貴州不同森林植被碳儲(chǔ)量和固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值研究 *

余 娜 丁 波

(1. 貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，貴州 貴陽(yáng) 550005；2. 貴州省林業(yè)科技推廣總站，貴州 貴陽(yáng) 550001；3. 貴州師范學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550018)

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，森林生態(tài)系統(tǒng)中地上部分碳儲(chǔ)量為4.52×1010t，占全球陸地植物地上部分總碳儲(chǔ)量的86%[1]，對(duì)全球碳平衡和氣候變化具有重要意義[2- 3]，森林植被具有明顯的固碳功能，并具有較大的碳匯潛力[1]。森林碳儲(chǔ)量及碳密度研究已成為探討的熱點(diǎn)問(wèn)題[3]。美國(guó)、俄羅斯、加拿大等國(guó)家在森林生態(tài)系統(tǒng)植物對(duì)碳儲(chǔ)量的研究取得較大進(jìn)展[4]，我國(guó)對(duì)森林碳儲(chǔ)量研究起步較晚，方精云等[5]對(duì)我國(guó)陸地植被碳匯、森林植被碳密度和碳儲(chǔ)量[6]及時(shí)空動(dòng)態(tài)[7]進(jìn)行了研究。從省域尺度上，諸多學(xué)者對(duì)廣西[8]、安徽[8- 9]、江蘇[9]、青海[10]、四川[11]、云南[3-12]、福建[13]等省區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量、碳密度、固碳潛力、影響因素及固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行了多方面研究，并取得了豐瑣的成果，為我國(guó)森林森林植被固碳及增匯提供了豐富的數(shù)據(jù)。前人對(duì)貴州省森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量、增匯潛力[14]、碳密度和碳儲(chǔ)量[15]等已進(jìn)行了大量研究，而對(duì)貴州森林植被固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值的估算則甚少。為此，本文基于貴州省第四次二類(lèi)資源調(diào)查的數(shù)據(jù)，分析貴州省幾種森林植被碳儲(chǔ)量和固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值的估算具有重要作用，對(duì)于區(qū)域及國(guó)家尺度上估算森林植被固碳經(jīng)濟(jì)以及加強(qiáng)森林資源可持續(xù)經(jīng)營(yíng)具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

貴州地處云貴高原，為長(zhǎng)江和珠江的上游地區(qū)，屬中國(guó)西南內(nèi)陸腹地，地理位置介于103°36′～109°35′ E，24°37′～29°13′ N之間；全省總面積17.62萬(wàn)km2，其中山地和丘陵面積約占92.50%；氣候?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，1月份平均氣溫3 ℃～6 ℃，7月份22 ℃～25 ℃；年降水量1100～1400 mm；無(wú)霜期長(zhǎng)達(dá)270 d以上；相對(duì)濕度80%；日照時(shí)數(shù)1200～1500 h；地貌屬中國(guó)西南部高原山地，境內(nèi)地勢(shì)西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，最高海拔2900.60 m，最低147.80 m，平均1100 m。野生動(dòng)植物資源豐富，有維管束植物9982種，脊椎動(dòng)物1053種。土壤類(lèi)型多樣，其中：黃壤多集中于中部和東部，黃棕壤西北部分布較多，西南部為紅壤。原生性植被類(lèi)型多為常綠落葉闊葉混交林。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要基于貴州省森林資源二類(lèi)調(diào)查第四次的數(shù)據(jù)，選取了貴州8種主要森林植被類(lèi)型，分別為：杉木(Cunninghamialanceolata)林、馬尾松(Pinusmassoniana)林、柏木(Cupressusfunebris)林、云南松(Pinusyunnanensis)林、華山松(Pinusarmandii)林、軟闊林、硬闊林和闊葉混交林，分別提取其面積、喬木層蓄積、林齡和林組等因子并進(jìn)行分析。

2.2 研究方法

2.2.1 生物量估算方法

森林生物量的估算目前常用的方法主要有模型模擬法、樣地清查法和遙感估算法；本文基于已有的森林資源二類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù)，采用換算因子連續(xù)函數(shù)法[1]，以立木材積數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用李明軍等[15]建立的生物量與蓄積量的回歸模型來(lái)估算不同類(lèi)型森林生物量，計(jì)算公式如下：

B =aV + b

式中：B為單位面積生物量(Mg /hm2) ; V為單位面積蓄積量(m3/ hm2) ; a、b 為參數(shù)，不同植被類(lèi)型生物量與蓄積量的轉(zhuǎn)換參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2.2 碳儲(chǔ)量與碳密度估算方法

喬木、灌木、草本和死地被物幾個(gè)層次組成森林植被的碳儲(chǔ)量組成，數(shù)據(jù)以喬木層植被蓄積量為主，估算時(shí)只計(jì)算喬木層的碳密度和碳儲(chǔ)量[8]。森林碳密度即單位面積森林的碳貯量，是用森林碳貯量與森林面積之比得出[16]。

2.2.3 固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值估算方法

目前，森林固碳效益的計(jì)算有人工固定CO2的成本法、造林成本法、碳稅標(biāo)準(zhǔn)法和根據(jù)變化的碳稅標(biāo)準(zhǔn)法等代表性的貨幣轉(zhuǎn)換參數(shù)[17]。由于計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，考慮因素較多，本研究采用胡峻嶍等[11]的方法計(jì)算，即：森林植被固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值為固碳單價(jià)和森林植被碳儲(chǔ)量的乘積，固碳單價(jià)純碳的價(jià)格[11]為174元/TgC。

表1 不同植被類(lèi)型生物量與蓄積量的轉(zhuǎn)換參數(shù)及含碳率

3 結(jié)果與分析

3.1 不同森林植被類(lèi)型的碳密度

貴州森林植被隨林齡的增加，杉木林、馬尾松林、闊葉混交林、柏木林和華山松林五種植被類(lèi)型碳密度逐漸增大(圖1)，云南松林和軟闊林呈先增后減再增的變化趨勢(shì)，成熟林階段略有減少。硬闊林呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，成熟林到過(guò)熟林階段略有減少；天然林植被隨林齡的增加硬闊林、馬尾松林和闊葉混交林呈逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)。華山松林、云南松林和杉木林呈先增后降低變化趨勢(shì)，近熟林階段為拐點(diǎn)。軟闊林和柏木林無(wú)明顯的變化規(guī)律；人工林植被隨林齡的增加闊葉混交林、華山松林、柏木林、云南松林和馬尾松林呈逐漸增加的變化趨勢(shì)。軟闊林呈先增加后減小的變化，硬闊林呈先增后降再增的變化趨勢(shì)。

注：Y代表幼齡林，Z代表中齡林，J代表近熟林，C代表成熟林，G代表過(guò)熟林；下同。

由圖1可知，貴州主要森林植被類(lèi)型的平均碳密度為25.87 t/hm2，具體表現(xiàn)為KYHJL(34.55 t/hm2)>YKL(33.31 t/hm2)>HSSL(27.95 t/hm2)>BML(26.19 t/hm2)>MWSL(24.21 t/hm2)>SML(23.06 t/hm2)>YNSL(20.94 t/hm2)>RKL(16.77 t/hm2)；天然林的平均碳密度為24.54 t/hm2，以YKL最高(37.07 t/hm2)，其次闊葉混交林(34.90 t/hm2)，以杉木林最低(9.42 t/hm2)；人工林的平均碳密度為24.02 t/hm2，依次為KYHJL(31.74 t/hm2)、HSSL(27.37 t/hm2)、BML(26.02 t/hm2)、YKL(25.09 t/hm2)、MWSL(23.44 t/hm2)、SML(23.06 t/hm2)、YNSL(20.02 t/hm2)和RKL(15.39 t/hm2)。

3.2 不同森林植被類(lèi)型的碳儲(chǔ)量

貴州主要植被總碳儲(chǔ)量(圖2、3)為132.69 TgC，八種植被碳儲(chǔ)量大小為MWSL36.04 TgC(27.16%)>SML 34.61 TgC(26.08%)>YKL 20.30 TgC(15.30%) >RKL 17.52 TgC(13.20%) >KYHJL 12.47 T TgC(9.40%)>BML 4.74 TgC(3.57%)>YNSL 3.51 TgC(2.65%)>HSSL 3.51 TgC(2.65%)；天然林植被碳儲(chǔ)量以YKL18.43 TgC(34.70%)最高，其次為RKL 13.06 TgC(24.59%)，最低為 SML 0.05 TgC(0.10%)；人工林植被碳儲(chǔ)量為依次為SML34.55 TgC(43.43%)>MWSL 29.80 TgC(37.45%)>RKL 4.45 TgC(5.60%)>BML3.33 TgC(4.19%)=HSSL 3.33 TgC(4.19%)>YKL1.87 TgC(2.35%)>YNSL 1.16 TgC(1.45%)>KYHJL 1.08 TgC(1.36%)。

圖2 幾種天然植被面積和碳儲(chǔ)量

圖3 貴州不同植被碳儲(chǔ)量所占比例

3.3 各植被類(lèi)型不同林齡的碳儲(chǔ)量

貴州植被碳儲(chǔ)量不同林齡階段碳儲(chǔ)量差異較大(圖4)。碳儲(chǔ)量隨著林齡的增加YKL、BML和RKL呈逐漸降低的變化趨勢(shì)，KYHJL、YNSL和HSSL呈先增加后逐漸降低的變化，SML呈M型，MWSL呈倒V型；人工林植被碳儲(chǔ)量隨林齡的增加SML也呈M型，MWSL呈倒V型，其他幾種林分基本呈先增后降的變化趨勢(shì)；天然林植被碳儲(chǔ)量隨林齡的增加YKL、BML和RKL呈逐漸降低的變化趨勢(shì)，KYHJL、YNSL和HSSL呈先增加后逐漸降低的變化。

貴州植被碳儲(chǔ)量幼齡林階段以YKL碳儲(chǔ)量最大，為15.02 TgC，其次是BML，為8.60 TgC，最低的是HSSL，為0.15 TgC。馬尾松植被以近熟林階段最大，為14.74 TgC，SML以中齡林階段最大，為11.17 TgC；天然林植被碳儲(chǔ)量幼齡林階段以YKL最大，為18.43 TgC，其次為RKL，為11.39 TgC，最低的是SML，為0.05 TgC。人工林中MWSL近熟林階段最大，13.51 TgC，SML中齡林階段最大，為11.14 TgC。

圖4 貴州幾種植被不同林齡階段碳儲(chǔ)量

3.4 不同森林植被類(lèi)型的固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值

貴州植被總固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值為230.88×108元(圖4)，固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值大小順序與植被碳儲(chǔ)量變化一致，MWSL(62.70×108元)>SML(60.22×108元)>YKL(35.32×108元)>RKL(30.48×108元)>KYHJL(21.69×108元)>BML(8.25×108元)>YNSL(6.11×108元)=HSSL(6.11×108元)；天然林總固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值為92.43×108元，其中：最高的是YKL(32.17×108元)，其次是RKL(22.73×108元)，最低的是SML(0.09×108元)；人工林總固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值為138.46×108元，大小依次為SML(60.13×108元)、MWSL(51.85×108元)、RKL(7.75×108元)、 BML(5.85×108元)、 HSSL(5.85×108元)、 YKL(3.25×108元)、 YNSL (2.01×108元)和KYHJL(1.88×108元)。

圖5 貴州不同植被固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值

貴州植被不同林齡碳儲(chǔ)量存在差異(圖6)，與不同林齡階段貴州植被碳儲(chǔ)量變化一致。其中，YKL、RKL和BML以幼齡林最大，分別為26.13×108元、14.97×108元和5.13×108元；SML、KYHJL、YNSL和HSSL中齡林最大，分別為19.44×108元、10.15×108元、2.55×108元和2.39×108元，MWSL以近熟林所占比例最大，為25.65×108元；天然林在幼齡林階段以YKL和BML最大，分別為32.07×108元和22.73×108元，中齡林階段以KYHJL最大，為9.14×108元；人工林中近熟林以MWSL最大，為23.50×108元，SML在中齡林階段最大，為19.38×108元。

圖6 貴州不同林齡階段植被固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值

4 討論和結(jié)論

本研究依據(jù)貴州省第四次森林資源二類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù)估算結(jié)果顯示，貴州八種植被碳儲(chǔ)量平均碳密度為25.87 t/hm2，高于同期湖南省[18]2014年16.31 t/hm2，低于四川省[19]第8次森林資源清查43.26 t/hm2和廣西[8]55.37 t/hm2，平均碳密度僅為中國(guó)森林植被[8]57.07 t/hm2的45.33%，占世界平均水平86 t/hm2的30.08%[20]，其原因是貴州森林植被構(gòu)成的幼林、中齡林比例大，約占八種植被面積的40.35%，成過(guò)熟林所占比例小，僅為八種植被面積的13.64%所以碳積累較少。八種植被在不同林齡階段碳密度存在較大差異，植被碳密度最大的是KYHJL34.55 t/hm2，其次是YKL33.31 t/hm2，最小的是RKL16.77 t/hm2。天然林中三個(gè)林組(MWSL、YKL和KYHJL)是隨著林齡的增加呈逐漸增大的趨勢(shì)，其余幾種林組碳密度隨林齡的增加呈先增后降和先增后降再增的變化，這與崔高陽(yáng)[21]和郝麗[22]等的研究基本一致。但天然林中SML和HSSL過(guò)熟林碳密度為零，因?yàn)橘F州省森林資源中沒(méi)有這類(lèi)型。表明貴州省森林植被碳儲(chǔ)量有較大的提升空間，為此加強(qiáng)森林經(jīng)營(yíng)，提高林分質(zhì)量，可有效促進(jìn)貴州森林植被碳儲(chǔ)量健康發(fā)展。

本研究中貴州8種主要植被碳儲(chǔ)量132.69 TgC，高于河南2013年[23]森林資源清查所估算值107.98 TgC，低于廣西2012年[24]156.07 TgC和2014年[25]197.00 TgC及2016年[8]746.06 TgC、2014年陜西[26]238 TgC森林植被碳儲(chǔ)量。貴州省植被碳儲(chǔ)量低于同期幾個(gè)省份，一是進(jìn)行估算的植被不是貴州省所有植被的總和，而是選擇了其中八種植被進(jìn)行估算。二是本研究主要涉及的是貴州八種常見(jiàn)植被喬木層植被碳儲(chǔ)量，未包括土壤層、灌草層、凋落物層和根系的碳儲(chǔ)量[8]。三是植被類(lèi)型碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率大小不同，如面積、林齡比例和含碳率等諸多因素形成。八種植被中MWSL、SML、RKL、YKL和KYHJL集中貢獻(xiàn)了貴州森林植被碳儲(chǔ)量的91.13%，BML、HSSL和YNSL的貢獻(xiàn)率相對(duì)較小，由于森林面積和蓄積小所形成，這與蘭秀[8]等研究廣西植被碳儲(chǔ)量相似。

貴州省第四次森林資源二類(lèi)調(diào)查八種植被固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值為230.88億元，森林植被固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值低于同期陜西[27]278.63億元和四川865.75億元，為同期山東[28]83.28億元和河南[29]191.64 億元的2.77倍和1.20倍，存在差異主要與森林面積、蓄積及計(jì)算植被的層次等有關(guān)，表明貴州森林在全國(guó)森林碳匯和固碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值中作出了應(yīng)有貢獻(xiàn)。