黑龍江省森林碳儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)變化分析

孫輝祥，宋 玥，孫智勇

（東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱150040）

1 引言

自《京都協(xié)議書(shū)》的簽訂以來(lái)，全世界范圍內(nèi)碳金融領(lǐng)域也隨之蓬勃發(fā)展。碳匯作為碳金融的重點(diǎn)內(nèi)容之一，主要是指陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收并儲(chǔ)存的二氧化碳的多少。根據(jù)德國(guó)全球變化咨詢委員會(huì)的估算，森林碳匯在陸地生態(tài)系統(tǒng)二氧化碳的總儲(chǔ)量中占比最大[1]，同時(shí)造林再造林的清潔發(fā)展機(jī)制（CMD）項(xiàng)目也逐漸受到了各國(guó)的重視。因此森林碳儲(chǔ)量的變化作為森林碳匯的重要因素、CMD 項(xiàng)目的重點(diǎn)問(wèn)題，其價(jià)值愈發(fā)重要。自20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，全世界范圍內(nèi)的專家學(xué)者都對(duì)森林碳匯進(jìn)行了大量調(diào)查研究，但是不同區(qū)域都有著各自的特點(diǎn)不能一概而論，所以區(qū)域森林碳匯的估算便顯得尤為重要。

黑龍江省作為全國(guó)最大的重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)，擁有著豐富的森林碳匯資源，因此對(duì)全國(guó)森林碳匯的影響更加深遠(yuǎn)。目前對(duì)森林碳儲(chǔ)量的估算方法主要包括以下三種：生物量法、渦度相關(guān)法以及模型模擬法[2]。本文主要采用生物量法對(duì)黑龍江省的森林碳儲(chǔ)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

2.1.1 森林生物量的估算

目前對(duì)于森林生物量的估算方法主要有直接收獲法和模型估算法兩種，因前者需要耗費(fèi)大量的人力物力，所以目前主要以模型估算法中的生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法為主。不同的森林種類、氣候條件等因素對(duì)森林蓄積量的影響是不同的，但是我國(guó)學(xué)者方精云等人[3]通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了不同類型的森林種類的森林生物量和林分蓄積量之間存在著一定的關(guān)系

針對(duì)于喬木林生物量的計(jì)算：

其中：B 為某一樹(shù)種的單位面積林分生物量（t/hm2），V 為某一樹(shù)種單位面積林分蓄積量（m3/hm2），a 和b 為參數(shù)。林分生物量指的是林木的活生物量，其中包括地上生物量（樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉和樹(shù)皮等）以及地下生物量（樹(shù)根），但并不包括森林生態(tài)系統(tǒng)中的灌木層、草本層、枯枝落葉層、森林土壤層以及枯死木等生物量。根據(jù)各專家學(xué)者的調(diào)查研究[4-7]，本文將其參數(shù)取值整理如表1，對(duì)于暫無(wú)明確轉(zhuǎn)換模型參數(shù)的樹(shù)種以近似樹(shù)種進(jìn)行替代。

針對(duì)于經(jīng)濟(jì)林生物量的計(jì)算：

其中：S 為某一樹(shù)種的面積，c 為平均生物量密度。根據(jù)方精云等人的調(diào)查，c取23.7Mg/hm2。

2.1.2 森林碳儲(chǔ)量的估算

目前，國(guó)際上針對(duì)森林碳儲(chǔ)量的具體估算方法通常使用森林生物量乘以生物碳含量計(jì)算得到。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)推薦的生物碳含量參數(shù)為0.5，但是不同的樹(shù)齡、樹(shù)種之間含碳量各不相同，同時(shí)對(duì)于所有樹(shù)種均采用固定含碳系數(shù)也會(huì)造成很大程度的誤差。為了提高精度、縮小誤差，本研究中生物碳含量前人已有研究成果[8-9]中各樹(shù)種含碳率為依據(jù)進(jìn)行測(cè)算,對(duì)于尚未建立含碳率模型的樹(shù)種，使用近似樹(shù)種或地區(qū)樹(shù)種平均值進(jìn)行替代，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要采用黑龍江省第六次（1999—2003年）；第七次（2004—2008 年）；第八次（2009—2013 年）連續(xù)三次森林資源清查資料，由于在第六次森林資源清查中，喬木林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種數(shù)據(jù)未將天然林和人工林進(jìn)行分開(kāi)統(tǒng)計(jì)，因此采用天然林、人工林面積之和進(jìn)行分析。且黑龍江省緯度較高不適宜竹林生長(zhǎng)，因此將喬木林和經(jīng)濟(jì)林作為森林類型分析對(duì)象。經(jīng)濟(jì)林以喬木經(jīng)濟(jì)林為主，因此將其計(jì)入喬木林中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表1 優(yōu)勢(shì)樹(shù)種參數(shù)

3 估算結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1 數(shù)據(jù)分類思路

由于本文采用的數(shù)據(jù)中對(duì)于森林類型的劃分采用了林型，林齡，起源方式等多重劃分標(biāo)準(zhǔn)，因此估算采用了類似的劃分思路進(jìn)行分析，以尋找出碳儲(chǔ)量及密度較高的樹(shù)種及林齡段。

3.2 不同林型的碳儲(chǔ)量及碳密度

根據(jù)第六次到第八次全國(guó)森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得出黑龍江省不同種類、不同時(shí)期的森林碳儲(chǔ)量及密度，具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。據(jù)估算，黑龍江省森林碳儲(chǔ)量總量由2003年的587.71Tg 增加到2008 年的615.75Tg，增量為28.03Tg，同比增長(zhǎng)4.77%；又增加到2013 年的688.57Tg，增加量為72.82Tg，同2008 年比增長(zhǎng)了11.8%。由此可見(jiàn)，黑龍江省森林碳儲(chǔ)量處于逐年增加趨勢(shì)，碳匯能力也逐年增強(qiáng)。從結(jié)構(gòu)占比上來(lái)說(shuō)，黑龍江省碳儲(chǔ)量以喬木林為主，近三次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，黑龍江省喬木林碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的99.9%，99.74%，96.11%，總體來(lái)說(shuō)呈下降趨勢(shì)，其碳密度自2008 年起呈增加趨勢(shì)；而經(jīng)濟(jì)林比重由0.1%上升到3.89%，但是在碳密度方面仍然與喬木林有一定差距。

3.3 不同林齡喬木林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的碳儲(chǔ)量及碳密度

不同的樹(shù)種根據(jù)林齡不同可以劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林以及過(guò)熟林五種。由于黑龍江省樹(shù)種繁多，將作為研究對(duì)象的二十余種樹(shù)種三次請(qǐng)查數(shù)據(jù)逐一列出過(guò)于繁冗，因此選擇了每種樹(shù)齡在各次清查中排名靠前的樹(shù)種進(jìn)行比較研究，其中碳儲(chǔ)量相近的樹(shù)種則在括號(hào)內(nèi)標(biāo)注（見(jiàn)表3）。

在近三次黑龍江省森林清查中中齡林的碳儲(chǔ)量占的比重最大，占喬木林總碳儲(chǔ)量的42.75%～46.78%，近熟林碳儲(chǔ)量占喬木林總碳儲(chǔ)量的比重為22.26%～27.12%，成熟林碳儲(chǔ)量占喬木林總碳儲(chǔ)量的比重為10.28%～13.46%，幼齡林碳儲(chǔ)量占喬木林總碳儲(chǔ)量的比重為9.47%～10.45%，過(guò)熟林碳儲(chǔ)量占喬木林總碳儲(chǔ)量比重為6.90%～10.28%；根據(jù)不同林齡占喬木林總碳儲(chǔ)量的比重排序?yàn)椋褐旋g林＞近熟林＞成熟林＞幼齡林＞過(guò)熟林。

從變化趨勢(shì)上進(jìn)行分析，中齡林、成熟林在近三次統(tǒng)計(jì)中總量占比呈下降趨勢(shì)，共計(jì)下降了4.02%和3.04%，近熟林、過(guò)熟林、幼齡林總量占比呈上升趨勢(shì)，共計(jì)上升了4.86%、2.09% 和0.12%；根據(jù)近三次統(tǒng)計(jì)不同林齡碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)排序?yàn)椋航炝郑具^(guò)熟林＞幼齡林＞成熟林＞中齡林。

在第六次清查中可以看見(jiàn)，落葉松除了在近熟林這一林齡段沒(méi)有排入前三外，在其他林齡的分類中一直處于碳儲(chǔ)量最高的地位，而在第七次與第八次的清查數(shù)據(jù)的各林齡段中其碳儲(chǔ)量排名也位居前列。櫟類與闊葉混的碳儲(chǔ)量雖然有波動(dòng)但也排名靠前，值得注意的是，在三次的清查數(shù)據(jù)中櫟類與樺木在中齡林的碳儲(chǔ)量十分接近，因此也將其列入排名之中（表4）。

不同的林齡在碳密度方面也存在顯著差異，總的來(lái)說(shuō)，近熟林和過(guò)熟林的碳密度較大，幼齡林的碳密度較小，在第八次清查結(jié)果中不同林齡的碳密度按大小排序?yàn)椋哼^(guò)熟林＞近熟林＞中齡林＞成熟林＞幼齡林。

根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行排列分析，由于第六次清查數(shù)據(jù)中樹(shù)種較少，因此增加了后面兩次清查數(shù)據(jù)的排行以增加可比性，并反映出第六次清查數(shù)據(jù)中碳密度較高樹(shù)種的變化趨勢(shì)。

碳密度作為單位面積碳儲(chǔ)量的指標(biāo)，拋開(kāi)了面積的影響，在幼齡林中，第八次清查中的楓樺與櫟類的碳密度最高，第六次的數(shù)據(jù)中碳密度最高的樟子松在后兩次的清查數(shù)據(jù)中顯得十分普通，卻在中齡林的碳密度中排名靠前，可能是由于樹(shù)齡增長(zhǎng)而沒(méi)有幼齡樟子松的緣故，中齡林中櫟類的碳儲(chǔ)密度也處于較為穩(wěn)定的地位。實(shí)際上三次清查數(shù)據(jù)中，櫟類在各林齡段的碳密度均處于前列，在中齡林中，水胡黃碳密度也大；在近熟林中，除去櫟類外，其他碳密度較高的樹(shù)種排名波動(dòng)較大，成熟林中，針葉松、紅松等松類碳密度較高；在過(guò)熟林中，樟子松、針葉混碳密度較高，落葉松排名波動(dòng)比較劇烈，但總體數(shù)值卻比較穩(wěn)定。

3.4 不同起源喬木林中優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的碳儲(chǔ)量與碳密度

根據(jù)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可得第七、八次森林資源清查中不同起源喬木林中優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的碳儲(chǔ)量與碳密度，見(jiàn)表8。從總體上進(jìn)行分析，第七次森林資源清查中碳儲(chǔ)量總量為1 247.81Tg，第八次森林資源清查中碳儲(chǔ)量總量為1 346.20Tg，同比上漲了7.89%；從起源上進(jìn)行分析，天然林碳儲(chǔ)量占碳儲(chǔ)量總量的比重最大，兩次統(tǒng)計(jì)分別占91.77%和90.78%，人工林碳儲(chǔ)量?jī)纱谓y(tǒng)計(jì)占比分別為8.23%和9.22%；從樹(shù)種方面進(jìn)行分析，在天然林中平均碳密度較高的樹(shù)種依次為櫟類、樟子松、紅松和水胡黃，在人工林中平均碳密度較高的樹(shù)種依次為樟子松、水曲柳和闊葉混。

表2 不同類型、不同時(shí)期的森林碳儲(chǔ)蓄及密度

表3 碳儲(chǔ)蓄排行

表4 碳密度排行

4 總結(jié)與討論

4.1 研究結(jié)論

黑龍江省森林碳儲(chǔ)量自第六次全國(guó)森林資源清查中的587.71Tg提高到第八次的688.57Tg，同比增長(zhǎng)17.16%，根據(jù)李奇等人[10]的研究，第八次全國(guó)森林資源清查全國(guó)森林植被碳儲(chǔ)量為6 135.68T，黑龍江省的森林碳儲(chǔ)量占全國(guó)碳儲(chǔ)量的12%，其中不同森林類型固碳能力差異顯著，喬木林作為黑龍江省碳儲(chǔ)備量最大的植被類型，喬木林碳儲(chǔ)量在三次清查中占比有下降趨勢(shì)，但絕對(duì)量卻在上升。不同類型喬木林植被碳儲(chǔ)量差異顯著，其中闊葉混、落葉松、櫟類等樹(shù)種為黑龍江省森林碳儲(chǔ)量主要貢獻(xiàn)樹(shù)種，在第八次清查中合計(jì)占黑龍江省喬木林碳儲(chǔ)量62.17%。黑龍江省喬木林從林齡的角度分析，中齡林和近熟林占了絕大多數(shù)，兩者碳儲(chǔ)備量之和占黑龍江省喬木林植被碳儲(chǔ)備量65%～73.9%。

在第八次全國(guó)森林資源清查中，全國(guó)森林植被碳密度為37.28Mg/hm2，黑龍江省的森林碳密度為31.44Mg/hm2，其中喬木林的碳密度也最高，為33.94Mg/hm2，不同類型的喬木林之間差異也十分明顯，在天然林中平均碳密度較高的樹(shù)種依次為櫟類、樟子松、紅松和水胡黃，在人工林中平均碳密度較高的樹(shù)種依次為樟子松、水曲柳和闊葉混。

4.2 結(jié)果討論

森林碳儲(chǔ)量對(duì)與森林碳匯的影響至關(guān)重要，同時(shí)也對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)有著不可替代的作用。定期的森林資源清查對(duì)森林碳匯的估算起到了關(guān)鍵性作用，對(duì)清查結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析也顯得尤為重要。

黑龍江省森林絕對(duì)面積的上升說(shuō)明黑龍江省近年來(lái)封山育林等政策對(duì)森林質(zhì)量的提高有著明顯的幫助。碳儲(chǔ)量作為一個(gè)總數(shù)據(jù)，在優(yōu)先重點(diǎn)保護(hù)的樹(shù)種選擇上有重要指導(dǎo)作用，這將保證黑龍江的碳儲(chǔ)總量在兼顧林產(chǎn)品開(kāi)發(fā)使用的同時(shí)不會(huì)造成劇烈波動(dòng)，而碳密度去除了面積的影響，在擴(kuò)增新樹(shù)林的樹(shù)種選擇上兼顧生態(tài)平衡，將使在有限面積上獲得最大的碳儲(chǔ)量。黑龍江省在碳儲(chǔ)量方面應(yīng)當(dāng)優(yōu)先保護(hù)中齡林與近熟林，并在木材砍伐等方面盡量避免這一林齡段的樹(shù)種，并保護(hù)落葉松、櫟類、闊葉混、白樺等樹(shù)種以保證碳儲(chǔ)量總量不會(huì)有太大波動(dòng)，且需要加強(qiáng)對(duì)這一類樹(shù)種幼苗的撫育，不斷提升其蓄積量，增加碳儲(chǔ)量。而對(duì)于新的經(jīng)濟(jì)林的培育，應(yīng)當(dāng)在兼顧經(jīng)濟(jì)利益與生態(tài)平衡的情況下，優(yōu)先選擇楓樺、樟子松、水曲柳、櫟類等碳密度較高的樹(shù)種，將有限的面積最大化地用于增加碳儲(chǔ)量。

雖然天然林在碳儲(chǔ)量和碳密度方面均優(yōu)于人工林，但是近年來(lái)天然林碳密度有下降趨勢(shì)，該趨勢(shì)的影響因素眾多，還有待專家學(xué)者進(jìn)一步分析。

本研究主要采用生物量法進(jìn)行估算，因此會(huì)產(chǎn)生一定程度的誤差。在參數(shù)選擇方面，本文選取的蓄積量）—生物量轉(zhuǎn)換參數(shù)（a 和b）取值在測(cè)算建模時(shí)可能會(huì)有一定差異，不同地區(qū)、不同時(shí)期、不同方法條件下計(jì)算出來(lái)的參數(shù)是不同的。其次，由于目前研究有限，一些樹(shù)種尚未建立估算模型，因此只能選擇相近參數(shù)進(jìn)行分析，但是在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。同時(shí)在對(duì)經(jīng)濟(jì)林進(jìn)行估算時(shí)，采用了平均生物量方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，不同環(huán)境下平均生物量不同，本文選取了全國(guó)平均水平，會(huì)產(chǎn)生一定程度上的不確定性，為了提高精度需要進(jìn)一步對(duì)不同種類的平均生物量分區(qū)研究。最后，由于含碳量的取值不同，可能會(huì)造成對(duì)于同一樹(shù)種進(jìn)行計(jì)算時(shí)的結(jié)果產(chǎn)生差異，并且本文計(jì)算過(guò)程忽略了地下植被及枯落物層碳儲(chǔ)量的模擬，也會(huì)對(duì)碳儲(chǔ)量和碳密度產(chǎn)生一定程度的影響。