河南楊樹碳儲(chǔ)量及其增匯能力

黃新峰，鄭旭東，趙義民，孫紅召，王巧玲，馮東陽(yáng)

(1.河南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，鄭州 450045；2.濟(jì)源市林業(yè)局，河南 濟(jì)源 454650)

全球氣候變化深刻影響著人類的生存和發(fā)展，是人類共同面臨的重大挑戰(zhàn)[1,2]。森林在全球碳收支平衡中具有重要地位[3-5]。開展域森林碳儲(chǔ)量核算是開展應(yīng)對(duì)氣候變化工作的重要內(nèi)容[6-9]。

楊樹由于生長(zhǎng)迅速、用途廣，已經(jīng)成為河南各類林木蓄積量占比最高的樹種，為河南的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供了大量的木材和原料[10-12]，同時(shí)，其碳儲(chǔ)量和碳匯功能也受到廣泛關(guān)注[12-34]。但是，關(guān)于河南楊樹碳儲(chǔ)量和增匯能力的報(bào)道并不多見?；诖?，本文以河南楊樹為對(duì)象，估算其碳儲(chǔ)量及增匯能力，以期為評(píng)價(jià)區(qū)域森林資源的碳匯功能提供參考和借鑒。

1 研究地概況

河南位于中國(guó)中東部、黃河中下游，31°23′—36°22′N， 110°21′—116°39′E之間，總面積16.7萬(wàn)hm2。2016年末全省總?cè)丝?0 788萬(wàn)人，生產(chǎn)總值40 160億元，比上年增長(zhǎng)8.1%。全省耕地面積792.6萬(wàn)hm2，是全國(guó)第一農(nóng)業(yè)大省、第一糧食生產(chǎn)大省。河南大部分地處暖溫帶，南部跨亞熱帶，屬北亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡的大陸性季風(fēng)氣候，同時(shí)還具有自東向西由平原向丘陵山地氣候過(guò)渡的特征，年平均氣溫為10.5～16.7 ℃，年均降水量407.7～1295.8 mm，降雨以6-8月份最多，年均日照1285.7～2292.9 h，全年無(wú)霜期201～285 d。2016年底，全省林業(yè)用地面積566.4萬(wàn)hm2，其中森林面積402.8萬(wàn)hm2，森林覆蓋率24.12%[35]。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)概述

據(jù)1981年出版的《河南植物志》記載，河南分布有楊屬(PopulusL.)樹種30種、1亞種、28變種和7個(gè)主要栽培品種[36]。隨著30年來(lái)更多楊屬新品種的推廣和應(yīng)用，楊屬樹種已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)70個(gè)。為便于統(tǒng)計(jì)匯總，《森林清查成果》將這些樹種合并為一組，用楊樹來(lái)表示。據(jù)《第八次全國(guó)森林資源清查河南省森林資源清查成果》(以下簡(jiǎn)稱“森林清查成果”)顯示，2013年河南省楊樹總面積88.53萬(wàn)hm2，森林蓄積7 511.49萬(wàn)m3，四旁蓄積3 213.81萬(wàn)m3，疏林和散生木蓄積241.42萬(wàn)m3，林木總蓄積達(dá)10966.72萬(wàn)m3，占各類林木總蓄積的47.9%，是蓄積量占比最高的樹種[10]，詳見表1。

表1 楊樹蓄積及面積森林面積/萬(wàn)hm2林木蓄積/萬(wàn)m3森林蓄積/萬(wàn)m3小計(jì)幼齡林中齡林近熟林成熟林過(guò)熟林四旁疏林散生木蓄積/萬(wàn)m388.5310 966.727 511.49316.714 472.232 245.11440.4636.983 455.23

2.2 研究方法

2.2.1 生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)的確定

當(dāng)前研究森林碳儲(chǔ)量的方法主要有兩種：樣地實(shí)測(cè)法和生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)法[37,38]。樣地實(shí)測(cè)法需要布設(shè)大量樣地進(jìn)行取樣，準(zhǔn)確度高，但耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，估算結(jié)果的精度受樣地的代表性影響較大，因此樣地實(shí)測(cè)法適用于小地域單一類型的林分碳儲(chǔ)量估算[13-17, 20, 22-26, 28-29, 31, 33, 39]；生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)法是直接使用相關(guān)文獻(xiàn)的參數(shù)來(lái)估算大區(qū)域森林碳儲(chǔ)量，這種方法快捷、高效，廣泛應(yīng)用于大區(qū)域森林碳儲(chǔ)量的估算[6,7, 18,19, 30, 40,41]。本研究即采用生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)法估算楊樹碳儲(chǔ)量。

Zhou等[42]的研究認(rèn)為，由蓄積導(dǎo)算生物量時(shí)，四旁等林木的生物量顯著大于林分中林木的生物量。因此，將楊樹分為林分及疏林、散生木和四旁林木兩種類型來(lái)分別估算其碳儲(chǔ)量(疏林、散生木及四旁林木以下統(tǒng)稱“四旁林木”)。

林分的生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)使用《2005中國(guó)溫室氣體清單研究》推薦參數(shù)，見表2。不考慮楊樹各個(gè)組分的密度和碳含量差異，木材密度取378 kg/m3，楊樹含碳系數(shù)取0.496[1]。

由于《森林清查成果》未對(duì)四旁林木劃分齡組，所以，四旁林木的生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)采用林分生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)的平均值，取1.441。依據(jù)Zhou等[42]的研究結(jié)果，在使用林分的生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)估算四旁林木生物量，需要乘以一個(gè)調(diào)整系數(shù)。平均狀態(tài)下，這個(gè)調(diào)整系數(shù)取1.2。

表2 楊樹生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)和根莖比生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)B1B2B3B4B5B1.4461.4961.3691.391.461.441根莖比R1R2R3R4R5R0.2270.2590.2270.1710.2090.149

2.2.2 碳儲(chǔ)量估算的方法

通常森林碳庫(kù)由喬木碳庫(kù)、下木碳庫(kù)、枯落物碳庫(kù)和土壤碳庫(kù)四個(gè)部分組成[22, 26-28, 33, 43]。但是，河南區(qū)域的楊樹栽植方式類似于農(nóng)作物，收獲期較短，一般不超過(guò)15年，下木和枯落物較少，因此，灌木碳庫(kù)和枯落物碳庫(kù)忽略不計(jì)。此外，由于土壤碳庫(kù)相關(guān)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一[14-15, 22, 26-27]，土壤碳庫(kù)也不計(jì)入。碳儲(chǔ)量估算方法見公式(1)～(4)。本研究所述楊樹碳儲(chǔ)量包括地上和地下兩部分。

(1)

T1=F+P

(2)

F=∑Vi×Bi×Ri×D×M

(3)

(4)

2.2.3 楊樹增匯能力估算。

森林增匯是指森林每年吸收CO2的能力，森林的增匯能力是由樹木自身的生長(zhǎng)特性決定的。楊樹年增匯量可以通過(guò)其蓄積生長(zhǎng)率換算得到。依據(jù)《森林清查成果》，2013年楊樹蓄積年增長(zhǎng)率取13.79%[10]。計(jì)算楊樹年固碳增量采用公式(5)，公式(5)可以轉(zhuǎn)化成公式(6)和(7)。公式(8)計(jì)算年固碳量的CO2當(dāng)量，也就是每年吸收CO2的能力。

A1= (∑Vi×G×Bi×Ri×D×M)+

(5)

A1=(F+P)×G

(6)

A1=T1×G

(7)

(8)

式中：G表示蓄積年生長(zhǎng)率，A1表示年增固碳量，A表示年增固碳量的CO2當(dāng)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 楊樹碳儲(chǔ)量

經(jīng)計(jì)算，楊樹總碳儲(chǔ)量38.25 Tg，其中林分碳儲(chǔ)量25.38 Tg，占66.4%，林分平均碳密度28.7 t/hm2；四旁林木碳儲(chǔ)量12.87 Tg，占33.6%。林分分齡組來(lái)看，中齡林碳儲(chǔ)量比重最大，為62.2%；過(guò)熟林占比最小，為0.5%；碳儲(chǔ)量由大到小排序?yàn)橹旋g林>近熟林>成熟林>幼齡林>過(guò)熟林，見表3。換算成當(dāng)量的CO2，楊樹累積固定CO2140.27 Tg，其中林分固定93.07 Tg，四旁林木固定47.19 Tg。

表3 楊樹碳儲(chǔ)量分布Tg合計(jì)林分小計(jì)幼齡林中齡林近熟林成熟林過(guò)熟林四旁林木38.25 25.38 1.05 15.79 7.07 1.34 0.12 12.87

3.2 楊樹增匯能力

經(jīng)計(jì)算，楊樹年增固碳量5.28 Tg，其中林分年增固碳量3.50 Tg；四旁林木年增固碳量1.78Tg。換算成當(dāng)量的CO2，楊樹年吸收CO219.34 Tg，其中林分年吸收12.83 Tg，四旁林木年吸收6.51 Tg。2013年河南全省林木蓄積為2.2億m3[10]，按楊樹的固碳能力來(lái)計(jì)算，全省林木年增固碳量約11.01 Tg，其中楊樹年增固碳量約占48%。

4 結(jié)論和討論

4.1 結(jié)論

本研究采用生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)法估算了河南楊樹的碳儲(chǔ)量和增匯能力。結(jié)果表明，2013年河南楊樹碳儲(chǔ)量38.25 Tg，其中四旁林木碳儲(chǔ)量占總量的33.6%，表明楊樹四旁林木在固碳增匯方面的作用不容被忽視。同時(shí)，從楊樹在各類林木年增固碳量的比重來(lái)看，楊樹在林木固碳增匯、應(yīng)對(duì)氣候變化中扮演著重要作用。

4.2 討論

四旁林木是廣泛分布于農(nóng)林交錯(cuò)地區(qū)的一類景觀類型。不僅有防風(fēng)固沙、減輕自然災(zāi)害、庇護(hù)農(nóng)田的功能[44-47]，同時(shí)在區(qū)域森林及林木碳儲(chǔ)量的構(gòu)成中也占有顯著地位。因此，在農(nóng)林交錯(cuò)地區(qū)，四旁林木的碳匯作用要引起重視。

相較于第七次森林清查[18]，河南楊樹林分的碳儲(chǔ)量和碳密度有了顯著增加，碳儲(chǔ)量由上期24.51 Tg增加到本期的25.38 Tg，增長(zhǎng)3.6%；碳密度由上期的26.6 t/hm2增長(zhǎng)到本期的28.7 t/hm2，增長(zhǎng)7.9%。從兩期的面積來(lái)看，本期面積相較上期減少3.6萬(wàn)hm2，約減少3.9%，這是由于2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)發(fā)生以后，楊樹木材價(jià)格顯著下降，林農(nóng)砍伐楊樹的意愿增強(qiáng)所致。在面積下降的同時(shí)，楊樹碳儲(chǔ)量和碳密度保持增長(zhǎng)，主要是由于楊樹林分主體進(jìn)入生物量快速積累期帶來(lái)的(中齡林面積由上期的44.5%上升到本期的66.2%)。

據(jù)相關(guān)資料顯示，河南省2013年火電發(fā)電量為2 740.4億kW·h[48]，按一個(gè)千瓦時(shí)排放CO2826 g[49]計(jì)算，河南楊樹年吸收的CO2相當(dāng)于當(dāng)年火力發(fā)電CO2排放量的8.1%，河南全部林木年吸收的CO2僅相當(dāng)于2013年河南火力發(fā)電CO2排放量的17.0%，表明河南的生態(tài)環(huán)境承載力還很低。此外，本研究中探討的增匯能力反映的是理論上限?，F(xiàn)實(shí)中，由于每年都有采伐消耗(2009—2013年間楊樹年均消耗8.7%)，所以，現(xiàn)實(shí)中楊樹每年的固碳量?jī)H增加了約5.1%[10]。因此，為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)環(huán)境容量的需求，河南還需要繼續(xù)大力植樹造林，尤其是篩選固碳能力強(qiáng)的樹種推廣栽植。

據(jù)《河南省“十三五”林業(yè)發(fā)展規(guī)劃》顯示，到2020年，河南森林蓄積要比期初凈增3 100萬(wàn)m3[50]。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，楊樹承擔(dān)著重要角色，未來(lái)5年，河南的楊樹資源將逐步進(jìn)入成熟期，面臨大量采伐的狀況。如何解決好林木成熟急需采伐和提高單位面積碳儲(chǔ)量的矛盾，是管理部門需要認(rèn)真思考的問(wèn)題。在擴(kuò)大造林面積的同時(shí)，搞好現(xiàn)有林分的撫育經(jīng)營(yíng)，也是提高單位面積碳儲(chǔ)量的一個(gè)途徑[51,52]。