青島市主要樹種含碳量及森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量變化分析

趙蕓 　趙文濤 　楊寧　齊明霞　閆然　逄晨

摘要：? 基于實測的青島市7個主要樹種各組分的含碳量，以青島市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)和森林資源管理“一張圖”數(shù)據(jù)為基礎，依據(jù)森林碳儲量的計算方法，對青島市森林生態(tài)系統(tǒng)不同時段的碳儲量進行計算。結(jié)果表明：含碳量最高的樹木組分為樹葉，針葉樹種的平均含碳量高于闊葉樹種，各樹種平均含碳量在0.5左右;青島市森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量總量大，增長速度明顯。

關(guān)鍵詞：? 青島市;? 樹種含碳量;? 森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量

中圖分類號：? ?S 718. 55? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2022）03 - 0054 - 04

隨著CO2等溫室氣體排放量的逐年增加，其所產(chǎn)生的影響已對人類社會造成嚴重威脅。為此，世界各國正以全球協(xié)約的方式減排溫室氣體，我國也在第七十五屆聯(lián)合國大會中提出CO2排放量要力爭于2030年前達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和。相對于工業(yè)減排，森林固碳成本低且具有多種生態(tài)功能，是世界各國應對氣候變化的重要方法之一。森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，每年固定的碳約占整個陸地生態(tài)系統(tǒng)的2/3，在減緩溫室效應、調(diào)節(jié)全球碳平衡等方面具有極其重要的作用。目前，森林生態(tài)系統(tǒng)與碳循環(huán)的關(guān)系已成為研究熱點，尤其在當下，國家生態(tài)文明建設整體布局納入“碳達峰、碳中和”的新概念，并在此后將全面推行綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，也對林業(yè)發(fā)展和生態(tài)建設提出了更高的要求。青島作為我國北方重要的海濱城市，是同緯度地區(qū)中植物種類最多、組成植被建群種最多的地區(qū)，在森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和應對區(qū)域氣候變暖過程中發(fā)揮著重要作用。

目前，森林碳儲量測算方法主要有生物量法、蓄積量法、生物量清單法、微氣象學法、箱式法、模型模擬法以及穩(wěn)定性同位素法等。本文通過干燒法測定了青島市7類主要樹種各器官及根圍土壤含碳量，并通過蓄積法對青島市森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量進行了計算，以期為青島市森林經(jīng)營與科學管理、GEP核算和森林貢獻分析以及生態(tài)價值實現(xiàn)機制提供基礎數(shù)據(jù)，對促進區(qū)域應對氣候變化和實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

青島地處山東半島東南部，位于119°30′? ～? 121°00′E、35°35′～37°09′N，屬溫帶季風氣候，土壤主要有棕壤、砂姜黑土、潮土、褐土、鹽土。地帶性植被為暖溫帶落葉闊葉林，原生樹種以赤松（Pinus densiflora）、櫟類為主，由于國外樹種的大量引進，目前構(gòu)成青島森林植物群落的主要樹種有赤松、黑松（Pinus thunbergii）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、櫟類、楊屬、榆屬等。截至2020年底，全市共有森林面積21.5萬hm2，森林覆蓋率為19.04%。

2 材料與方法

2. 1 試驗材料

選取黑松、赤松、楊樹（Populus L.）、刺槐、麻櫟（Quercus acutissima）、泡桐 （Paulownia fortunei）、火炬松（Pinus taeda）等7個樹種，在嶗山區(qū)、西海岸新區(qū)、即墨區(qū)、平度市等地選點選材，分別對樹葉、樹枝、樹干、樹根和根圍土壤進行樣本采集。每個樹種約3株平行個體，每種平行個體先測定胸徑（D）和樹高（H），分樹葉、樹枝、樹干、樹根（直徑>2.0 mm）和根圍土壤收集樣品并測量鮮重后，取鮮重質(zhì)量20%的混合樣品（約200 g）帶回實驗室分析。

2. 2 研究方法

2. 2. 1 含碳量測定

采用干燒法對樣品的含碳量進行測定，首先將各個樣品放到恒溫干燥箱內(nèi)，溫度調(diào)為85 ℃，烘干48 h以上至恒重后，取出測其干重，將烘干的樣品粉碎后過200目篩裝瓶待測。在樣品分析前，將其再次放入85 ℃的恒溫干燥箱內(nèi)烘24 h，之后用德國Elementar Vario EL元素分析儀進行測定含碳量。

2. 2. 2 森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量計算

根據(jù)青島市1990、2000、2010年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)和2020年森林資源管理“一張圖”數(shù)據(jù)，分別計算青島市1990、2000、2010年和2020年青島市森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量，森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量包含林木固碳、林下植物固碳量和林地固碳量，采用蓄積法計算，公式如下：

TCF=Si×Ci+α×Si×Ci+β×Si×Ci

Ci=Vi×δ×ρ×γ

式中，TCF為森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量，包括林木固碳量、林下植物固碳量和林地固碳量;Si為第i類森林的面積;Ci為第類i森林類型的碳密度;Vi為第i類森林單位面積蓄積量;α為林下植物碳轉(zhuǎn)換系數(shù);β為林地碳轉(zhuǎn)換系數(shù);δ為生物量擴大系數(shù);ρ為生物量蓄積轉(zhuǎn)換成生物干物質(zhì)質(zhì)量系數(shù)，即容積密度;γ為將生物干物質(zhì)質(zhì)量轉(zhuǎn)換成固碳量的系數(shù)，即含碳率。

參數(shù)取值按照政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的默認參數(shù)值取值，林下植物固碳量換算系數(shù)α取0.195;林地固碳量轉(zhuǎn)換系數(shù)β取1.244;森林資源蓄積擴大系數(shù)δ取1.90;容積密度ρ一般取0.45～0.5 t/m3，本文取0.5 t/m3;含碳率γ采用本研究實驗室實測結(jié)果。

2. 2. 3 數(shù)據(jù)處理

運用Arcgis10.6、Excel2016和SPSS19.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）進行平均值間的比較（α = 0.05），采用鄧肯多重范圍檢驗（Duncan’s multiple range test）進行多重比較。

3 結(jié)果與分析

3. 1 青島市主要樹種各組分含碳量

由表1可知，7種喬木樹種不同部位、土壤中的含碳量呈顯著差異（p<0.05）。樹干中的含碳量表現(xiàn)為：赤松>黑松>火炬松>麻櫟>楊樹>刺槐>泡桐;樹枝中的含碳量表現(xiàn)為：赤松>黑松>火炬松>泡桐>麻櫟>刺槐>楊樹;樹根中的含碳量表現(xiàn)為：赤松>黑松>麻櫟>楊樹>火炬松>泡桐>刺槐;樹葉中的含碳量表現(xiàn)為：赤松>黑松>麻櫟>泡桐>火炬松>楊樹>刺槐;樹種平均含碳量表現(xiàn)為：赤松>黑松>麻櫟>火炬松>刺槐>泡桐>楊樹;根圍土壤中的含碳量表現(xiàn)為：泡桐>刺槐>麻櫟>楊樹>火炬松>赤松>黑松。

7種樹種中，針葉樹種（赤松、黑松、火炬松）的平均含碳量要高于闊葉樹種（刺槐、泡桐、楊樹）。從各部分來看，樹干中含碳量最高的赤松是含碳量最低的泡桐的1.40倍;樹枝中的含碳量赤松最高，楊樹最低，為楊樹的1.28倍;樹根中赤松含量最高，刺槐最低，為刺槐的1.29倍;樹葉中赤松為最高，刺槐最低，為刺槐的1.28倍。土壤中泡桐含碳量最高，黑松最低，為黑松的14.71倍。分析原因，可能是因為針葉樹葉壽命長，均在1年以上，且大多數(shù)研究表明，針葉人工林的凋落物總量小于闊葉人工林，其光合作用時間長，凋落物少，因而碳積累量多;而闊葉樹葉壽命短，只有一個生長季，冬季全部脫落，光合作用時間相對較短，凋落物多，因而碳積累量少。

在區(qū)域和國家的森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的計算中，國內(nèi)外研究者大多采用0.5作為所有森林類型的平均含碳率，也有采用0.45作為平均含碳率。從本實驗的7個樹種平均含碳量可以看出，各數(shù)值分布于0.4～0.6，大部分在0.5左右，因此，可以0.5作為系數(shù)進行估算的依據(jù)。但各樹種之間呈顯著差異（p<0.05），而且樹干、樹枝、葉等部位均呈顯著差異（p<0.05），因此之后的森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量計算將以實際測量數(shù)據(jù)為系數(shù)。

3. 2 青島市1990～2020年森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的動態(tài)變化

根據(jù)碳儲量公式計算得到青島市1990、2000、2010年和2020年的以7種主要樹種為優(yōu)勢樹種的各森林類型的總林木蓄積量、林木固碳量、林下植物固碳量、林地固碳量以及森林總碳儲量。

根據(jù)表2和表3可知，青島市林地林木總蓄積、森林碳儲量不斷增長，1990年青島市林木總蓄積量約為320.3萬m3，森林碳儲量約為326.5萬t;2000年青島市林木總蓄積量約為359.4萬m3，森林碳儲量約為416.4萬t，較1990年增加約89.9萬t，年均增長率為2.74%;2010年青島市林木總蓄積量約為680.3萬m3，森林碳儲量約為691.9萬t，較2000年增加約275.5萬t，年均增長率為5.80%;2020年青島市林木總蓄積量約為1060.08萬m3，森林碳儲量約為1228.1萬t，較2010年增加約522.1萬t，年均增長率為6.58%。因此，青島市森林碳儲量增加量與年均增長率最大的時間段在2010～

2020年，這與山東省廣泛開展造林綠化工程以及青島市開展“綠滿青島”國土綠化行動等大規(guī)模造林綠化工程有關(guān)，森林面積增加，森林蓄積量變大，進而導致森林碳儲量大幅提高。

3. 3 碳儲量在不同林分中的比例及變化

由表4可知，構(gòu)成青島市森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的主體在2010年之前主要為黑松林、楊樹林和刺槐林，占青島市森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量總量的75%～? 89%。而在2010年之后則為黑松林、楊樹林和其他森林類型，約占青島市森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量總量的95%左右。隨著時間的變化，只有楊樹林的碳儲量在不斷增加，這與楊樹林作為用材樹種栽植面積大，生長速度快有關(guān);刺槐林的碳儲量在不斷降低，這與刺槐作為國外引進樹種被逐漸淘汰以及自身衰退有關(guān);而黑松林在2010年之前一直呈上升趨勢，在2010年之后比例則有所降低，分析原因主要與森林經(jīng)營理念的轉(zhuǎn)變有關(guān)，過去黑松由于其耐干旱瘠薄的特性被廣泛應用于荒山造林，而近年來青島市提倡采用優(yōu)良的鄉(xiāng)土樹種營造復層混交林且有大量的黑松純林被改造提升，導致黑松的栽植面積有所下降，其碳儲量增速降低。

4 結(jié)論與討論

4. 1 通過分析青島市7類主要樹種的含碳量可知：一是針葉樹種含碳量明顯高于闊葉樹種，這與馬俊清、李左玉[ 17 ]等研究結(jié)果一致，分析原因可能是由于暖溫帶針葉樹光合作用時間長，而闊葉樹光合作用時間短有關(guān);二是可以得到各樹種的平均含碳率在0.5左右，與國內(nèi)外研究者大多采用0.5作為所有森林類型的平均含碳率一致;三是樹木各器官含碳量由大到小順序為樹葉>樹枝>樹干>樹根。

4. 2 通過計算青島市1990、2000、2010年以及2020年的森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量可知青島市森林蓄積量自1990～2020年增長趨勢明顯，由320.30萬m3增長到1 060.08萬m3，年均增長23.47萬m3，年均增長率為4.2%;林木固碳量自1990～2020年增長趨勢明顯，由133.89萬t增長到406.35萬t，年增長率為2.9%;森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量自1990～2020年增長明顯，由326.55萬t增長到1 228.13萬t，年均增長30.05萬t，年均增長率為4.7%，增速明顯。

總體來看，青島市森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量較大，具有較強的固碳能力。目前，青島市喬木林齡組以中幼齡林為主，面積占比超過60%，隨著青島市公園城市的建設以及森林質(zhì)量精準提升工程的開展，青島市林業(yè)將進入高質(zhì)量發(fā)展階段，林分密度和齡組結(jié)構(gòu)將更加合理，林分的生長空間得到改善，近、成熟林比例不斷增加，森林生產(chǎn)力和森林蓄積量將得到顯著提高，森林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力不斷增強。

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第1作者簡介：? 趙蕓（1995-），? 女，? 工程師，? 主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計工作。

通訊作者：? 逄晨（1985-），? 女，? 高級工程師，? 主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計工作。

收稿日期： 2022 - 02 -? 20