張 蓓， 劉金山， 洪加鳳， 周湘紅， 魏 甫， 劉治昆

(1.國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，長沙 410014； 2.海南省林業(yè)科學(xué)研究所，?？?571100)

張 蓓1， 劉金山1， 洪加鳳1， 周湘紅1， 魏 甫1， 劉治昆2

(1.國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，長沙 410014； 2.海南省林業(yè)科學(xué)研究所，?？?571100)

2011年海南實施了綠化寶島大行動，促進了人工林資源的增長，增強了森林的固碳釋氧功能，充分發(fā)揮了森林的碳匯作用?；谏仲Y源連續(xù)清查數(shù)據(jù)和人工造林數(shù)據(jù)，建立了碳密度模型，對2011—2015年綠化寶島造林碳儲量及碳匯潛力進行評估，為林業(yè)決策提供數(shù)據(jù)支撐，同時建立的模型可用于碳匯造林及各工程項目造林產(chǎn)生的碳匯評估。截至2015年，綠化寶島造林碳儲量為34.7萬t，到2020年和2030年碳儲量預(yù)計分別達到118.6萬t和309.2萬t。

造林；碳庫；碳匯；碳儲量；評估

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是最主要的生物量和生產(chǎn)力的貢獻者，相應(yīng)的也是碳庫和碳匯的重要貢獻者[1]。鑒于人工造林通過植被生長固定CO2帶來的碳匯功能，《京都議定書》允許將通過造林、再造林等活動獲得的碳匯部分用于抵消工業(yè)和能源利用的溫室氣體排放。近年來，我國大力發(fā)展植樹造林，推進國土綠化工作，人工林面積居世界首位[2-3]。人工林植被生長產(chǎn)生了大量的森林碳匯。第二次～第五次森林資源連續(xù)清查期間，森林生態(tài)系統(tǒng)總碳匯為0.37 Pg(1 Pg=10億t)，其中人工林發(fā)揮碳匯功能固定了0.39 Pg C，而天然林作為碳源釋放了0.02 Pg C[4]?？梢钥闯?，發(fā)展人工林資源是增加碳匯、應(yīng)對氣候變化的重要舉措，對抵消工業(yè)二氧化碳排放，提升我國對溫室氣體減排負責(zé)任的大國形象和參與國際氣候談判提供有力的幫助。

2011年海南省委、省政府推動實施了綠化寶島大行動，依托城市森林工程、通道綠化工程、河流水庫綠化工程、海防林建設(shè)工程、熱帶雨林和濕地保護工程、林業(yè)開發(fā)與林場建設(shè)工程、村莊綠化工程、盆景花卉與種苗工程等，2011—2015年5年間造林11.607萬hm2[5-9]，是海南應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)綠色發(fā)展的重要舉措。人工林資源的增長，在綠化美化了人居環(huán)境、增加森林面積和蓄積的同時，增強了森林的固碳釋氧功能，發(fā)揮了森林的碳匯作用。本研究遵循林木生長過程規(guī)律，基于森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)和人工造林數(shù)據(jù)，建立了碳密度模型，對2011—2015年綠化寶島造林碳儲量及碳匯潛力進行預(yù)測，以期為后期林業(yè)決策提供依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

海南省位于我國最南端， 108°37′—111°05′E， 18°10′—20°10′N，是我國第二大島嶼。屬典型的熱帶季風(fēng)氣候和熱帶海洋氣候，全年溫暖，長夏無冬，年平均氣溫23～26 ℃；雨水充沛，年均降水量達1600 mm，干濕季分明；年平均日照1750～2650 h，氣候資源豐富。動植物資源豐富，據(jù)調(diào)查有4680多種維管束植物和640多種野生動物，被譽為物種基因庫。自然植被主要分布在中部山區(qū)，包括熱帶季雨林、熱帶雨林、常綠闊葉林、針葉林、灌叢和草原等；人工林主要分布在山地周圍的臺地，包括橡膠、桉樹、相思、木麻黃、果樹等。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

碳密度建模所用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為第八次全國森林資源連續(xù)清查海南省喬木人工林樣地數(shù)據(jù)，樣地因子包括優(yōu)勢樹種、林齡、活立木蓄積等屬性。造林面積采用2011—2015年的林業(yè)統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)[5-9]，人工造林各樹種(組)所占比例根據(jù)2015年對9 691個小班的樹種實地調(diào)查數(shù)據(jù)推算。

2.2 建立碳密度模型

使用空間代替時間的方法，即在空間尺度上選取不同林齡的林分，表征林分特性隨林齡(時間尺度)的變化規(guī)律。因森林資源連續(xù)清查使用機械布點法，解決了定位實驗人為選點的代表性問題，且獲取的數(shù)據(jù)可以代表某一樹種(組)生長曲線的平均水平?；谏仲Y源連續(xù)清查樣地數(shù)據(jù)，使用擴展因子法，將樣地的蓄積數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為碳密度數(shù)據(jù)，然后分樹種(組)建立林分碳密度與林齡的關(guān)系模型，探尋林齡對碳密度的影響。模型形式采用應(yīng)用廣泛的理論生長方程Richards，Logistic，Korf，Gompertz和Mitscherlich 方程[10-16]等形式。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2.3 碳儲量估算

碳儲量估算公式：

3 結(jié)果與討論

3.1 碳密度—林齡模型

根據(jù)《造林項目碳匯計量與監(jiān)測指南》《全國林業(yè)碳匯計量監(jiān)測技術(shù)指南》等提供的生物量擴展因子，利用國家森林資源連續(xù)清查海南省人工林數(shù)據(jù)庫的樹種(組)、蓄積和林齡等信息，建立海南人工林主要樹種(組)碳密度—林齡模型，見表1。

對于林木生長方程來說，有學(xué)者基于樹木的“S”型曲線生長理論，認為拐點是生長方程的重要特征，具有非常明確的生物學(xué)意義，拐點處意味著連年生長的高峰期，因此有拐點的生長方程(Richards，Logistic，Korf和Gompertz)比無拐點的生長方程(Mitscherlich)擬合精度高[11，14-16]。海南省由于優(yōu)越的氣候條件，植被生長快，木麻黃等樹種從開始即表現(xiàn)出快速生長的趨勢，生長規(guī)律與“S”型曲線略有差異；桉樹的連年生長量雖然表現(xiàn)出先增加后減少的“S”型規(guī)律，但連年生長最大值出現(xiàn)在較早時期(林齡為4 a)，隨后即表現(xiàn)為逐年減少，與木麻黃生長規(guī)律接近。圖1繪制了橡膠、木麻黃、桉樹3個典型樹種的碳密度生長曲線；碳密度累積最大值分別為52.6 t/hm2，147.2 t/hm2和49.0 t/hm2。可以看出，在1～15 a林齡時，桉樹、木麻黃碳密度增長基本類似，并遠高于橡膠；在林齡為29 a時，橡膠累積的碳密度與桉樹持平，并在隨后高于桉樹。需要指出的是，本研究所用的桉樹 建模樣地數(shù)據(jù)中，林齡≤10 a的樣地所占比例為87.7%，林齡在11～30 a之間的樣地所占比例僅為12.3%，桉樹用途多以生產(chǎn)紙漿材為主，輪伐期短，因此保留下來的11～30 a的林分為生長狀況不佳、用途不大的林分，導(dǎo)致擬合的桉樹生長曲線后半段碳密度累積速度減緩，但仍能反映保留下來的桉樹林分其實際生長狀況。

表1 人工林碳密度—林齡模型樹種(組)公式橡膠C=52．63exp(-exp(1．306-0．102t))；r=0．83，n=577，P<0．001木麻黃C=147．18(1-exp(-0．0188t))；r=0．80，n=21，P<0．001桉樹C=(-71．87+48．99t1．63)/(29．42+t1．63)；r=0．84，n=122，P<0．001松樹C=91．11(1-exp(-0．0438t))；r=0．78，n=23，P<0．001相思C=97．21/(1+9．217exp(-0．233t))；r=0．73，n=48，P<0．001闊葉混C=863．0(1-exp(-0．00154t))；r=0．77，n=28，P<0．001 注：r為相關(guān)系數(shù)，n為樣本數(shù)。

3.2 碳匯價值

基于分樹種的碳密度—林齡模型，根據(jù)2015年調(diào)查的綠化寶島造林小班造林年度及各年度樹種數(shù)據(jù)，推算人工林碳儲量與預(yù)期碳匯價值，為爭取碳匯補償提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對連續(xù)清查數(shù)據(jù)各林齡段的比例進行統(tǒng)計；林齡≤5 a，6～10 a，11～15 a，16～20 a和≥21 a林分所占的面積比例分別為26.4%，分別達到118.6萬t和309.2萬t。根據(jù)《森林生態(tài)系29.2%，16.2%，6.6%和21.6%。其中林齡在1～15 a林分所占比例為71.8%，占主體地位，表明大部分人工林保留時間在15 a之內(nèi)?；诖送扑懔?011—2015年造林在2015年的碳儲量，2020年(林齡5～9 a)及2030年(林齡15～19 a)的預(yù)期碳匯，見表2。

圖1 不同樹種碳密度隨林齡的變化規(guī)律

表2 人工林碳密度與碳儲量樹種(組)平均碳密度/(t/hm2)碳儲量/t2015年2020年2030年2015年2020年2030年橡膠2 879 0327 731647625183001591825木麻黃4 3417 1639 442480297940225123桉樹4 2021 0837 5623581118376210926松樹6 4123 0647 191994871774146862相思15 5836 3782 952873567096153010其它闊葉2 659 2522 2949195171867414397灌木經(jīng)濟林1 515 9114 7235866140551349922全林分2 9910 2226 6534688911859043092065

經(jīng)估算2011—2015年造林碳儲量，截至2015年碳儲量為34.7萬t，到2020年和2030年碳儲量預(yù)計統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T 1721—2008)，碳匯價格按1 200元/t計，到2015年碳匯價值4.2億元，到2020年和2030年預(yù)期碳匯價值分別達到14.2億元和37.1億元。

[1] 劉金山，張萬林，楊傳金，等. 西藏自治區(qū)人工林碳儲量估算[J]. 中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2013，32(1)：42-44.

[2]國家林業(yè)局森林資源管理司.第八次森林資源清查結(jié)果報告[M].北京：中國林業(yè)出版社，2013.

[3]徐濟德. 我國第八次森林資源清查結(jié)果及分析[J]. 林業(yè)經(jīng)濟，2014(3)：6-8.

[4] Fang JY，Chen AP，Peng CH，et al．Changes in Forest Biomass Carbon Storage in China Between 1949 and 1998[J]．Science，2001(292 )：2320-2322．

[5]國家林業(yè)局.中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒2011 [M] .北京：中國林業(yè)出版社，2012.

[6]國家林業(yè)局.中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒2012 [M] .北京：中國林業(yè)出版社，2013.

[7]國家林業(yè)局.中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒2013 [M] .北京：中國林業(yè)出版社，2014.

[8]國家林業(yè)局.中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒2014 [M] .北京：中國林業(yè)出版社，2015.

[9]國家林業(yè)局.中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒2015 [M] .北京：中國林業(yè)出版社，2016.

[10]齊建文，張蓓，劉金山.湖南杉木林生物量密度的模擬與預(yù)測[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2014，34(8)：15-18．

[11]寧鎮(zhèn)亞，相瑩瑩，黃麟.區(qū)域尺度碳蓄積研究中的林分蓄積生長模擬——以我國五類主要樹種為例[J]. 林業(yè)資源管理，2014(2)：73-82，149．

[12]陳青青，徐偉強，李勝功，等.中國南方4 種林型喬木層地上生物量及其碳匯潛力[J].科學(xué)通報，2012，57(13)：1119-1125.

[13]侯振宏，張小全，徐德應(yīng)，等.杉木人工林生物量和生產(chǎn)力研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25(5)：97-103.

[14]張建國，段愛國.理論生長方程對杉木人工林林分直徑結(jié)構(gòu)的模擬研究[J].林業(yè)科學(xué)，2003，39(6)：55-61．

[15]李春明，杜紀山，張會儒.撫育間伐對森林生長的影響及其模型研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2003，16(5)：636-641．

[16]段愛國，張建國，童書振.6種生長方程在杉木人工林林分直徑結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用[J].林業(yè)科學(xué)研究，2003，16(4)：423-429．

CarbonStorageandCarbonSequestrationEstimationofGreenIslandProjectAfforestationinHainanProvincefrom2011to2015

ZHANG Bei1,LIU Jinshan1,HONG Jiafeng1,ZHOU Xianghong1,WEI Fu1,LIU Zhikun2

(1.Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration,Changsha 410014,Hunan,China；2.Forestry Research Institute of Hainan Province,Haikou 571100,Hainan，China)

Hainan province implemented the Green Island projecting 2011, which promotes the growth of plantation resources, enhances forest carbon fixation function,and plays an important role in forest carbon sinks. Based on the continuous inventory data of forest resources and afforestation data, the paper established carbon density model to evaluate carbon storage and carbon sequestration potential of afforestation from 2011 to 2015, so as to provide data support for forestry decision-making. The model can be used to evaluate carbon sinks of afforestation projects. Carbon storage of green island project afforestation was 347,000 tons at the end of 2015.Carbon storage expectation will reach to 1.186 million tons and 3.092 million tons by 2020 and 2030.

afforestation；carbon pool；carbon sink；carbon storage；evaluation

2017-06-05

張蓓(1988-)，女，湖南瀏陽人，工程師，主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計、資源監(jiān)測和碳匯計量研究。

S 718.55+6

A

1003-6075(2017)03-0026-04

10.16166/j.cnki.cn43-1095.2017.03.007