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云南省森林生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲量及碳密度估算*

燕騰1，彭一航1，王效科2，鞏合德1,2

(1.西南林業(yè)大學，云南昆明650224；2.中國科學院 生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100080)

摘要：基于2009-2013年第8次全國森林資源連續(xù)清查數據，利用生物量擴展因子法，采用改良的計算參數，從不同齡組、林型等方面進行考慮，對云南省森林資源的生物量、碳儲量及碳密度進行了估算。結果表明，我國第8次森林資源清查中，云南省森林林分生物量為1 640.92×106t，平均生物量為101.71 t/hm2，林分碳儲量為775.30×106tC，林分平均碳密度為50.77 tC/hm2，森林植被碳儲量總量為818.29×106tC。人工林碳儲量只占林分碳儲量的5.90 %，幼齡林只占林分碳儲量的17.09 %；天然林與成熟林在云南省森林資源碳儲量中所占比重較大，在擴大云南省森林植被碳儲量方面，可以通過選擇林齡結構及森林林分類型來加以實現。人工林將會在森林植被碳儲量中占有越來越重要的地位。

關鍵詞：生物量擴展因子；碳儲量；碳密度；生態(tài)系統(tǒng)；云南省

當前在全球氣候變化的背景下，碳排放權已經成為制約世界各國經濟發(fā)展的瓶頸，在國際上爭取到足夠的碳排放份額對于中國經濟的發(fā)展和人民生活的改善至關重要。中國森林生物量及碳儲量的研究源于20世紀80年代，潘維儔等在1979年通過建立杉木(Cunninghamialanceolata)林的對數回歸方程，對湖南會同縣不同地區(qū)的生物量進行了分析比較[1]；康惠寧等在1996年研究了中國森林的年均凈固碳量并預測了中國未來20年凈固碳量的變化狀況[2]。但由于各類森林實測數據較少且得到的實測數據較高，使得所測得的生物量及碳儲量都普遍偏高。王效科等以各林齡級森林類型為統(tǒng)計單位，采用建立生物量與蓄積量的關系的方法，對中國森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳儲量進行了估算，得出中國森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳貯量為32.6～37.3×108tC[3]；徐新良等則在2007年基于全國第6次森林資源清查數據并結合森林生物量實測數據，采用分樹種、分齡組的生物量—蓄積擬合關系，估算了中國20世紀70年代以來森林植被碳儲量的動態(tài)變化[4]。

盡管云南森林資源豐富，森林碳匯項目起步較早，但缺乏對森林碳儲量和碳匯潛力的定量研究，對云南省森林資源碳儲量的研究也較少。徐新良在云南省的設樣方只局限于云南省的西北部，并未對云南省進行較為全面的設樣實測，且由于各樹種(組)含碳率及優(yōu)勢樹種的差異，在對全國碳儲量進行估算中，云南省碳儲量的估算存在一定差異[4]。本研究基于第8次全國森林資源連續(xù)清查資料，利用生物量擴展因子法，采用改良的計算參數，從不同齡組、林型等方面對云南省森林資源的生物量、碳儲量及碳密度進行了估算，以期為云南碳排放量份額制定提供參考。

1研究區(qū)域概況

云南省(東經97°31～106°11′，北緯21°8′～29°15′)地處中國西南邊陲，屬低緯度內陸地區(qū)，土地面積38.321×104km2，山地高原面積占94 %，紅壤系列土地占全省土壤總面積的55.32 %。地處長江、珠江和國際河流湄公河等上游和發(fā)源地，湖泊總面積為1 066 km2，總蓄水量約300×108m3[5]。

云南省季風氣候明顯，冬干夏雨，降水充沛，雨量分布不均，全省大部分地區(qū)年降水量在1 100 mm，6-8月降水量約占全年的60 %；年溫差小，日溫差大，平均氣溫在5～24℃，年溫差一般為10～15℃，日溫差可達12～20℃；無霜期長，光照充足，全省多數地區(qū)日照時數為1 800-2 700 h[5]。

云南省植物資源豐富，主要森林類型有以冷杉(Abiesfabri)和云杉(Piceaasperata)為主的寒溫性針葉林、以云南松(Pinusyunnanensis)為主的暖性針葉林、以思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)為主的暖性針葉林以及熱性闊葉林[13～14]。

2數據來源及研究方法

2.1數據來源

本研究所使用的數據來源于2009-2013年第8次全國森林資源連續(xù)清查資料，此資料記錄了云南省詳細的各樹種、各齡組的面積和蓄積，以及歸屬權等各方面較為詳細的信息。

表1　優(yōu)勢樹種(組)含碳率、木材密度、擴展因子、地下/地上生物量比值參考值

注：參數來源：《中華人民共和國氣候變化第二次國家信息通報》“土地利用變化與林業(yè)溫室氣體清單”(2013)。冷杉(Abiesfabri)，云杉(Piceaasperata)、鐵杉(Tsugachinensis)、油杉(Keteleeriafortunei)，落葉松(Larixgmelinii)，華山松(Pinusarmandii)，云南松(Pinusyunnanensis)，思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)，高山松(Pinusdensata)，杉木(Cunninghamialanceolata)，柳杉(Cryptomeriajaponica)，柏木(Cupressusfunebris)，樺木(Betulaplatyphylla)，樟木(Cinnamomumcamphora)，楠木(Phoebezhennan)，榆樹(Ulmuspumila)，木荷(Schimasuperba)，刺槐(Robiniapseudoacacia)，楓香(Liquidambarformosana)，楊樹(Populusspp.)，桉樹(Eucalyptusspp.)，楝樹(Meliaazedarach)。

2.2研究方法

通過建立生物量與蓄積量間關系為基礎的森林植被碳儲量估算方法，近年來在估算森林植被碳儲量方面得到廣泛的應用。本研究采用生物量擴展因子法來建立生物量與蓄積量間的關系，從各優(yōu)勢樹種不同含碳率、不同地上生物量與地下生物量的關系、不同的木材密度等角度對各優(yōu)勢樹種碳貯量進行對比研究，進而估算云南省森林植被碳儲量[6～10]。

C=V×BEF×D×(1+R)×CF×S,式中，C為某一森林類型的森林植被碳儲量(tC)；V為某一森林類型的單位蓄積量(m3)；BEF為生物量擴展因子；D為某一樹組的木材密度(td·m·m-3)；R為某一樹組地下生物量/地上生物量的比值；CF為某一樹組生物量含碳率tC/(td·m)；S為某一優(yōu)勢樹種的面積m2。

表1所列為此次碳儲量估算中采用的優(yōu)勢樹種(組)含碳率、木材密度、擴展因子、地下/地上生物量比值參考值。

由于經濟林、竹林、灌木林在清查數據中資料不詳細，無法通過建立生物量與蓄積量的關系對其進行估算，故采用單位面積平均生物量乘以面積[11]，中國經濟林的平均生物量為23.7 t/hm2；秦嶺淮河以南的灌木林平均生物量為19.76 t/hm2；雜竹的平均生物量為47.86 t/hm2。

3結果與分析

3.1森林各林型的碳儲量及分析

根據第8次全國森林資源連續(xù)清查資料計算了云南省森林植被碳儲量，由表2可知，云南省森林植被總碳儲量為818.29×106tC；森林林分生物量為1 640.92×106t，平均生物量為101.71 t/hm2；林分碳儲量為775.30×106tC，經濟林、灌木林、竹林總碳儲量為42.99×106tC；林分平均碳密度為50.77 tC/hm2；森林植被平均碳密度為42.75 tC/hm2。

表2　森林各林型的生物量、碳儲量及碳密度

從表2可知，在云南森林植被碳儲量中，闊葉林及針闊混交林的碳密度相對較大。闊葉林碳儲量占森林植被碳儲量的54.53 %，且闊葉林的單位蓄積及單位生物量都大于針葉林，在固碳能力及碳儲量上都優(yōu)于針葉林，總體來說，闊葉林在云南省森林植被固碳中所起到的作用要大于針葉林。相較于針闊混交林，闊葉林的面積、碳儲量均為針闊混的5倍左右，因此，在擴大森林面積，增加森林碳儲量中，可適當擴大闊葉林面積，有利于提高森林植被碳儲量。經濟林、竹林和灌木林，3類林型總碳儲量只占全省森林植被碳儲量的5.25 %，且在碳密度上要普遍低于森林植被平均碳密度，雖然3類林型總面積占全省森林面積的20.23 %，但由于3類林型固碳能力有限，故此3類林型在云南省的森林植被碳儲量中起到的作用較少。

此次森林碳儲量估算結果與李世東等2013年出版中所預測的在2009-2013年云南省森林碳儲量將達到913.24×106tC存在一定差異[13]，差異幅度10.39 %，造成此次估算結果與李世東等對云南省2009-2013年間碳儲量的預測存在一定差異的原因，除去所采用的估算方式、含碳率及所側重的估算因素不同外，還可能存在以下幾個原因：(1)根據第8次全國森林資源清查數據，云南省林地面積250 104 km2，占全省面積的65.27 %，據第2次土壤普查的土地評價[5]，云南省宜林的四級、五級和六級土地資源共2 546.67 km2。且云南省森林面積的年均增長呈現下滑趨勢，在滿足常用耕地及各類建設用地等情況下，依靠不斷擴大林業(yè)面積促進森林碳儲量增加的方式，已經不適合云南碳匯項目的發(fā)展建設。(2)據第8次全國森林資源清查資料顯示，在2009-2013年間，云南省森林資源由于森林病蟲害、森林火災、氣候災害等原因，受災面積17 609 km2，占森林資源面積的9.20 %，森林資源受損嚴重，對云南省森林植被碳儲量造成了一定影響。

3.2 不同起源的森林類型、不同齡組的碳儲量及

分析

不同起源的森林碳儲量見表3、表4,不同齡組的碳儲量見表5。

表3　人工林、天然林在云南省森林生態(tài)系統(tǒng)各齡組中碳儲量及所占比例

表4　人工林、天然林中碳儲量排名前三位的優(yōu)勢樹種(組)

由表3可知，云南省天然林碳儲量遠大于人工林碳儲量，人工林碳儲量只占森林林分碳儲量的5.90 %，面積卻占森林林分面積的12.82 %；人工林碳儲量在各齡組中所占比例較少，分別占6.60 %、8.85 %及4.51 %，人工林中幼齡林、中齡林所占比例高于成熟林，且中齡林所占比例相對較高。

從表4中可以看出，人工林中碳儲量最大的3類樹種分別為杉木(Cunninghamialanceolata)、華山松(Pinusarmandii)、桉樹(Eucalyptusspp.)，其碳儲量分別為9.64×106tC、8.12×106tC、7.87×106tC，天然林中碳儲量最大的3類樹種(組)分別為闊葉混、櫟類和云南松。李亮[13]、蔡麗莎[14]認為：人工林中碳儲量最大的3類林分類型為杉木、華山松和云南松；自然林中碳儲量最大的3類林分類型為闊葉混、櫟類和其他軟闊類。本研究結果與兩人比較可發(fā)現，人工林中的杉木、華山松和天然林中的闊葉混、櫟類，其碳儲量都有了明顯增加。但本研究結果與兩人研究結果也存在一定變化，桉樹及云南松碳儲量都有了較大提高，究其原因可能是：統(tǒng)計方法不同，由于第8次全國森林資源連續(xù)清查中對各樹種進行了重新分類，導致在計算各優(yōu)勢樹種(組)碳儲量時產生一定差距。人工林碳儲量由第7次清查中的32.31×106tC[13]增加到了45.73×106tC，增長率達41.54 %，碳儲量有了較大提高，雖然天然林在云南省森林固碳中起到的作用遠大于人工林，但由于人工林生長速度快，人工林在云南省森林固碳中具有巨大的發(fā)展空間。由表5可知，不同齡組在不同的林型中所占比重也存在差異，不同森林林型中，成熟林碳儲量所占比重較大。林分中成熟林碳儲量占林分碳儲量的59.12 %，天然林型中成熟林碳儲量占天然林碳儲量的59.99 %；人工林型中的中齡林碳儲量占人工林碳儲量的35.69 %，相較于林分及天然林中中齡林的比例偏高。各齡組的碳儲量中，成熟林碳儲量最大，中齡林碳儲量大于幼齡林碳儲量。此計算結果與李亮指出的幼齡林碳儲量大于中齡林碳儲量的觀點存在不同。由于依靠增加林業(yè)面積促進森林碳儲量增加方式的減少，幼齡林的年增長量降低，齡組碳儲量相應減少。并且，隨時間推移，幼齡林逐漸向中齡林過渡，從而促使中齡林碳儲量的增加及幼齡林碳儲量的減少。

總體來說，由于人工林與天然林生理等方面的差異，人工林由幼齡林發(fā)育成中齡林及成熟林的時間較天然林更短。如云南松在人工林與天然林年均生長量上的差異，云南松天然林，21-40年生的林分，一般平均生長量為65 m3/hm2，每公頃年平均生長量為2.2 m3；云南松人工林，11-30年的林分，一般平均135 m3/hm2，每公頃年平均生長量為6.8 m3[15]。人工林的生長速度快，在快速增加碳儲量方面更具優(yōu)勢。

表5　不同齡組的林分在各林型中的碳儲量及所占比例

由于齡組的不同，森林類型間的碳密度如圖1所示，林分與天然林各齡組的碳密度普遍高于人工林各齡組的碳密度。天然林各齡組的碳密度約為人工林各齡組碳密度的2倍。

圖1　不同起源的森林類型各齡組平均碳密度

3.3優(yōu)勢樹種(組)的碳儲量及分析

由于各樹種(組)間生長特性不同，木材密度及含碳率等各方面存在的差異，使得各優(yōu)勢樹種(組)的碳儲量及碳密度也存在一定差異。其中，闊葉混交林碳儲量為273.20×106tC，占云南省森林碳儲量總量的33.39 %；櫟類、云南松、針闊混交林、冷杉碳儲量分別為117.60×106tC，113.76×106tC，81.29×106tC，31.38×106tC。5類優(yōu)勢樹種(組)的碳儲量總量占森林植被總碳儲量的75.24 %(如圖2)，這5類優(yōu)勢樹種(組)在云南省森林植被碳儲量中起著重要的作用。

各優(yōu)勢樹種(組)中，云南松碳儲量為113.76×106tC，在針葉林碳儲量中所占比例最大，此結果與蔡麗莎[14]研究結果一致，但在云南省碳密度方面存在一定變化。蔡麗莎研究認為，云南松碳密度在針葉林各優(yōu)勢樹種中碳密度最低，為15.95 tC/hm2。根據第8次全國森林資源清查數據，本研究結果顯示云南松碳密度為37.57 tC/hm2，且中齡林及成熟林碳儲量占云南松碳儲量的90.45 %。因此，可以看出云南松作為云南省的鄉(xiāng)土樹種，其生長速度較快，在發(fā)展全省森林植被碳儲量中具有重要地位。

圖2　各優(yōu)勢樹種(組)碳儲量比例

采用生物量擴展因子法計算的各優(yōu)勢樹種(組)碳密度中，所得各優(yōu)勢樹種(組)碳密度普遍高于李亮及蔡麗莎等研究結果，鐵杉碳密度在全省森林植被碳密度中最大，高達267.59 tC/hm2。

4結論

基于第8次全國森林資源連續(xù)清查數據，利用生物量擴展因子法，采用改良的計算參數，從不同齡組、林型、優(yōu)勢樹種等方面進行分析，對云南省森林資源的生物量、碳儲量及碳密度進行了估算。中國第8次森林資源清查中，云南省森林林分生物量為1 640.92×106t，平均生物量為101.71 t/hm2；森林植被碳儲量總量為818.29×106tC，林分碳儲量為775.30×106tC，經濟林、灌木林、竹林總碳儲量為42.99×106tC，林分平均碳密度為50.77 tC/hm2，森林植被平均碳密度為42.75 tC/hm2；闊葉林碳儲量占森林植被碳儲量的54.53 %，人工林碳儲量只占林分碳儲量的5.90 %，幼齡林只占林分碳儲量的17.09 %，天然林與成熟林在云南省森林資源碳儲量中所占比重較大。

各樹種(組)間生長特性不同，木材密度、含碳率存在的差異以及林齡結構、面積和蓄積量間的比例關系，都會對森林植被碳儲量產生影響。研究結果表明：在不同起源的森林碳儲量方面，天然林碳儲量遠大于人工林碳儲量，天然林碳密度也大于人工林碳密度，因此在固碳方面，相較于人工林，天然林在云南省的森林植被碳儲量中起到的更大的作用；在不同齡組結構中，成熟林碳儲量所占比重較大，且碳密度較高；在不同林型中，闊葉林、櫟類、云南松林、針闊混交林等林型碳儲量較大，其在云南省森林植被固碳方面作用相對較大；針闊混交林的碳密度接近于闊葉林的碳密度，因此在云南省的植樹造林中，可適當通過增加針闊混交林面積和套種鄉(xiāng)土樹種，來促進整體森林植被碳儲量的增加。

雖然人工林碳儲量較少、單位蓄積量較低且都為幼齡林，但由于人工林與天然林生理特性等方面的差異，人工林由幼齡林發(fā)育成中齡林及成熟林的時間較天然林更短，因此在云南省的碳匯項目中，人工林是必不可少的組成部分且在全省森林植被碳儲量中所占比例會逐漸增加。

在預測森林資源碳儲量的過程中，預測地區(qū)的實際土地面積、不適宜農林發(fā)展的土地資源面積、宜林地的面積，以及該地區(qū)的社會進步和經濟發(fā)展對土地、林業(yè)的大量需求等方面，都有可能對森林資源碳儲量預測的準確性產生一定的影響。

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Estimation of Carbon Storage and Density of Forest Ecosystem in Yunnan Province

YAN Teng1，PENG Yi-hang1，WANG Xiao-ke2，GONG He-de1,2

(1.Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，P.R.China;

2.Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences，Beijing 100080 P.R.China)

Abstract:To acquire the forest biomass and carbon storage of Yunnan Province，based on date from the continuous forest inventories (CFI) in 2009-2013，the forest biomass and forest carbon storage of Yunnan Province was estimated with the variable biomass extension factor method.The results showed that the forest biomass of Yunnan Province was 1 640.92×106t,and the total forest carbon storage of Yunnan Province was 818.29×106tC.The average unit area biomass of forest was 101.71 t/hm2，and the average carbon density was 50.77 tC/hm2.The results also showed that the carbon storage of the plantation and the young forest only account for 5.90 % and 17.09 % in the forest carbon,and also the natural forest and the mature forest have a larger proportion in Yunnan Province.Carbon storage varied with forest age and dominant forest species,suggesting that increases in vegetation carbon potentials could be achieved through selection of forest species and management of age structures，and the plantation will play an important role in forest carbon storage.

Key words:the extension factor of variable biomass;carbon storage;carbon density;ecosystem;Yunnan Province

中圖分類號：S 718.55

文獻標識碼：A

文章編號：1672-8246(2015)05-0062-06

通訊作者簡介：鞏合德(1978-) ，男，副教授，博士,主要從事森林生態(tài)學方面的研究。E-mail：gonghede3@163.com

作者簡介：第一燕騰(1989-)，男，碩士研究生,主要從事森林生態(tài)學方面的研究。E-mail：vacatedream@126.com

基金項目：國家自然科學基金項目(31200482)，中國科學院“西部之光”項目。

收稿日期：*2015-04-10

doi10.16473/j.cnki.xblykx1972.2015.05.012