基于森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)的喬木林地上生物量及碳儲量估算分析
——以香格里拉市為例

王繼雄，唐文靜

(1.云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院昆明分院，云南 昆明 650200；2.云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，云南 昆明 650051)

1 引言

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，具有生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益等多種價(jià)值，喬木林是森林資源的最重要組分，準(zhǔn)確估算大尺度上的喬木林生物量是測算區(qū)域森林生物量的前提[1]。通過直接測量(收獲法、平均木法、相對生長法)可準(zhǔn)確地獲取森林生物量數(shù)據(jù)，但是會消耗大量的人力物力，且會對生態(tài)系統(tǒng)造成一定的破壞[2]。而通過生物量模型、生物量估算參數(shù)[3](BEF、BCEF、RSR等)、3S技術(shù)等方法間接估測生物量，省時(shí)省力，在大范圍森林生物量和碳儲量估算中應(yīng)用廣泛。

在對森林生物量及碳儲量進(jìn)行估算時(shí)，常常會用到森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，因?yàn)樯仲Y源調(diào)查的覆蓋范圍大，有較高的準(zhǔn)確度。本文采用單木生物量模型，在香格里拉森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分別以冷杉Abiesfabri、高山松Pinusdensata、云杉Piceaasperata、櫟類QuercusL、云南松Pinusyunnanensis、落葉松Larixgmelinii等喬木林優(yōu)勢樹種為研究對象，通過對估算出的不同優(yōu)勢樹種、齡組以及不同區(qū)域的喬木林生物量及碳儲量作比較和分析，為香格里拉市生態(tài)建設(shè)和森林合理經(jīng)營提供參考。

2 研究區(qū)概況

香格里拉市位于滇西北青藏高原東南部的滇藏川三省區(qū)結(jié)合部，是世界著名的“三江并流”世界自然遺產(chǎn)腹心地帶，更是青藏高原東南緣國家生態(tài)安全的重要屏障。該市地勢高聳，熱量不足，氣溫偏低，屬山地寒溫帶季風(fēng)氣候。具有干濕季分明，四季不明顯，夏秋多雨，冬春干旱的氣候特征。地處云南亞熱帶常綠闊葉林植被區(qū)向青藏高原高寒植被區(qū)過渡地帶，植被分布南北差異明顯，在環(huán)市境的東、南、西三面山體垂直分布完整而典型。按《云南植被》劃分標(biāo)準(zhǔn)，市境內(nèi)分布有10種植被類型，主要類型有溫涼性針葉林、寒溫性針葉林、暖性針葉林、落葉闊葉林、灌叢、草甸等，常見的森林類型有云冷杉林、高山松林、落葉松林、高山櫟林等。

3 數(shù)據(jù)來源和研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查，原則上每10年調(diào)查1次，目的是為了查清森林資源現(xiàn)狀。本研究數(shù)據(jù)來源于香格里拉市2016年第四輪森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，其中記錄了香格里拉市各喬木林小班的優(yōu)勢樹種、蓄積、齡組、權(quán)屬、平均胸徑、平均樹高、林木株數(shù)等信息。

3.2 研究方法

常見的立木生物量模型主要有一元、二元和多元生物量模型，一元生物量模型多選擇林木胸徑作為自變量，二元生物量模型則多選擇胸徑和樹高[4]。本文根據(jù)國家林業(yè)局發(fā)布的《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—冷杉》《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—云杉》《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—櫟樹》《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—云南松》《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—落葉松》《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—冷杉》等林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和王柯人、舒清態(tài)等人對高山松單木地上生物量模型不確定性研究中給出的模型[5]，以及岳彩榮對香格里拉生物量遙感估測研究中的含碳系數(shù)[6]。其中所列的以胸徑、樹高兩個(gè)因子為自變量的二元模型精度要高于以胸徑為自變量的一元模型。因部分模型未給出根莖比函數(shù)，本研究僅按各小班平均胸徑、平均樹高按單木生物量模型推算單株喬木地上生物量，單株生物量與株數(shù)的乘積即為該小班生物量的喬木林地上生物量，碳儲量按地上生物量與該小班優(yōu)勢樹種含碳系數(shù)的乘積計(jì)算。

根據(jù)《云南省香格里拉市森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查報(bào)告》(云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，2016)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因部分樹種立木生物量模型未查詢到有關(guān)資料，將香格里拉喬木林優(yōu)勢樹種按冷杉、高山松、云杉、櫟類、云南松、落葉松等主要優(yōu)勢樹種及其他樹種進(jìn)行歸并。因其他樹種面積、蓄積在全市喬木林中的比例較低，其生物量按主要優(yōu)勢樹種的總蓄積與總生物量的比值進(jìn)行推算，碳儲量按主要優(yōu)勢樹種的總生物量與總碳儲量的比值進(jìn)行推算。香格里拉市主要優(yōu)勢樹種選用立木生物量模型及含碳系數(shù)如表1所示。

表1 香格里拉市主要優(yōu)勢樹種選用立木生物量模型及

表中：MA為地上生物量(單位kg)，D為胸徑(單位cm)，H為樹高(單位m)

4 結(jié)果與分析

4.1 不同區(qū)域喬木林地上生物量及碳儲量分析

如表2所示，依據(jù)香格里拉市2016年森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)測算，香格里拉市喬木林地上生物量總量為73454404 t，碳儲量為36546066 tC，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)喬木林地上生物量及碳儲量分布不均勻。因格咱鄉(xiāng)面積最大，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)喬木林地上生物量及碳儲量最多的也為格咱鄉(xiāng)，地上生物量及碳儲量占比分別達(dá)28.95%、28.88%；五境鄉(xiāng)面積最小，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)喬木林地上生物量及碳儲量最小的也為五境鄉(xiāng)，地上生物量及碳儲量占比僅為3.87%、3.87%。

4.2 不同起源喬木林地上生物量及碳儲量分析

如表3所示，香格里拉市起源為天然的喬木林地上生物量總量為72208153 t，碳儲量為35915618 tC；起源為人工促進(jìn)的喬木林地上生物量總量為727684 t，碳儲量為375974 tC；起源為人工的喬木林地上生物量總量為518567 t，碳儲量為254474 tC。天然林地上生物量及碳儲量在香格里拉市喬木林優(yōu)勢樹種生物量及碳儲量中占絕對優(yōu)勢。

表2 不同區(qū)域喬木林地上生物量及碳儲量

表3 不同起源喬木林地上生物量及碳儲量

4.3 不同優(yōu)勢樹種喬木林地上生物量及碳儲量分析

如表4所示，香格里拉市冷杉林地上生物量為27685326 t，占37.69%、碳儲量13723615 t，占37.55%；櫟類林地上生物量為13369524 t，占18.20%、碳儲量6453486 t，占17.66%；高山松地上生物量13347475 t，占18.17%、碳儲量6918061 t，占18.93%；云杉地上生物量9483410 t，占12.91%、碳儲量4651581 t，占12.73%；云南松地上生物量4739106 t，占6.46%、碳儲量2419788 t，占6.62%；落葉松地上生物量2894369 t，占3.94%、碳儲量1416781 t，占3.88%；其他樹種地上生物量1935194 t，占2.63%、碳儲量962754 t，占2.63%。冷杉、櫟類、高山松與云杉的地上生物量及碳儲量在香格里拉市喬木林優(yōu)勢樹種生物量及碳儲量中占絕對優(yōu)勢。

表4 不同優(yōu)勢樹種喬木林地上生物量及碳儲量

4.4 不同齡組喬木林地上生物量及碳儲量分析

如表5所示，不同齡組喬木林地上生物量及碳儲量總體趨勢隨著齡組的增加而增加，從大到小依次為成熟林、過熟林、近熟林、中齡林和幼齡林。其中成熟林、過熟林和近熟林對香格里拉市喬木林總地上生物量及碳儲量影響較大，生物量分別占總齡組的41.53%，37.09%和14.11%；碳儲量分別占總齡組的41.55%，36.95%和14.22%。

表5 不同齡組喬木林地上生物量及碳儲量

5 討論

本研究主要通過國家發(fā)布的立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)，采用香格里拉市森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)各喬木林小班的優(yōu)勢樹種平均胸徑、平均樹高、林木株數(shù)來估算香格里拉市喬木林地上生物量及碳儲量。研究表明，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位面積喬木林地上生物量及碳儲量有一定差異，但差異不是很大，空間分布上相對均衡；天然喬木林地及以冷杉、櫟類、高山松為優(yōu)勢的喬木林地上生物量及碳儲量在香格里拉市喬木林地生物量及碳儲量中占絕對優(yōu)勢；近、成、過熟林對香格里拉市喬木林總地上生物量及碳儲量影響較大。通過研究還發(fā)現(xiàn)櫟類的生物量轉(zhuǎn)換因子函數(shù)(BCF)與其他樹種生物量轉(zhuǎn)換因子函數(shù)存在明顯差異，其主要原因?yàn)樵颇鲜∷捎玫亩姆e模型(云南省森林調(diào)查常用樹表，1984年編制，編制年代過久)與2016年國家林業(yè)局發(fā)布的《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—櫟樹》中的二元材積模型存在較大差異所導(dǎo)致。因部分樹種的立木生物量模型查詢不到相關(guān)研究資料，本次研究只對喬木林地上生物量進(jìn)行估算，且對部分樹種進(jìn)行了歸并后推算，不可避免會產(chǎn)生一定的誤差，但對全市總生物量及碳儲量估算影響不大。因此利用森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)估算該地區(qū)的生物量及碳儲量可為該地區(qū)喬木林固碳能力和生產(chǎn)力評價(jià)提供參考[7]，也可為該地區(qū)其他方法估測生物量及碳儲量的結(jié)果作為對照，亦可為其他地區(qū)估測生物量及碳儲量提供一定的參照。