福建省天然喬木林碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化及增匯策略

肖 君

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建 福州 350003)

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，在維持全球碳平衡和減緩氣候變化方面發(fā)揮著重要作用。相關(guān)研究表明，全球森林植被的碳儲(chǔ)量約占陸地植被總碳儲(chǔ)量的80%，每年固定的碳約占整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的三分之二[1-4]。張煜星等[5]研究發(fā)現(xiàn)，天然林碳累積在1989年前為負(fù)值，自實(shí)行天然林保護(hù)工程以來，天然林的碳匯能力持續(xù)增強(qiáng)，已是我國(guó)森林碳逐年累積的主體。福建省是我國(guó)南方重點(diǎn)集體林區(qū)、國(guó)家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)，境內(nèi)保存了大面積的中亞熱帶原生性森林生態(tài)系統(tǒng)，天然林資源非常豐富。準(zhǔn)確估測(cè)該地區(qū)天然林的碳儲(chǔ)量變化對(duì)全國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量研究具有重要意義。根據(jù)第9次全國(guó)森林資源清查福建省清查結(jié)果，福建省天然喬木林面積326.20萬hm2、蓄積約4.30億m3，分別占福建省喬木林面積、蓄積的52.50%和58.93%。近年來，不同學(xué)者從不同尺度對(duì)森林碳儲(chǔ)量和碳密度展開了大量研究[6-11]，但系統(tǒng)量化省域尺度的天然喬木林碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)研究甚少?；诖?，本研究利用近4期森林資源清查數(shù)據(jù)分析福建省天然喬木林的碳儲(chǔ)量、碳密度在時(shí)間尺度上的動(dòng)態(tài)變化，并提出天然林的增匯策略，旨在了解福建省天然喬木林的碳匯動(dòng)態(tài)變化特征，為全國(guó)區(qū)域尺度的森林碳匯估算提供依據(jù)，同時(shí)為大力發(fā)展福建省林業(yè)碳匯、推進(jìn)實(shí)現(xiàn)國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

福建省位于我國(guó)東南沿海(115°50′～120°44′ E，23°31′～28°19′ N)，東西距480 km，南北距530 km，土地總面積12.4萬km2。地貌以低山丘陵為主，地跨中亞熱帶和南亞熱帶，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，光照充足，氣候溫和，雨量充沛，年平均氣溫15.0～21.7 ℃，年平均降水量1 132～2 059 mm，年平均日照時(shí)間1 702 h；森林植被地帶性明顯、類型豐富、種類繁多，分布有高等植物4 700余種[12]。據(jù)第9次森林資源清查數(shù)據(jù)，全省林地面積924.40萬hm2，占陸域土地總面積的76.08%，森林覆蓋率66.80%，連續(xù)42年保持全國(guó)首位；森林蓄積量7.29億m3，居全國(guó)第7位；天然喬木林單位面積蓄積量131.76 m3/hm2。

本研究采用福建省第6次(1999—2003年)、第7次(2004—2008年)、第8次(2009—2013年)、第9次(2014—2018年)森林資源清查資料，主要數(shù)據(jù)為按林分統(tǒng)計(jì)的天然喬木林各齡組面積和蓄積量(表1)。

表1 2003—2018年福建省天然喬木林各林分面積和蓄積量

因森林資源清查中未對(duì)林下植被層、枯落物層及土壤層進(jìn)行調(diào)查，因此本研究不包括此3層的碳儲(chǔ)量和碳密度。表1中，其他松類包括鐵杉(Tsugachinensis)、黃山松(Pinustaiwanensis)、黑松(Pinusthunbergii)、油杉(Keteleeriafortunei)等，杉類含柳杉(Cryptomeriajaponicavar.sinensis)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)等，其他硬闊類包括栲類(Castanopsisspp.)、青岡櫟(Quercusglauca)、錐栗(Castaneahenryi)、楠木(Phoebebournei)等，其他軟闊類包括楓香(Liquidambarformosana)、南酸棗(Choerospondiasaxillaris)等。

1.2 研究方法

1.2.1 生物量估算

森林生物量與蓄積量的實(shí)測(cè)研究發(fā)現(xiàn)二者之間存在著良好的線性回歸關(guān)系，能較好地反映實(shí)際情況[6,13-14]。本研究采用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法來計(jì)算不同林分的生物量，公式為：

B=aV+b。

式中：B為某一林分的單位面積生物量，Mg/hm2；V為蓄積量，m3/hm2；a和b為將不同林分的蓄積量轉(zhuǎn)換為生物量的參數(shù)。此次研究具體賦值見表2。

表2 各林分生物量轉(zhuǎn)換參數(shù)和含碳率

本研究采用2011年國(guó)家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院發(fā)布的《全國(guó)林業(yè)碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)指南(試行)》中不同林分的生物量與蓄積量轉(zhuǎn)換參數(shù)、地下生物量換算系數(shù)、含碳率。研究所用的生物量-蓄積量轉(zhuǎn)換因子參數(shù)、地上/地下生物量比(根冠比)、含碳率見表2。

1.2.2 碳儲(chǔ)量、碳密度估算

目前喬木林碳儲(chǔ)量的估算通常采用生物量乘以其含碳率。因不同林分含碳率存在差異，為提高福建省天然喬木林碳儲(chǔ)量估算的精確度，本研究對(duì)不同林分分別取其相應(yīng)的含碳率(表2)進(jìn)行估算。喬木林碳密度估算采用喬木林碳儲(chǔ)量除以喬木林面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 天然喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度動(dòng)態(tài)

福建省天然喬木林碳儲(chǔ)量由2003年的156.11 Tg增加到2018年的248.68 Tg，年均增長(zhǎng)6.17 Tg，年均增長(zhǎng)率為3.15%；碳密度由2003年的47.30 Mg/hm2增加到2018年的76.24 Mg/hm2，年均增長(zhǎng)1.93 Mg/hm2，年均增長(zhǎng)率為3.23%(表3)。張煜星等[5]研究的2018年全國(guó)天然林總面積、碳儲(chǔ)量分別為1.23億hm2、6 390.0 Tg，森林林分碳密度為44.30 Mg/hm2，福建省天然喬木林總面積、碳儲(chǔ)量分別占同時(shí)期全國(guó)天然林總面積、碳儲(chǔ)量的2.66%、3.89%，碳密度高出同時(shí)期全國(guó)森林林分碳密度72.10%，表明福建省天然喬木林質(zhì)量明顯高于全國(guó)天然林平均水平?？傮w上，2003—2018年，福建省天然喬木林面積穩(wěn)定在328萬hm2左右，碳儲(chǔ)量和碳密度呈穩(wěn)步增加趨勢(shì)，碳匯能力逐漸增強(qiáng)。固碳能力增加主要來源于單位面積蓄積量的逐年增長(zhǎng)，由2003年的79.80 m3/hm2增加到2018年的131.76 m3/hm2。

2.2 不同林分碳儲(chǔ)量和碳密度動(dòng)態(tài)

福建省天然喬木林各林分中，櫟類、其他硬闊類、闊葉混交林和針闊混交林的碳儲(chǔ)量較高(表3)。由表3可知，2003年、2008年、2013年和2018年碳儲(chǔ)量占同期天然喬木林總碳儲(chǔ)量的百分比分別為71.59%、81.57%、84.99%和86.47%，可見福建省天然喬木林碳儲(chǔ)量以闊葉類樹種(組)為主。不同林分碳儲(chǔ)量的變化趨勢(shì)有較大差異，這主要是由于2008年后森林資源清查在林分劃分標(biāo)準(zhǔn)上發(fā)生變化，增加了針葉混交林、針闊混交林和闊葉混交林林分，如將部分櫟類、其他硬闊類劃分為闊葉混交林，將部分馬尾松和杉木針葉林劃分為針葉混交林。這些分類標(biāo)準(zhǔn)的變化，導(dǎo)致馬尾松、杉木、櫟類、其他硬闊類等樹種(組)的碳儲(chǔ)量在2008年前后發(fā)生了較大變化。

表3 2003—2018年福建省天然喬木林各林分碳儲(chǔ)量和碳密度

2008年，馬尾松、杉木、針葉混交林等針葉林樹種(組)碳儲(chǔ)量占同時(shí)期天然喬木林總碳儲(chǔ)量的百分比為18.43%，2008年以后碳儲(chǔ)量所占比例逐漸下降，到2018年其碳儲(chǔ)量所占比例僅為13.53%。下降的主要原因?yàn)楦＝ㄊ〗陙砑哟笏刹木€蟲病防治力度，積極優(yōu)化樹種結(jié)構(gòu)，采取“去針套闊”、稀疏林“補(bǔ)闊”等措施，加快馬尾松林改造提升，促進(jìn)地帶性植被恢復(fù)。各林分的碳密度基本呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，闊葉類林分增加幅度較大。碳密度較大的林分有櫟類、其他硬闊類、針闊混交林、闊葉混交林等，碳密度較小的林分有木麻黃、其他軟闊類等。不同林分的碳密度差異較大，總體上闊葉類的碳密度高于針葉類。2018年，不同林分的碳密度為8.33～108.32 Mg/hm2，最大為櫟類。

2.3 不同齡組碳儲(chǔ)量和碳密度動(dòng)態(tài)

福建省天然喬木林各齡組碳儲(chǔ)量與面積分布有關(guān)，而碳密度則與林齡關(guān)系密切，天然喬木林的碳動(dòng)態(tài)在很大程度上取決于林齡的變化(表4)。

表4 2003—2018年福建省天然喬木林各齡組面積、碳儲(chǔ)量和碳密度

由表4可知，2003年、2008年、2013年和2018年，幼齡林和中齡林的面積占天然喬木林總面積的比例分別為73.76%、70.28%、64.59%和58.78%，同時(shí)期幼齡林和中齡林的碳儲(chǔ)量占天然喬木林總碳儲(chǔ)量的比例分別為61.90%、58.17%、55.10%和50.72%。福建省天然喬木林的面積和碳儲(chǔ)量都以幼、中齡林為主，但占比均呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，面積占比下降了14.98%。且同時(shí)期的面積占比均明顯高于碳儲(chǔ)量占比，這是由于碳密度隨著林齡的增加呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，幼、中齡林的碳密度遠(yuǎn)低于近、成及過熟林的碳密度，其固碳能力尚未達(dá)到最大。

3 結(jié) 論

本研究發(fā)現(xiàn)，2003年、2008年、2013年和2018年福建省天然喬木林的面積分別為330.03、326.21、328.85和326.20萬hm2，總面積基本保持穩(wěn)定，但碳儲(chǔ)量由2003年的156.11 Tg增加到2018年的248.68 Tg，碳密度由2003年的47.30 Mg/hm2增加到2018年的76.24 Mg/hm2，碳儲(chǔ)量和碳密度均呈現(xiàn)穩(wěn)步增加趨勢(shì)，這說明福建省天然喬木林質(zhì)量明顯提高，碳匯能力逐漸增強(qiáng)。2003—2018年，福建省天然喬木林各林分中，櫟類、其他硬闊類、闊葉混交林和針闊混交林等林分的碳儲(chǔ)量占同期天然喬木林總碳儲(chǔ)量的百分比均超過70%，最高達(dá)86.47%；馬尾松、杉木等針葉樹種(組)的碳儲(chǔ)量占比逐漸下降，到2018年僅占13.53%，可見福建省天然喬木林碳儲(chǔ)量以闊葉類林分為主，天然喬木林的碳匯能力與面積、林分組成緊密相關(guān)。天然喬木林的面積和碳儲(chǔ)量都以幼、中齡林為主，但占比均呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。各時(shí)期天然喬木林的碳密度隨著林齡的增加均呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)。2003—2018年，天然喬木林各林分的碳密度基本呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，不同林分的碳密度差異較大，總體上闊葉類的碳密度高于針葉類。

4 討 論

基于森林資源清查數(shù)據(jù)，采用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法來估算天然喬木林的碳儲(chǔ)量，影響該研究方法估算精度的主要因素包括面積、蓄積量、生物量轉(zhuǎn)換參數(shù)、根冠比、含碳率等。首先，本研究部分估算指標(biāo)采用全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)參考值，缺少省域參數(shù)，如部分林分的生物量轉(zhuǎn)換參數(shù)、根冠比等；其次，個(gè)別沒有計(jì)算參數(shù)的林分，則采用類似林分參數(shù)代替，這給估算結(jié)果增加了不確定性；再次，森林碳密度受土壤、氣候因子及經(jīng)營(yíng)管理方式等多種因素綜合影響[15-18]；另外，本研究未估算林下植被層、枯落物層及土壤層的碳儲(chǔ)量，使得估算結(jié)果低于實(shí)際值。這些問題有待深入研究，以提高碳儲(chǔ)量估算結(jié)果的準(zhǔn)確度。

為進(jìn)一步提高天然林質(zhì)量，更好發(fā)揮其固碳作用，增強(qiáng)碳匯能力，結(jié)合本次研究及福建林業(yè)發(fā)展實(shí)際，建議在天然林碳儲(chǔ)量增匯中：①加強(qiáng)天然林保護(hù)，繼續(xù)實(shí)施全面停止商業(yè)性采伐。建立健全停伐管護(hù)補(bǔ)助機(jī)制，加強(qiáng)森林火災(zāi)、林業(yè)有害生物等的防治，嚴(yán)禁毀林開墾、將天然林改造為人工林以及其他破壞天然林及其生態(tài)環(huán)境的行為。加快構(gòu)建“智慧”天然林管護(hù)體系，全面提升保護(hù)管理現(xiàn)代化水平。②加強(qiáng)天然林修復(fù)，提升林分質(zhì)量、增加后備資源?？茖W(xué)實(shí)施修復(fù)措施，逐步開展封山育林和低效林分改造修復(fù)。對(duì)天然闊葉林實(shí)行全面封禁、嚴(yán)格保護(hù)，對(duì)天然針葉林采取自然恢復(fù)為主、人工促進(jìn)為輔的保護(hù)修復(fù)措施，引導(dǎo)形成區(qū)域性頂級(jí)森林群落。鼓勵(lì)在廢棄礦山、荒山荒地、退化人工林地上采取封育等措施，逐步恢復(fù)天然植被，增加天然林后備資源。③合理劃分天然林保護(hù)重點(diǎn)區(qū)域，科學(xué)編制和實(shí)施保護(hù)修復(fù)規(guī)劃。根據(jù)生態(tài)區(qū)位重要性、自然恢復(fù)能力、生態(tài)脆弱性、物種珍稀性等指標(biāo)，合理確定保護(hù)重點(diǎn)區(qū)域，實(shí)行分區(qū)施策，逐步提高天然林質(zhì)量和生態(tài)功能?？茖W(xué)編制實(shí)施全省天然林保護(hù)修復(fù)規(guī)劃和市、縣(區(qū))實(shí)施方案。④探索天然林碳匯效益補(bǔ)償。擴(kuò)大林業(yè)碳匯項(xiàng)目開發(fā)范圍，將天然林、生態(tài)公益林等納入建設(shè)內(nèi)容，積極開展“停止商業(yè)性采伐”等涉及天然林的碳匯項(xiàng)目方法學(xué)創(chuàng)新，拓展林業(yè)碳票、“1元碳匯”等場(chǎng)外碳交易模式。探索對(duì)天然林固碳存量、年固碳增量等的核算，并配套交易機(jī)制，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略。