西藏人工喬木林碳儲(chǔ)量估算

劉金山，張 蓓，陳振雄，索朗旺堆，徐藝文

(1.國(guó)家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)沙 410014；2.西藏自治區(qū)林業(yè)廳，拉薩 850000)

森林生態(tài)系統(tǒng)擁有地球上除海洋之外最大的碳庫(kù)[1，2]，其碳儲(chǔ)量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的56%[3]，在維持全球碳平衡中起著舉足輕重的作用[4]。第八次全國(guó)森林資源清查結(jié)果表明，我國(guó)人工林面積居世界首位[5，6]。森林碳匯主要來(lái)自人工林的貢獻(xiàn)[7，8]，人工林在調(diào)節(jié)全球碳平衡、減緩大氣CO2等溫室氣體濃度上升以及維護(hù)全球氣候等方面具有不可替代的作用[9]。持續(xù)增長(zhǎng)的人工林面積和林分質(zhì)量的提高對(duì)森林發(fā)揮固碳增匯功能具有重要意義。在人工林?jǐn)?shù)量、質(zhì)量雙增長(zhǎng)的背景下，人工林碳儲(chǔ)量估算，對(duì)碳循環(huán)及碳匯研究具有積極意義。

1 研究區(qū)概況

西藏自治區(qū)位于祖國(guó)的西南邊陲，青藏高原西南部，地處78°15′―99°07′E， 26°50′―36°29′N之間，東西長(zhǎng)約2020 km，南北寬約1060 km，陸地國(guó)境線長(zhǎng)約4000 km，土地面積約占全國(guó)土地總面積的八分之一，平均海拔4000 m以上，地勢(shì)高峻，地理位置特殊，素有“世界屋脊”和“地球第三極”之稱。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2012―2013年西藏自治區(qū)森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，包括小班土壤類型、坡位、坡向、坡度、枯枝落葉層厚度、工程類別、林齡、郁閉度，樣地地理坐標(biāo)、單木胸徑、平均樹(shù)高等信息。

2.2 模型和參數(shù)

人工林生物量和碳儲(chǔ)量估算使用IPCC(2006)推薦的方法:

Bi=Vi·Di·BEFi·(1+Ri)

(1)

式中:Bi為i樹(shù)種(組)生物量；Vi，Di，BEFi，Ri分別為i樹(shù)種(組)蓄積量、木材密度、地上部分生物量擴(kuò)展因子、根莖比。

Ci=Bi·CFi

(2)

式中:Ci為i樹(shù)種(組)碳儲(chǔ)量；CFi為i樹(shù)種(組)生物量含碳率計(jì)量參數(shù)采用《中華人民共和國(guó)氣候變化第二次國(guó)家信息通報(bào)》“土地利用變化與林業(yè)溫室氣體清單”(2013)和《碳匯造林項(xiàng)目方法學(xué)》提供的相關(guān)參數(shù)(表1)。

表1 人工林分優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)碳計(jì)量參數(shù)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種BEFD/(Mg /m3)RCF優(yōu)勢(shì)樹(shù)種BEFD/(Mg /m3)RCF冷杉1.3160.3660.1740.500云杉1.7340.3420.2240.521云南松1.6190.4830.1460.511高山松1.6510.4130.2350.501落葉松1.4160.4900.2120.521柏木1.7320.4780.220.510櫟類1.3550.6760.2920.500樺木1.4240.5410.2480.491榆樹(shù)1.6710.5980.6210.497楊樹(shù)1.4460.3780.2270.496柳樹(shù)1.8210.4430.2880.485針葉混1.5870.4050.2670.510闊葉混1.5140.4820.2620.490針闊混1.6560.4860.2480.498

3 研究結(jié)果

人工喬木林總面積為86909.298 hm2，碳儲(chǔ)量為1135812 Mg(表2)。人工喬木林資源中，面積排前15位的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)是北京楊、旱柳、藏川楊、新疆楊、竹柳、云杉、闊葉混、沙棘、核桃、銀白楊、冷杉、高山松、垂柳、油桐、榆樹(shù)，面積合計(jì)82727.240 hm2，碳儲(chǔ)量合計(jì)1091135 Mg，分別占人工喬木林面積的95.19%和碳儲(chǔ)量的96.07%。上述15個(gè)樹(shù)種(組)尤其是楊樹(shù)類、柳樹(shù)類構(gòu)成了全區(qū)人工林的主體，其面積和碳儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)變化將直接影響人工林的碳儲(chǔ)量和碳匯功能。

不同樹(shù)種(組)碳密度范圍在1.1～29.2 Mg/ hm2之間，不同樹(shù)種的碳密度差異明顯。7個(gè)樹(shù)種(組)的碳密度大于15.0 Mg/ hm2，分別為核桃>垂柳>銀白楊>旱柳>藏川楊>高山松>闊葉混；北京楊的碳密度在10.0～14.9 Mg/ hm2之間；沙棘、新疆楊、冷杉、榆樹(shù)、竹柳、云杉、油桐等7個(gè)樹(shù)種的碳密度小于9.9 Mg/ hm2。除與樹(shù)種結(jié)構(gòu)有關(guān)外，不同樹(shù)種林齡結(jié)構(gòu)的差異也是影響碳密度的重要原因，碳密度大于15.0 Mg/ hm2的樹(shù)種多為西藏廣泛種植的樹(shù)種，部分林齡達(dá)幾十年甚至上百年；而云杉、冷杉、油桐等碳密度低的樹(shù)種種植時(shí)間較短，截至調(diào)查時(shí)只有幼齡林和中齡林，影響了生物量和碳的累積。這也從另一個(gè)方面說(shuō)明，通過(guò)研究不同樹(shù)種的碳密度從而尋找“高碳累積”樹(shù)種時(shí)，還需將碳密度數(shù)據(jù)統(tǒng)一到相同的時(shí)間范圍上，即相同林齡間碳密度的比較。

表2 分樹(shù)種分齡組林分碳密度和碳儲(chǔ)量樹(shù)種(組)碳密度/(Mg/hm2)幼齡林中齡林近熟林成熟林過(guò)熟林碳儲(chǔ)量/Mg北京楊1.710.819.834.9 53.1246 541旱柳7.113.236.130.9 37.0320 867藏川楊5.314.227.534.1 48.5214 938新疆楊1.06.114.939.9 26.038 237竹柳1.74.2 8.927.2 6.422 076云杉2.421.316 622闊葉混2.513.424.533.4 42.944 360沙棘7.819.092.420 211核桃5.437.237.280.1116.965 313銀白楊1.616.329.838.6 37.432 564冷杉5.85.09 122高山松1.814.042.323 854垂柳6.713.027.479.9 22.731 286油桐0.63.11 433榆樹(shù)3.314.168.683.4-3 710全區(qū)3.711.026.835.0 50.11 135 812

4 討論與結(jié)論

全區(qū)人工林平均碳密度為13.1 Mg/ hm2，各齡組的平均碳密度為：幼齡林(3.7 Mg/ hm2)<中齡林(11.0 Mg/ hm2)<近熟林(26.8 Mg/ hm2)<成熟林(35.0 Mg/ hm2)<過(guò)熟林(50.1 Mg/ hm2)，各造林樹(shù)種碳密度從幼齡林到過(guò)熟林隨著林齡的增加而增加。國(guó)家尺度上的碳密度分布情況為幼齡林<中齡林<近熟林<過(guò)熟林<成熟林，部分造林樹(shù)種(如楊樹(shù)、柳樹(shù)、落葉松)進(jìn)入過(guò)熟林后，碳密度相比成熟林有所降低[10,11]，這主要是由于過(guò)熟林受到人為干擾(如采伐)或自然干擾(如森林病蟲(chóng)害、森林火災(zāi)等)的影響較大，致使單位面積蓄積量和碳密度都有所降低[12]。

西藏人工幼齡林、中齡林碳密度低于全國(guó)平均值，近熟林、成熟林與全國(guó)平均值相當(dāng)，過(guò)熟林遠(yuǎn)高于全國(guó)平均值。西藏人工林種植年限較短，平均林齡僅為12.5 a，幼齡林和中齡林占人工林總面積的75.26%，具有較高的生長(zhǎng)潛力和固碳潛力。此外，西藏人工林成熟林到過(guò)熟林仍保持持續(xù)生長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，這與西藏對(duì)人工林的保護(hù)及較長(zhǎng)的生理生長(zhǎng)期有關(guān)，這也說(shuō)明人工林將發(fā)揮持續(xù)的碳匯功能。研究結(jié)果可為西藏人工林經(jīng)營(yíng)管理及碳匯功能評(píng)價(jià)提供參考。

就人工喬木林林種結(jié)構(gòu)來(lái)看，西藏防護(hù)林和特種用途林所占比例要遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平。第八次森林資源連續(xù)清查結(jié)果表明，全國(guó)人工喬木林中，防護(hù)林和特種用途林分別占38.2%和3.1%。西藏自治區(qū)第二次森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，防護(hù)林和特種用途林分別占70%和23%，合計(jì)占人工林的93%?？梢钥闯?，西藏人工林以發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為主，在涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙等環(huán)境改善與減緩氣候變化等方面具有重要作用。從碳庫(kù)保持及碳匯增加的角度來(lái)看，因?yàn)椴煞サ纫蛩匾瞥纳锪枯^少，人工林生長(zhǎng)累積的生物量仍保持在森林生態(tài)系統(tǒng)中，碳庫(kù)積累周期可達(dá)數(shù)十年甚至上百年。

隨著全球氣候變化受關(guān)注程度的日益增加，人工林作為森林資源的重要組成部分，在維護(hù)全球碳平衡和緩解全球氣候變化等方面的作用日益凸顯。人工林可通過(guò)擴(kuò)大造林面積和人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)增加植被碳儲(chǔ)量，并相應(yīng)增加土壤碳儲(chǔ)量[13]?！毒┒甲h定書(shū)》明確了通過(guò)造林、再造林和減少毀林及1990年后發(fā)生的森林管理和森林恢復(fù)等林業(yè)活動(dòng)獲得的碳吸收可用于部分抵消工業(yè)和能源利用的溫室氣體排放[14]。在此背景下，造林再造林和森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)成為全球氣候變化公約框架下固碳減排應(yīng)對(duì)氣候變化的重要措施，提高人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量、碳匯潛力已經(jīng)納入人工林的經(jīng)營(yíng)管理范疇[15]。近年來(lái)，西藏通過(guò)實(shí)施退耕還林工程、重點(diǎn)區(qū)域造林工程、高原生態(tài)安全屏障建設(shè)工程、拉薩市及周邊地區(qū)造林綠化工程、“一江兩河”農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)工程和全民義務(wù)植樹(shù)活動(dòng)等，人工林資源得到快速發(fā)展。根據(jù)《西藏自治區(qū)第二次森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查成果報(bào)告》顯示，相比第一次全區(qū)森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查，人工林資源面積增長(zhǎng)了217.24%，近年來(lái)的新造林地將逐步成林，人工林中幼齡林的面積大幅增加。為改善森林的樹(shù)種組成、年齡和空間結(jié)構(gòu)，提高林地生產(chǎn)力和林木生長(zhǎng)量，促進(jìn)森林、林木生長(zhǎng)發(fā)育，豐富生物多樣性，培育健康穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)高效的森林生態(tài)系統(tǒng)，充分發(fā)揮森林多種功能，西藏自治區(qū)規(guī)劃“十三五”時(shí)期森林撫育面積達(dá)到18.88萬(wàn)hm2。森林單位面積蓄積量大小是評(píng)價(jià)森林碳匯量的重要指標(biāo)，森林撫育是提高森林單位面積蓄積量最有效的經(jīng)營(yíng)手段，通過(guò)開(kāi)展森林撫育和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)，能有效提高林地生產(chǎn)力水平和森林質(zhì)量，增加森林蓄積、森林碳匯，發(fā)揮森林生態(tài)功能，進(jìn)而提升應(yīng)對(duì)氣候變化的能力。

總體來(lái)看，西藏人工林發(fā)揮碳匯功能具有幾大優(yōu)勢(shì)。一是西藏近年來(lái)人工林面積增加顯著，十余年間人工林資源面積增長(zhǎng)了2倍多；二是西藏人工林以中幼林為主，具有較長(zhǎng)的生理生長(zhǎng)期和較大的碳匯潛力；三是西藏防護(hù)林和特種用途林所占比例高，現(xiàn)有人工林林分可保持相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，對(duì)于保持碳儲(chǔ)量、增加碳匯具有重要意義。