張開(kāi)福

(湖南省農(nóng)林工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究總院， 湖南 長(zhǎng)沙 410007)

為遏制2008年南方嚴(yán)重冰雪災(zāi)害所造成的森林生態(tài)系統(tǒng)逆向演替趨勢(shì)，在當(dāng)年湖南省冰災(zāi)的重災(zāi)區(qū)，通過(guò)引進(jìn)和采用新的森林經(jīng)營(yíng)模式[1]，使森林資源盡快得到增加和提升，進(jìn)而提高生物多樣性，改善和優(yōu)化森林生態(tài)體系[2]，充分發(fā)揮森林的生態(tài)價(jià)值，保護(hù)湖南生態(tài)安全[1]。世界銀行貸款湖南省森林恢復(fù)和發(fā)展項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱“項(xiàng)目”)于2013年啟動(dòng)實(shí)施[3]，共涉及湖南省22個(gè)縣(市、區(qū))，項(xiàng)目總建設(shè)規(guī)模58860.0 hm2，涉及8個(gè)森林經(jīng)營(yíng)模型。2014年度項(xiàng)目竣工面積21965.9 hm2。

項(xiàng)目基線碳匯研究是對(duì)該項(xiàng)目2014年度營(yíng)造林的固碳效益進(jìn)行基線碳匯進(jìn)行調(diào)查研究，測(cè)定和計(jì)量項(xiàng)目的基線碳儲(chǔ)量、項(xiàng)目邊界內(nèi)溫室氣體排放、碳泄漏等數(shù)據(jù)，采取固定標(biāo)準(zhǔn)地的連續(xù)測(cè)定方法測(cè)定項(xiàng)目區(qū)的碳儲(chǔ)量、碳排放等，為項(xiàng)目的定期碳儲(chǔ)量變化監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究方法

1.1 分層

為提高生物量測(cè)算的精度，采取分層抽樣法調(diào)查研究生物量。分層分為事前分層和事后分層。其中，事前分層又分為事前基線分層和事前項(xiàng)目分層，事前分層監(jiān)測(cè)是2014年碳匯監(jiān)測(cè)基線調(diào)查的主要目標(biāo)。事前基線分層主要根據(jù)起源、齡組和地類進(jìn)行分層[4]，共分4層(見(jiàn)表1)。

表1 事前基線分層表Tab.1 The baseline hierarchical table before the investigation事前基線碳層編號(hào)起源齡組地類適宜項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)的模型BSL-1人工林幼齡林無(wú)立木林地或疏林地TSP1、TSP2、TSP3、TSP4(混交林造林型)BSL-2人工林中齡林疏林地TSP5、TSP6(混交林補(bǔ)植型)BSL-3人工林幼齡林、中齡林竹林地TSP7(竹喬混交林型)BSL-4天然林幼齡林疏林地或無(wú)立木林地TSP8(人工促進(jìn)天然更新型)

事前項(xiàng)目分層主要以森林經(jīng)營(yíng)模式、優(yōu)勢(shì)樹(shù)種做為主要指標(biāo)，共分14層(見(jiàn)表2)。

表2 事前項(xiàng)目分層表Tab.2 The project hierarchical table before the investigation事前項(xiàng)目碳層編號(hào)森林經(jīng)營(yíng)模型樹(shù)種森林經(jīng)營(yíng)模型號(hào)PROJ-1TSP1、針葉樹(shù)+一般闊葉樹(shù)杉木、檫樹(shù)、楓香、櫟木TSP1aPROJ-2TSP1、針葉樹(shù)+一般闊葉樹(shù)馬尾松、楓樹(shù)、木荷、檫樹(shù)TSP1b、TPS1c、TSP1dPROJ-3TSP2、針葉樹(shù)+珍貴闊葉樹(shù)杉木、楠木、楸樹(shù)、櫟木TSP2aPROJ-4TSP2、針葉樹(shù)+珍貴闊葉樹(shù)馬尾松、櫸木、樟樹(shù)、櫟木TSP2b、TSP2dPROJ-5TSP2、針葉樹(shù)+珍貴闊葉樹(shù)柏樹(shù)、槐樹(shù)、合歡TSP2cPROJ-6TSP2、針葉樹(shù)+珍貴闊葉樹(shù)以樣地為準(zhǔn)(景觀林)TSP2ePROJ-7TSP3、闊葉樹(shù)混交林楓香、合歡、木蓮TSP3a、TSP3bPROJ-8TSP4、珍貴高價(jià)值闊葉樹(shù)楠木、櫧樹(shù)、闊葉樹(shù)TSP4a、TSP4bPROJ-9TSP5、補(bǔ)植的針葉樹(shù)+一般闊葉樹(shù)杉木、檫樹(shù)、楓香、櫟木TSP5aPROJ-10TSP5、補(bǔ)植的針葉樹(shù)+一般闊葉樹(shù)馬尾松、楓香、木荷、檫樹(shù)TSP5b、TSP5cPROJ-11TSP6、補(bǔ)植的針葉樹(shù)+珍貴闊葉樹(shù)杉木、楠木、楸樹(shù)、櫟木TSP6aPROJ-12TSP6、補(bǔ)植的針葉樹(shù)+珍貴闊葉樹(shù)馬尾松、櫸樹(shù)、樟樹(shù)、櫟木TSP6bPROJ-13TSP7、竹喬混交毛竹、闊葉林TSP7aPROJ-14TSP8、人工促進(jìn)天然更新以樣地為準(zhǔn)(近自然闊葉樹(shù)林)TSP8a

1.2 標(biāo)準(zhǔn)地布設(shè)

根據(jù)2014年度世行森林恢復(fù)與發(fā)展項(xiàng)目縣竣工小班情況，先以森林經(jīng)營(yíng)模型進(jìn)行分層，再以優(yōu)勢(shì)樹(shù)種進(jìn)行分層，每個(gè)分層布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地，共布設(shè)48個(gè)固定標(biāo)準(zhǔn)地、48個(gè)基線標(biāo)準(zhǔn)地。選擇有地區(qū)特性的岳陽(yáng)縣、新邵縣、寧鄉(xiāng)市、資興市、金洞管理區(qū)、麻陽(yáng)縣等6個(gè)縣(市、區(qū))中，且有代表性的項(xiàng)目竣工小班。

固定標(biāo)準(zhǔn)地(基線標(biāo)準(zhǔn)地)：?jiǎn)棠緦诱{(diào)查樣方為25.82 m× 25.82 m，灌木層調(diào)查樣方為2 m×2 m，草本層調(diào)查樣方為1 m×1 m。

1.3 調(diào)查

1.3.1 調(diào)查內(nèi)容 調(diào)查研究在基線標(biāo)準(zhǔn)地和固定標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行。調(diào)查的內(nèi)容主要有[5]：

(1)固定標(biāo)準(zhǔn)地(基線標(biāo)準(zhǔn)地)：優(yōu)勢(shì)樹(shù)種、起源、郁閉度、齡組、林齡、胸徑、平均樹(shù)高，草本優(yōu)勢(shì)種、草本覆蓋度、草本高度，枯落物厚度等。

(2)施肥：肥料種類、肥料含氮量、平均施用量、施用面積、施用時(shí)間等。

(3)營(yíng)造林活動(dòng)：使用機(jī)械種類、燃油種類、單位耗油量、作業(yè)時(shí)間、耗油量、運(yùn)輸距離等。

1.3.2 計(jì)量

(1)基線碳匯：在對(duì)基線碳儲(chǔ)量變化進(jìn)行計(jì)量時(shí)，可設(shè)定土壤有機(jī)碳[6]、枯枝落葉和枯死木三類碳庫(kù)處于平衡狀態(tài)，其碳儲(chǔ)量沒(méi)有變化[7]。從而只需考慮項(xiàng)目造林小班內(nèi)現(xiàn)有零星散木生長(zhǎng)引起的地上生物量和地下生物量，及碳庫(kù)中的碳儲(chǔ)量變化[8]。

(2)固定碳儲(chǔ)量：由于本項(xiàng)目不準(zhǔn)全墾煉山整地，土壤有機(jī)碳、枯落物和枯死木碳庫(kù)不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)期下降情況。在事前計(jì)量碳儲(chǔ)量變化時(shí)，可不考慮土壤有機(jī)碳、枯落物和枯死木碳庫(kù)，只涉及地上生物量和地下生物量碳庫(kù)，測(cè)算項(xiàng)目實(shí)施后的不同碳層、不同造林樹(shù)種和造林時(shí)間林分的地上生物量和地下生物量[9]，及碳庫(kù)中的碳儲(chǔ)量。

(3)邊界內(nèi)溫室氣體排放：邊界內(nèi)溫室氣體排放是由人類活動(dòng)造成，項(xiàng)目邊界內(nèi)溫室氣體排放的事前計(jì)量[10]，只考慮施用氮肥引起的N2O排放和生產(chǎn)中使用生產(chǎn)機(jī)具產(chǎn)生的CO2排放[11]。

(4)碳排放/碳泄漏：項(xiàng)目碳泄漏主要是汽車等燃油機(jī)具所造成的CO2排放。通過(guò)對(duì)固定標(biāo)準(zhǔn)地所在小班造林活動(dòng)情況等進(jìn)行調(diào)查。

(5)經(jīng)營(yíng)模型碳儲(chǔ)量/碳匯量：根據(jù)事前項(xiàng)目分層，按項(xiàng)目要求分別測(cè)算各模型的碳儲(chǔ)量/碳匯量。重組事前項(xiàng)目分層計(jì)算碳儲(chǔ)量/碳匯量，以經(jīng)營(yíng)模型大類分層統(tǒng)計(jì)碳儲(chǔ)量/碳匯量情況，分別計(jì)算出平均1hm2施肥產(chǎn)生的排放量、邊界內(nèi)燃油排放量以及喬木層、灌木草本的平均碳儲(chǔ)量。

(6)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳儲(chǔ)量/碳匯量：根據(jù)項(xiàng)目要求分別測(cè)算按優(yōu)勢(shì)樹(shù)種分的碳儲(chǔ)量/碳匯量，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查數(shù)據(jù)按優(yōu)勢(shì)樹(shù)種進(jìn)行分組，分別計(jì)算出各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的平均1hm2施肥產(chǎn)生的排放量、邊界內(nèi)燃油排放量以及喬木層、灌木層、草本層的平均碳儲(chǔ)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地

2.1.1 基線碳匯、固定碳儲(chǔ)量、邊界內(nèi)溫室氣體排放、碳排放/碳泄漏單位計(jì)量結(jié)果 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查與計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)單位面積基線碳儲(chǔ)量為5.764 7 t·hm-2，項(xiàng)目區(qū)單位固定碳儲(chǔ)量為5.855 0 t·hm-2，項(xiàng)目?jī)?nèi)溫室氣體排放量總計(jì)15.757 3 t·hm-2，項(xiàng)目邊界外年泄漏15.760 0 t·hm-2。由于營(yíng)造林生產(chǎn)活動(dòng)涉及影響因素很多[12]，項(xiàng)目碳儲(chǔ)量變化需要通過(guò)下次監(jiān)測(cè)才能得出。

表3 基線碳匯、固定碳儲(chǔ)量、邊界內(nèi)溫室氣體排放、碳排放/碳泄漏單位計(jì)量表 Tab.3 The measurement of baseline carbon sink, fixed carbon storage, greenhouse gas emission within the boundary, carbon e-mission and carbon leakage unit(t·hm-2)項(xiàng)目計(jì)量名稱基線碳匯固定碳儲(chǔ)量邊界內(nèi)溫室氣體排放碳排放/碳泄漏小計(jì)地上部分地下部分小計(jì)地上部分地下部分小計(jì)汽油排放燃油排放小計(jì)標(biāo)準(zhǔn)地類型基線標(biāo)準(zhǔn)地固定標(biāo)準(zhǔn)地固定標(biāo)準(zhǔn)地固定標(biāo)準(zhǔn)地結(jié)果5.764 74.412 01.352 75.855 04.552 31.302 715.757 32.775 212.982 115.760 0

2.1.2 經(jīng)營(yíng)模型碳儲(chǔ)量/碳匯量單位計(jì)量結(jié)果 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查與計(jì)算，項(xiàng)目各經(jīng)營(yíng)模型碳儲(chǔ)量/碳匯量單位計(jì)量結(jié)果詳見(jiàn)表4。

表4 固定標(biāo)準(zhǔn)地按模型分的單位碳儲(chǔ)量/碳匯量表Tab.4 Carbon storage and carbon sink of scale by model in a fixed standard land (t·hm-2)模型號(hào)氮量CO2排放量邊界內(nèi)CO2排放量運(yùn)輸CO2排放量喬木層碳儲(chǔ)量灌木層碳儲(chǔ)量草本層碳儲(chǔ)量TSP16.466 8111.059 834.946 90.252 80.039 70.488 3TSP20.519 5227.012 05.721 91.632 60.086 10.260 7TSP31.315 30.000 046.145 20.491 50.026 80.569 2TSP40.524 0586.682 710.412 60.128 40.009 50.346 9TSP50.757 092.165 78.066 95.137 90.081 20.719 7TSP60.485 6293.581 56.307 412.842 30.311 20.383 9TSP70.236 80.000 04.754 118.951 00.093 60.104 6TSP81.183 80.000 08.664 33.364 30.180 40.337 5

2.1.3 優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳儲(chǔ)量/碳匯量單位計(jì)量結(jié)果 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查與計(jì)算，項(xiàng)目各優(yōu)勢(shì)樹(shù)種碳儲(chǔ)量/碳匯量單位計(jì)量結(jié)果詳見(jiàn)表5。

表5 固定標(biāo)準(zhǔn)地不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的碳儲(chǔ)量/碳匯量表Tab.5 Carbon storage and carbon sink of different dominant tree species in fixed standard land(t·hm-2)樹(shù)種氮量CO2排放量邊界內(nèi)CO2排放量運(yùn)輸CO2排放量喬木層碳儲(chǔ)量灌木層碳儲(chǔ)量草本層碳儲(chǔ)量柏木0.077 969.435 10.855 20.500 00.012 40.373 3闊葉樹(shù)0.420 067.875 720.325 70.661 30.112 60.382 8杉木0.103 825.384 72.558 82.898 80.105 30.386 5馬尾松1.919 76.336 811.680 37.961 20.157 50.483 1毛竹0.022 30.000 00.369 418.951 00.093 60.104 6

2.2 項(xiàng)目區(qū)

2.2.1 碳儲(chǔ)量 森林是一種動(dòng)態(tài)平衡生態(tài)系統(tǒng)，隨著項(xiàng)目實(shí)施的不斷推進(jìn)，各林分林木的樹(shù)高、胸徑、樹(shù)冠、樹(shù)根將不斷變化，數(shù)量不斷增長(zhǎng)，碳含量不斷提高，需要定期或長(zhǎng)期才能對(duì)項(xiàng)目的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)完整評(píng)價(jià)[13]。此次基線監(jiān)測(cè)是后期項(xiàng)目期內(nèi)碳匯監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，也是計(jì)量碳排放、碳儲(chǔ)量變化的重要參考。經(jīng)計(jì)算，2014年項(xiàng)目區(qū)總活立生物碳儲(chǔ)量為81397 t(地上部分61541 t，地下部分19856 t)，其中：?jiǎn)棠緦犹純?chǔ)量為69557 t(地上生物量碳儲(chǔ)量為56063 t，地下生物量碳儲(chǔ)量為13494 t)；灌木層碳儲(chǔ)量為1950 t，(地上生物量碳儲(chǔ)量為1423 t，地下生物量碳儲(chǔ)量為527 t)；草本層生物量碳儲(chǔ)量為9891 t(地上生物量碳儲(chǔ)量為4055 t，地下生物量碳儲(chǔ)量為5836 t)(見(jiàn)表6)。

2.2.2 碳排放 項(xiàng)目邊界內(nèi)外的碳排放或碳泄漏，主要由于使用燃油等造成。根據(jù)調(diào)查，項(xiàng)目造林地整地方式主要有挖掘機(jī)整地和人工整地兩種；防火林帶施工采用推土機(jī)進(jìn)行[14]；項(xiàng)目區(qū)苗木運(yùn)輸主要有外地調(diào)運(yùn)和本地購(gòu)進(jìn)，部分小班所用苗木還需要進(jìn)行人工二次搬運(yùn)。經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目邊界內(nèi)使用燃?xì)鈾C(jī)具引起的CO2的排放量為2991788 t，項(xiàng)目邊界外使用運(yùn)輸機(jī)具引起的CO2的排放量為408718t(見(jiàn)表6)，合計(jì)CO2排放量為3400506 t。

表6 項(xiàng)目區(qū)分模型的碳儲(chǔ)量/碳匯量Tab.6 Carbon storage and carbon sink of project in differentiation modelt模型號(hào)氮量CO2排放量邊界內(nèi)CO2排放量泄漏CO2排放量喬木層碳儲(chǔ)量灌木層碳儲(chǔ)量草本層碳儲(chǔ)量TSP155 500953 138299 9212 1693414 190TSP22 4341 063 58726 8087 6494031 221TSP3457016 0451719198TSP4187209 4463 717463124TSP53 001365 30931 97420 3643222 853TSP6662400 3078 60017 511424523TSP718303 68014 6687281TSP82 455017 9726 978374700合計(jì)64 8792 991 788408 71869 5571 9509 891

為減少項(xiàng)目造林CO2的泄漏與排放，育苗地應(yīng)建在離項(xiàng)目造林地最近區(qū)域，以便就近育苗，隨起隨栽。少用或不用運(yùn)輸機(jī)具進(jìn)行苗木運(yùn)輸，從而減少CO2的泄漏與排放，整地不要進(jìn)行深墾，盡量減少對(duì)項(xiàng)目造林的人工干預(yù)措施，施肥以有機(jī)肥為主，少施或不施氮肥，加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目造林地林木的管護(hù)，促進(jìn)林木生長(zhǎng)，提高森林及土壤對(duì)碳的吸納和存儲(chǔ)能力[15]，從而促使森林及土壤碳儲(chǔ)量的不斷增加。

3 結(jié)論與討論

森林是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，在固定大氣CO2及全球氣候變化中有著非常積極的作用。森林碳儲(chǔ)量與森林生物量成正相關(guān)，即森林生物量越大，碳儲(chǔ)量越高。影響森林碳儲(chǔ)量的因素很多，包括自然條件、人類活動(dòng)、林分狀況等。因此，要提高森林碳儲(chǔ)量，必須從增加森林生物量考慮，如選擇有利于林木生長(zhǎng)的地段開(kāi)展造林活動(dòng)，采用吸納CO2能力強(qiáng)的樹(shù)種進(jìn)行造林；加強(qiáng)對(duì)造林地?fù)嵊芾?，促進(jìn)林木生長(zhǎng)；積極營(yíng)造混交林，減少有害生物的危害；盡量降低人為活動(dòng)干擾和使用運(yùn)輸?shù)热加蜋C(jī)具，減少碳排放等。

加強(qiáng)碳匯監(jiān)測(cè)是今后森林碳匯工作的重要內(nèi)容之一。森林碳儲(chǔ)量是處于一個(gè)不斷變化的過(guò)程，因此，要定期進(jìn)行森林碳匯的調(diào)查監(jiān)測(cè)，掌握森林碳匯及其變化規(guī)律，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，不斷加大科技投入，對(duì)森林碳匯技術(shù)課題進(jìn)行研究攻關(guān)，包括營(yíng)造林與管理技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法等。