成晨陽，湯騰方，伍格致

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 商學(xué)院，湖南 長沙 410128）

瀏陽市喬木林碳貯量及碳密度特征分析

成晨陽1，湯騰方1，伍格致2

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 商學(xué)院，湖南 長沙 410128）

利用瀏陽市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)（2012年），依據(jù)喬木林當中不同林分類型蓄積量與生物量之間的回歸方程關(guān)系，對瀏陽市喬木林的碳貯量進行了推算，分析了不同林種、林齡結(jié)構(gòu)、林分類型以及人工林、天然林的碳貯量及碳密度特征。結(jié)果表明：（1）瀏陽市喬木林的總碳貯量為4 115 652.91 t，平均碳密度為17.10 t/hm2；（2）不同林種之間的碳貯量從大到小依次為用材林＞防護林＞特用林＞經(jīng)濟林，碳密度最大為特用林，為26.99 t/hm2，其他闊葉林的碳貯量最大，占喬木林碳貯量的41.83%，其次是杉木林；（3）不同齡組間碳貯量分布的基本規(guī)律為中齡林＞近熟林＞成熟林＞幼齡林＞過熟林，碳密度變化趨勢基本隨著年齡的增加而增大。瀏陽市的人工林與天然林的碳貯量相差不大，天然林碳密度水平高于人工林。

林分類型；林種；碳貯量；碳密度；瀏陽市

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地上的最為重要的生態(tài)系統(tǒng)，其通過森林植被的光合作用吸收并固定大量存在于大氣中的CO2。根據(jù)研究表明，森林生態(tài)系統(tǒng)固定的有機碳占陸地生態(tài)系統(tǒng)的76%～98%，而森林植被的碳貯量就占到了陸地生物圈總碳貯量的60%[1]，相當于目前全球碳庫總量的2/3。因此，各國的專家學(xué)者對于森林植被的碳貯量估算也越加的重視。目前而言，美國、加拿大以及部分西方國家對于森林生態(tài)系統(tǒng)當中森林植被碳貯量的估算研究均有較大的進展[2-3]。近年來，很多專家學(xué)者對大尺度和斑塊狀森林植被的碳貯量開展了大量的研究[4]，估算了在全球以及區(qū)域尺度上的碳貯量，對全球森林植被的碳貯量估計也較為一致（500 Gt），與此同時我國科學(xué)家也先后對森林植被的碳貯量估算展開了研究[5]，對主要林分類型在全國尺度范圍上的碳貯量進行了相關(guān)估算，估計值為3.72～13.34 Gt[2,6]。

對瀏陽市喬木林的碳貯量及碳密度進行估算，并分析其分布特征，旨在能夠更為全面、科學(xué)的掌握瀏陽市喬木林碳匯水平現(xiàn)狀，為林業(yè)相關(guān)部門制定有針對性的、合理科學(xué)的森林經(jīng)營管理措施提供相關(guān)的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

瀏陽市是地處于湖南省東部羅霄山脈的北段，東鄰萬載、銅鼓；南部與萍鄉(xiāng)、醴陵相接壤，西面倚靠長沙，北部緊靠平江。27°51′～ 28°34′N，113°10′～ 114°15′E，土地總面積 5 007.75 km2。瀏陽市是屬亞熱帶的季風(fēng)式濕潤氣候，無霜期時間長，雨量較充沛，瀏陽市全年的年平均氣溫在16.7～18.2℃之間，年日照時數(shù)1 490～1 850 h，年降水量1 457～2 247 mm。瀏陽市全市的活立木蓄積量為12 585 423 m3，林地面積為344 623.7 hm2，其中有林地的面積為286 969.1 hm2，森林覆蓋率為66.2%。

2 研究方法

2.1 資料來源

基本數(shù)據(jù)來源于瀏陽市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)（2012年），資料中包括了瀏陽市森林資源各齡組的面積與蓄積，森林植被中各林種的面積、蓄積以及在天然林和人工林當中，不同林分類型按照不同齡組的面積與蓄積等分布狀況。參照并依據(jù)湖南省森林資源二類調(diào)查的相關(guān)規(guī)程，結(jié)合瀏陽市森林資源的現(xiàn)狀，本文將瀏陽市森林植被中的喬木分成了七大林分類型，分別為：杉木林、國外松林、馬尾松林、其他闊葉林（樟類、檫類、櫟類等）、桉樹林、楊樹林、喬木經(jīng)濟林。

2.2 生物量的計算

根據(jù)瀏陽市森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查數(shù)據(jù)的特點，借鑒了方精云[7]、王斌[8]等人建立的不同林分類型生物量與蓄積量之間的回歸關(guān)系BEF模型，選擇了對應(yīng)林分類型相關(guān)系數(shù)較高且樣本數(shù)充足的模型結(jié)構(gòu)對瀏陽市喬木林碳貯量進行估算。

表1 森林喬木層生物量與蓄積量關(guān)系Table 1 Relationship between biomass and volume in tree layer of forest

而對于喬木經(jīng)濟林而言采用的是單位面積生物量乘以喬木經(jīng)濟林總面積的方法，這里取單位面積喬木經(jīng)濟林的生物量值為23.75 t/hm2[9]。

式（1）中：B經(jīng)濟為喬木經(jīng)濟林總生物量，單位是t；B單位面積為喬木經(jīng)濟林單位面積生物量，單位是t/hm2；A為喬木經(jīng)濟林總面積。

2.3 碳貯量和碳密度的估算

文章研究的瀏陽市喬木林碳貯量只涵蓋了喬木林地當中林木的活生物量，并沒有包括到森林生態(tài)系統(tǒng)中的草本層、枯枝落葉層以及森林系統(tǒng)當中土壤層的碳貯量。對于森林碳貯量計算是用森林生物量乘以轉(zhuǎn)化系數(shù)（即每克干物質(zhì)的含碳率）得到，轉(zhuǎn)化系數(shù)是依據(jù)木材化學(xué)分子式法[10-12]。森林碳密度則是利用森林碳貯量與對應(yīng)森林面積之比求得[13]，即單位面積森林碳貯量。

表2 各樹種含碳率Table 2 Carbon content rate in different tree types

3 結(jié)果與分析

根據(jù)2012年瀏陽市森林資源二類調(diào)查的資料數(shù)據(jù)顯示：瀏陽市全市的喬木林地總面積為240 571.3 hm2，其中幼齡林面積為43 593.7 hm2；中齡林為93 448.7 hm2；近熟林56 445.5 hm2；成熟林為44 619.8 hm2；過熟林2 463.6 hm2。蓄積量由大到小依次是中齡林（3 757 411.2 m3）＞近熟林（3 735 292.8 m3）＞成熟林（3471 456.0 m3）＞幼齡林（379 107.5 m3）＞過熟林（258 271.0 m3）。

喬木林碳貯量總計為4 391 182.1 t，按照齡組劃分為：幼齡林碳貯量占3.27%，中齡林碳貯量占32.39%，近熟林占32.19%，成熟林占29.91%，過熟林占2.24%。

3.1 喬木林不同林種碳貯量特征

從表3可以看出，在喬木林各林種的碳貯量分布當中，不同林種的碳貯量大小差異較大，其中用材林最大，為2 912 264.17 t，占66.32%；其次是防護林，其碳貯量為1 277 852.65 t，占29.10%；而特用林和經(jīng)濟林的碳貯量分布較少，分別為113 586.35 t、87 478.93 t，占喬木林碳貯量的2.58%和2.00%。由此可見，瀏陽市喬木林的碳貯量主要是集中在用材林和防護林，其他林種類型的碳貯量分布較低，這與各林種的分布面積及碳匯能力相關(guān)，用材林面積是經(jīng)濟林的27倍不到，而碳貯量大小卻是33倍之多，這表明不同的林種類型具備不同的碳匯能力，因此不同的林種類型是影響喬木林碳匯能力大小的因素之一。

表3 不同林種碳貯量按齡組分布Table 3 Carbon storage of different ages of different forest types in arbor t

從圖1一方面可以得到，各林種的碳密度變化趨勢都是隨著年齡的增長而增加，其碳匯能力也相應(yīng)增大；另一方面各林種間碳密度的差異性較為明顯，特用林的碳密度最大，主要是因為瀏陽市的特用林主要是由環(huán)境保護林、自然保護林組成，其主要作用是用于森林旅游、科學(xué)研究以及保護生態(tài)環(huán)境等，且特用林在林齡的構(gòu)成方面主要為近、成熟林為主，這些都使得特用林的單位面積生物量水平以及碳密度水平最高。而經(jīng)濟林呈現(xiàn)出相對較低碳密度水平的原因是因為在栽植過程當中，過密的種植密度會影響到經(jīng)濟林的產(chǎn)量，致使經(jīng)濟林的每公頃株樹減少，從而導(dǎo)致瀏陽市經(jīng)濟林的碳密度偏低。

圖1 瀏陽市各林種不同齡組碳密度Fig.1 Carbon density of different ages of different forest types in arbor

3.2 喬木林不同林分類型各齡組碳貯量特征

由于各齡組碳貯量大小與齡組分布面積及碳匯能力大小有著緊密的關(guān)系，結(jié)果表明：成熟林的面積占喬木林總面積的18.53%，但是其碳貯量卻占喬木林總碳貯量的29.39%；而幼齡林的面積占喬木林總面積的18.12%，其碳貯量則只占到了喬木林總碳貯量的3.27%；對于中齡林而言，面積比重與碳貯量比重基本相當，分別為38.85%和32.93%；近熟林面積占23.46%，碳貯量占32.20%；過熟林面積占1.05%，碳貯量占2.21%。由此可見，年齡結(jié)構(gòu)的差異性也是構(gòu)成碳匯能力大小差異的主要原因之一，近、成、過熟林的碳匯能力相對較大；其次是中齡林，其碳匯能力相對較?。欢g林的碳匯能力最小。另一方面，根據(jù)不同林分類型按齡組分布的碳貯量分析，即從杉木林、馬尾松林、國外松林、其他闊葉林、喬木經(jīng)濟林、楊樹林以及桉樹林等按照齡組分布的碳密度變化趨勢圖也可以得到相同的結(jié)論（見圖2）。

喬木林不同林分類型按齡組的碳密度分布規(guī)律是由幼齡林到成熟林逐步的增加，這主要因為，森林中樹木碳積累的速率較慢，隨著年齡的增加在不斷的增大，在樹木生長到達成熟期時，碳積累的速率達到了最大，在樹木成熟之后，其碳積累的速率逐步降低，甚至還會有一些碳被分解到了森林土壤當中，因此，碳匯能力最大的是成熟林、近熟林，過熟林次之，中齡林的碳匯能力相對而言較小，幼齡林最小。

圖2 瀏陽市不同林分類型碳密度按齡組變化趨勢Fig.2 Trend of carbon density of different ages in different forest types

表4 不同林分類型碳貯量、碳密度Table 4 Carbon storage and carbon density of different forest types

從表4可以看出，瀏陽市不同林分類型的碳貯量特征為：瀏陽市喬木林各林分類型碳貯量大小差異明顯，其中碳貯量最大的是其他闊葉林，所占到的比重為41.83%；杉木林次之，占37.43%；接下來依次是馬尾松林，占14.91%；國外松林，占3.82%；喬木經(jīng)濟林，占1.98%；楊樹林，占0.02%以及桉樹林的0.01%?？梢?，瀏陽市喬木林的碳貯量分布不均勻，同時也反映出了其他闊葉林的碳匯量較大，而針葉林在瀏陽市喬木林碳貯量中占到了很大的比例，其碳貯量之和達到了52.34%，超過了一半以上，在瀏陽市森林植被的碳貯量方面占據(jù)著主導(dǎo)的地位。

從各林分類型碳密度大小對比可以看到，楊樹林最大、桉樹林最??；而杉木林的碳密度雖較2010年(12.05 t/hm2)[14]有所增加，但仍沒有達到喬木林碳密度平均水平(17.10 t/hm2)，這與其高面積分布、高蓄積量比重不相匹配，其中一方面的原因是由于杉木林的幼、中齡林等未成熟林比重較大，占到了58.58%，在其幼齡林當中，有相當一部分為種植不久的新增林地，這在一定程度上降低了杉木林林的平均碳密度水平[15]；另一方面則是由于部分山地、丘陵地帶的立地質(zhì)量較差，且土壤中的養(yǎng)分含量不高，甚至有些地塊還存在地力衰退的趨勢，這些都會對于提高杉木林的平均碳密度產(chǎn)生影響。

3.3 人工林、天然林的碳貯量及碳密度特征

瀏陽市的森林主要是包括人工林和天然林，從表5可以看出，人工林的面積要大于天然林的面積，但是天然林的碳貯量卻要稍大于人工林，從而反映出天然林具有更大的碳匯能力。從碳密度方面來看，人工林與天然林的碳密度按齡組生長的變化趨勢是基本一致的，均隨著年齡的增長而增加，只是在成熟林到過熟林階段，天然喬木林出現(xiàn)了碳密度下降的情況，這可能是由于天然喬木林分在進入到過熟林時期時，林分內(nèi)空間變小、衛(wèi)生環(huán)境變差，個體間的競爭愈發(fā)激烈，從而導(dǎo)致碳積累的速率降低，并且在這時期其生物量當中的一部分碳被分解轉(zhuǎn)移到了森林土壤等其它環(huán)境當中，因而形成了碳密度降低的狀況。在整個階段，人工林只有在過熟林時期的碳密度大于天然林，而其他階段都普遍的小于同時期天然林的碳密度水平，這也說明，如果能夠?qū)θ斯ち诌M行科學(xué)合理的經(jīng)營管理以及保護，隨著幼、中齡林的發(fā)展，人工林在森林碳匯的功能上將會發(fā)揮巨大的潛力價值。

利用SPSS中方差分析對人工林與天然林不同齡組的碳密度進行比較，利用LSD多重比較探究各年齡階段各組別之間碳匯能力的差異性，顯著性水平設(shè)置為α=0.05。

表5 不同齡組人工林與天然林面積、碳貯量及碳密度Table 5 Carbon storage and carbon density of natural forest and artificial forest in different ages

由表6可以看到，在喬木人工林當中，不同齡組間的碳密度差異總體上是顯著的，主要是表現(xiàn)在幼齡林與其他齡組階段以及過熟林與其他齡組階段的碳密度差異上，中齡林、近熟林和成熟林三者間的碳密度差異不明顯。

表6 人工林、天然林各齡組碳密度差分關(guān)系Table 6 Relationship of carbon density between natural forest and artificial forest in different ages

而對于天然林而言，不同齡組間的碳密度差異同樣較為顯著，但這主要是表現(xiàn)在幼、中齡林與其他齡組間的碳密度差異上，而近、成、過熟林的碳密度差異性不明顯。

不同森林的起源方式對于碳貯量的積累具有重要影響，這是由于各類型森林的環(huán)境因子、物種組成以及年齡結(jié)構(gòu)的不同，從而導(dǎo)致其在不同齡組的碳貯量分布、碳密度上也呈現(xiàn)出了一定的差異性（見圖3）。

圖3 瀏陽市人工林、天然林不同齡組碳密度變化趨勢Fig.3 Trend of carbon density of different ages in natural forest and artificial forest

4 結(jié)論與討論

(1)瀏陽市全市的喬木林碳貯量為4 115 652.91 t，平均碳密度為17.10 t/hm2。喬木林碳貯量按林種劃分主要表現(xiàn)為用材林分布最多，其次是防護林，而特用林和經(jīng)濟林的碳貯量分布較少。另一方面各林種間碳密度的差異性較為明顯，特用林最大，主要是由于特用林的功能特性及其年齡結(jié)構(gòu)決定。而經(jīng)濟林碳密度較低，這主要是因為較大的林分密度造成。

(2)對喬木林不同林分類型碳分布進行比較，瀏陽市喬木林碳貯量主要是集中在了其他闊葉林、杉木林、馬尾松林以及國外松林當中，其中以其他闊葉林的碳貯量最大，占喬木林碳貯總量的41.83%；其次是杉木林和馬尾松林，其碳貯量之和占比達到了52.34%，這也說明了針葉林的碳匯能力在瀏陽市喬木林當中占據(jù)著主導(dǎo)性的地位。在喬木林當中，中齡林是碳貯量分布最多的一個齡組。在同一齡組，不同林分類型的碳貯量大小差異顯著。在中齡林階段表現(xiàn)為:其他闊葉林＞杉木林＞馬尾松林＞國外松林＞喬木經(jīng)濟林＞桉樹林＞楊樹林；幼齡林中的分布與中齡林一致；近熟林中以其他闊葉林占比最大；在成熟林和過熟林當中以杉木林最為突出；在碳密度方面，楊樹林最大，除此外僅有國外松林和其他闊葉林的碳密度高于喬木平均碳密度，而高面積比重的杉木林卻未達到平均水平，因此，加強對低碳密度林地的經(jīng)營改造顯得尤為的重要。

(3)瀏陽市的人工林與天然林的面積相差不大，兩者間的碳貯量也基本相當。人工林與天然林的碳密度在不同齡組上的差異性都較為顯著，對人工林而言這種差異主要體現(xiàn)在幼齡林和過熟林階段；天然林則是幼、中齡林與各齡組的差異性明顯。瀏陽市森林的平均碳密度較小，森林在不同齡組的面積分布上以中、幼齡林為主，成、過熟林較少，而中、幼齡林的平均碳密度遠遠低于成、過熟林的平均碳密度，因此齡組結(jié)構(gòu)的不合理，中、幼齡林面積比例較高是導(dǎo)致瀏陽市現(xiàn)存碳貯總量較低的一個主要原因。

探討并分析喬木林不同林種、林分類型、齡組等方面的碳貯量及碳密度特征，不僅僅是對森林的經(jīng)營管理，森林資源的合理配置具有重要意義，同時對于森林在恢復(fù)重建后的保護方面也會產(chǎn)生深遠的影響，我們可以通過造林、再造林以及科學(xué)合理的經(jīng)營管理措施來緩解大氣中日益增加的CO2濃度，從“質(zhì)”和“量”兩個方面協(xié)調(diào)，不斷提高瀏陽市的森林植被碳匯能力。目前隨著瀏陽市中、幼齡林的逐漸生長，其碳貯量在森林植被總體碳貯量當中，所占比重將會越來越大，并逐步的發(fā)揮其主導(dǎo)作用，因此瀏陽市整體的碳庫將會越來越大，其產(chǎn)生的生態(tài)經(jīng)濟效益也會越來越高。

[1]曹 軍,張鐿鋰,劉燕華.近20年海南島森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量變化[J].地理研究,2002,(5):2-5.

[2]王效科,馮宗煒,歐陽志云.中國森林生態(tài)系統(tǒng)植物碳儲量和碳密度研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2001,2(1):6-9.

[3]Dixon R K, BrownS, Houghton RA, et al. Carbon pools and flux of global forest ecosystems[J].Science,1994,263(1):185-1901.

[4]李克讓,王紹強,曹明奎.中國植被和土壤碳貯量[J].中國科學(xué)D輯,2003,(1):16-20.

[5]康惠寧,馬欽彥,袁嘉祖.中國森林碳匯功能基本估計[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,1996,7(3):230-234.

[6]周玉榮,于振良,趙士洞.我國主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量和碳平衡[J].植物生態(tài)學(xué)報,2000,1(5):50-54.

[7]方精云,劉國華,徐嵩齡.中國森林植被的生物量和生產(chǎn)力[J].生態(tài)學(xué)報,1996,16(5):497-508.

[8]王 斌,劉某承.基于森林資源清查資料的森林植被凈生產(chǎn)量及其動態(tài)變化的研究[J].林業(yè)資源管理,2009,2(1):35-43.

[9]唐 霄.四川森林植被碳儲量估算及其空間分布特征[D].成都:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.

[10]江澤慧,彭鎮(zhèn)華.世界主要樹種木材科學(xué)特性[M].北京:科學(xué)出版社,2001.

[11]王佩卿.木材化學(xué)[M].北京:中國林業(yè)出版社,1983,51-88.

[12]王 磊,丁晶晶,季永華,等.江蘇省森林碳儲量動態(tài)變化及其經(jīng)濟價值評價[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2010,34(2): 1-5.

[13]Ruben N, Lubowski, Andrew J, et al. Land-use change and carbon sinks: Econometric estimation of the carbon sequestration supply function[J]. Journal of Environmental Economics and Management, 2006, 51(1): 135-152.

[14]黃湘南,童 潔.湖南省杉木林林植被C貯量動態(tài)特征[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2011,31(12):80-86.

[15]方 晰,田大倫,項文化,等.第二代杉木林中幼林生態(tài)系統(tǒng)碳動態(tài)與平衡[J].中南林學(xué)院學(xué)報,2002,22(1):l-6.

Analysis about characteristic of carbon storage and carbon density of arbor in Liuyang city

CHENG Chen-yang1, TANG Teng-fang1, WU Ge-zhi2
(1. School of Forestry, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2. School of Business, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, Hunan, China)

By using forest resource survey data of Liuyang(2012), the biomass and carbon storage of arbor in Liuyang were estimated with the method of regression equation between biomass and volume in different forest types,calculated and analyzed the carbon storage and carbon density of different sorts of forest and different age-structure and the carbon distribution between plantations and natural forests.The results show that: (1)The carbon storage of Liuyang’s arbor totaled 4 115 652.91 t, average carbon density is 17.10 t/hm2;(2)Carbon storage from big to small in different sorts of forest is timber forest＞ shelter forest＞ special using forest ＞ economic forest,special using forest have the highest carbon density(26.99 t/hm2), Other broad-leaves trees have the biggest carbon storage, the proportion is as high as 41.83%,then followed by Cunninghamia Lanceolata forest; (3)The basic regularity on carbon density of different age is half-mature forest ＞ near-mature forest ＞ mature forest ＞ young forest ＞ over ripeness forest. Plantation and natural forest carbon storage in Liuyang city were similar, Natural forest is higher than plantation forest in the aspect of carbon density.

forest type; forest category; carbon storage; carbon density; Liuyang city

S718.55+4.2

A

1673-923X(2015)11-0104-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.11.000

2014-10-10

國家“十二五”科技支撐計劃項目（2012BAD21B03）；湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項目“湖南森林植被碳儲量及價值估算研究”

成晨陽，碩士研究生

湯騰方，副教授，碩士生導(dǎo)師；E-mail：tff9888@126. com

成晨陽, 湯騰方,伍格致. 瀏陽市喬木林碳貯量及碳密度特征分析[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2015, 35(11): 104-109.

[本文編校：吳 毅]