陜西省森林植被碳儲量時空動態變化

郝 麗，徐娟娟，翟 園，張文靜

(1.陜西省氣候中心，西安 710014；2.陜西省氣象臺，西安 710014；3.西安市氣象局，西安 710016)

森林是陸地生態系統的主體，在減緩溫室效應、維持全球碳平衡中發揮極其重要的作用[1]。森林碳儲量問題已成為相關領域學者們的研究熱點，精確估算森林生態系統的碳儲量，對評價森林生態系統的碳匯功能和經濟效益具有重大意義。

陜西省地處我國西北地區東部的黃河中游，屬大陸性季風氣候，從南向北分布有北亞熱帶、暖溫帶、中溫帶三個氣候帶，有濕潤、半濕潤、半干旱甚至干旱等多種氣候類型。獨特的氣候特征反映在植被分帶上，由南到北有北亞熱帶常綠落葉闊葉林地帶、暖溫帶落葉闊葉林地帶、森林草原地帶、溫帶草原地帶，主要分布在秦巴山區、關山、黃龍山和橋山[2]。國內學者對陜西森林碳循環和碳儲量方面做了大量工作，但大多局限于森林吸收二氧化碳的估算，進行空間分布和動態對比研究的相對較少[3-5]。為此，使用IPCC(政府間氣候變化專門委員會)推薦的碳儲量計算方法，研究陜西省近30年森林碳儲量、碳密度的時空變化特征，研究結果對于陜西省開展森林碳匯問題的研究具有重要的理論和現實意義。

1 資料來源和研究方法

1.1 資料來源

森林資源清查一般每5年進行一次，以省為單位，根據系統抽樣原理，通過對固定樣地進行定期復查實現連續觀測從而達到掌握森林資源消長動態，全面了解森林資源現狀的目的。陜西省森林資源連續清查體系于1978—1979年建立，采用系統抽樣方法，以品字形8 km×4 km間距機械布點構成抽樣體系框架，共布設固定樣地6 440個，樣地形狀為正方形，面積0.08 hm2。體系建立后，分別于1987、1990、1994、1999、2004、2009年和2014年進行了7次復查。歷次復查，總體劃分、樣地的布設方法、數量、現狀和大小一直保持穩定，僅樣木固定、調查內容有所變化和增加。

所使用的森林資源數據是陜西省第1至第7次森林資源連續清查成果，包括陜西省及各地市區分樹種和齡級的面積和蓄積量。

1.2 研究方法

目前，推算區域尺度森林生態系統碳儲量的方法，歸納起來主要有樣地清單法、生物量轉換因子法、箱式法、模型模擬法以及遙感估算法等，比較流行的是生物量轉換因子法。在對各種估算方法比較分析的基礎上，結合學科性質，采用生物量轉換因子法中的IPCC方法估算森林碳儲量[6]。IPCC法是以森林蓄積、木材密度、生物量轉換因子和根莖比等為參數，建立材積源生物量模型，指導各國開展森林生物量估算的方法[7]。IPCC法比較穩定，像一個標準，可以通過適當的變換，在較大的范圍內使用。其基本公式為

(1)

式中：C為森林碳儲量，單位為t；Vi為第i個樹種的森林蓄積量，單位為m3，數據來源于陜西省歷次森林清查數據；Di為第i個樹種的基本木材密度，單位為t/m3；Bi為第i個樹種的樹干生物量轉換為地上部生物量的生物量擴展因子，無量綱；Ri為第i個樹種的地下生物量與地上生物量的比值，無量綱；Ci為第i個樹種的生物量含碳率。不同樹種的基本木材密度、生物量擴展因子、地下生物量與地上生物量的比值均采用《2005中國溫室氣體清單研究》[8]中的推薦值。

2 結果分析

2.1 碳儲量和碳密度的時間變化

根據陜西省7次森林清查資料計算了歷次森林碳儲量和碳密度，由圖1和表1可以看出，陜西省森林資源總體呈現出總量增加、質量提高的發展態勢。主要體現在：一是森林面積增加，從20世紀80年代后期到2014年陜西省森林面積由4.35×106hm2增加到7.07×106hm2，凈增2.72×106hm2；二是森林資源總量增加，從20世紀80年代后期到2014年陜西省森林蓄積量由2.59×108m3增加到4.79×108m3，凈增2.20×108m3，歷次森林蓄積量凈增量由2.04×107m3增加到8.27×107m3，森林蓄積量增長速度加快；三是森林質量有所提高，喬木林每公頃蓄積量由1987的59.54 m3/hm2增加到67.69 m3/hm2。

圖1 陜西省7次森林蓄積量和質量清查結果

表1 陜西省森林碳儲量和碳匯動態變化

近30年陜西省森林碳儲量顯著增加，由1987年1.21×108t增加到2014年2.38×108t，凈增1.17×108t。森林碳儲量呈現出先緩慢上升后急速上升的特點，其中20世紀80年代后期至1999年(第1次至第4次清查期間)碳儲量由1.21×108t增加到1.53×108t，凈增加3.17×107t，年均增長率1.95%；1999—2014年(第4次至第7次清查期間)森林碳儲量增長率最高，碳儲量凈增8.55×107t，年均增長率達3.53%。1987—2014年凈碳匯量為1.17×108t，年均碳匯量為4.33×106t，森林碳增匯主要集中在2004—2014年間，這期間森林凈碳匯量為7.06×107t，對森林總碳匯的貢獻為60.28%，近30年森林碳匯量呈現先降低后升高的“V型”特征，碳匯最小值出現在第4次清查期間，最大值出現在第7次森林清查期[9]。從森林碳密度的狀況看，陜西省森林平均碳密度介于25～34 t/hm2，遠低于全國平均水平(41 t/hm2)。從20世紀80年代后期到2014年陜西省森林平均碳密度由27.92 t/hm2增至33.73 t/hm2，凈增5.81 t/hm2，80年代后期碳密度先上升，隨后緩緩下降，到2004年降至最低，后又呈快速增長特征。其中第5次與第6次清查期間碳密度增長最明顯，凈增加5.91 t/hm2。

2.2 碳儲量和碳密度的空間分布

從2014年陜西省森林植被碳儲量的空間分布狀況看(圖2)，陜西森林碳儲量具有明顯的地帶性分布特點，呈現出陜南秦巴山地高，陜北高原和關中平原低的特征。森林碳儲量主要分布在秦巴山林區、關山林區、黃龍山林區和橋山林區，對應行政管轄區為漢中、安康、商洛、寶雞和延安，其碳儲量占全省碳儲量的87.6%。其中，處于秦巴山林區的漢中森林碳儲量最大，為7.06×107t，占全省碳儲量的29.6%；其次為延安，其管轄區涉及黃龍山林區和橋山林區，對應碳儲量占全省碳儲量的17.66%；安康、寶雞和商洛的森林碳儲量也較大，對應碳儲量分別占全省碳儲量的16.42%、13.4%和10.52%。處于關中平原的西安、渭南、銅川、咸陽碳儲量較小，分別占全省碳儲量的7.36%、1.49%、1.17%和1.5%；位于陜西省最北部的榆林，碳儲量最小，為2.11×106t，占全省碳儲量的0.88%。陜西省森林植被碳密度介于18.22～50.4 t/hm2(圖3)，其中西安最大，漢中和寶雞次之，榆林最低。西安、漢中和寶雞的碳密度高于全省平均碳密度(33.73 t/hm2)，其余各地區的碳密度均低于全省平均水平，而碳儲量占比較大的延安和安康碳密度分別為30.08 t/hm2和28.04 t/hm2，這是由于這兩地區的中、幼齡林所占面積過大，森林質量較低造成對應的碳密度較低。

從各地區的森林碳儲量變化(圖4、圖5)看，均呈現逐漸增大趨勢，其中漢中、延安、安康和寶雞碳儲量變化較大，其余各地區變化不明顯。從各地區碳密度的變化看，各地區碳密度均呈現出先降低后升高的趨勢，其中，榆林、咸陽和渭南均是2009—2013年碳密度最低，其余地市均在2004—2008年碳密度最低。

圖2 2014年陜西省森林碳儲量的空間分布

圖3 2014年陜西省森林碳密度的空間分布

圖4 陜西省10地市森林碳儲量變化

圖5 陜西省10地市森林碳密度變化

3 結論

基于陜西省第1次至第7次森林資源清查數據，采用IPCC推薦的碳儲量計算方法，研究陜西省近30年森林碳儲量、碳密度的時空變化特征。

(1)陜西省森林資源總體呈現出總量增加、質量提高的發展趨勢。近30年陜西省森林碳儲量顯著增加，由1987年1.21×108t增加到2014年2.38×108t，凈增1.17×108t，森林碳儲量呈現出先緩慢上升后急速上升特點。森林碳增匯主要集中在2004—2014年間，凈碳匯量為7.06×107t，近30年森林碳匯量呈現先降低后升高的“V型”特征，森林平均碳密度介于25～34 t/hm2，遠低于全國平均水平。

(2)陜西森林碳儲量具有明顯的地帶性分布特點，呈現出陜南秦巴山地高，陜北高原和關中平原低的特征。主要分布在秦巴山林區、關山林區、黃龍山林區和橋山林區，其中漢中森林碳儲量最大，其次為延安，榆林最小。陜西省森林植被碳密度介于18.22～50.4 t/hm2，其中，西安最大，漢中和寶雞次之，榆林最低。從各地區的森林碳儲量變化看，均呈現逐漸增大趨勢，其中漢中、延安、安康和寶雞碳儲量變化較大，其余各地區變化不明顯。

參考文獻：

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[5] 郝麗,孫嫻,張文靜,等.陜西省溫室氣體排放清單研究[J].陜西氣象,2016(2)：5-9.

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[8] 國家發展和改革委員會應對氣候變化司.2005中國溫室氣體清單研究[M].北京：中國環境出版社,2014：303-312.

[9] 郝麗,徐娟娟,翟園,等.近30 a陜西省森林植被碳儲量及其動態變化[J].干旱區研究,2017,34(5)：1056-1062.