甘肅子午嶺林區(qū)碳儲(chǔ)量及其特征

王瓊芳，王家興

（甘肅省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，甘肅 蘭州 730020）

二氧化碳等溫室氣體在大氣層中積累造成全球氣候變暖，是國際社會(huì)公認(rèn)的全球性環(huán)境問題[1-3]。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林通過光合作用將大氣中的二氧化碳固定為生物量[4]，在維護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境和全球碳平衡方面地位極其重要[5-6]。森林碳匯量的變化直接影響著大氣層中二氧化碳濃度，進(jìn)而影響氣候變化和陸地生態(tài)平衡，而且森林碳匯抵消二氧化碳排放已成為國際氣候公約的重要內(nèi)容[3]，森林的碳匯功能成為溫室氣體減排的手段越來越受到人們的重視[7]。研究表明森林碳儲(chǔ)量因受到地形、氣候、土壤特性、林木種類以及林齡等多種因子影響[8]，樹種組成及樹齡是影響森林碳儲(chǔ)量的重要因素[9]。本研究通過估算喬木林、灌木林、疏林地的碳儲(chǔ)量和碳密度，分析不同齡組、起源的喬木林碳儲(chǔ)量分布特征，以期為當(dāng)?shù)厣痔紖R功能研究和森林資源經(jīng)營管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

甘肅子午嶺林區(qū)位于甘肅省東部。子午嶺是涇河?xùn)|源馬蓮河與洛河的分水嶺，呈西北—東南走向，黃土高原丘陵溝壑地貌，海拔1 212～1 756 m，暖溫帶半濕潤氣候。區(qū)內(nèi)年平均氣溫7.4～8.5℃，年平均降水量500～620 mm；土壤類型主要有褐土、黑壚土、黃綿土、草甸土4種，以褐土分布最廣。甘肅子午嶺林區(qū)植被為暖溫帶落葉闊葉林區(qū)域，天然次生林區(qū)，包括溫性針葉林、常綠針葉落葉闊葉混交林、落葉闊葉林。林區(qū)植被垂直分布不明顯，水平分布受地形影響呈現(xiàn)復(fù)雜性。較濕潤的陰坡、半陰坡分布有山楊、樺木、遼東櫟、油松、虎榛子等中生群叢；干旱的陽坡、半陽坡則分布有側(cè)柏、杜梨、榆、山杏、文冠果、狼牙刺、黃背草等旱生中生群叢；干旱瘠薄的梁、峁分布著沙棘、黃薔薇、胡枝子、艾蒿、繡線菊、馬牙草等耐旱群叢。

2 研究方法

研究對(duì)象為喬木林、疏林地、灌木林地。數(shù)據(jù)截至2016年年底，來源于2018年甘肅省林業(yè)碳匯計(jì)量監(jiān)測項(xiàng)目。根據(jù)《甘肅省2018年土地利用、土地利用變化及林業(yè)碳匯計(jì)量監(jiān)測技術(shù)方案》，采用生物量擴(kuò)展因子法（BEF）計(jì)算碳儲(chǔ)量。喬木林、疏林地碳儲(chǔ)量計(jì)算公式：

式中，C喬為喬木林、疏林碳儲(chǔ)量，i為氣候類型，n為氣候類型總數(shù)，j為優(yōu)勢樹種，m為優(yōu)勢樹種總數(shù)，Aij為林地面積，Vij為蓄積量，BCEFij為蓄積量轉(zhuǎn)換為地上生物量的轉(zhuǎn)化和擴(kuò)展系數(shù)，Rij為樹種根莖比，CFij為生物量含碳系數(shù)。甘肅子午嶺林區(qū)優(yōu)勢樹種計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 優(yōu)勢樹種計(jì)算參數(shù)

灌木林地、經(jīng)濟(jì)林地碳儲(chǔ)量計(jì)算公式：

式中，C非喬為灌木林、經(jīng)濟(jì)林生物量碳儲(chǔ)量，Bij為灌木林、經(jīng)濟(jì)林生物量密度參數(shù)，CFij為生物量含碳系數(shù)。

甘肅子午嶺林區(qū)灌木林、經(jīng)濟(jì)林碳儲(chǔ)量按照溫帶大陸性氣候區(qū)計(jì)算。灌木林生物量密度系數(shù)11.93 t/hm2，含碳系數(shù)0.465 0；經(jīng)濟(jì)林生物量密度系數(shù)37.48 t/hm2，含碳系數(shù)0.470 0。

3 結(jié)果與分析

3.1 總碳儲(chǔ)量

計(jì)算結(jié)果顯示，在不同的林地類型中，甘肅子午嶺林區(qū)總碳儲(chǔ)量為740.73萬t，其中喬木林碳儲(chǔ)量最大，灌木林次之，疏林地最小，喬木林與灌木林碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的98.37%（表2）。說明甘肅子午嶺林區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量處于主要地位，在子午嶺碳平衡中作用顯著。

甘肅子午嶺林區(qū)平均碳密度20.85 t/hm2，其中喬木林平均碳密度最大，灌木林平均碳密度略小于疏林地，但占林區(qū)總碳儲(chǔ)量的比例高于疏林地（表2）。說明在評(píng)價(jià)子午嶺林區(qū)碳儲(chǔ)量中，灌木有重要意義，加大對(duì)灌木林碳儲(chǔ)量的研究意義重大。

由表2可見，疏林地碳密度不足喬木林的1/3。說明疏林地碳儲(chǔ)量尚有較大提升空間，加強(qiáng)疏林地管理，促進(jìn)疏林地向喬木林地發(fā)展，對(duì)于提高甘肅子午嶺林區(qū)碳匯水平具有重大積極意義。

表2 甘肅子午嶺林區(qū)總碳儲(chǔ)量與平均碳密度

3.2 喬木林碳儲(chǔ)量

由表3可以看出，在不同的優(yōu)勢樹種中，甘肅子午嶺林區(qū)闊葉混碳儲(chǔ)量最大，為431.60萬t，占林區(qū)總碳儲(chǔ)量的60.45%；櫟類次之；白蠟樹碳儲(chǔ)量最小，僅占總碳儲(chǔ)量的0.03%。闊葉混碳儲(chǔ)量大，占比高，與其面積大有關(guān)。闊葉混、油松、櫟類、針闊混4類優(yōu)勢樹種的碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的91.35%，構(gòu)成了甘肅子午嶺林區(qū)碳儲(chǔ)量主體。落葉松碳密度最大，為39.34 t/hm2；白樺次之；刺槐碳密度最小，不及落葉松碳密度的1/3。

由表3可以看出，在不同齡組的喬木林中，甘肅子午嶺林區(qū)中齡林碳儲(chǔ)量414.62萬t，占總碳儲(chǔ)量的58.07%；過熟林碳儲(chǔ)量最小，占總碳儲(chǔ)量的1.13%。碳儲(chǔ)量大小順序：中齡林＞近熟林＞幼齡林＞成熟林＞過熟林。由此可見，隨著中、幼林森林的發(fā)展，科學(xué)、合理的撫育和管理，子午嶺林區(qū)有很大的碳儲(chǔ)量潛力，碳庫將越來越大。碳密度大小順序：成熟林＞近熟林＞中齡林＞過熟林＞幼齡林。過熟林碳密度低于成熟林，是因?yàn)檫^熟林處于衰退階段，枯死木增加，碳密度降低。

表3 甘肅子午嶺林區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量與碳密度

由表4可以看出，甘肅子午嶺林區(qū)天然喬木林碳儲(chǔ)量594.37萬t，占喬木林碳儲(chǔ)量的83.24%，碳密度24.35 t/hm2；人工喬木林碳儲(chǔ)量119.65萬t，占喬木林碳儲(chǔ)量的16.76%，碳密度18.48 t/hm2。天然喬木林碳儲(chǔ)量是人工林的4.97倍，碳密度是后者的1.3倍?？梢?，甘肅子午嶺林區(qū)碳儲(chǔ)量以天然林為主，同時(shí)人工林在碳平衡方面也具有重要作用。

由表4可以看出，在甘肅子午嶺林區(qū)，天然林碳儲(chǔ)量大的優(yōu)勢樹種依次為闊葉混、櫟類、針闊混、其他硬闊類，其碳儲(chǔ)量合計(jì)占天然林碳儲(chǔ)量的96.91%，表明子午嶺天然林碳儲(chǔ)量以闊葉混、櫟類、針闊混、其他硬闊類為主。人工林碳儲(chǔ)量大的優(yōu)勢樹種依次為針闊混、油松、刺槐，其碳儲(chǔ)量合計(jì)占人工林碳儲(chǔ)量的91.50%，表明子午嶺人工林碳儲(chǔ)量以針闊混、油松、刺槐為主，合理的人工林組成與林齡結(jié)構(gòu)是影響碳匯林業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的重要因素。

表4 不同起源的喬木林碳儲(chǔ)量、碳密度

4 結(jié)論與討論

甘肅子午嶺林區(qū)總碳儲(chǔ)量740.73萬t，平均碳密度20.85 t/hm2，其中喬木林碳儲(chǔ)量714.02萬t，平均碳密度23.12 t/hm2，喬木林是該林區(qū)固碳主體。這與劉艷對(duì)遼寧省森林植被碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化研究中的結(jié)果一致[10]。甘肅子午嶺林區(qū)灌木林碳儲(chǔ)量次于喬木林，在該林區(qū)碳平衡中貢獻(xiàn)不可忽視。

在甘肅子午嶺林區(qū)，天然喬木林中闊葉混、油松、櫟類、針闊混4類優(yōu)勢樹種碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的91.35%，占據(jù)主體地位?？茖W(xué)合理的管理監(jiān)測，有利于子午嶺碳儲(chǔ)量的增加。子午嶺天然林碳儲(chǔ)量高于人工林，因此做好天然林的防護(hù)必不可少。人工林中針闊混、油松、刺槐3類優(yōu)勢樹種碳儲(chǔ)量合計(jì)占人工林碳儲(chǔ)量的91.50%，人工林在碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)方面潛力巨大，在森林培育與經(jīng)營管理過程中，因地制宜，科學(xué)、合理、有序地開展森林經(jīng)營活動(dòng)，營造合理的林分結(jié)構(gòu)，加大人工林的面積，對(duì)于提高子午嶺碳儲(chǔ)量具有重要意義[11]。

甘肅子午嶺林區(qū)碳儲(chǔ)量大小順序：中齡林＞近熟林＞幼齡林＞成熟林＞過熟林，中齡林碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的58.07%。目前，該林區(qū)中、幼林面積大。隨著中、幼林的逐漸成熟發(fā)展，加之對(duì)其科學(xué)、合理的撫育、管理、監(jiān)測，甘肅子午嶺林區(qū)有很大的碳儲(chǔ)量潛力，碳庫將越來越大。碳密度大小順序：成熟林＞近熟林＞中齡林＞過熟林＞幼齡林，即隨著林齡的增加，碳密度逐漸增加，在過熟林時(shí)減少，這與李偉在廣西省的研究結(jié)果的一致[11]，是由于過熟林時(shí)枯死木的增加，碳密度降低。