廣東連南板洞省級(jí)自然保護(hù)區(qū)森林碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化

廖水意，李 夢(mèng)，彭友貴*

（1.廣東連南板洞省級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處，廣東連南 513300；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東廣州 510642）

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在地球碳素循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，通過(guò)綠色植物光合作用將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)碳儲(chǔ)存起來(lái)，從而降低大氣中CO2的濃度，森林每年固定的碳約占整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳量的2/3[1-2]。作為“碳匯”的森林生態(tài)系統(tǒng)，其固碳功能和碳素循環(huán)已成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)問(wèn)題之一[3-5]。Dixon 等開(kāi)展了全球森林碳儲(chǔ)量研究[3]，方精云等[6]、周玉榮等[7]和李?？萚5]研究了全國(guó)森林碳儲(chǔ)量，許多學(xué)者開(kāi)展了區(qū)域森林碳儲(chǔ)量研究[8-11]。2020 年9 月，我國(guó)明確提出碳達(dá)峰、碳中和的“雙碳目標(biāo)”，森林碳匯在未來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化中將扮演越來(lái)越重要的角色。森林植被碳儲(chǔ)量隨時(shí)間呈動(dòng)態(tài)變化，區(qū)域差異大，開(kāi)展不同時(shí)期、不同區(qū)域森林植被碳儲(chǔ)量的估算，對(duì)全球森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究及森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯管理具有重要意義。森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)保護(hù)了區(qū)域林分質(zhì)量最好、生物多樣性最豐富的森林生態(tài)系統(tǒng)，是區(qū)域重要碳匯。研究森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)的碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化，以期為明確自然保護(hù)區(qū)的碳匯功能、了解其在區(qū)域碳循環(huán)中的作用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廣東連南板洞省級(jí)自然保護(hù)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“板洞保護(hù)區(qū)”）位于粵北山區(qū)連南瑤族自治縣最南端，南嶺山脈南麓，地理坐標(biāo)為112°14'25″～112°25'16″E，24°18'24″～24°26'09″N，面積10 195.8 hm2。區(qū)內(nèi)海拔330～1 481 m，群峰矗立，超過(guò)1 000 m 的山峰有40多座，最高峰大磅山海拔1 481 m。板洞保護(hù)區(qū)所在區(qū)域?yàn)榈湫偷膩啛釒駶?rùn)氣候，兼具亞熱帶季風(fēng)氣候和山地氣候特色，夏熱冬寒，秋冬少雨，雨熱同季，雨量充沛。2011—2020 年年均降水量2 059.1 mm，年均蒸發(fā)量1 289.6 mm，年均氣溫16.5 ℃。板洞保護(hù)區(qū)屬森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)，森林資源豐富，是廣東省亞熱帶面積較大、保存較完整的典型天然次生林分布區(qū)之一，森林覆蓋率95.40%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源主要為板洞保護(hù)區(qū)2008、2018年的森林資源清查數(shù)據(jù)，包括按小班統(tǒng)計(jì)的面積、蓄積、優(yōu)勢(shì)樹(shù)種、齡組和功能分區(qū)等數(shù)據(jù)資料，其中林分面積匯總見(jiàn)表1。

表1 板洞保護(hù)區(qū)林分面積統(tǒng)計(jì)

1.3 研究方法

目前估算森林植被碳儲(chǔ)量的方法主要為先測(cè)算森林植被生物量，再利用生物量和相應(yīng)植被含碳率相乘得到碳儲(chǔ)量。

1.3.1 喬木林生物量計(jì)算

板洞保護(hù)區(qū)喬木林有闊葉林、杉木林、馬尾松林、針闊混交林等，喬木林生物量包括喬木層生物量、林下灌木層生物量和草本層生物量。喬木層生物量采用生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法計(jì)算[6]，公式如下：

式中，B為林分生物量（t·hm-2）；V為蓄積量（m3·hm-2）；a、b 為參數(shù)，其值采用《全國(guó)林業(yè)碳匯計(jì)量和監(jiān)測(cè)技術(shù)指南（試行）》[12]推薦的數(shù)值（見(jiàn)表2）。

表2 生物量與蓄積量轉(zhuǎn)換的參數(shù)值

喬木林中灌木層和草本層生物量采用我國(guó)亞熱帶地區(qū)森林下層植被生物量換算參數(shù)[12]計(jì)算（見(jiàn)表3）。

表3 森林下層植被生物量換算參數(shù)

1.3.2 竹林和灌木林生物量計(jì)算

竹林和灌木林單位面積生物量分別采用《全國(guó)林業(yè)碳匯計(jì)量和監(jiān)測(cè)技術(shù)指南（試行）》[12]推薦數(shù)值74.26 t·hm-2和10.07 t·hm-2。

1.3.3 植被碳儲(chǔ)量計(jì)算

植被碳儲(chǔ)量等于生物量乘以植物含碳率。不考慮樹(shù)種各器官、林齡等差異，含碳率采用《全國(guó)林業(yè)碳匯計(jì)量與監(jiān)測(cè)技術(shù)指南（試行）》[12]推薦數(shù)值（見(jiàn)表4）。

表4 含碳率參數(shù)表

1.3.4 碳密度

森林植被碳密度（t·hm-2）等于森林植被碳儲(chǔ)量除以森林面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林植被碳儲(chǔ)量、碳密度及其變化

板洞保護(hù)區(qū)2008、2018年森林植被碳儲(chǔ)量及其組成見(jiàn)表5?？梢钥闯觯宥幢Ｗo(hù)區(qū)2018 年的森林植被碳儲(chǔ)量為289 471 t，其中喬木林碳儲(chǔ)量284 484 t，占98.28%；其次為竹林碳儲(chǔ)量，占1.52%；灌木林占0.20%。在喬木林植被碳儲(chǔ)量中，喬木層、灌木層和草本層的碳儲(chǔ)量占比分別為91.38%、5.77%和2.86%。與2008年的森林植被碳儲(chǔ)量相比，2018年碳儲(chǔ)量增加69.92%，其中喬木林和竹林的植被碳儲(chǔ)量增加，其增加比率分別為77.05%和1 335.80%；灌木林的植被碳儲(chǔ)量減少，減少比率為93.73%。灌木林植被碳儲(chǔ)量的減少主要是灌木林面積減少所致。板洞保護(hù)區(qū)于2000年建立縣市級(jí)自然保護(hù)區(qū)，2004 年晉升為省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，通過(guò)近20 年的有效保護(hù)，林分質(zhì)量不斷提高，原劃定為灌木林的1 874.3 hm2林地在2018年調(diào)查時(shí)轉(zhuǎn)為了喬木林地，灌木林地面積減少了93.72%。喬木林地面積的增加及單位面積蓄積量提高40.83%，使得喬木林植被碳儲(chǔ)量增加了77.05%。板洞保護(hù)區(qū)2018 年林地森林植被碳密度為29.76 t·hm-2，比2008 年提高了66.35%，其中喬木林碳密度增加8.63 t·hm-2，比2008年提高了40.35%，表現(xiàn)出保護(hù)區(qū)森林植被強(qiáng)大的固碳功能。

表5 板洞保護(hù)區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量及碳密度

2.2 各功能區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量及碳密度

自然保護(hù)區(qū)按照各區(qū)域的生態(tài)重要程度和不同的保護(hù)管理要求，分為核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)，其中核心區(qū)是自然保護(hù)區(qū)最為重要的區(qū)域，是保護(hù)區(qū)內(nèi)人為干擾程度最輕、生態(tài)環(huán)境最好、物種多樣性最豐富的區(qū)域，是保護(hù)區(qū)的精華和核心部分，需要進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)；緩沖區(qū)是為了保護(hù)核心區(qū)，減少外界對(duì)核心區(qū)影響的區(qū)域；實(shí)驗(yàn)區(qū)是可以從事科研、教學(xué)實(shí)習(xí)、生態(tài)旅游和適宜性經(jīng)營(yíng)利用活動(dòng)的區(qū)域。由表6 可見(jiàn)，2018 年板洞保護(hù)區(qū)的核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)的森林植被碳儲(chǔ)量分別占全區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量的40.08%、25.12%、34.79%。各功能區(qū)碳儲(chǔ)量不同是由林分面積和林分質(zhì)量不同引起的。核心區(qū)面積大，林分蓄積量高，生物量大，因而碳儲(chǔ)量多；其次為實(shí)驗(yàn)區(qū)，其林分蓄積量比核心區(qū)少，但面積最大，因而其碳儲(chǔ)量?jī)H比核心區(qū)少15 312 t。碳密度為核心區(qū)最高（32.28 t·hm-2），實(shí)驗(yàn)區(qū)最低（26.82 t·hm-2），核心區(qū)、緩沖區(qū)的森林植被碳密度分別為實(shí)驗(yàn)區(qū)森林植被碳密度的120.36%、114.09%，說(shuō)明核心區(qū)的林分質(zhì)量和碳匯功能強(qiáng)于緩沖區(qū)，而緩沖區(qū)的林分質(zhì)量和碳匯功能強(qiáng)于實(shí)驗(yàn)區(qū)。

表6 2018年板洞保護(hù)區(qū)各功能區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量及碳密度

2.3 喬木林不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）林分的森林植被碳儲(chǔ)量、碳密度及其變化

林分優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）不同，其碳儲(chǔ)量和碳密度也會(huì)存在差異。板洞保護(hù)區(qū)喬木林各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）林分的碳儲(chǔ)量和碳密度見(jiàn)表7?？梢钥闯?，2018 年闊葉林（硬闊林、軟闊林、闊葉混交林）、杉木林、針闊混交林、馬尾松林的碳儲(chǔ)量分別占77.01%、21.53%、1.14%、0.002%。硬闊林碳儲(chǔ)量最多，其次是杉木林碳儲(chǔ)量和闊葉混交林碳儲(chǔ)量，2018 年三者分別占喬木林碳儲(chǔ)量的66.92%、21.53%和9.16%，占森林植被總碳儲(chǔ)量的65.76%、21.16%和9.01%；闊葉林碳儲(chǔ)量合計(jì)219 076 t，分別占喬木林碳儲(chǔ)量的77.01%和植被總碳儲(chǔ)量的75.68%，闊葉林碳儲(chǔ)量是保護(hù)區(qū)碳儲(chǔ)量的主體。在2008—2018 年間，除馬尾松林和針闊混交林外，喬木林其他林分的碳儲(chǔ)量均有顯著增長(zhǎng)，其中硬闊林的碳儲(chǔ)量增加最多，達(dá)到76 396 t；增長(zhǎng)速度最快的是闊葉混交林，其2018 年碳儲(chǔ)量比2008 年增加了196.90%，其次是杉木林碳儲(chǔ)量增加了143.00%。2018年碳密度最高的林分是闊葉混交林（52.81 t·hm-2），其次為針闊混交林（36.12 t·hm-2）；與2008 年相比，闊葉混交林、針闊混交林碳密度增長(zhǎng)速度也最快，分別增加了90.48%、218.80%，杉木林和硬闊林的碳密度也分別增加了71.00%和26.76%。馬尾松林由于采伐，軟闊林因幼齡林的增加，這兩種林分的碳密度下降。

表7 板洞保護(hù)區(qū)喬木林不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種（組）林分的森林植被碳儲(chǔ)量及碳密度

2.4 喬木林各齡組林分的森林植被碳儲(chǔ)量及碳密度

按齡組結(jié)構(gòu)劃分，板洞保護(hù)區(qū)喬木林各齡組林分的森林植被碳儲(chǔ)量、碳密度測(cè)算結(jié)果見(jiàn)表8。板洞保護(hù)區(qū)喬木林碳儲(chǔ)量以幼齡、中齡林為主，2018 年幼、中齡林和近、成、過(guò)熟林的碳儲(chǔ)量分別占83.52%和16.48%；2008、2018年幼中齡林的碳儲(chǔ)量分別占喬木林總碳儲(chǔ)量的77.40%、83.52%；各齡組林分的碳儲(chǔ)量均增加，2018 年幼、中齡林和近、成、過(guò)熟林的碳儲(chǔ)量分別比2008 年增加了91.08%和28.70%。2018 年幼、中齡林和近、成、過(guò)熟林的碳密度分別比2008年增加了42.63%和57.18%，說(shuō)明板洞保護(hù)區(qū)的森林質(zhì)量大幅提高，固碳能力增強(qiáng)。

表8 喬木林各齡組林分森林植被碳儲(chǔ)量及碳密度

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

板洞保護(hù)區(qū)2018年的森林植被碳儲(chǔ)量為289 471 t，其中喬木林碳儲(chǔ)量、竹林碳儲(chǔ)量和灌木林碳儲(chǔ)量分別占98.28%、1.52%和0.20%；核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)的碳儲(chǔ)量分別占40.08%、25.12%和34.79%；幼、中齡林和近、成、過(guò)熟林的碳儲(chǔ)量分別占83.52%和16.48%，碳密度分別為27.78 t·hm-2和50.88 t·hm-2。在喬木林碳儲(chǔ)量中，喬木層、灌木層和草本層的碳儲(chǔ)量分別占91.38%、5.77%和2.86%；闊闊葉林（硬闊林、軟闊林、闊葉混交林）、杉木林、針闊混交林、馬尾松林的碳儲(chǔ)量分別占77.01%、21.53%、1.14%、0.002%，亞熱帶常綠闊葉林在保護(hù)區(qū)碳匯中占主體。板洞保護(hù)區(qū)2018 年森林植被碳密度為29.76 t·hm-2，其中喬木林碳密度30.02 t·hm-2，闊葉混交林碳密度最高，為52.81 t·hm-2。在2008—2018 年間，板洞保護(hù)區(qū)的森林植被碳儲(chǔ)量增加119 119 t，碳密度增加11.87 t·hm-2，分別增長(zhǎng)了69.92%、66.35%，其中喬木林碳儲(chǔ)量和碳密度分別增長(zhǎng)了77.05%和40.35%，碳匯功能顯著。

3.2 討論

板洞保護(hù)區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量主要為喬木林碳儲(chǔ)量。在2018年喬木林碳儲(chǔ)量中，喬木層、灌木層和草本層碳儲(chǔ)量分別占91.38%、5.77%和2.86%，與廣州市成熟常綠闊葉林喬木層、灌木層和草本層碳儲(chǔ)量的占比95.28%、4.30%和0.42%[13]比較，喬木層碳儲(chǔ)量所占比例偏低，灌木層和草本層的碳儲(chǔ)量所占比例偏高，主要是由于板洞保護(hù)區(qū)77.39%的喬木林為幼齡林和中齡林，林下植被相對(duì)于成熟林偏多。幼齡林和中齡林占比大，林分的固碳能力強(qiáng)，森林植被碳儲(chǔ)量增長(zhǎng)速度快，板洞保護(hù)區(qū)10年間森林植被碳儲(chǔ)量增加了69.92%，而廣東省森林植被碳儲(chǔ)量在1997—2007年的10 年間只增加了22.11%[14]。2018 年板洞保護(hù)區(qū)喬木林平均碳密度為30.02 t·hm-2，低于同位于清遠(yuǎn)市的清新區(qū)2016年的喬木林平均碳密度32.15 t·hm-2[15]，也低于深圳市2010 年的喬木林平均碳密度32.17 t·hm-2[16]和2018 年廣東省國(guó)家級(jí)公益林的喬木林平均碳密度35.53 t·hm-2[17]；喬木林喬木層碳密度為27.43 t·hm-2，低于廣州市2011年喬木林喬木層碳密度的30.47 t·hm-2[8]和廣東省2017 年喬木林喬木層碳密度的31.93 t·hm-2（2007年碳密度25.29 t·hm-2×10年增長(zhǎng)率26.27%）[14]，因而板洞保護(hù)區(qū)喬木林植被碳密度在廣東省處于較低水平。與周邊省份比較，不含喬木林的灌木層和草本層碳儲(chǔ)量，板洞保護(hù)區(qū)2018 年森林植被碳密度27.24 t·hm-2，略高于江西省2004 年的25.38 t·hm-2[18]和湖南省2016年的24.27 t·hm-2[9]。

板洞保護(hù)區(qū)森林植被碳密度相對(duì)較低，主要是由于幼齡林和中齡林面積占比較高，同時(shí)也反映出保護(hù)區(qū)森林具有很大的固碳潛力。按照2018 年成熟林和過(guò)熟林碳密度52.92 t·hm-2測(cè)算，板洞保護(hù)區(qū)未來(lái)可增加森林植被碳儲(chǔ)量221 182 t，比2018 年森林植被碳儲(chǔ)量增長(zhǎng)76.41%。板洞保護(hù)區(qū)森林固碳潛力大，隨著森林資源保護(hù)管理的不斷加強(qiáng)，林分質(zhì)量不斷提高，森林碳匯功能隨之增強(qiáng)。此外，由于成熟林和過(guò)熟林的生長(zhǎng)趨于平緩，其固碳能力減弱，對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)的成熟林和過(guò)熟林可采取改造措施，將杉木林改造為固碳能力強(qiáng)的闊葉混交林，使保護(hù)區(qū)森林碳匯具有更大擴(kuò)展空間。