趙娣+謝世友

摘要：結(jié)合酉陽林地資料和實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，利用生物量-蓄積量轉(zhuǎn)化模型，運(yùn)用ArcGIS9.3軟件，對(duì)酉陽林地植被碳儲(chǔ)量和碳密度分布進(jìn)行研究，對(duì)縣域內(nèi)石漠化和非石漠化、碳酸鹽巖和非碳酸鹽巖的碳儲(chǔ)量和碳密度的差異給出精確的數(shù)據(jù)，并對(duì)酉陽森林經(jīng)營管理提出建議。

關(guān)鍵詞：植被；碳儲(chǔ)量；碳密度；GIS；酉陽縣

中圖分類號(hào)：S718.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）03-0553-05

隨著全球日益變暖，碳的研究成為生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)的前沿領(lǐng)域[1]。森林作為陸地碳庫的主體，儲(chǔ)存了陸地生物圈有機(jī)碳地上部分的76%～98%[2，3]，森林碳儲(chǔ)量既是評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能以及森林質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的基礎(chǔ)[4]。研究森林植被碳儲(chǔ)量和碳密度的時(shí)空格局及其影響因子和作用機(jī)制，對(duì)于估算和預(yù)測不同類型生態(tài)系統(tǒng)中植被的碳儲(chǔ)存能力，判定碳源、碳匯，制定緩解全球氣候變化的合理政策措施具有重要意義，同時(shí)可以為以減排增匯為目標(biāo)的森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫管理和為分區(qū)采取不同管理措施提供科學(xué)依據(jù)[5]。但迄今為止，關(guān)于碳儲(chǔ)量和碳密度的研究主要集中在量上，對(duì)碳儲(chǔ)量和碳密度的區(qū)域性分布特征研究較少[6]，而對(duì)重慶地區(qū)，特別是重慶縣域植被碳儲(chǔ)量和碳密度及分布的研究很有限[7]，這不利于因地制宜制定森林植被管理措施。另一方面，目前喀斯特地區(qū)碳的“源”和“匯”問題在國際上引起很大爭議，而酉陽土家族苗族自治縣喀斯特地貌廣布，鑒于森林在全球碳循環(huán)尤其是在探求未知碳匯中有著重要的意義[8]，因此本研究一方面可為酉陽森林植被經(jīng)營管理提供依據(jù)，另一方面也可為喀斯特地區(qū)碳匯研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

酉陽縣位于重慶市東南（108°18′25"-109°19′20"E，28°19′28"-29°24′18"N），西距重慶市區(qū)345km。地處渝、鄂、湘、黔四?。ㄊ校┑慕Y(jié)合部。轄包括縣城桃花源鎮(zhèn)在內(nèi)的39個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和2個(gè)國有林場（青華林場和伏龍山林場）。地勢中部高、東西兩側(cè)低。地形復(fù)雜，相對(duì)高差大（最高海拔1 895 m，最低海拔263 m，高差達(dá)1 632 m）。可溶性巖石廣布，喀斯特地貌強(qiáng)烈發(fā)育。屬于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，溫和濕潤，雨量充沛，云霧多，日照少。境內(nèi)森林土壤屬山地濕潤亞熱帶森林土壤，土層較薄，呈酸性或微酸性。森林植被區(qū)系以亞熱帶中部成分為主。2012年酉陽森林覆蓋率達(dá)51.6%，是重慶及西南林區(qū)的重要組成部分。

2 研究數(shù)據(jù)與研究方法

基礎(chǔ)資料有1∶10 000的酉陽矢量化地形圖，1∶100 000的酉陽地質(zhì)圖，1∶100 000酉陽石漠化分布圖，2.5 m分辨率的衛(wèi)星遙感影像圖。2012年酉陽林地落界數(shù)據(jù)，酉陽森林資源二類調(diào)查小班表等。

森林資源分布調(diào)查是根據(jù)建立的解譯標(biāo)志在室內(nèi)利用遙感影像圖在ArcGIS 9.3上完成林地和非林地的小班區(qū)劃，再實(shí)地進(jìn)行核實(shí)和調(diào)整。地形圖矢量化是在ArcGIS 9.3上在空間配準(zhǔn)、確定坐標(biāo)系后按照國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（LY/T1662.2-2008）要求分層進(jìn)行。蓄積量調(diào)查是實(shí)測調(diào)查，以總體為單元，進(jìn)行類型中心抽樣。蓄積量計(jì)算統(tǒng)一使用部頒標(biāo)準(zhǔn)LY208-1977中二元立木材積表，分樹種計(jì)算各徑階蓄積量，各樹種蓄積量相加得小班蓄積量。

森林植被碳儲(chǔ)量評(píng)估以喬木林、疏林地、灌木林、竹林為研究對(duì)象。其中竹林碳儲(chǔ)量的計(jì)算以全國竹林平均胸徑計(jì)算，單株生物量乘以總株數(shù)得到生物量進(jìn)而得到碳儲(chǔ)量，疏林地碳儲(chǔ)量以立木生物量乘以含碳率得到。在酉陽，經(jīng)過野外調(diào)查，竹林和疏林地的面積很小，因此本研究只計(jì)算喬木層和灌木層碳儲(chǔ)量及碳密度。

喬木層碳儲(chǔ)量是由生物量乘以含碳率得到。生物量的計(jì)算主要有IPCC法、生物量轉(zhuǎn)換因子連續(xù)函數(shù)法、雙曲線模型估算法和回歸模型法[9]，對(duì)不同地區(qū)不同森林類型或樹種應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境選擇適合的研究方法[10]。根據(jù)文獻(xiàn)資料[11-13]，在實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用回歸模型法，采用本地化的生物量分配系數(shù)及其他計(jì)算參數(shù)計(jì)算喬木層生物量。灌木層碳儲(chǔ)量根據(jù)重慶市灌木層碳密度13.52 t/hm2[14]乘以面積得到。

3 結(jié)果與分析

3.1 喬木層碳儲(chǔ)量和碳密度空間分布特征

結(jié)合森林資源分布調(diào)查和林地落界成果，計(jì)算各小班碳儲(chǔ)量后除以小班面積得到酉陽喬木層小班碳密度分布圖（圖1）。從圖1可以看出，酉陽各區(qū)域碳密度差異較大，酉北碳密度最高（以碳密度25～50 t/hm2的斑塊為主），碳密度最高的斑塊也分布在酉北，其次是酉西和酉東，酉南碳密度相對(duì)較低（以碳密度<10 t/hm2的斑塊為主）。

運(yùn)用ArcGIS 9.3，根據(jù)矢量化的酉陽地形圖提取各小班海拔幅度、坡度、坡位、坡向，根據(jù)研究區(qū)海拔特點(diǎn)，將海拔分為4個(gè)等級(jí)（<500 m，500～1 000 m，1 000～1 500 m，>1 500 m），按坡度大小分為平（<6°）、緩（6°～15°）、斜（16°～25°）、陡（26°～35°）、急（36°～45°）和險(xiǎn)（>45°）6個(gè)等級(jí)，坡位分為上、下、中、平地、脊和谷，坡向分為陰坡（0°～45°和315°～360°）、半陰坡（45°～135°）、半陽坡（135°～225°）、陽坡（225°～315°）和無坡向。將數(shù)據(jù)與林地落界圖鏈接，提取不同海拔、坡度、坡位和坡向的面積和碳儲(chǔ)量，用碳儲(chǔ)量除以相應(yīng)的面積，得到不同海拔、坡度、坡位和坡向的喬木層碳密度（表1和表2）。

碳儲(chǔ)量隨地貌分布為丘陵最多，是中山區(qū)的2倍多，而亞高山和高山區(qū)碳儲(chǔ)量極少。這與酉陽地貌有關(guān)，酉陽植被70%分布在丘陵區(qū)。碳儲(chǔ)量在海拔500～1 000 m處最多，在海拔>1 500 m處最少，在斜坡和陡坡處多、平地最少，在坡位為中的地區(qū)最多、平地最少，在陽坡多而陰坡和無坡向少。

喬木層碳密度隨地貌變化表現(xiàn)為中山和亞高山較大，丘陵和高山碳密度較小。從喬木層隨海拔變化 分布情況也可得出相同的結(jié)果，即海拔在500～1 000 m和1 000～1 500 m的碳密度較大，海拔<500 m和海拔>1 500 m的碳密度較小。喬木層碳密度隨坡度的變化基本表現(xiàn)為坡度越大碳密度越大。隨坡位的變化是脊>中>上>谷>下>平地。隨坡向的變化是陰坡>半陰坡>半陽坡>陽坡>無坡向，有差異但差距不大。

3.2 喬木層碳儲(chǔ)量和碳密度的地質(zhì)區(qū)域分布特征

把酉陽林地落界圖分別和酉陽地質(zhì)分布圖、石漠化分布圖在ArcGIS 9.3中聯(lián)合，得到酉陽碳酸鹽巖和非碳酸鹽巖分布區(qū)喬木層碳儲(chǔ)量和碳密度以及酉陽石漠化區(qū)和非石漠化區(qū)喬木層碳儲(chǔ)量和碳密度（表3）。碳酸鹽巖區(qū)喬木層碳儲(chǔ)量為3 464.2×103 t，碳密度為17.71 t/hm2，非碳酸鹽巖區(qū)喬木層碳儲(chǔ)量為1 980.2×103 t，碳密度為19.17 t/hm2。石漠化區(qū)喬木層碳儲(chǔ)量為1 809.8×103 t，碳密度為24.45 t/hm2，非石漠化區(qū)喬木層碳儲(chǔ)量為3 634.6×103 t，碳密度為25.70 t/hm2。

3.3 灌木層碳儲(chǔ)量分布特征

將從地形圖提取得到的小班海拔、坡度、坡位和坡向數(shù)據(jù)與灌木層碳儲(chǔ)量分布圖在ArcGIS 9.3中鏈接，將酉陽石漠化分布圖和酉陽地質(zhì)圖與灌木層碳儲(chǔ)量分別聯(lián)合，得到灌木層不同海拔、坡度、坡位和坡向的碳儲(chǔ)量，以及碳酸鹽巖區(qū)和非碳酸鹽巖區(qū)、石漠化區(qū)和非石漠化區(qū)碳儲(chǔ)量（表4）。

灌木層碳儲(chǔ)量總量為1 707.46×103t，灌木層碳儲(chǔ)量隨海拔變化為（500～1 000 m）>（1 000～1 500 m）>（<500 m）>（>1 500 m），隨坡度變化為陡>斜>急>緩>險(xiǎn)>平，隨坡位變化為中>上>下>脊>谷>平地，隨坡向變化為陽坡>半陽坡>半陰坡>陰坡>無坡向，碳酸鹽巖分布區(qū)>非碳酸鹽巖分布區(qū)，非石漠化分布區(qū)>石漠化分布區(qū)。

4 討論

4.1 酉陽碳密度與其他區(qū)域比較

本研究計(jì)算出的酉陽喬木層碳密度為25.67 t/hm2，與全國其他地方相比，比東北林業(yè)大省吉林和黑龍江的碳密度低（吉林省喬木層碳密度為54.352 t/hm2 [15]，黑龍江省為33.44 t/hm2[16]），但比遼寧省碳密度21.8 t/hm2[17]高，比中部平原地區(qū)的河南省碳密度23.64 t/hm2[18]高，比華南的廣東省碳密度22.60 t/hm2[19]高，可以看出在我國西南地區(qū)喬木層碳密度處于相對(duì)較高水平；與西南地區(qū)其他地方相比，稍低于四川涼山州森林植被碳密度（27.62 t/hm2）[20]，但明顯低于重慶縉云山碳密度（50.45 t/hm2）[21]和四川西北高山峽谷區(qū)碳密度（50.52 t/hm2）[13]；這一方面是酉陽的人口密度、人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)顯著高于國家自然保護(hù)區(qū)的縉云山和四川的高山峽谷區(qū)，而人口密度與碳密度呈負(fù)相關(guān)，造成酉陽碳密度較低，另一方面國際學(xué)術(shù)界達(dá)成的共識(shí)是植物多樣性越小，碳儲(chǔ)量越小，而酉陽丘陵、中山地貌占絕對(duì)優(yōu)勢，生物量多樣性小，因此碳密度較低；與亞熱帶其他地區(qū)相比，低于汪業(yè)勖等[22]估算的亞熱帶常綠闊葉林區(qū)的碳密度（26.29 t/hm2），低于徐州碳密度（37.218 5 t/hm2）[23]，低于杭州碳密度（30.25 t/hm2）[24]，低于南京碳密度（38.69 t/hm2）[25]，這主要是因?yàn)橛详柼妓猁}巖廣布，喀斯特面積大，而喀斯特地區(qū)生物量低于水熱條件相似的亞熱帶人工林與原生亞熱帶中山常綠闊葉林，屬于低生物量森林，同時(shí)酉陽土層淺薄，石礫含量高，林分質(zhì)量低，所以酉陽比同處于亞熱帶的其他地區(qū)碳密度低。

4.2 酉陽碳密度分布分析

酉陽喬木層碳密度地區(qū)分布為酉北高，因?yàn)橛媳笔怯详柡０巫罡叩貐^(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)其他地區(qū)較低，人類活動(dòng)對(duì)森林植被的影響較小，植被生物量大，碳密度大。酉西是酉陽國有林場（青華林場）的分布區(qū)，植被質(zhì)量較好，碳密度較大。而酉東碳密度低，因?yàn)橛蠔|人工林分布面積大，而人工林普遍存在樹種單一、結(jié)構(gòu)和功能差、病蟲害頻繁發(fā)生，固碳能力低。

酉陽喬木層碳密度隨海拔變化表現(xiàn)為在1 500 m以下隨海拔升高而增加，但高于1 500 m處碳密度又急劇降低。在低海拔區(qū)碳密度隨海拔升高而增加這與人類活動(dòng)隨海拔升高而減少有關(guān)，而高海拔區(qū)碳密度又急劇降低這是因?yàn)楹０胃叩牡貐^(qū)交通不便，森林可及度低，林分以成、過熟林為主，固碳能力低，碳密度低。喬木層碳密度隨坡度變化表現(xiàn)為坡度越大碳密度越大，這主要是因?yàn)槠露仍酱笕祟惢顒?dòng)越小，碳密度越大。李娜[26]、王效科等[27]、徐新良等[28]認(rèn)為我國森林植被碳密度首先取決于人類活動(dòng)干擾的程度。

酉陽喬木層碳密度隨坡度變化基本表現(xiàn)為隨坡度的增大而增加，這是因?yàn)殡S坡度的增大，受人為干擾的機(jī)會(huì)和程度越小，植被多保持自然狀態(tài)，生物量大，碳密度大。這和黃從德等[5]的研究結(jié)果相同。喬木層碳密度隨坡向變化表現(xiàn)為由陰坡向陽坡減小，但隨坡向變化幅度沒有隨海拔變化幅度大，各坡向的差異不明顯。目前有的報(bào)道中對(duì)碳密度的坡度分布特征的研究較少，僅見的有四川地區(qū)碳密度隨坡向變化表現(xiàn)為半陰坡>半陽坡>陽坡>陰坡>平地[26]，縉云山植被碳密度為半陰坡和半陽坡大于陽坡和陰坡[21]，可見不同地區(qū)碳密度的坡向差異不同。而灌木層碳儲(chǔ)量隨坡向變化為陽坡大、陰坡小，與喬木層碳密度沒有相關(guān)性。森林碳儲(chǔ)量、碳密度與坡向的關(guān)系主要是與森林植被面積及分布有關(guān)，與各坡向分布的森林植被類型及森林植被對(duì)光照及熱量需求有關(guān)[6]。

4.3 酉陽森林經(jīng)營建議

位于烏江、阿蓬江上游的酉陽，其森林生態(tài)系統(tǒng)不僅有涵養(yǎng)水源、保持水土的作用，而且對(duì)地區(qū)氣候的調(diào)節(jié)、生態(tài)環(huán)境的改善有重要作用，而對(duì)碳儲(chǔ)量和碳密度的研究可為森林生態(tài)系統(tǒng)的管理提供科學(xué)依據(jù)[5]。本研究基于RS、GIS，通過實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)和林地落界及森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，所得的碳儲(chǔ)量、碳密度結(jié)果具有可靠性。據(jù)此為酉陽森林植被的經(jīng)營管理提出一些建議。

造林對(duì)增加陸地碳匯有重要作用[29]，但由于喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境的特殊性，樹種應(yīng)適宜，另外考慮到病蟲害對(duì)樹種的影響等，因此選擇生長速率快、壽命長的樹種造林是提高森林固碳量的最有效途徑。在酉陽官清鄉(xiāng)進(jìn)行野外調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，2004年進(jìn)行的退耕還林主要樹種是榿木，但2011年大部分樹木或枯死或受病蟲害影響，林木質(zhì)量低下，而2008年人工林樹種選擇的是杉木，經(jīng)過3年，成活率很高，長勢良好，可見應(yīng)因地制宜選擇樹種。酉東鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)選擇適宜的樹種建設(shè)人工林。加強(qiáng)森林管理是目前土地資源利用情況下增加碳儲(chǔ)量的有效途徑，已有很多研究結(jié)果得出加強(qiáng)森林經(jīng)營管理措施有助于提高森林碳密度，不同的經(jīng)營管理方式對(duì)森林碳儲(chǔ)量的影響不一，不同的林網(wǎng)密度和林木栽培周期也會(huì)對(duì)森林碳儲(chǔ)量產(chǎn)生影響[6]，例如馬尾松人工林喬木層碳儲(chǔ)量隨林分密度的增大而增加，加強(qiáng)森林管理可提高林分質(zhì)量，增加碳儲(chǔ)量及碳密度。酉南鄉(xiāng)鎮(zhèn)針對(duì)森林碳密度低的現(xiàn)狀應(yīng)加強(qiáng)森林管理，提高碳密度。對(duì)酉北和酉西應(yīng)進(jìn)行成、過熟林的更替，以提高植被碳儲(chǔ)量。針對(duì)碳分布不均，應(yīng)對(duì)酉陽各鄉(xiāng)鎮(zhèn)結(jié)合空間特征有針對(duì)性地進(jìn)行森林經(jīng)營，以平衡各區(qū)域森林植被碳儲(chǔ)量。

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造林對(duì)增加陸地碳匯有重要作用[29]，但由于喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境的特殊性，樹種應(yīng)適宜，另外考慮到病蟲害對(duì)樹種的影響等，因此選擇生長速率快、壽命長的樹種造林是提高森林固碳量的最有效途徑。在酉陽官清鄉(xiāng)進(jìn)行野外調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，2004年進(jìn)行的退耕還林主要樹種是榿木，但2011年大部分樹木或枯死或受病蟲害影響，林木質(zhì)量低下，而2008年人工林樹種選擇的是杉木，經(jīng)過3年，成活率很高，長勢良好，可見應(yīng)因地制宜選擇樹種。酉東鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)選擇適宜的樹種建設(shè)人工林。加強(qiáng)森林管理是目前土地資源利用情況下增加碳儲(chǔ)量的有效途徑，已有很多研究結(jié)果得出加強(qiáng)森林經(jīng)營管理措施有助于提高森林碳密度，不同的經(jīng)營管理方式對(duì)森林碳儲(chǔ)量的影響不一，不同的林網(wǎng)密度和林木栽培周期也會(huì)對(duì)森林碳儲(chǔ)量產(chǎn)生影響[6]，例如馬尾松人工林喬木層碳儲(chǔ)量隨林分密度的增大而增加，加強(qiáng)森林管理可提高林分質(zhì)量，增加碳儲(chǔ)量及碳密度。酉南鄉(xiāng)鎮(zhèn)針對(duì)森林碳密度低的現(xiàn)狀應(yīng)加強(qiáng)森林管理，提高碳密度。對(duì)酉北和酉西應(yīng)進(jìn)行成、過熟林的更替，以提高植被碳儲(chǔ)量。針對(duì)碳分布不均，應(yīng)對(duì)酉陽各鄉(xiāng)鎮(zhèn)結(jié)合空間特征有針對(duì)性地進(jìn)行森林經(jīng)營，以平衡各區(qū)域森林植被碳儲(chǔ)量。

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造林對(duì)增加陸地碳匯有重要作用[29]，但由于喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境的特殊性，樹種應(yīng)適宜，另外考慮到病蟲害對(duì)樹種的影響等，因此選擇生長速率快、壽命長的樹種造林是提高森林固碳量的最有效途徑。在酉陽官清鄉(xiāng)進(jìn)行野外調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，2004年進(jìn)行的退耕還林主要樹種是榿木，但2011年大部分樹木或枯死或受病蟲害影響，林木質(zhì)量低下，而2008年人工林樹種選擇的是杉木，經(jīng)過3年，成活率很高，長勢良好，可見應(yīng)因地制宜選擇樹種。酉東鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)選擇適宜的樹種建設(shè)人工林。加強(qiáng)森林管理是目前土地資源利用情況下增加碳儲(chǔ)量的有效途徑，已有很多研究結(jié)果得出加強(qiáng)森林經(jīng)營管理措施有助于提高森林碳密度，不同的經(jīng)營管理方式對(duì)森林碳儲(chǔ)量的影響不一，不同的林網(wǎng)密度和林木栽培周期也會(huì)對(duì)森林碳儲(chǔ)量產(chǎn)生影響[6]，例如馬尾松人工林喬木層碳儲(chǔ)量隨林分密度的增大而增加，加強(qiáng)森林管理可提高林分質(zhì)量，增加碳儲(chǔ)量及碳密度。酉南鄉(xiāng)鎮(zhèn)針對(duì)森林碳密度低的現(xiàn)狀應(yīng)加強(qiáng)森林管理，提高碳密度。對(duì)酉北和酉西應(yīng)進(jìn)行成、過熟林的更替，以提高植被碳儲(chǔ)量。針對(duì)碳分布不均，應(yīng)對(duì)酉陽各鄉(xiāng)鎮(zhèn)結(jié)合空間特征有針對(duì)性地進(jìn)行森林經(jīng)營，以平衡各區(qū)域森林植被碳儲(chǔ)量。

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