基本木材密度、生物量換算因子、地下/地上生物量比例等為主要參數(shù)，將喬木林單位面積蓄積轉(zhuǎn)換為單位面積生物量，再通過(guò)生物量含碳率計(jì)算其碳密度，結(jié)合面積計(jì)算碳儲(chǔ)量。此方法充分考慮了不同森林植被類型的起源和齡級(jí)的差異，其基本公式為：

式中，DC為喬木林生物量碳密度（t·hm-2）；C為喬木林碳儲(chǔ)量（t）；A為喬木林面積（hm2）；V為喬木林單位面積蓄積量（m3· hm-2）；D為喬木林基本木材密度（t·m3）；BEF為喬木林地上生物量與樹(shù)干生物量的比例，無(wú)量綱；R為喬木林地下生物量與地上生物量的比例，無(wú)量綱；CF為喬木林生物量含碳率（t·t-1）。

本文所采用的各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種各齡組的生物量碳計(jì)量參數(shù)，來(lái)源于對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料的整理分析和野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（表1）。個(gè)別樹(shù)種個(gè)別齡級(jí)缺少參數(shù)的，使用了該樹(shù)種各齡級(jí)的平均值。生物量含碳率統(tǒng)一采用IPCC的推薦值0.5。

表1　主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）各林齡組碳計(jì)量參數(shù)Table 1　Carbon accounting factors for different forest types and age groups

1.3　喬木林碳匯潛力估算方法

首先預(yù)測(cè)未來(lái)喬木林總面積。本文假定第八次森林資源清查（2009—2013年）西南各省區(qū)的喬木林面積即代表2010年的平均水平，并假設(shè)各?。ㄊ?、自治區(qū)）現(xiàn)有喬木林面積在未來(lái)保持不變，同時(shí)考慮未來(lái)新增加的喬木林面積，預(yù)測(cè) 2010—2050年間各省區(qū)的喬木林面積。依據(jù)全國(guó)第八次森林資源清查結(jié)果的未成林地、無(wú)立木林地和宜林地面積統(tǒng)計(jì)未來(lái)西南各省區(qū)新造林面積數(shù)據(jù)，其中，貴州1.02×106hm2、四川 1.01×106hm2、西藏 2.59×105hm2、云南 2.69×106hm2和重慶 2.66×105hm2。考慮到人工造林的難度和成活比率，假設(shè)未來(lái)西南各省份新造喬木林面積與現(xiàn)有人工喬木林占林地總面積的比率相同，以此確定未來(lái)西南各省份可造林面積和成林面積。同時(shí)假設(shè)各省區(qū)均在 2040年完成全部造林，期間各個(gè)年份造林面積比例相同。各省區(qū)新造林樹(shù)種及其面積根據(jù)各省區(qū)現(xiàn)有主要造林樹(shù)種（組）占人工喬木林面積的比率確定。

其次預(yù)測(cè)未來(lái)喬木林各齡組的面積。將第八次森林資源清查（代表基準(zhǔn)年 2010年）各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）各個(gè)齡組的面積按每 5年一個(gè)齡級(jí)進(jìn)行平均劃分，結(jié)合不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）的更新采伐周期，并假定在同一齡組內(nèi)每個(gè)齡級(jí)（j）的面積相等：

式中，Ai,t為基準(zhǔn)年第t年（2010年）第i齡組的面積（hm2）；Ai,j,t為第 t年第i齡組細(xì)分的第 j齡級(jí)的面積（hm2）。

以 5年為時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)每 5年后各齡組的面積。5年后第i齡組有Ai,j,t的面積進(jìn)入到第i+1齡組，而第i-1齡組又有Ai-1,k,t的面積進(jìn)入到第i齡組，因此：

式中，Ai,t+5為第t+5年第i齡組的面積（hm2）；Ai-1,k,t為第t年第i-1齡組細(xì)分的第k齡級(jí)的面積（hm2）。

最后，通過(guò)建立喬木林單位面積蓄積與林齡的相關(guān)關(guān)系，來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)各時(shí)間段喬木林單位面積蓄積的變化。依據(jù)《國(guó)家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》（國(guó)家林業(yè)局，2004）對(duì)樹(shù)種（組）林齡段的劃分和更新周期，以林齡段的中值表示該齡組的平均林齡（其中過(guò)熟林平均林齡設(shè)置為林齡下限的 1.5倍）。利用全國(guó)第七、八次森林資源連續(xù)清查結(jié)果中西南各省各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）按齡組劃分的單位面積蓄積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用Logistic生長(zhǎng)方程擬合單位面積蓄積量與平均林齡的相關(guān)關(guān)系，即：

式中，V、t分別為某一樹(shù)種（組）某個(gè)齡級(jí)的單位面積蓄積和平均齡林；u為樹(shù)木生長(zhǎng)的最大值參數(shù)；v為與初始值有關(guān)的參數(shù)；w為該樹(shù)種最大生長(zhǎng)速率參數(shù)。西南地區(qū)人工林和天然林主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）的單位面積蓄積與林齡的擬合方程參數(shù)見(jiàn)表 2。結(jié)果顯示，方程擬合效果較好，決定系數(shù)r2值大多在 0.8以上，能夠較準(zhǔn)確地量化該地區(qū)各主要喬木林類型單位面積蓄積隨林齡變化的趨勢(shì)。

以第八次森林資源清查（2009—2013）的喬木林單位面積蓄積代表 2010年的平均水平，同時(shí)假定未來(lái)繼續(xù)維持現(xiàn)有的森林干擾水平。以 2010年為基年，采用擬合的 Logistic生長(zhǎng)方程（表 2）預(yù)測(cè) 2010—2050年間喬木林單位面積蓄積的變化，并采用蓄積-生物量轉(zhuǎn)換因子法計(jì)算未來(lái)各時(shí)段喬木林生物量碳密度及碳儲(chǔ)量。

1.4　木材生產(chǎn)潛力估算方法

首先設(shè)定采伐情景。依據(jù)中國(guó)對(duì)主要喬木林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）更新采伐年齡的劃分及更新周期，假設(shè)只對(duì)已達(dá)到成熟林和過(guò)熟林的喬木林進(jìn)行更新采伐，并假設(shè)采伐后立即更新為相同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）的幼齡林。新造林在模擬期間因其林齡尚未達(dá)到成熟而不設(shè)置采伐情景。依據(jù)《全國(guó)“十三五”期間年森林采伐限額匯總表》（國(guó)家林業(yè)局，2016年）中西南各省份人工林和天然林的采伐限額（表 3），結(jié)合各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）成熟林和過(guò)熟林的面積與蓄積，確定模擬期間每5年各樹(shù)種（組）成熟林和過(guò)熟林的采伐面積比例，并假定模擬期間（2010—2050年）喬木林面積采伐比例都與“十三五”期間的面積比例相同。

表2　西南地區(qū)主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）單位面積蓄積—林齡Logistic擬合方程參數(shù)Table 2　The logistic allometric equation for main dominant tree species (groups) in Southwest China

表3　“十三五”期間西南地區(qū)年森林采伐限額Table 3　Annual logging quota for Southwest China in 2011—2015

在非采伐情景下，由于本研究假設(shè)未來(lái)喬木林的干擾水平（主要是采伐）保持歷史干擾水平不變，因此非采伐情景下的采伐量可以視作相當(dāng)于過(guò)去歷年的平均采伐量，故本文不對(duì)此進(jìn)行研究。此外本文不計(jì)算采伐的木材產(chǎn)品中的碳儲(chǔ)量，只考慮采伐情景下未來(lái)喬木林碳儲(chǔ)量及相對(duì)于非采伐情景下的木材生產(chǎn)潛力。

2　結(jié)果與分析

2.1　西南各省區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量與碳密度

第八次（2008—2013年）森林資源清查期間，西南地區(qū)喬木林總碳儲(chǔ)量為2449.06 Tg。其中，天然喬木林碳儲(chǔ)量為2295.66 Tg，人工喬木林碳儲(chǔ)量為153.40 Tg，分別占總碳儲(chǔ)量的93.74%和6.26%。西南地區(qū)喬木林碳密度為57.64 Mg·hm-2。其中天然喬木林碳密度為65.67 Mg·hm-2，人工喬木林碳密度為20.37 Mg·hm-2。天然林碳密度遠(yuǎn)高于人工林，尤其是在西藏地區(qū)。若經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)纳纸?jīng)營(yíng)管理，人工喬木林在未來(lái)具有很高的增匯潛力。西南地區(qū)各省份喬木林碳儲(chǔ)量大小順序?yàn)椋何鞑兀驹颇希舅拇ǎ举F州＞重慶，分別占西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量的36.26%、31.33%、25.68%、4.62%和 2.11%。喬木林碳密度大小順序?yàn)椋何鞑兀舅拇ǎ驹颇希局貞c＞貴州，西藏地區(qū)喬木林碳密度（104.66 Mg·hm-2）比貴州省（23.66 Mg·hm-2）高出5倍以上。除西藏地區(qū)外，其余4?。ㄊ校﹩棠玖制骄济芏染陀谖髂系貐^(qū)平均水平（表4）。

表4　西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量Table 4　Forest carbon stocks and carbon density in Southwest China

2.2　西南各省區(qū)不同起源與林齡的喬木林碳儲(chǔ)量與碳密度

由表5可知，第八次清查期間，西南地區(qū)天然林碳儲(chǔ)量在成熟林階段最高（734.10 Tg），各省份之間略有不同。其中，四川天然林過(guò)熟林階段的碳儲(chǔ)量最高（247.58 Tg）；云南和西藏的天然林在成熟林階段最高，分別為156.41 Tg和411.89 Tg；重慶和貴州天然林碳儲(chǔ)量則在中齡林階段最高，分別為15.73 Tg和30.68 Tg。2010年西南地區(qū)各省份人工林碳儲(chǔ)量均在中齡林和近熟林階段較高。

人工林和天然林的碳密度均隨著齡級(jí)的增長(zhǎng)而增大。天然林各齡組碳密度均明顯高于同齡組人工林，這與天然林齡組劃分時(shí)的林齡范圍遠(yuǎn)大于人工林有關(guān)。由于西南地區(qū)幼齡林和中齡林所占面積比例較大，隨著林齡的增長(zhǎng)，即使保持現(xiàn)有喬木林面積不變，該地區(qū)的喬木林碳儲(chǔ)量將處于持續(xù)增長(zhǎng)之中，固碳能力將不斷增加。但總體而言，西南地區(qū)人工喬木林平均碳密度最高的過(guò)熟林階段（37.90 Mg·hm-2）尚不及天然喬木林中齡林階段的平均碳密度（40.59 Mg·hm-2），這也反映出西南地區(qū)人工林總體質(zhì)量不高，對(duì)碳儲(chǔ)量及碳匯功能的貢獻(xiàn)有限。若能及時(shí)對(duì)現(xiàn)有的喬木林地進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿嵊凸芾?，將有助于增加未?lái)喬木林碳儲(chǔ)量和提升碳匯潛力。

2.3　西南地區(qū)喬木林未來(lái)碳匯潛力

2.3.1非采伐情景下的碳匯潛力

在非采伐情景下，西南地區(qū)現(xiàn)有喬木林及未來(lái)新造林的碳儲(chǔ)量如表6所示。至2020年，西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度分別為 2903.97 Tg和65.71 Mg·hm-2，與2010年相比分別提高了約20%和15%；至2030年，西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度分別達(dá)到了3355.63 Tg和73.05 Mg·hm-2，與2010年相比分別增加了約38%和28%；至2050年，喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度分別達(dá)到了 4057.29 Tg和85.08 Mg·hm-2，與2010年相比分別增加了約67%和49%。可見(jiàn)，隨著喬木林單位面積蓄積的增長(zhǎng)，以及新造林面積和蓄積的增加，2010—2050年間西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量年均增加約40.84 Tg，碳密度年均增加約0.7 Mg·hm-2。

表5　西南地區(qū)天然和人工喬木林碳儲(chǔ)量與碳密度Table 5　Carbon stocks and carbon density of natural forests and plantations at different ages in Southwest China

天然喬木林作為西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量的主體，2010年天然喬木林碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的93.74%，而人工喬木林碳儲(chǔ)量?jī)H占總碳儲(chǔ)量的6.26%。隨著新造林面積的增加以及單位面積蓄積的增長(zhǎng)，到 2050年天然喬木林和人工喬木林碳儲(chǔ)量分別占總碳儲(chǔ)量的88%和12%，人工喬木林碳儲(chǔ)量占比有所上升。在各個(gè)模擬階段，天然喬木林的碳密度均遠(yuǎn)高于人工林和新造林碳密度，但人工喬木林和新造林的碳密度增長(zhǎng)幅度大于天然林。2010—2050年間，人工喬木碳密度由24.21 Mg·hm-2增長(zhǎng)到了45 Mg·hm-2，增加了85%；天然喬木林的碳密度由 64.15 Mg·hm-2增長(zhǎng)到了 101.57 Mg·hm-2，增加了58%。

在模擬階段的初期（2010—2015年），現(xiàn)有人工喬木林碳密度由 24.21 Mg·hm-2增加到 28.85 Mg·hm-2，5 年間增加了 4.65 Mg·hm-2；現(xiàn)有天然喬木林碳密度由64.15 Mg·hm-2增加到69.84 Mg·hm-2，5 年間增加了 5.69 Mg·hm-2；而新造林在這5年間碳密度增加了8.50 Mg·hm-2。在模擬階段的后期（2045—2050年），現(xiàn)有人工喬木林碳密度由 44.23 Mg·hm-2增加到 44.89 Mg·hm-2，5 年間僅增加了 0.66 Mg·hm-2；現(xiàn)有天然喬木林碳密度由98.37 Mg·hm-2增加到 191.57 Mg·hm-2，5 年間增加了3.20 Mg·hm-2；而新造林在這5年間碳密度增加了4.78 Mg·hm-2。對(duì)比可知，在模擬階段后期，無(wú)論是現(xiàn)有人工林、現(xiàn)有天然林還是新造林，其碳密度年增加量均比模擬初期有所降低。這也表明，在非采伐情景下，隨著現(xiàn)有林逐步趨于成熟，雖然碳儲(chǔ)量持續(xù)增加，但碳儲(chǔ)量年增量有所降低，碳匯能力有所下降。

2.3.2采伐情景下的碳匯潛力

采伐情景下，到 2050年，西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度將分別達(dá)到 3829.18 Tg和 81.60 Mg·hm-（2表7），與2010年相比分別增加了59.07%和 43.66%。與非采伐情景相比，采伐情景下 2050年碳儲(chǔ)量下降了 228.11 Tg，碳密度下降了 3.48 Mg·hm-2。其中，2050年人工林碳儲(chǔ)量和碳密度分別為246.95 Tg、32.64 Mg·hm-2，與非采伐情景相比分別下降了36.09%和37.53%，下降幅度較大，這主要是采伐情景中對(duì)人工喬木過(guò)熟林和成熟林的采伐比重較大的緣故。而采伐情景下天然林的碳儲(chǔ)量和碳密度與非采伐情景相比變化幅度不大，這也符合中國(guó)逐步采取的全面停止天然林商業(yè)性采伐政策，只對(duì)成、過(guò)熟林進(jìn)行適當(dāng)比例的更新。然而，采伐情景下木材的年產(chǎn)量也隨著活立木的定期采伐及單位面積蓄積的增長(zhǎng)呈現(xiàn)相應(yīng)的增長(zhǎng)。2020年、2030年和2050年，采伐情景下的木材產(chǎn)量將分別達(dá)到70.77×106m3、100.66×106m3和111.58×106m3，2010—2050年間累計(jì)可提供木材產(chǎn)量 7.86×108m3（圖1），在維持喬木林碳儲(chǔ)量持續(xù)增長(zhǎng)的同時(shí)，能夠提供大量的木材資源。

模擬采伐和非采伐情景下西南地區(qū)喬木林未來(lái)各個(gè)齡組面積比例如圖2所示。到2050年，采伐情景下西南地區(qū)喬木林的幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林的面積比例分別為3.6%、9.3%、11.6%、24.6%和50.9%；而非采伐情景下各個(gè)齡級(jí)的面積比例分別為 0.6%、5.8%、9.2%、23.8%、60.7%。對(duì)比可知，采伐情景能在一定程度上調(diào)節(jié)喬木林林齡結(jié)構(gòu)，降低過(guò)熟林面積比例，同時(shí)提高幼齡林、中齡林和近熟林的面積比例。到2050年，2種情景下幼齡林和中齡林面積占比非常小，而成熟林和過(guò)熟林面積比例占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，這使得未來(lái)西南地區(qū)喬木林能維持較高的單位面積蓄積和碳密度，使碳儲(chǔ)量保持在較高的水平。

表7　采伐情景下西南地區(qū)碳匯潛力Table 7　Forest carbon sequestration potential in Southwest China under logging scenario

圖1　采伐情景下西南地區(qū)喬木林未來(lái)木材產(chǎn)量Fig. 1　Timber yield in Southwest China under logging scenario

3　討論

已有對(duì)西南地區(qū)各省份碳儲(chǔ)量和碳密度的研究主要集中在對(duì)碳儲(chǔ)量現(xiàn)狀和固碳能力的分析和評(píng)價(jià)（劉淑琴，2017）方面。燕騰等（2016）對(duì)西南地區(qū)喬木林總碳儲(chǔ)量估算結(jié)果為2546.74 Tg，與本文的研究結(jié)果相近。也有關(guān)于退耕還林碳匯潛力及主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳匯潛力的報(bào)道（陳先剛等，2008；姚平等，2014；馮源等，2017；曹先磊等，2017）。本研究在評(píng)估碳儲(chǔ)量現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)西南地區(qū)森林喬木林的未來(lái)碳匯潛力進(jìn)行研究，同時(shí)考慮到林分的采伐更新，估算了采伐情景下的未來(lái)碳匯潛力和木材產(chǎn)量潛力，以期為碳匯潛力評(píng)估和木材產(chǎn)量預(yù)測(cè)提供科學(xué)的指導(dǎo)。

圖2　西南地區(qū)喬木林不同齡級(jí)面積比例Fig. 2　The area ratio of forests at different age groups in Southwest China

森林碳儲(chǔ)量和碳匯能力的提升，重點(diǎn)在于增加森林面積、提高森林質(zhì)量和生產(chǎn)力。對(duì)于西南地區(qū)喬木林的碳匯功能而言，單位面積蓄積或碳密度的增長(zhǎng)比森林面積增加更具有現(xiàn)實(shí)意義。本研究結(jié)果表明，天然喬木林是西南地區(qū)最重要的碳儲(chǔ)存庫(kù)，其碳儲(chǔ)量和碳密度均遠(yuǎn)高于人工林。隨著新造林面積的增加，西南地區(qū)人工林面積、碳儲(chǔ)量和碳密度也逐步增加。因此，通過(guò)造林和科學(xué)經(jīng)營(yíng)，提高人工林生產(chǎn)力和碳密度，將有助于提升西南地區(qū)森林碳儲(chǔ)量和碳匯能力。同時(shí)，實(shí)施天然林保護(hù)，減少甚至禁止天然林商業(yè)性采伐，有助于保護(hù)現(xiàn)有天然林中的碳儲(chǔ)存，也是減少林業(yè)碳排放、增加森林碳匯的一種重要途徑。

然而，本研究結(jié)果也表明，如果長(zhǎng)期不進(jìn)行采伐更新，隨著幼齡林、中齡林的逐漸成熟，當(dāng)喬木林齡級(jí)結(jié)構(gòu)逐步以成熟林甚至過(guò)熟林為主時(shí)，喬木林碳儲(chǔ)存的增長(zhǎng)會(huì)趨于緩慢，固碳速率將大大減弱。本研究設(shè)置的采伐情景，根據(jù)中國(guó)林業(yè)政策和未來(lái)經(jīng)營(yíng)規(guī)劃模擬了喬木林的采伐強(qiáng)度和更新造林方式。相比非采伐情景，能在一定程度上提高幼齡林、中齡林和近熟林的面積比例，降低過(guò)熟林面積比例。在保持碳儲(chǔ)存的同時(shí)，通過(guò)對(duì)成熟林和過(guò)熟林進(jìn)行采伐更新，促進(jìn)森林生長(zhǎng)并保持一定的固碳速率。

有研究表明，木質(zhì)林產(chǎn)品中的碳儲(chǔ)量占采伐的生物質(zhì)碳儲(chǔ)量的比例可高達(dá) 32%（王艷芳等，2016）。但由于本研究的局限性，本文并未探討采伐之后的木質(zhì)林產(chǎn)品固碳量，因此低估了采伐情景下的總碳儲(chǔ)量和碳匯能力。此外，有研究認(rèn)為，適當(dāng)?shù)母虏煞ジ欣谏珠L(zhǎng)期固定大氣中的二氧化碳（Bottalico et al.，2016）。本文也未探討何種采伐情景更有利于同時(shí)保護(hù)碳儲(chǔ)存，又同時(shí)提高固碳速率。這需要在森林的木材生產(chǎn)與固碳效率之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，對(duì)這兩種主要生態(tài)和生產(chǎn)功能進(jìn)行權(quán)衡。考慮到中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)木材的需求量巨大，如何通過(guò)采伐使森林既有高的經(jīng)濟(jì)效益，又不損失其他生態(tài)效益，正是未來(lái)需要研究和解決的重要問(wèn)題。應(yīng)對(duì)氣候變化的經(jīng)營(yíng)措施也不能依賴于單一的方案，經(jīng)營(yíng)方式要有靈活的策略，制定長(zhǎng)期和短期規(guī)劃，并在多種可供選擇的措施中根據(jù)環(huán)境、需求變化進(jìn)行選擇，同時(shí)考慮森林管理的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)作用（Keith et al.，2014）。

本研究構(gòu)建了西南地區(qū)喬木林各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）單位面積蓄積隨林齡變化的生長(zhǎng)方程，通過(guò)擬合生長(zhǎng)方程得到的 2010年蓄積量估計(jì)值與統(tǒng)計(jì)值之間的誤差約為-1%，模擬精度較高，能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)西南地區(qū)未來(lái)喬木林碳儲(chǔ)量。在未來(lái)長(zhǎng)期模擬中，本研究通過(guò)細(xì)分喬木林齡級(jí)，并考慮各齡級(jí)及其面積隨時(shí)間推移的變化，在很大程度上減少了估算結(jié)果的不確定性。但上述模擬和假設(shè)的前提，是基于未來(lái)西南地區(qū)的自然干擾和人為管理活動(dòng)均保持過(guò)去歷史水平。由于未來(lái)的自然干擾存在不可預(yù)知性，而人為管理活動(dòng)也可能隨著政策和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步發(fā)生較大的變化，這使得本文對(duì)西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量和碳匯潛力的預(yù)測(cè)也存在一些不確定性，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）本文對(duì)未來(lái)新造林面積的預(yù)測(cè)，基于對(duì)所有宜林地均進(jìn)行造林的假設(shè)，造林樹(shù)種選擇和面積分配比例上存在一定的主觀性。本文還假設(shè)現(xiàn)有喬木林（人工林、天然林）的樹(shù)種、面積在未來(lái)均保持不變，采伐更新后樹(shù)種也不發(fā)生變化，這一假設(shè)也具有較高的不確定性。

（2）本研究沒(méi)有考慮自然干擾因素（如火災(zāi)、病蟲(chóng)害、喬木林自身枯損等）和人為干擾（如城鎮(zhèn)化土地征占、采伐更新方式等）對(duì)未來(lái)森林面積的影響；林業(yè)政策和社會(huì)發(fā)展等因素的變化，都可能影響到森林面積和碳儲(chǔ)量的變化。

（3）本文對(duì)未來(lái)木材產(chǎn)量的估計(jì)存在不確定性。一方面，模擬采伐量是根據(jù)國(guó)家規(guī)定的采伐限額設(shè)定的，而各省每年實(shí)際采伐量可能未達(dá)到或者超過(guò)采伐限額；另一方面，本研究假設(shè)只對(duì)成熟林、過(guò)熟林按比例進(jìn)行更新采伐，而未考慮其他采伐方式（如撫育間伐）等對(duì)木材生產(chǎn)的可能貢獻(xiàn)。

4　結(jié)論

2010年，西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量為2449.06 Tg，碳密度為57.64 Mg·hm-2。西南各省區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量大小順序?yàn)椋何鞑兀驹颇希舅拇ǎ举F州＞重慶，碳密度大小順序?yàn)椋何鞑兀舅拇ǎ驹颇希局貞c＞貴州。到2050年，采伐情景和非采伐情景下西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量分別為3829.18 Tg和4057.29 Tg，碳密度分別為81.60 Mg·hm-2和 85.08 Mg·hm-2。與 2010 年相比，采伐情景和非采伐情景下西南地區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量分別增加了59.07%和67.4%；碳密度分別增加了43.66%和49%。到2050年，新造喬木林可為西南地區(qū)增加碳儲(chǔ)量170.56 Tg，碳密度將達(dá)到32.54 Mg·hm-2。

2010—2050年，與非采伐情景相比，采伐情景下碳儲(chǔ)量減少了 228.11 Tg，碳密度下降了 3.48 Mg·hm-2，但采伐情景累計(jì)可提供木材產(chǎn)量 7.86×108m3。因此，加強(qiáng)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的管理，制定合理的喬木林更新采伐比例，可以在有效發(fā)揮森林碳匯效益的同時(shí)實(shí)現(xiàn)森林質(zhì)量的提升和木材產(chǎn)量的增加。

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