2006—2016年昆明市西山林場(chǎng)森林資源碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)分析

陳 潔,李紅旭 ,王維芳

(1.昆明市西山林場(chǎng),云南 昆明 650100；2.東北林業(yè)大學(xué),黑龍江 哈爾濱 150040)

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)。森林生態(tài)系統(tǒng)在維護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境和全球碳平衡方面均起著極其重要和不可替代的作用，因此對(duì)森林地上碳儲(chǔ)量的研究有重要意義[1]。昆明市西山林場(chǎng)的森林資源在改善昆明地區(qū)森林生態(tài)環(huán)境，調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、凈化空氣方面發(fā)揮著積極作用。本文基于2006年、2016年全省第三次、第四次森林資源清查數(shù)據(jù)，對(duì)昆明市西山林場(chǎng)森林資源對(duì)比研究，劃分優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)華山松、柏木、云南松、櫟類(lèi)、桉類(lèi)、油杉、其它硬闊、其它軟闊、樟、楊、杉木 11個(gè)，運(yùn)用生物量擴(kuò)展因子法估算不同森林類(lèi)型、不同起源、不同林齡結(jié)構(gòu)生物量、碳儲(chǔ)量以及碳密度，運(yùn)用Excel按不同林齡組、林型、起源統(tǒng)計(jì)生物量、碳儲(chǔ)量、碳密度，進(jìn)而分析森林對(duì)大氣中二氧化碳的吸收能力以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的凈化作用，并藉此對(duì)林場(chǎng)的經(jīng)營(yíng)管理提出建議。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理概況

昆明市西山林場(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)林場(chǎng))位于昆明市區(qū)的西北面，地理位置介于東經(jīng)102°21′～102°42′,北緯24°59′～25°09′之間。林場(chǎng)經(jīng)營(yíng)總面積為 5 000.4 hm2，分布在西山區(qū)、五華區(qū)和楚雄彝族自治州祿豐縣三個(gè)行政區(qū)(區(qū)縣)。林場(chǎng)經(jīng)營(yíng)范圍南起車(chē)家壁，北至長(zhǎng)蟲(chóng)山，南北跨度17 km；東起春雨路，西至與祿豐縣交界處的武家箐，東西跨度36 km。

林場(chǎng)區(qū)域?qū)儆诘嶂懈咴瓬\切割中山地形，“湖泊高原”盆地面山地貌，山脈呈南北延伸，地形變化不大。氣候?qū)儆诘途暥雀吆０蔚膩啛釒О霛裥约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫14.1℃。絕對(duì)最低氣溫-5.6℃(一月份)，最熱月年平均氣溫不超過(guò)20℃，絕對(duì)最高氣溫31.5℃(五月份)，氣溫年較差一般在10℃左右，氣溫日較差9.4～11.1℃。降雨量隨海拔高度變化，年平均降雨量800～1 200 mm，旱季、雨季分明。

1.2 森林資源狀況及變動(dòng)

2006及2016年森林資源調(diào)查資料表明，林場(chǎng)經(jīng)營(yíng)范圍沒(méi)有變化，林地面積有所增加。有林地面積增加200.1 hm2，比上期增加6.05%，其中，有林地中的純林面積增加721.1 hm2，混交林面積減少569.6 hm2；灌木林面積增加187.2 hm2，比上期增加152.07%，主要為其他灌木林地面積增加。詳見(jiàn)表1。

表1 昆明市西山林場(chǎng)2006—2016年森林資源概況

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2006年森林資源統(tǒng)計(jì)報(bào)告、2016年森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查報(bào)告，林班、小班數(shù)據(jù)，森林分布圖。

2.2 研究方法

2.2.1優(yōu)勢(shì)樹(shù)種生物量估算

運(yùn)用生物量擴(kuò)展因子法建立生物量與蓄積量間的關(guān)系，并采用2013年中華人民共和國(guó)氣候變化第二次國(guó)家信息通報(bào)中公布的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)含碳率、木材密度、擴(kuò)展因子、地下/地上生物量比值參考值，估算林場(chǎng)森林資源中喬木林生物量。

Bt=Vt×D×BEF×(1+R)

(1)

式中：Bt為某一樹(shù)種組(森林類(lèi)型)的總生物量(t);Vt為某一樹(shù)種組(森林類(lèi)型)的總蓄積量;D為某一樹(shù)種組(森林類(lèi)型)的木材密度(td/hm2·m3);BEF為生物量擴(kuò)展因子；R為根莖比。結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2.2碳儲(chǔ)量、碳密度估計(jì)方法

碳儲(chǔ)量取決于生物量和含碳系數(shù)的大小，以各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種不同含碳率、不同地上生物量與地下生物量的關(guān)系，不同的木材密度等角度對(duì)各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳儲(chǔ)量進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而估算林場(chǎng)森林植被碳儲(chǔ)量[3]。

C=Bt×CF

(2)

PC=C/S

(3)

式中：C為某一森林類(lèi)型的森林植被碳儲(chǔ)量(tC);CF為某一樹(shù)種生物量含碳率tC/(td·hm2);PC為碳密度(t/hm2)；S為某一優(yōu)勢(shì)樹(shù)種面積hm2。

表2 云南省主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)基本木材密度、生物量含碳率、生物量擴(kuò)展因子(BEF)地下生物量/地上生物比值參考值

注：參數(shù)來(lái)源于《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”(2003)。

2.2.3經(jīng)濟(jì)林、灌木林及竹林的生物量及碳儲(chǔ)量估算方法

對(duì)經(jīng)濟(jì)林、灌木林及竹林，由于林地復(fù)雜，其儲(chǔ)量無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，在清查數(shù)據(jù)中資料不詳細(xì)，無(wú)法通過(guò)建立生物量與蓄積量的關(guān)系對(duì)其進(jìn)行估算，采用單位面積平均生物量與面積的乘積，再采用生物量乘以生物量含碳率的方法進(jìn)行估算。

經(jīng)濟(jì)林碳儲(chǔ)量= 經(jīng)濟(jì)林單位面積生物量×面積×生物量含碳率

灌木林碳儲(chǔ)量= 灌木林單位面積生物量×面積×生物量含碳率

竹林碳儲(chǔ)量=竹林單位面積生物量×面積×生物量含碳率

我國(guó)經(jīng)濟(jì)林的平均生物量為23.7t/hm2，秦嶺淮河以南的灌木林單位面積平均生物量為19.76 t/hm2，雜竹的平均生物量為47.86 t/hm2。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳儲(chǔ)量、碳密度動(dòng)態(tài)變化

3.1.1不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳儲(chǔ)量、碳密度估算結(jié)果

依據(jù)2006年、2016年全省第三次、第四次森林資源清查數(shù)據(jù),將林場(chǎng)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種分為11個(gè)，對(duì)其生物量、碳儲(chǔ)量、碳密度進(jìn)行了估算，結(jié)果如表3。

總體上，2016年林場(chǎng)森林面積、蓄積比2006年分別增加151 hm2、58 060 m3，碳儲(chǔ)量增加 28 847.93 t。2006年調(diào)查時(shí)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為13個(gè)，2016年調(diào)查時(shí)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為21個(gè)，以云南省主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)基本木材密度(D)、生物量含碳率(CF)、生物量擴(kuò)展因子(BEF)、地下生物量/地上生物比值參考值(R)進(jìn)行劃分，確定11個(gè)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組，對(duì)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的生物量、碳儲(chǔ)量、碳密度進(jìn)行了估算，2016年碳密度均大于2006年，各樹(shù)種組除云南松、其它硬闊有所下降，其它樹(shù)種均不同程度上升，增加最多的是柏樹(shù)、桉樹(shù)(圖1)。

表3 各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種2006—2016年面積、蓄積、碳儲(chǔ)量、碳密度

圖1 各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組碳密度、碳儲(chǔ)量對(duì)比

3.1.2不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳儲(chǔ)量、碳密度分析

由于各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的生長(zhǎng)特點(diǎn)、木材密度不同，使得其碳儲(chǔ)量、碳密度存在差異(圖1)。2006年，11個(gè)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組碳密度為15.34～47.44 tC/hm2，相差值31.1 t；柏樹(shù)碳密度最高。2016年，11個(gè)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組碳密度為13.40～51.31 tC/hm2，相差值37.91，桉樹(shù)碳密度最高。

碳儲(chǔ)量的變化與面積有相關(guān)性，相比2006年，2016年云南松、華山松、桉樹(shù)、其它硬闊面積減少，云南松、其它硬闊、華山松碳儲(chǔ)量有所下降，但是桉樹(shù)面積也下降，碳儲(chǔ)量卻增加。相比2006年，2016年碳儲(chǔ)量增長(zhǎng)顯著的有柏樹(shù)、櫟類(lèi)、其它軟闊。

3.2 不同起源林分碳儲(chǔ)量、碳密度動(dòng)態(tài)變化

3.2.1林分起源對(duì)碳儲(chǔ)量、碳密度的影響

2006年碳儲(chǔ)量，天然林為 51 798.81 t，人工林為 36 061.55 t；2016年，天然林碳儲(chǔ)量為 58 669.61 t，比2006年增長(zhǎng)了 6 870.8 t，人工林碳儲(chǔ)量為 58 038.68 t，增加了 21 977.13 t，增加量最大。2016年天然林面積減少128.6 hm2，碳儲(chǔ)量卻增加了 6 870.8 t; 人工林面積增加279.5 hm2,碳儲(chǔ)量增加21 977.13 t(表4)。

3.2.2林分不同起源碳儲(chǔ)量、碳密度分析

天然林、人工林碳密度差異不顯著，與2006年相比，碳密度分別增加了51.6 tC/hm2、49.63 tC/hm2。2006年，總碳儲(chǔ)量為 87 860.36 t，天然林占比為59%，人工林占比為41%；2016年，天然林總碳儲(chǔ)量為 116 708.29 t，比2006年增長(zhǎng)了6 870.8 t，人工林碳儲(chǔ)量占比為50%，相比2006年增加了 21 977.13 t，比例增加值最大。天然林碳儲(chǔ)量為 58 669.61 t，相比2006年增加了 6 870.8 t，占2016年總碳儲(chǔ)量的50%(圖2)。

表4 林分不同起源生物量、碳儲(chǔ)量、碳密度對(duì)比

圖2 不同起源林分碳密度、碳儲(chǔ)量對(duì)比

3.3 不同林齡碳儲(chǔ)量、碳密度動(dòng)態(tài)變化

3.3.1不同林齡碳儲(chǔ)量、碳密度估算

2016年，幼齡林碳儲(chǔ)量相比2006年下降了 13 212.82 t,原因?yàn)橛g林面積下降了620 hm2，中齡林、近熟林、成熟林、過(guò)熟林面積分別增加146.2 hm2、175 hm2、338.8 hm2、110.9 hm2，碳儲(chǔ)量也相應(yīng)增加，中齡林>成熟林>近熟林>過(guò)熟林，碳儲(chǔ)量增加與面積增加成正比關(guān)系(表5)。

表5 各林齡2006—2016面積、蓄積、碳儲(chǔ)量、碳密度變化

3.3.2不同林齡面積、碳儲(chǔ)量、碳密度分析

總體上來(lái)說(shuō)，碳密度隨著林齡增加而增長(zhǎng)。2016年碳儲(chǔ)量相比2006年顯著增加，與林分生長(zhǎng)有直接關(guān)系。現(xiàn)階段西山林場(chǎng)幼齡林、中齡林分別占森林面積的26%、45%，隨林齡結(jié)構(gòu)的變化，碳密度、碳儲(chǔ)量將逐年增加(圖3)。

3.4 不同林分類(lèi)型面積、碳儲(chǔ)量、碳密度

3.4.1不同林分類(lèi)型面積、碳儲(chǔ)量、碳密度估算

喬木林碳儲(chǔ)量2016年比2006年增加 22 912.3 t；針葉林面積增加了167.9 hm2，碳儲(chǔ)量增加 16 143.33 t；闊葉林面積增加552.2 hm2，碳儲(chǔ)量增加 26 051.33 t；混交林面積下降了569.6 hm2，碳儲(chǔ)量減少 22 912.09 t。闊葉林碳儲(chǔ)量增加明顯。針葉林、闊葉林碳密度增加顯著，相比2006年，2016年分別增長(zhǎng)了8.84 tC/hm2、9.65 tC/hm2(表6)。

3.4.2不同林分類(lèi)型碳儲(chǔ)量、碳密度變化

2006—2016年十年間，林場(chǎng)有林地面積凈增200.1 hm2，森林蓄積增加 58 050 m3。碳儲(chǔ)量2016年達(dá)到 111 530.27 t，相比2006年的 86 299.63 t，森林碳儲(chǔ)量增加了 25 230.64 t，比2006年增加了23%，呈增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖4)。

2006年總碳儲(chǔ)量86 299.63 t，2016年總碳儲(chǔ)量 111 530.27 t，增加 25 230.64 t，每年碳儲(chǔ)量增加 2 523 t。2006年總碳儲(chǔ)量中，針葉林占28%，闊葉林16%，混交林54%，經(jīng)濟(jì)林0.7%，灌木林1.3%。2016年總碳儲(chǔ)量 111 530.27 t，比2006年增加了23%。其中，針葉林碳儲(chǔ)量 40 144.45 t，相比2006年增加 16 143.33 t(圖4)；2016年碳儲(chǔ)量中，針葉林占36%，闊葉林36%，混交林24.4%，經(jīng)濟(jì)林1%，灌木林2.6%。

圖3 各林齡林分碳儲(chǔ)量、碳密度對(duì)比

表6 不同森林類(lèi)型2006—2016面積、蓄積、碳儲(chǔ)量、碳密度對(duì)比

圖4 2006年與2016年各森林類(lèi)型碳儲(chǔ)量對(duì)比

4 結(jié)論與討論

1)各森林類(lèi)型碳儲(chǔ)量的變化與相應(yīng)的面積變化成正比，面積增加則碳儲(chǔ)量相應(yīng)增加；碳密度與林齡成正相關(guān)關(guān)系。

2)林場(chǎng)森林資源年齡結(jié)構(gòu)較為年輕，幼、中齡林面積、碳儲(chǔ)量所占比重大。隨著林齡結(jié)構(gòu)的變化，中齡林、近熟林將不斷增加，碳儲(chǔ)量、碳密度相應(yīng)增長(zhǎng)，因此昆明市西山林場(chǎng)的森林資源是一個(gè)潛在碳庫(kù)。

3)近年來(lái)林場(chǎng)加大了人工造林力度，森林資源得到了合理保護(hù)，增大了闊葉樹(shù)種的種植面積，森林碳儲(chǔ)量逐年增加，闊葉林碳儲(chǔ)量增加顯著,森林所提供的生態(tài)效益隨之提高。