基于IPCC法估算森林植被儲碳量技術研究

張立民 任軍 呂夢燕 王曉娜 毛赫

摘 要：森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是陸地上最大的儲碳庫，是重要的碳源和碳匯。估算森林植被碳儲量，有助于編制溫室氣體清單，體現(xiàn)林業(yè)在應對氣候變化中的重要作用。主要介紹了基于IPCC法對森林植被碳儲量進行監(jiān)測和評估的技術。

關鍵詞：IPCC;估算;森林植被;碳儲量

文章編號：1004-7026（2019）23-0077-03? ? ? ? ?中國圖書分類號：S718.5? ? ? ? 文獻標志碼：A

全球氣候變化是當今社會亟待解決的重大生態(tài)環(huán)境問題之一，是全球面臨的重大挑戰(zhàn)，導致全球氣候變化的主要因素是溫室氣體增加[1]。因為CO2濃度快速上升引起的溫室效應，造成森林銳減、土地退化、環(huán)境污染、生物多樣性減少等嚴重生態(tài)問題。全球和區(qū)域碳循環(huán)已成為全球變化研究和宏觀生態(tài)學的核心研究內(nèi)容之一[2]。

陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體是森林，因此森林是最大的陸地碳儲庫?？茖W合理計量與監(jiān)測林業(yè)碳匯及其動態(tài)變化，已成為應對全球氣候變化工作的迫切需要?！禝PCC土地利用、土地利用變化和林業(yè)（LULUCF）優(yōu)良做法指南》和《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》為計量林業(yè)相關活動導的溫室氣體源/匯變化提供了技術指導。

估算森林植被單位面積生物量是通過蓄積量與生物量之間關系獲得的，再通過查閱各種近期文獻資料取得喬木林各樹種消耗率和生長率，估算出森林植被碳密度、碳儲量和年固碳量，開展此技術研究的依據(jù)是IPCC清單法[3]。

1? 估算參數(shù)的涵義和獲得方法

森林碳匯評估中所用到的基本木材密度（SVD）、生物量轉(zhuǎn)化系數(shù)（BEF）、灌木林和經(jīng)濟林平均單位面積生物量、含碳率（CF）等參數(shù)，主要查閱2000年以來國內(nèi)外森林生物量和碳儲量等研究成果基礎上發(fā)表的一系列相關文獻資料，并結合森林資源分布、特征等實際情況，在文獻資料的系統(tǒng)總結、歸納整理的基礎上獲得的[4-5]。

1.1? 樹干材積密度（SVD）

各樹種（組）的SVD主要通過文獻查詢獲得，而針葉混取針葉樹的平均值、針闊混取全部樹種的平均值、闊葉混取硬闊和軟闊的平均值。SVD則根據(jù)各優(yōu)勢樹種（組）蓄積量占全省喬木林總蓄積量的權重進行加權平均而得到。

1.2? 生物量轉(zhuǎn)化系數(shù)（BEF）

BEF值主要根據(jù)收集公開發(fā)表的有關生物量和生產(chǎn)力文獻，計算生物量的擴展系數(shù)，分別獲得某一優(yōu)勢樹種（組）各齡級的BEF，再根據(jù)這一優(yōu)勢樹種（組）各齡級蓄積量的權重，進行加權平均，確定某一優(yōu)勢樹種（組）的BEF。BEF則根據(jù)各優(yōu)勢樹種（組）蓄積量占全省喬木林總蓄積量的權重進行加權平均而得到。

1.3? ?經(jīng)濟林、灌木林平均單位面積生物量

由于森林資源清查資料無法確定灌木林的種類、蓄積等數(shù)據(jù)，而獲得區(qū)域的實際測定數(shù)據(jù)工作量比較大，實際測定周期較長。

因此，建議采用《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》提供的參考值，即經(jīng)濟林為35.21 t/hm2、灌木林為17.99 t/hm2，估算經(jīng)濟林、灌木林平均單位面積生物量。

1.4? 含碳率（CF）

通常情況下，國際上含碳系數(shù)為0.45～0.55。我國學者采用化學分析法、熱分析法、元素分析儀等方法，對部分森林群落組成樹種含碳系數(shù)進行了研究測定，見公式（1）。

式中：CF為含碳率;WS為纖維素含量（%）;Wf為半纖維素含量（%）;Wl為木質(zhì)素含量（%）。

2? ?森林植被碳儲量估算方法

森林植被總碳儲量包括喬木層（林分）碳儲量，散生木、四旁樹、疏林碳儲量和灌木林（含未成林地林木）、經(jīng)濟林、林下灌草層碳儲量，見公式（2）。

式中：C森林為森林總碳儲量（t）;C喬為喬木層總碳儲量（t）;C散四疏為四旁樹、散生木、疏林總碳儲量（t）;C灌/經(jīng)為經(jīng)濟林、灌木林、林下灌木層總碳儲量（t）;C灌草層為林下草本層和灌木層總碳儲量（t）。

2.1? 喬木林碳儲量

森林碳匯的計量方法不同，核算結果也不同，差異很大。

喬木林碳儲量（C喬）的具體估算方法是：利用某一林分類型（按優(yōu)勢樹種（組）計）生物量（包括葉果實、根、枝、干等）與樹干生物量的比值得到生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)（BEF），BEF乘以樹干材積密度（SVD），再乘以該林分類型的總蓄積量，即可得到該類型森林的總生物量。通過上述方法獲得某一喬木林林分類型總生物量后，再乘以該林分類型（按優(yōu)勢樹種（組）計）的含碳率（CF），可得到該喬木林林分類型的總碳儲量，各林分類型總碳儲量累加即為喬木林的總碳儲量。見公式（3）。

式中：Vi為喬木林第i樹種（組）蓄積量（m3）;SVDi為喬木林第i樹種（組）的基本木材密度（t/m3）;BEF全林i為全林生與樹干生物量的比值（無量綱）;i為喬木林優(yōu)勢樹種（組），i=1，2，3，……，n。

2.2? 散生木、四旁樹、疏林（簡稱“散四疏”）碳儲量

對于森林清查資料很難確定散四疏的樹木種類，因此在計算中，生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)（BEF）和樹干材積密度（SVD）以各優(yōu)勢樹種（組）的加權平均值代替，含碳率（CF）按IPCC（政府間氣候變化專門委員會）推薦的平均值0.5計算。

散四疏總碳儲量為散四疏總蓄積乘以生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)（BEF）的加權平均值和樹干材積密度（SVD）的加權平均值，再乘以含碳率（CF）0.5即可，見下式。

式中：V散四疏為散生木、四旁樹、疏林的總蓄積量（m3）;SVD為樹干材積密度的加權平均值（t/m3）;BEF全林為全林生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)的加權平均值。

2.3? ?灌木林、經(jīng)濟林碳儲量

通過灌木林、經(jīng)濟林總面積乘以灌木林平均單位面積生物量，再乘以0.5（IPCC推薦的灌木林、經(jīng)濟林含碳率平均值）即可獲得，其中，灌木林、經(jīng)濟林面積通過森林資源檔案數(shù)據(jù)可以查詢，見下式。

式中：C灌/經(jīng)為總碳貯量（萬t）;A灌/經(jīng)為面積（hm2）;B灌/經(jīng)為灌木林、經(jīng)濟林單位面積生物量，分別為35.21 t/hm2、17.991 t/hm2。

2.4? ?林下灌木層、草本層碳儲量

林下灌木層碳儲量測算方法為：通過標準地法獲得各林型不同林齡林分林下灌木層的單位面積生物量（測算方法見下文），乘以該林分面積，再乘以含碳率0.5（IPCC推薦的灌木林含碳率平均值）即可獲得，見下式。

式中：C下灌木為林下灌木層生物量碳貯量（萬t碳）;Ai，j為喬木林第i樹種（組）第j林齡（組）林分總面積（hm2）;Bi，j為喬木林第i樹種（組）第j林齡（組）林下灌木層平均單位面積蓄積量（t/hm2）;i為喬木林優(yōu)勢樹種（組），i=1，2，3，… …，n;j為各林分的林齡（組），j=1，2，3，4，5。

林下草本層碳儲量測算方法為：通過標準地法獲得各林型不同林齡林分林下草本層的單位面積有機碳含量（測定方法見下文），再乘該林分林下的總面積即可獲得，見下式。

式中：C下草為林下草本層生物量碳貯量（萬t碳）;Ai，j為喬木林第i樹種（組）第j林齡（組）林分總面積（hm2）;GOCi，j為喬木林第i樹種（組）第j林齡（組）林下草本層單位面積有機碳含量（t/hm2）;i為喬木林優(yōu)勢樹種（組），i=1，2，3，… …，n;j為各林分的林齡（組），j=1，2，3，4，5。

林下灌木層和草本層碳儲量之和即為林下灌草層總碳儲量，見下式。

3? ?森林植被碳儲量變化估算方法

森林植被碳儲量變化只考慮了灌木林、經(jīng)濟林、喬木林、散四疏碳儲量增減，而沒有考慮林下灌草層碳儲量的變化，見下式。

式中：△C森林為森林碳儲量變化（t）;△C散四疏為散生木、四旁樹、疏林碳吸收（t）;△C喬為喬木林碳吸收（t）;△C灌/經(jīng)為灌木林、經(jīng)濟林儲碳量變化（t）;△C消耗為活立木消耗碳排放（t）。

3.1? ?喬木林生長碳吸收

各優(yōu)勢樹種蓄積量、年總生長率（R喬木）通過森林資源清查數(shù)據(jù)取得;各優(yōu)勢樹種的BEF全林和SVD是通過文獻資料獲得，見下式。

式中：GRi為喬木林第i樹種（組）蓄積量年生長率（%）。

3.2? 散生木、四旁樹、疏林生長碳吸收

活立木蓄積量年生長率（GR林木）和散四疏總蓄積量（V散四疏）通過森林資源清查數(shù)據(jù)獲得，各優(yōu)勢樹種的加權平均值代替SVD和BEF，見下式。

式中：GR林木為活立木蓄積量年生長率（%）。

3.3? 灌木林、經(jīng)濟林生物量碳貯量變化

灌木林、經(jīng)濟林主要根據(jù)單位面積生物量和灌木林、經(jīng)濟林面積變化來估算碳貯量變化，見下式。

式中：△C灌/經(jīng)為碳貯量變化（萬t）;△A灌/經(jīng)為灌木林、經(jīng)濟林面積年變化（hm2）。

3.4? 活立木消耗碳排放

包括散生木、四旁樹、疏林的活立木總蓄積量（V活立木）由森林資源清查數(shù)據(jù)獲得，見公式（15）～（16）。

式中：CR總為活立木蓄積量年總消耗率（%）;CR采伐為活立木蓄積量年采伐消耗率（%）;CR消耗為活立木蓄積量年枯損消耗率（%）。

4? 森林植被碳儲量變化估算方法的不確定性

任何一種估算森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫及其儲量的方法都會存在系統(tǒng)和隨機誤差，誤差可能來源于3個方面，即小范圍樣地數(shù)據(jù)推算到區(qū)域、原始數(shù)據(jù)本身和轉(zhuǎn)換因子。對于這些誤差，有的可以量化，有的很難量化。通過地面調(diào)查數(shù)據(jù)積累和選用行之有效的方法，可以盡量減少森林碳儲量估算中的誤差。

參考文獻：

[1]孫文，任軍，林玉梅，等.吉林西部森林植被碳匯功能的研究[J].吉林林業(yè)科技，2013，42（2）：14-16.

[2]方精云，郭兆迪，樸世龍，等.1981—2000年中國陸地植被碳匯的估算[J].中國科學D輯：地球科學，2007，37（6）：804-812.

[3]IPCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories[M].UK：Cambridge University Press，2006.

[4]徐新良，曹明奎，李克讓.中國森林生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲量時空動態(tài)變化研究[J].地理科學進展，2007（6）：1-10.

[5]趙明偉，岳天祥，趙娜，等.基于HASM的中國森林植被碳儲量空間分布模擬[J].地理學報，2013（9）：1212-1224.

（編輯：季? 鑫）