天然林保護(hù)工程固碳能力探討

趙 博

(遼寧省林業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110036)

1 引言

隨著社會發(fā)展，對自然資源的利用和工業(yè)化程度不斷提升，導(dǎo)致大氣中的碳含量也隨之增長，二氧化碳等溫室氣體會造成臭氧層破壞，導(dǎo)致全球氣候環(huán)境變暖，長此以往，將導(dǎo)致碳循環(huán)和分布失衡，對地球生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞[1]。維持生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡，離不開天然林的固碳作用，天然林通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，儲存并轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，進(jìn)而降低大氣中碳含量，起到固碳的效果。天然林提供了人類生存所必需的資源與環(huán)境，是人類發(fā)展的基礎(chǔ)。天然林退化對氣候、土壤和生物多樣性都會造成負(fù)面影響，對整個生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，導(dǎo)致生物瀕危滅絕、水土流失和大氣污染等嚴(yán)重后果，進(jìn)而也影響到人類生存。為了使天然林能充分發(fā)揮其固碳能力，維護(hù)地球生態(tài)平衡，需要對天然林進(jìn)行科學(xué)合理的保護(hù)，遏制生態(tài)惡化的趨勢[2]。因此本文對天然林保護(hù)工程的固碳能力進(jìn)行分析，為建設(shè)天然林保護(hù)工程，尤其是發(fā)揮固碳作用方面，提供理論依據(jù)，促進(jìn)天然林的可持續(xù)發(fā)展，提高生態(tài)效益。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 設(shè)置實(shí)驗(yàn)樣地

以某天然林保護(hù)工程試點(diǎn)為研究區(qū)，考慮環(huán)境條件和生長情況，選擇成熟林為研究對象，設(shè)置A、B、C 3個大樣地，每個大標(biāo)準(zhǔn)地分別設(shè)置3個小樣地，形狀均為正方形，小樣地面積為500 m2，共計(jì)9塊標(biāo)準(zhǔn)樣地。在小樣地隨機(jī)設(shè)置3個3 m×3 m的灌木樣方，灌木樣方中再設(shè)置1m×1m的草本樣方。選取時秉持與周邊環(huán)境一致性原則，避開天然林邊緣地帶[3]。天然林樣地的信息如表1。

表1 實(shí)驗(yàn)樣地基本信息

2.2 測量生物量

(1)對喬木層生物量進(jìn)行測量。對樣地內(nèi)所有喬木，測量其胸徑和樹高，采集各類喬木的枝、干、葉、根等器官樣品，同種類器官混合成一個樣品，重約500g左右，測定其碳含量。根據(jù)表2所示生物量方程，計(jì)算研究區(qū)天然林喬木層生物量。

表2 喬木層生物量方程

(2)對灌木層生物量進(jìn)行測量。記錄灌木數(shù)量、胸徑、株高和覆蓋度等信息，采集樣方內(nèi)所有植物，按不同器官分布稱重，各取500 g左右樣品，烘干后測量碳含量。按照表3的生物量方程估算其生物量。其中高度小于50 cm的植株，按草本層處理。

表3 灌木層生物量方程

(3)對草本層生物量進(jìn)行測量。主要記錄草本植物種類、數(shù)量和覆蓋度等信息，對地上和地下部分稱重，推算整個區(qū)域草本層生物量，選取500g樣品，烘干后測定碳含量。

(4)對凋落物生物量進(jìn)行測量。收集樣方內(nèi)凋落物并稱重，推算研究區(qū)凋落物生物量。選取500g樣品，烘干后測定碳含量。其中直徑小于5cm的枯木也包括在凋落物中，一同測量。

2.3 采集土壤樣品

在樣地內(nèi)，隨機(jī)選取3個土壤采樣點(diǎn)，分別按照0～15cm、15～30cm、30～45cm、45cm以下的深度，采集土壤樣品，每份約500g，去除根系等雜物，烘干后過篩，用于計(jì)算烘干土質(zhì)量和土壤層碳含量。

2.4 測定碳含量

將采集到的喬木、灌木、草本層及凋落物樣品，放置于烘箱內(nèi)，用85 ℃烘干至恒重，粉碎后，過0.25mm篩。將采集的壤樣品，自然風(fēng)干，研磨后過2mm篩，稱重篩除的碎石，用四分法再過0.25mm篩。測定樣品的碳含量，采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法。

2.5 計(jì)算碳密度和碳儲量

天然林的植被層各組分的碳密度計(jì)算如下：

Dv=∑Bi×Ci

(1)

式(1)中，Dv為植被層碳密度；Bi為生物量；Ci為碳含量；i為喬木、灌木層各器官，草本層地上、地下部分和凋落物。

土壤層的碳密度計(jì)算如下：

Ds=∑Ci×Pi×Ti(1-Gi)/10

(2)

式(2)中，Ds為土壤層碳密度；Pi為土壤容重；Ti為土層厚度；Gi為篩除的碎石體積百分比；i為土層。

天然林植被層的碳儲量為各組分生物量與對應(yīng)碳含量的乘積之和，土壤層碳儲量為各土層碳儲量的累加。

3 天然林的固碳能力分析

3.1 植被層的固碳能力

本文通過對天然林植被層進(jìn)行調(diào)查，估算生物量和碳密度，得到植被層生物量和碳密度的具體分配情況，見表4。由表4可知，該天然林保護(hù)工程試點(diǎn)的喬木層生物量為258.08t/hm2，灌木層為18.56t/hm2，草本層為0.36t/hm2，凋落物為9.37t/hm2，說明該調(diào)查區(qū)域植被生長狀態(tài)較好，生物量較高，保護(hù)工程實(shí)施得較為有效。喬木層的碳密度為116.82t/hm2，灌木層為7.21t/hm2，草本層為0.12t/hm2，凋落物為2.65t/hm2，綜合來看，碳密度相對較高，固碳能力相對較強(qiáng)。整體上看，木質(zhì)化的器官的固碳能力最強(qiáng)，在整個生態(tài)系統(tǒng)起主要作用，地下根部和凋落物的固碳能力也不容忽視。

表4 植被層生物量和碳密度

3.2 土壤層的固碳能力

土壤層是天然林生態(tài)系統(tǒng)的重要碳庫，該天然林土壤層碳含量變化特征見圖1，可以看出隨著深度增加，土壤層有機(jī)碳含量逐漸降低，其中0～15cm的土壤層碳含量，顯著高于其他深度，15～30cm深度的碳含量急劇減少，之后隨深度加大，碳含量差異逐漸變小。說明表層土壤的固碳能力較強(qiáng)，隨深度增加，固碳能力逐漸減弱。

在對天然林各植被層生物量和碳密度以及土壤層含碳量的估算中，發(fā)現(xiàn)喬木層的固碳分配率最高，也是生物量的主要貢獻(xiàn)者，其次是灌木層和凋落物，草本層

的貢獻(xiàn)率較低；土壤也是生態(tài)系統(tǒng)碳庫的重要組成。經(jīng)過本文研究，表明天然林的保護(hù)工程實(shí)施有效，固碳能力處于較高水平，對生態(tài)系統(tǒng)有較強(qiáng)的碳匯作用[4]。

圖1 土壤層碳含量特征

3 結(jié)語

本文通過分析天然林保護(hù)工程的固碳能力，研究植被層生物量和碳密度分配特征，以及土壤層碳庫特征，表明天然林保護(hù)工程的固碳能力處于較高水平，對生態(tài)系統(tǒng)有較強(qiáng)的碳匯作用。但由于天然林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)是一個復(fù)雜的過程，因此對固碳能力的分析，還需要開展更深層次的研究工作。天然林的生物量和碳密度受到自身和外界諸多因素的影響，因此在后續(xù)研究中，應(yīng)考慮樹種類型、密度、年份的變化，尋找固碳能力的規(guī)律性變化，從而更好地理解天然林生態(tài)系統(tǒng)，科學(xué)實(shí)施天然林保護(hù)工程。