永康市森林碳儲量估算研究

任立超，余建國，周世水，徐 梁，施鵬程

(1. 永康市林業(yè)技術(shù)和種苗推廣站，浙江 永康 321300；2.龍游縣林場，浙江 龍游 324400；3.開化縣林場，浙江 開化 324300；4. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；5.永康市自然資源和規(guī)劃局，浙江永康 321300)

近年來，對于森林植被碳儲量和碳密度的研究主要集中于國家級[1-3]和省級[4-7]研究，近幾年對該項目縣一級的研究[8-14]也有所增多。永康市地處浙江省中部，森林植被屬中亞熱帶常綠闊葉林，主要植被類型有亞熱帶針葉林、針闊混交林、落葉闊葉林、常綠闊葉林、竹林、經(jīng)濟(jì)林、灌叢和灌草叢、巖生植被等。永康市作為五金產(chǎn)業(yè)集聚群區(qū)域，高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了生態(tài)環(huán)境的破壞，2018年永康市森林資源二類調(diào)查結(jié)果顯示：全市森林覆蓋率為56.62%，低于全省森林覆蓋率59.43%。本研究依據(jù)森林資源二類調(diào)查的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究和評估永康市森林碳儲量和碳密度，旨在為有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境，合理利用森林資源，科學(xué)制定采伐限額提供理論依據(jù)，為全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，確定永康市新增百萬畝國土綠化實施方案提供參考，為推進(jìn)生態(tài)永康建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域和方法

1.1 研究區(qū)域

永康市屬浙東低山丘陵盆地地貌類型，主要有丘陵、平原和低山，分別占44.3%、 38.7%和17.0%。土壤類型主要有紅壤、黃壤、巖性土、潮土和水稻土等5種。 永康市境內(nèi)河道屬錢塘江、甌江兩大流域，主要河道有永康江、南溪、華溪、酥溪等4 條，全市河流總長度1122km。全市建有楊溪、太平、三渡溪三座中型水庫，99座小型水庫，總庫容1.8×108m3。全市擁有木本植物92科283屬687種，其中裸子植物9科21屬39種，被子植物83科262屬648種，全市現(xiàn)有古樹名木1535株。主要造林樹種有馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、木荷(Schimasuperba)、樟(Cinnamomumcamphora)、櫟類(Quercus)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)基于2018年永康市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，將樹種歸為馬尾松、杉木、其他杉類(柳杉Cryptomeriafortunei、水杉Metasequoiaglyptostroboides)、櫟類、木荷、樟硬闊、軟闊八類，詳見表1。所計算的碳儲量和碳密度僅限于喬木層，未包含灌木層和草本層。

按照浙江省森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查技術(shù)操作細(xì)則，本研究將喬木層的齡組按照優(yōu)勢樹種的平均年齡來確定，分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林。

1.3 生物量計算

我國森林生物量和碳儲量的研究始于20世紀(jì)70年代后期[5]，目前生物量的估算方法主要有兩種：一是利用生物量模型和有關(guān)林木測量因子對生物量進(jìn)行估算；二是利用方精云的生物量與蓄積量的轉(zhuǎn)換系數(shù)(BEF)進(jìn)行推算[14]。本文根據(jù)2018年永康市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，采用生物量與蓄積量轉(zhuǎn)換系數(shù)法進(jìn)行全市生物量和碳儲量的估算，即：

B=a×V+b

(1)

式中：B為各森林類型單位面積生物量(t·hm-2)；V為各森林類型單位面積蓄積量(m3·hm-2)；a、b分別為相應(yīng)的生物量和蓄積量轉(zhuǎn)換參數(shù)。采用方精云等[15]測算的我國不同森林類型生物量的基本參數(shù)作為本文生物量和蓄積量的轉(zhuǎn)換參數(shù)，詳見表2。竹林利用單株平均生物量與總株數(shù)之積估算竹林的生物量，單株平均生物量取22.5 kg[16]；經(jīng)濟(jì)林和灌木林采用單位面積生物量乘以總面積，單位面積生物量平均值分別取23.7 t·hm-2、19.76 t·hm-2[16]。

表2 生物量和蓄積量轉(zhuǎn)換模型參數(shù)Tab.2 Parameters for transfer equation of forest biomass and volume森林類型ab樣本數(shù)相關(guān)系數(shù)馬尾松林0.503 4 20.547 0 520.87杉木林0.465 2 19.141 0 900.94其他杉類0.415 8 41.331 8 300.79櫟類1.145 3 8.547 3 120.98木荷林、樟林1.035 7 8.059 1 170.89硬闊林1.178 3 2.558 5 170.95軟闊林0.475 4 30.603 4 160.92

1.4 碳儲量和碳密度計算

本研究基于森林資源二類調(diào)查的數(shù)據(jù)，僅計算喬木層的碳儲量，未包括森林生態(tài)系統(tǒng)中的枯死木、草本層、枯枝落葉層的碳儲量，在得到生物量后，按照目前國際上常用的轉(zhuǎn)換系數(shù)0.5[15]，計算植被碳儲量。植被碳儲量的計算公式如下：

(2)

式中：C為植被碳儲量(Mt)；Bji為第j個小班第i個樹種的生物量[15](t·hm-2)；Aji為第j個小班第i個樹種的面積(hm2)；m為小班個數(shù)；n為樹種數(shù)。

森林植被碳密度即單位面積的碳儲量，采用森林植被碳儲量除以森林面積[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 永康市森林植被碳儲量和碳密度分析

永康市森林面積為59415.14hm2，森林蓄積量為3766168m3，單位面積蓄積量為70.51m3·hm-2。根據(jù)表2的轉(zhuǎn)換系數(shù)和竹林、經(jīng)濟(jì)林、灌木林的換算方法，計算出各森林類型的生物量：全市森林生物量為3155.24×103t，單位面積生物量為53.10t·hm-2，喬木層生物量為3063.71×103t，竹林、經(jīng)濟(jì)林和灌木林生物量分別為3.14×103、39.37×103、49.02×103t；總碳儲量為1577.62×103t，碳密度為26.55t·hm-2(表3)。其中，竹林、經(jīng)濟(jì)林和灌木林三者合計僅占全市總生物量的2.90%，因此本研究主要考慮喬木層的生物量和碳儲量，按照優(yōu)勢樹種進(jìn)行分類，本研究的喬木層主要包括馬尾松林、杉木林、其他杉類、櫟類、木荷林、樟林、硬闊林、軟闊林。

根據(jù)計算，得到不同森林類型的生物量、碳儲量、單位面積生物量和碳密度(表3)。馬尾松林的碳儲量為1275.02×103t顯著高于其他類型，占喬木層碳儲量的83.23%，其次是櫟類林碳儲量(70.44×103t C)，占4.60%，再者是木荷林碳儲量(67.20×103t C)，占4.39%，此三者占喬木層碳儲量的92.19%，是喬木層的主要碳庫?？梢婑R尾松林、櫟類林、木荷林，尤其是馬尾松林在永康市樹種組成中具有絕對優(yōu)勢地位，這3種森林類型面積和碳儲量的變化將直接影響永康市森林碳儲量。

由表3所得：喬木層的碳密度為29.60t·hm-2，略高于李銀等[17]的24.65t·hm-2，這與本研究的碳系數(shù)均采用0.5存在一定關(guān)系。本研究中，木荷林的碳密度最高，為35.52t·hm-2，其他軟闊林的碳密度最低，為25.15t·hm-2，根據(jù)森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，永康市的軟闊主要以人工的苦楝(Meliaazedarace)、泡桐(Paulowiniafortunei)等速生樹種為主，碳密度明顯低于硬闊樹種。這與徐釗等[18]對江蘇省森林植被碳儲量的研究和吳文斌等[6]對福建的碳儲量的研究結(jié)果基本一致。

表3 永康市不同森林類型生物量和碳儲量Tab.3Biomass and carbon storage of different vegetation types in Yongkang County森林類型生物量/(×103 t)單位面積生物量/(t·hm-2)碳儲量/(×103 t)碳密度/ (t·hm-2)馬尾松林2 550.0358.501 275.0229.25杉木林88.9955.3344.5027.67其他杉類3.8367.071.9133.53櫟類林140.8965.1070.4432.55木荷林134.4071.0367.2035.52樟林30.2250.4215.1125.21硬闊林89.1667.4144.5833.70軟闊林26.1950.3013.0925.15經(jīng)濟(jì)林39.3723.7019.6811.85灌木林49.0219.7624.519.88竹林3.140.891.570.45合計3 155.2453.101 577.6226.55

2.2 永康市各森林類型不同齡組碳儲量和碳密度

由表4所得：永康市喬木層各齡組碳儲量占比從高至低依次為近熟林(49.98%)>中齡林(22.74%)>成熟林(18.35%)>幼齡林(8.06%)>過熟林(0.78%)，可見近熟林、中齡林在碳儲量中起主要作用，成熟林與過熟林僅占總碳儲量的19.13%，所占比例不高。這一研究結(jié)果與趙廣琦等[12]對浙江安吉縣的研究結(jié)果基本一致，這與改革開放前期，浙江省處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展期，消耗大量森林資源，后期實施封山育林等措施，更好的保護(hù)了全市森林資源存在一定關(guān)系，因而碳儲量以近熟林和中齡林居多。碳密度隨著林齡的增大而增大(表4)，表現(xiàn)為過熟林(35.03 t·hm-2)>近熟林(29.43 t·hm-2)>中齡林(28.12 t·hm-2)>幼齡林(27.21 t·hm-2)，體現(xiàn)隨著齡組林齡的增大，森林植被質(zhì)量的不斷提高，碳儲能力增強(qiáng)。

表4 永康市不同森林類型各齡組碳儲量和碳密度Tab.4 Carbon storage and carbon density of different age for-est tree types in Yongkang County森林類型生物量/(×103 t)單位面積生物量/(t·hm-2)碳儲量/(×103 t)碳密度/(t·hm-2)馬尾松林22.6931.9411.3415.97杉木林1.2224.240.6112.12其他杉類1.3551.540.6725.77櫟類林117.5261.0058.7630.50幼齡林木荷林19.9158.31 9.9629.15樟林14.6738.39 7.3419.20硬闊林69.1263.5634.5631.78軟闊林 0.4534.10 0.2317.05合計246.9354.42123.47 27.21馬尾松林528.7752.87264.3826.44杉木林15.4449.837.7224.91其他杉類0.7067.310.3533.65櫟類林22.2397.3011.1148.65中齡林木荷林97.1972.6048.6036.30樟林14.6569.89 7.3234.94硬闊林12.6979.67 6.3539.83軟闊林 5.0238.00 2.5119.00合計696.7056.23348.35 28.12

續(xù)表4 永康市不同森林類型各齡組碳儲量和碳密度Continued Tab.4 Carbon storage and carbon density of differ-ent age forest tree types in Yongkang County森林類型生物量/(×103 t)單位面積生物量/(t·hm-2)碳儲量/(×103 t)碳密度/(t·hm-2)馬尾松林1 484.7258.87742.3629.44杉木林24.7753.7212.3826.86其他杉類0.4359.180.2229.59櫟類林0.72106.400.3653.20近熟林木荷林 9.9575.32 4.9737.66樟林 0.70122.84 0.3561.42硬闊林3.8089.00 1.9044.50軟闊林 6.2845.24 3.1422.62合計1 531.37 58.87765.6829.43馬尾松林499.2766.96249.6333.48杉木林43.5559.7421.7729.87其他杉類0.79102.51 0.3951.25櫟類林0.15109.91 0.0754.95成熟林木荷林7.3492.13 3.6746.07樟林0.10110.15 0.0555.07硬闊林3.54106.90 1.7753.45軟闊林 9.0257.71 4.5128.86合計563.75 66.61281.87 33.30馬尾松林14.1569.48 7.0734.74杉木林 4.0268.98 2.0134.49其他杉類 0.56101.22 0.2850.61櫟類林 0.27236.93 0.13118.47過熟林木荷林 0.00 0.00樟林 0.10 0.0550.12硬闊林 0.00 0.00軟闊林 5.4067.44 2.7033.72合計 24.5070.06 12.25 35.03

對于不同森林類型的碳儲量來說，碳儲量第一的馬尾松林的碳儲量從高至低依次為近熟林(742.36×103t)>中齡林(264.38×103t)>成熟林(249.63×103t)>幼齡林(11.34×103t)>過熟林(7.07×103t)，變化趨勢與整個喬木層碳儲量的變化趨勢一致，進(jìn)一步說明了馬尾松林在永康市喬木層中占有的主要地位，在碳儲中發(fā)揮著重要作用；碳儲量第二的櫟類林的碳儲量從高至低依次為幼齡林(58.76×103t)>中齡林(11.11×103t)>近熟林(0.36×103t)>過熟林(0.13×103t)>成熟林(0.07×103t)，主要以天然幼齡林為主，成熟林和過熟林僅為0.20×103t，可見櫟類林主要是后期的天然萌發(fā)，目前以幼齡林為主；木荷林的碳儲量從高至低依次為中齡林(48.60×103t)>幼齡林(9.96×103t)>近熟林(4.97×103t)>成熟林(3.67×103t)>過熟林(0×103t)，木荷林作為主要防火林，目前以中齡林為主；除樟林過熟林的碳密度有所下降外，其他森林類型的碳密度均隨齡組林齡的增大而變大，可見過熟林的碳儲能力增強(qiáng)。除馬尾松林、杉木林、軟闊林的過熟林的樣本數(shù)量比較多外，其他幾種類型過熟林的樣本數(shù)量均較少，這在一定程度上也影響了過熟林碳密度的計算，如櫟類林過熟林的碳密度達(dá)到了118.47 t·hm-2，這與徐釗等[18]的101.19 t·hm-2基本一致。

永康市天然林碳儲量為1 222.38×103t，占總的碳儲量的79.81%。由圖1可以看出，喬木層幼齡林、中齡林、近熟林的碳儲量均為天然林大于人工林，而成熟林和過熟林的碳儲量為人工林大于天然林；永康市天然林碳密度整體表現(xiàn)為成熟林>近熟林>幼齡林>中齡林>過熟林，人工林喬木層碳密度為過熟林>成熟林>中齡林>近熟林>幼齡林，總體呈現(xiàn)隨著林齡增大，碳密度隨之增大的趨勢。(圖1)

圖1 永康市不同起源林分碳儲量和碳密度Fig.1 Carbon storage and carbon density of different forest tree types origin in Yongkang County

3 結(jié)論與討論

依據(jù)2018年永康市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，永康市森林植被總的生物量為3155.24×103t，單位面積生物量為53.10 t·hm-2，總的碳儲量為1577.62×103t，碳密度為26.55 t·hm-2；喬木層生物量為3 063.71×103t，占總生物量的97.10%；馬尾松林作為永康市的優(yōu)勢樹種林，碳儲量為1 275.02×103t，顯著高于其他類型，占喬木層碳儲量的83.23%。研究結(jié)果表明，近熟林、中齡林在碳儲中起主要作用，各齡組碳儲量占比從高到低依次是近熟林>中齡林>成熟林>幼齡林>過熟林；碳密度表現(xiàn)為過熟林>成熟林>近熟林>中齡林>幼齡林。這一研究與李銀等[17]對浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的研究一致，表明隨著齡組林齡的增大，森林植被質(zhì)量的不斷提高，碳儲能力有所增強(qiáng)。永康市天然林碳儲量為1 222.38×103t，占總碳儲量的79.81%；天然林碳密度整體表現(xiàn)為成熟林>近熟林>幼齡林>中齡林>過熟林，人工林喬木層碳密度為過熟林>成熟林>中齡林>近熟林>幼齡林。對于不同森林類型的碳儲量來說，馬尾松林碳儲量表現(xiàn)為近熟林>中齡林>成熟林>幼齡林>過熟林，變化趨勢與整個喬木層碳儲量的變化趨勢相符，這與馬尾松近熟林的面積較大有關(guān)，進(jìn)一步體現(xiàn)了馬尾松林在永康市喬木層中占有主要作用，在碳儲中發(fā)揮著重要作用。

永康市幼齡林、中齡林、近熟林的碳儲量均為天然林大于人工林，說明天然林較人工林有更強(qiáng)的碳儲存能力，天然林占比較大，開展天然林保護(hù)是該市下一步森林經(jīng)營的重點。馬尾松林是喬木層的主要碳庫，說明永康市森林類型分布不均勻，樹種結(jié)構(gòu)單一，近年來受松材線蟲病影響，馬尾松死亡較多，珍貴林、彩葉林的改造勢在必行。永康市林分的構(gòu)成主要以近熟林和中齡林為主，在碳儲中發(fā)揮著重要作用，成熟林和過熟林的碳儲能力已經(jīng)趨于飽和，幼齡林的碳儲能力還會有所提高，而開展森林撫育，促進(jìn)幼齡林成林，將增加永康市森林碳儲能力，則碳匯價值也會隨之增加。