海寨林場主要喬木樹種碳儲量和碳密度特征研究

摘 要：基于曲靖市海寨林場2016年度森林資源二類調(diào)查資料數(shù)據(jù)，利用生物量擴展因子法，結合各主要喬木樹種的計算參數(shù)，分析研究了海寨林場主要喬木樹種于不同年齡組和不同林分起源類型的碳儲量及碳密度分布特征。結果表明，海寨林場主要喬木樹種總面積為14 998.3 hm2，總蓄積量為1 482 230 m3，總碳儲量為630 829.35 t，平均碳密度為42.06 t·hm-2，反映出海寨林場喬木林總體而言林分質(zhì)量優(yōu)良，固碳潛力較大。對于不同樹種而言，碳儲量大小依次為華山松、云南松、櫟類、柏木、軟闊、杉木、榿木、藍桉、硬闊；對于不同林齡而言，碳儲量和碳密度均隨林齡增加呈現(xiàn)增長趨勢；對于不同起源類型而言，人工林的面積、碳儲量和碳密度大于天然林。因此，碳儲量的高低受到樹種類型、起源方式、林齡等多重因素的影響。為了更加有效地管理和保護森林碳循環(huán)，應當重視林分結構的合理配置并不斷優(yōu)化，從而促進森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，進而實現(xiàn)更好的碳儲存和生態(tài)保護效果。

關鍵詞：海寨林場； 喬木樹種； 碳儲量； 碳密度； 碳匯

中圖分類號：S718.5" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1002-204X（2023）12-0024-05

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.12.007

Carbon Storage and Carbon Density Characteristics of Main Tree Species

in Haizhai Forest Farm

Zhu Yicheng

（Yunnan Forestry Dual Center， Kunming， Yunnan 650000）

Abstract Based on the data from the second-class forest resource survey of the Haizhai Forest Farm in Qujing City in 2016， using the biomass expansion factor method and the calculation parameters of the main tree species， this study analyzed the carbon storage and carbon density distribution characteristics of the main tree species in different age groups and different forest origin types in the Haizhai Forest Farm. The results showed that the total area of the main tree species in the Haizhai Forest Farm was 14 998.3 hm2， with a total volume of 1 482 230 m3 and a total carbon storage of 630 829.35 t. The average carbon density was 42.06 t·hm-2， reflecting the overall good quality of the tree stands in the Haizhai Forest Farm and a large potential for carbon sequestration. In terms of different tree species， the carbon storage was ranked as follows： Pinus armandii， Pinus yunnanensis， Quercus spp.， Cupressus spp.， broad-leaved deciduous trees， Cunninghamia lanceolata， Castanopsis hystrix， Eucalyptus globulus and broad-leaved evergreen trees. In terms of different forest ages， both carbon storage and carbon density showed an increasing trend with increasing forest age. In terms of different origin types， the area， carbon storage， and carbon density of artificial forests were greater than those of natural forests. Therefore， the carbon storage is influenced by multiple factors such as tree species， origin type， and forest age. In order to manage and protect forest carbon cycling more effectively， attention should be paid to the rational allocation and continuous optimization of forest stand structure， thereby promoting the stability and sustainability of forest ecosystems and achieving better carbon storage and ecological protection effects.

Key words Haizhai forest farm; Tree species; Carbon storage; Carbon density; Carbon sink

森林是全球最大的碳庫，提高其固碳能力是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標最為有效的途徑之一，對有效減少溫室氣體濃度、緩解全球氣候變化、推動綠色可持續(xù)發(fā)展等方面起到了非常重要的作用[1-2]。在IPCC的多個報告和中國的“國家自主貢獻”目標中，都明確提出了提高我國生態(tài)系統(tǒng)固碳能力的一個重要途徑：擴大森林覆蓋面積，擴大森林資源儲量。對不同樹種、不同起源、不同林齡的森林碳儲量、碳密度，以及它們在不同空間上的差異進行監(jiān)測，對了解它們的碳儲量及碳匯格局有著重要的意義[3]。蘭秀等[4]通過對森林碳儲量特征進行分析，發(fā)現(xiàn)松樹和杉木是廣西碳儲量的主要貢獻者；一些學者利用土壤普查數(shù)據(jù)以及剖面的分布圖對植被進行碳密度估算[5-7]，但結果常常會有一些偏差。蘇永新等[8]對德慶林場喬木樹種的碳儲量和碳密度進行生物量擴展因子的估算，發(fā)現(xiàn)廣東省德慶林場中桉樹、馬尾松和杉木的碳儲量最大。其他學者對于森林主要喬木林的碳儲量研究多集中在大尺度區(qū)域上，如國家[9-10]或省、市、縣級[11-12]，小區(qū)域碳儲量研究分析較少，海寨林場作為負責培育和管理森林資源的林業(yè)生產(chǎn)機構，在改善生態(tài)環(huán)境、增加森林覆蓋率、提升森林質(zhì)量等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用，其經(jīng)營管理的森林資源擁有不可忽視的碳匯潛力，充分利用其固碳潛力對我國“雙碳”目標的實現(xiàn)有著十分重要的作用。因此，本文以曲靖市海寨林場為研究對象，對主要喬木樹種的碳儲量和碳密度進行了研究分析。旨在為開展一定區(qū)域尺度的森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量研究提供參考，同時為區(qū)域生態(tài)效益評估、碳匯交易機制的構建，以及小尺度區(qū)域的碳儲量評估和森林資源的經(jīng)營管理等提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

曲靖市海寨林場位于云南省曲靖市，始建于1956年，是以生態(tài)保護為主的公益型林場，位于云南省東部珠江源頭南盤江上游兩側?，F(xiàn)有經(jīng)營面積1.79萬hm2，林業(yè)用地占總經(jīng)營面積的96.3%。其中：天保公益林1.2萬hm2，商品林0.51萬hm2，其他0.06萬hm2，年生長量4.6萬m3，森林覆蓋率達83%，分布在麒麟、沾益、陸良3個壩子的高山臺地上，與周邊四縣一區(qū)的16個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、55個村委會、160余個自然村接壤。林場下轄下東山、滴滴水、海寨、西山、上東山、五臺山、九龍山7個營林區(qū)。該林場通過多年努力，已培育了約5億元的森林資源，為國家積累了大量的物質(zhì)財富。同時，林場在水源涵養(yǎng)、水土保持方面作出了突出貢獻，為當?shù)厣鷳B(tài)脆弱區(qū)構筑了生態(tài)體系骨架，為農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供了生態(tài)保障，為促進地方經(jīng)濟發(fā)展作出了較大貢獻。

2 研究方法

2.1 研究數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)來源于2016年第4次森林資源二類調(diào)查（規(guī)劃設計調(diào)查）的結果，其中包含了海寨林場主要按天然林、人工林和齡組結構（幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林）劃分的喬木林面積和蓄積等數(shù)據(jù)。但由于該地區(qū)植被層、草本層、凋落物層、土壤層均缺乏觀測，故本研究未對以上各層進行分析。

2.2 研究方法

本研究通過構建海寨林場主要喬木林的蓄積量與生物量間關系，采用生物量擴展因子法[13-15]，在考慮各不同樹種之間差異的基礎上，將各主要喬木林不同齡組的木材密度、生物量換算因子和地下、地上生物量比值等參數(shù)結合起來，利用公式對生物量進行估算后，再將其與相應樹種的含碳率相乘，從而得到海寨林場主要喬木樹種的碳儲量。碳儲量計算公式如下：

Ct=Vi×BEFi×（1+Ri）×Di×CFi" " " " （1）

Cd=Ct/A" " " " " " " " " " " " " " （2）

式中，Ct是碳儲量，單位為t；Vi是樹種i的蓄積量，單位為m3；BEFi是樹種i的生物量擴展因子，即林木地上生物量與樹干生物量的比值，無量綱；Ri是樹種i的生物量根冠比，即地下生物量與地上生物量之比，無量綱；Di是樹種i的木材基本密度，單位為t·m-3；CFi是樹種i生物量干物質(zhì)含碳率，單位為%；Cd是碳密度，單位為t·hm-2；A是面積，單位為hm2。i=1，2，3，...n，為喬木樹種（組），具體參數(shù)值見表1。

3 結果與分析

3.1 海寨林場主要喬木樹種的碳儲量與碳密度分析

海寨林場主要喬木樹種總面積為14 998.3 hm2，總蓄積量為1 482 230 m3，總碳儲量為630 829.35 t，平均碳密度為25.05 t·hm-2。如表2所示，林場主要造林樹種為華山松，面積達11 249.5 hm2，面積占整個林場的75.01%，因華山松林分質(zhì)量較好，蓄積量為1 294 510 m3，占比87.34%，作為海寨林場最主要的碳匯貢獻者，碳儲量為526 984.00 t，占比為83.54%。其次是云南松和櫟類，面積占比分別11.63%和8.40%，蓄積量占比分別為7.49%和4.22%，碳儲量占比分別為8.66%和6.75%。雖然柏木面積、蓄積量和碳儲量都遠小于華山松，但其碳密度較高為40.97 t·hm-2。按面積從大到小對海寨林場主要喬木樹種進行排序，依次為華山松、云南松、櫟類、榿木、藍桉、軟闊、柏木、杉木、硬闊；按蓄積量從大到小對海寨林場主要喬木樹種進行排序，依次為華山松、云南松、櫟類、柏木（軟闊與柏木相當）、杉木、藍桉、榿木、硬闊；按碳儲量從大到小對海寨林場主要喬木樹種進行排序，依次為華山松、云南松、櫟類、柏木、軟闊、杉木、榿木、藍桉、硬闊；按碳密度從大到小對海寨林場主要喬木樹種進行排序，依次為華山松、柏木、櫟類、云南松、軟闊、杉木、硬闊、藍桉、榿木。

3.2 不同喬木樹種（組）各齡組的碳儲量和碳密度

隨著時間推移，碳密度與樹種年齡呈現(xiàn)正相關關系，即隨幼齡林長成中齡林、近熟林、成熟林直到過熟林，其碳密度也在不斷增加，碳密度最高為榿木成熟林（135 t·hm-2）。如表3所示，在幼齡林中，碳儲量和碳密度最高為櫟類（19 278 t、27.21 t·hm-2），其次是云南松（5 228.3 t、25.92 t·hm-2），平均碳密度為11.24 t·hm-2。中齡林中碳儲量從大到小排序為華山松、云南松、櫟類、柏木、軟闊、榿木、藍桉、杉木，碳密度從大到小排序為柏木、櫟類、軟闊、云南松、華山松、杉木、藍桉、榿木，平均碳密度為26.34 t·hm-2；近熟林碳儲量最高為華山松（101 971.1 t），碳密度最高為櫟類（52.49 t·hm-2），平均碳密度為39.12 t·hm-2；成熟林碳儲量最高為華山松（367 585.5 t），碳密度最高為榿木（135 t·hm-2），平均碳密度為62.61 t·hm-2；過熟林均為華山松，其碳儲量為（12 660.8 t），碳密度為（70.97 t·hm-2）。

3.3 不同森林類型的碳儲量與碳密度

海寨林場主要以人工林為主，由表4可以看出，人工林總面積（12 103.5 hm2）為天然林（2 894.8 hm2）的4.18倍，人工林碳儲量為天然林的5.68倍，人工林碳密度平均值為44.57 t·hm-2，天然林碳密度平均值為32.78 t·hm-2。人工林中碳儲量從高到低排序為成熟林（368 206.2 t）、近熟林（102 701.7 t）、中齡林（54 041.5 t）、過熟林（12 660.8 t）、幼齡林（1 822.7 t），碳密度從高到低排序為過熟林（79.97 t·hm-2）、成熟林（52.96 t·hm-2）、近熟林（44.26 t·hm-2）、中齡林（27.21 t·hm-2）、幼齡林（2.74 t·hm-2）。天然林中碳儲量從高到低排序為中齡林（47 711.8 t）、幼齡林（23 976.4 t）、近熟林（22 740.3 t）、成熟林（463.3 t），碳密度從高到低排序為近熟林（40.94 t·hm-2）、成熟林（35.37 t·hm-2）、中齡林（32.83 t·hm-2）、幼齡林（27.46 t·hm-2）。

4 結論與討論

4.1 討論

在碳儲量特征研究方面，多數(shù)研究者以省域為單位進行探討。本研究考慮到海寨林場獨特的區(qū)位優(yōu)勢和豐富的森林資源，以林場為單位對富有代表性的優(yōu)質(zhì)森林資源地區(qū)進行研究可以更加深入細致地了解林場森林資源狀況，具有一定的研究分析價值。海寨林場主要喬木樹種總面積為14 998.3 hm2，總蓄積量為1 482 230 m3，總碳儲量為630 829.35 t，平均碳密度為25.05 t·hm-2。9種主要喬木樹種中，華山松、云南松和櫟類是林場總碳匯的主要貢獻者，碳儲量為624 152.84 t，占總碳儲量的98.95%，碳密度最高是華山松和柏木，分別為46.85 t·hm-2和40.97 t·hm-2，比云南省的平均水平（39.26 t·hm-2）[16]高，說明其生長質(zhì)量良好、碳匯能力較強、林分質(zhì)量優(yōu)。相關的研究顯示，隨著林齡增長，林木的碳密度也會增加[17]，本研究結果整體與該規(guī)律一致，幼齡林平均碳密度為17.49 t·hm-2，中齡林碳密度為46.82 t·hm-2，近熟林平均碳密度為65.28 t·hm-2，成熟林平均碳密度為100.17 t·hm-2，而林場中過熟林僅有華山松1個樹種，且面積不大，導致過熟林碳密度降低為70.97 t·hm-2。幼齡林和中齡林的平均碳密度雖然較低，但其生長十分旺盛，固碳速度也很快，隨著森林的逐步成熟，幼齡林和中齡林容易轉(zhuǎn)變成為碳密度更大的近熟林、成熟林和過熟林。因此，海寨林場應該增加對幼齡林和中齡林的撫育和管理，提升其林分質(zhì)量，同時增加林木品種的多樣性，才能更好地起到林草固碳有效提升的作用。

本研究針對研究區(qū)喬木林的蓄積量與生物量間的關系，結合主要喬木林不同齡組的木材密度、生物量換算因子和地下地上生物量比值等參數(shù)，明確了海寨林場主要喬木樹種的碳儲量。但本研究也存在著一定的局限性：①枯死樹木、落葉及土壤中的有機碳并未被納入研究范圍，得出的數(shù)據(jù)可能相對較為保守；②在估算碳儲量時，未考慮到不同樹齡組成和碳密度可能隨著森林演替而發(fā)生變化的因素。因此，在未來的研究中，需要綜合考慮自然、社會及人為等多種因素的干擾，結合有機碳、不同樹齡組成和碳密度等因素，進一步開展喬木樹種碳儲量和碳密度特征等相關方面的研究。

4.2 結論

海寨林場的喬木林碳儲量水平較高，而碳密度水平低于云南的平均水平，其固碳能力有較大提升空間。本研究明確了海寨林場喬木林不同優(yōu)勢樹種、不同齡組、不同起源的碳儲量、碳密度特征，為進一步增強海寨林場的碳匯能力，提出以下建議：①優(yōu)化樹種結構，利用鄉(xiāng)土樹種優(yōu)勢，提升林地品質(zhì)，最大限度地挖掘其固碳潛力，在新造林樹種的篩選中，應重點選用具有較強固碳能力和較好生長條件的鄉(xiāng)土樹種，如柏木、華山松和櫟類，以豐富物種結構，提高喬木林的生態(tài)效益和碳匯能力；②采取科學合理的森林經(jīng)營措施，例如撫育、間伐、施肥等，促進喬木林的生長發(fā)育，以提高喬木林的碳匯能力；③加強森林保護，應重點對現(xiàn)存的天然森林進行保護，并逐漸對現(xiàn)存的林分進行優(yōu)化，尤其要加強對中幼森林的撫育和管理，以保證其健康成長。通過以上措施的落實和執(zhí)行，海寨林場將會具有更高的碳匯能力和生態(tài)效益，為當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護作出積極貢獻。

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責任編輯：周慧

作者簡介：朱昳橙（1992—），女，云南昆明人，工程師，主要從事林草數(shù)據(jù)分析。

收稿日期：2023-07-06