湖州市省重點(diǎn)公益林生物量和固碳能力研究

顧志康，張 駿，宋緒忠，江 波，朱志建

（1. 浙江省湖州市林業(yè)科學(xué)研究所，浙江 湖州 313000；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

湖州市省重點(diǎn)公益林生物量和固碳能力研究

顧志康1，張 駿2*，宋緒忠2，江 波2，朱志建1

（1. 浙江省湖州市林業(yè)科學(xué)研究所，浙江 湖州 313000；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

在綜述國內(nèi)外森林生物量研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用相容性生物量模型對(duì)湖州市省重點(diǎn)公益林生物量特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：2008年湖州市省重點(diǎn)公益林生物量總量為583.46萬t，年增長率7.59%。現(xiàn)有森林的生物量中闊葉林221.07萬t，占37.89%；毛竹135.28萬t，占23.19%；松林121.35萬t，占20.80%；針闊混交林74.77萬t，占12.82%；雜竹林14.42萬t，占2.47%；杉木林12.77萬t，占2.19%；灌木3.78萬t，占0.64%。進(jìn)一步計(jì)量測算湖州市重點(diǎn)公益林固碳價(jià)值為10.211 7億元，釋放氧氣價(jià)值為6.806 7億元，合計(jì)為17.018 4億元。

公益林；生物量；模型；計(jì)量評(píng)估

森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)最基本的數(shù)量特征。它既表明森林的經(jīng)營水平和開發(fā)利用的價(jià)值，同時(shí)又反映森林與其環(huán)境在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)上的復(fù)雜關(guān)系。生物量數(shù)據(jù)是研究許多林業(yè)問題和生態(tài)問題的基礎(chǔ)，1994年聯(lián)合國糧農(nóng)組織在《國際森林資源監(jiān)測大綱》（IUFRO International Guidelines for Forest Moritoring）中就明確規(guī)定森林生物量是森林資源監(jiān)測中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

最早有關(guān)生物量的研究是Ebermeryer[1]1876年在德國進(jìn)行的幾種森林樹枝落葉量和木材重量的測定，后來Boysen Jensen[2]在研究森林自然稀疏問題時(shí)，研究了森林的初級(jí)生產(chǎn)量。1929－1953年，Burger[3]研究了樹葉生物量和木材生產(chǎn)的關(guān)系。Kittredge[4]利用葉重和胸徑的擬合關(guān)系，成功擬和了預(yù)測白松（Pinus bungeana）等樹種葉量的對(duì)數(shù)回歸方程。20世紀(jì)50年代以來，世界上開始重視對(duì)森林生物量研究，日本、美國相繼開展了對(duì)森林生產(chǎn)力的研究，其中包括大量對(duì)生物量的調(diào)查。我國森林生物量的研究開始于20世紀(jì)70年代后期，最早是潘維儔等對(duì)杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林的研究[5]，其后是馮宗煒對(duì)馬尾松（Pinus massoniana）人工林以及李文華等對(duì)長白山溫帶天然林的研究[6-7]。生物量和碳儲(chǔ)量是各種生態(tài)效益的基礎(chǔ)，所以國內(nèi)外對(duì)森林生物量和碳儲(chǔ)量的研究較多[8-13]。

溫室氣體大量排放導(dǎo)致溫室效應(yīng)引發(fā)全球溫暖化，其中以二氧化碳排放為溫室效應(yīng)的主要成因。土地利用形態(tài)的改變也導(dǎo)致植物光合作用固定二氧化碳量的銳減，因此二氧化碳濃度由1800年的0.280 mL/L上升至目前的0.365 mL/L，漲幅已超過25%。現(xiàn)今二氧化碳濃度更以每年0.4%的速率增加，預(yù)測至2030年大氣二氧化碳濃度可能達(dá)到0.400 mL/L，至21世紀(jì)末將是現(xiàn)在的兩倍，約0.700 mL/L。大氣二氧化碳濃度達(dá)到0.560 mL/L時(shí)，全球氣溫預(yù)估將上升3 ～ 4℃[14]。陸域生態(tài)系中，森林對(duì)二氧化碳的吸收與固定具重要貢獻(xiàn)，由林木光合作用固定大氣二氧化碳，所貯存的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳貯存于植物體內(nèi)[15]。全地球表面每年二氧化碳經(jīng)光合作用固定轉(zhuǎn)變成的植物有機(jī)物質(zhì)約為2×1011t碳量。植物吸收7×1011t二氧化碳時(shí)，可產(chǎn)生5×1011t植物有機(jī)物質(zhì)[16]。陸地植物以森林植物所固定碳量最大，不僅其光合作用效率較高，森林所占陸地面積亦最大。

本文在湖州市省重點(diǎn)公益林生態(tài)效益監(jiān)測的基礎(chǔ)上應(yīng)用相容性生物量模型對(duì)其生物量特征進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上測算了全市重點(diǎn)公益林的固碳釋氧能力。

1 研究地區(qū)

湖州市于2004年9月實(shí)施6.95萬hm2重點(diǎn)公益林建設(shè)工程，正式啟動(dòng)生態(tài)公益林森林生態(tài)效益補(bǔ)償制度，并于當(dāng)年完成區(qū)劃界定完善工作。界定重點(diǎn)公益林面積占全市土地總面積58.07萬hm2的11.97%，占林業(yè)用地面積28.02萬hm2的24.81 %。按事權(quán)等級(jí)分，湖州市省重點(diǎn)公益林中國家級(jí)重點(diǎn)公益林2.04萬hm2，占重點(diǎn)公益林總面積的29.34%，省級(jí)重點(diǎn)公益林4.91萬hm2，占總面積的70.66%。從行政區(qū)域布局看，湖州市省重點(diǎn)公益林在安吉縣、長興縣分布較多，德清縣、吳興區(qū)分布較少，南潯區(qū)尚未界定重點(diǎn)公益林。按森林群落類型分，闊葉林面積2.29萬hm2，占總面積的32.95%；毛竹林面積2.13萬hm2，占總面積的30.62%；松林面積1.24萬hm2，占總面積的17.85%；針闊混交林面積0.37萬hm2，占總面積的9.20%；雜竹林面積0.34萬hm2，占總面積的4.96%；灌木林面積0.18萬hm2，占總面積的2.53%；杉木林面積0.13萬hm2，占總面積的1.87%；無林地面積16.53 hm2，占總面積的0.02%。

2 研究方法

圖1 標(biāo)準(zhǔn)樣地設(shè)置示意圖Figure 1 Standard plot

2.1 樣地設(shè)置

分析樣地包括設(shè)置在湖州市公益林中的典型樣地68個(gè)。

2.2 調(diào)查方法

2.2.1 樣地特征調(diào)查 調(diào)查因子為群落類型、郁閉度、起源、年齡、人為干預(yù)情況、海拔、坡度、坡位、坡向、立地狀況等。

2.2.2 生物量調(diào)查 喬木層調(diào)查：標(biāo)準(zhǔn)樣地面積一般為20 m×30 m，具體見圖1。

主林冠層每木檢尺。胸徑5.0 cm起測，調(diào)查因子為胸徑、樹高、枝下高、冠幅，并分樹種統(tǒng)計(jì)各徑級(jí)的平均值，選取各徑級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)木同一樹種不超過5株。樹高與枝下高用套桿或竹桿測定。

灌木層（下層木）調(diào)查：沿標(biāo)準(zhǔn)樣方的對(duì)角設(shè)2 m×2 m的小樣方3個(gè)，調(diào)查下木層的蓋度、株數(shù)和平均高度、各樹種數(shù)量、地徑、高度。選擇主要樹種平均木收獲干、枝葉花果、根稱質(zhì)量，根據(jù)樹種組成比例，分別干、枝葉花果、根抽取各樹種的混合樣品500g，并帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，計(jì)算含水率，測定單位面積生物量。

草本層調(diào)查：在灌木層小樣方的左小角和右下角設(shè)1 m×1 m的小樣方，調(diào)查草本層種類、蓋度和平均高度。全株收獲、稱質(zhì)量，根據(jù)各草種比例取混合樣品200 ～ 300 g，并帶回實(shí)驗(yàn)室。

2.3 生物量計(jì)算

根據(jù)湖州市森林群落和森林樹種特點(diǎn)，綜合考慮樹種的形態(tài)特征以及木材密度，將湖州市森林樹種分為松類、杉類、硬闊、軟闊、毛竹、灌木等樹種組，其中硬闊按照其木材密度又細(xì)分為兩組。采用Forstat 2.0軟件包的二元相容性生物量模型進(jìn)行分析。

2.4 固碳釋氧量計(jì)算

2.4.1 公益林固定空氣中碳量

式中：Wc為森林年固碳量（t/a），Ai為各類型公益林i面積（hm2）；Bi為各類型公益林i年凈生長生物量（t/a）；1.63為1t森林植物同化空氣CO2系數(shù)；0.272 7為CO2中含碳比例；SF為各類型公益林i土壤年固碳量（t/a）。

2.4.2 公益林釋放O2量

式中：Wo為森林年釋氧量（t/a），Ai、Bi同上式，1.19為1 t森林植物釋氧量系數(shù)。

3 結(jié)果

3.1 生物量結(jié)構(gòu)特征分析

利用2007年和2008年2次固定樣地調(diào)查資料，利用研發(fā)的生物量模型，計(jì)算各樣地生物量，并進(jìn)一步分推算林分生物量，分析湖州市省重點(diǎn)公益林優(yōu)勢樹種生物量結(jié)構(gòu)組成、森林群落生物量結(jié)構(gòu)特征和重點(diǎn)公益林區(qū)域特征狀況。

表1 湖州市省重點(diǎn)公益林生物量及區(qū)域分布Table 1 Biomass distribution of key ecological forest in Huzhou

湖州市省重點(diǎn)公益林森林植物生物量總量2008年為583.46萬t，比2007年增長9.95%。從總量看，重點(diǎn)公益林生物量重點(diǎn)分布在安吉縣和長興縣，總量大，說明其公益林林分較好；但各縣區(qū)單位面積生物量較接近，林分質(zhì)量總體較好，德清縣和吳興區(qū)相對(duì)總量較低，主要因?yàn)槠涿娣e小（表1）。松林和灌木的生物量以長興縣最高，闊葉林、毛竹和雜竹的生物量以安吉縣最高，混交林的生物量則是德清縣最高（圖1）。從增幅看，公益林經(jīng)過一年的建設(shè)，有了較快的增長。其中德清縣和吳興區(qū)的增幅都超過全市平均水平。

3.2 生物量空間結(jié)構(gòu)特征

湖州市單位面積平均生物量為83.91 t/hm2。不同森林群落類型中，松林為97.78 t/hm2，杉木林為98.07 t/hm2，闊葉林96.50 t/hm2，針闊混交林116.86 t/hm2，毛竹林63.53 t/hm2，雜竹林41.86 t/hm2，灌木林21.48 t/hm2，無林地4.05 t/hm2。其中針闊混交林的單位面積的生物量優(yōu)于純林，說明其在生態(tài)上的重要作用。從圖2中可以看出，在群落總生物量中，闊葉林和針闊混交林生物量總量為221.07萬t、74.77萬t，分別占總生物量37.89%、12.82%，表明湖州市公益林經(jīng)過幾年的建設(shè)管理和效益補(bǔ)償，森林質(zhì)量有了提高。

2008年林地內(nèi)總生物量583.46萬t，其中樹干層為314.52萬t，占53.91%；地下層為127.45萬t，占21.84%；草本層為0.86萬t，占0.15%（表2）。

3.3 群落生物量結(jié)構(gòu)特征

2008年湖州市省重點(diǎn)公益林的總生物量583.46萬t中，其中闊葉林221.07萬t、占37.89%；毛竹135.28萬t，占總生物量23.19%；松林121.35萬t，占總生物量20.80%；針闊混交林74.77萬t，占12.82%；雜竹林14.42萬t，占總生物量2.47%；杉木林12.77萬t，占總生物量2.19%；灌木3.78萬t，占總生物量0.64%（圖2）。說明湖州市省重點(diǎn)公益林生物量以闊葉林和竹林為主，硬闊已占據(jù)一定比例，達(dá)總生物量的2/5強(qiáng)；竹林比例也高于浙江省其他地區(qū)，達(dá)總生物量的1/5強(qiáng)，毛竹林和松類等針葉林比例偏大。說明雖然近年來通過闊葉化改造、封山育林等工程措施，使得闊葉樹比例增大，林種、樹種結(jié)構(gòu)正在向良性方向發(fā)展，但仍需加強(qiáng)鞏固現(xiàn)有林分，繼續(xù)減少松林比例控制竹林面積。

圖2 湖州市各縣區(qū)各林型生物量比較Figure 2 Comparison of biomass distribution of different forest type of key ecological forest in different counties of Huzhou

表2 湖州市省重點(diǎn)公益林生物量空間分布（2008年）Table 2 Biomass spatial distribution of key ecological forest in Huzhou（2008）

對(duì)比湖州市2007－2008年重點(diǎn)公益林生物量，我們發(fā)現(xiàn)各類型的森林植被都有不同程度的增長，其中毛竹、雜竹和灌木增長較快，分別增加18.74%、15.03%和14.11%，這主要是由于竹類生產(chǎn)力較高且其生物量基數(shù)較低；松、闊葉林分別增加8.55%和6.69%（圖3）。

圖3 2008年湖州市省重點(diǎn)公益林各林型生物量比例比較Figure 3 Comparison of different forest type biomass ratio in 2008 at Huzhou

3.4 公益林固碳能力

湖州市省重點(diǎn)公益林貯碳量是一個(gè)巨大的碳庫，如果森林植被被破壞，不僅失去了森林對(duì)大氣CO2的固定作用，而且植被本身的一部分C將以各種不同的途徑釋放到大氣中。這對(duì)維持地球大氣中CO2和O2的動(dòng)態(tài)平衡，減少溫室效應(yīng)，提供人類生存基礎(chǔ)物質(zhì)，起到巨大而不可替代的作用。

經(jīng)測算，湖州市現(xiàn)有省重點(diǎn)公益林2008年同化二氧化碳85.097 2萬t，同時(shí)釋放氧氣61.879 3萬t。固碳的價(jià)值為10.211 7億元、釋放氧氣的價(jià)值為6.806 7億元，合計(jì)為17.018 4億元，效益十分巨大。

4 結(jié)論與討論

利用林木易測因子建立生物量模型，推算難于測定的林木生物量，是目前世界上流行而實(shí)用的生物量測算方法。根據(jù)湖州市森林群落和樹種分布特點(diǎn)，利用構(gòu)建的全省相容性生物量模型和連清樣地及典型樣地?cái)?shù)據(jù)，測算了湖州市省重點(diǎn)公益林2007年和2008年的生物量，系統(tǒng)分析了湖州市省重點(diǎn)公益林的生物量區(qū)域分布、結(jié)構(gòu)組成、增長潛力等特征規(guī)律，為科學(xué)構(gòu)建重點(diǎn)公益林提供依據(jù)。

研究表明，湖州市省重點(diǎn)公益林森林植物生物量總量2008年為583.46萬 t。從總量看，重點(diǎn)公益林生物量重點(diǎn)分布在安吉縣和長興縣，總量大，但單位面積生物量各地區(qū)較接近，林分質(zhì)量總體較好；松林和灌木的生物量以長興縣最高，闊葉林、毛竹和雜竹的生物量以安吉縣最高，混交林的生物量則是德清縣最高。

圖4 湖州市省重點(diǎn)公益林各林型生物量2007和2008年比較Figure 4 Comparison on biomass of different forest type in 2007 and 2008

湖州市省重點(diǎn)公益林生物量以闊葉林和竹林為主，硬闊已占據(jù)一定比例，達(dá)總生物量的2/5強(qiáng)；竹林比例也高于浙江省其他地區(qū)，達(dá)總生物量的1/5強(qiáng)，毛竹林和松類等針葉林比例偏大。說明雖然近年來通過闊葉化改造、封山育林等工程措施，使得闊葉樹比例增大，林種、樹種結(jié)構(gòu)正在向良性方向發(fā)展，但仍需加強(qiáng)鞏固現(xiàn)有林分，繼續(xù)減少松林比例控制竹林面積。

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Biomass and Carbon Storage of Key Ecological Forest in Huzhou

GU Zhi-kang1，ZHANG Jun2*，SONG Xu-zhong2，JIANG Bo2，ZHU Zhi-jian1
（1. Huzhou Forestry Institute of Zhejiang, Huzhou 313000, China；2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

Biomass of key ecological forest was analyzed with compatible biomass model in Huzhou, Zhejiang province. Results showed that in 2008 the gross biomass of key ecological forest topped to 5 834 600 t in Huzhou, and the annual growth rate was 7.59%. The biomass of broad-leaved forest had 2 210 700 t, accounting for 37.89% of the total one, that of Phyllostachys hereocycla var. pubencens forest was 1 352 800 t, about 23.19%, that of pine forest was 1 213 500 t, about 20.80%, that of mixed forest was 747 700 t, about 12.82%, that of bamboo forest was 144 200 t, about 2.47%, that of Chinese fir forest was 127 700 t, about 2.19%, that of shrubs was 37 800 t, about 0.64%. The total evealuated value of key ecological forest was 17.0184×108yuan RMB, including both the carbon sequestration value of 10.2117×108yuan RMB, and the oxygen releasing value 6.8067×108yuan RMB.

ecological forest; biomass; model; evaluation

S718.55

A

1001-3776（2011）02-0052-05

2010-10-10；

2011-02-02

湖州市科技計(jì)劃項(xiàng)目“湖州市省重點(diǎn)生態(tài)公益林效益及價(jià)值評(píng)價(jià)研究”（2008YN19），浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究網(wǎng)絡(luò)

顧志康（1965－），男，浙江海寧人，高級(jí)工程師，從事林業(yè)種苗和公益林建設(shè)研究；*通訊作者。