基于森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)的喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量估算分析
——以香格里拉市為例

王繼雄，唐文靜

(1.云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院昆明分院，云南 昆明 650200；2.云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，云南 昆明 650051)

1 引言

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，具有生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益等多種價(jià)值，喬木林是森林資源的最重要組分，準(zhǔn)確估算大尺度上的喬木林生物量是測(cè)算區(qū)域森林生物量的前提[1]。通過(guò)直接測(cè)量(收獲法、平均木法、相對(duì)生長(zhǎng)法)可準(zhǔn)確地獲取森林生物量數(shù)據(jù)，但是會(huì)消耗大量的人力物力，且會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成一定的破壞[2]。而通過(guò)生物量模型、生物量估算參數(shù)[3](BEF、BCEF、RSR等)、3S技術(shù)等方法間接估測(cè)生物量，省時(shí)省力，在大范圍森林生物量和碳儲(chǔ)量估算中應(yīng)用廣泛。

在對(duì)森林生物量及碳儲(chǔ)量進(jìn)行估算時(shí)，常常會(huì)用到森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，因?yàn)樯仲Y源調(diào)查的覆蓋范圍大，有較高的準(zhǔn)確度。本文采用單木生物量模型，在香格里拉森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分別以冷杉Abiesfabri、高山松Pinusdensata、云杉Piceaasperata、櫟類QuercusL、云南松Pinusyunnanensis、落葉松Larixgmelinii等喬木林優(yōu)勢(shì)樹種為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)估算出的不同優(yōu)勢(shì)樹種、齡組以及不同區(qū)域的喬木林生物量及碳儲(chǔ)量作比較和分析，為香格里拉市生態(tài)建設(shè)和森林合理經(jīng)營(yíng)提供參考。

2 研究區(qū)概況

香格里拉市位于滇西北青藏高原東南部的滇藏川三省區(qū)結(jié)合部，是世界著名的“三江并流”世界自然遺產(chǎn)腹心地帶，更是青藏高原東南緣國(guó)家生態(tài)安全的重要屏障。該市地勢(shì)高聳，熱量不足，氣溫偏低，屬山地寒溫帶季風(fēng)氣候。具有干濕季分明，四季不明顯，夏秋多雨，冬春干旱的氣候特征。地處云南亞熱帶常綠闊葉林植被區(qū)向青藏高原高寒植被區(qū)過(guò)渡地帶，植被分布南北差異明顯，在環(huán)市境的東、南、西三面山體垂直分布完整而典型。按《云南植被》劃分標(biāo)準(zhǔn)，市境內(nèi)分布有10種植被類型，主要類型有溫涼性針葉林、寒溫性針葉林、暖性針葉林、落葉闊葉林、灌叢、草甸等，常見的森林類型有云冷杉林、高山松林、落葉松林、高山櫟林等。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查，原則上每10年調(diào)查1次，目的是為了查清森林資源現(xiàn)狀。本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于香格里拉市2016年第四輪森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，其中記錄了香格里拉市各喬木林小班的優(yōu)勢(shì)樹種、蓄積、齡組、權(quán)屬、平均胸徑、平均樹高、林木株數(shù)等信息。

3.2 研究方法

常見的立木生物量模型主要有一元、二元和多元生物量模型，一元生物量模型多選擇林木胸徑作為自變量，二元生物量模型則多選擇胸徑和樹高[4]。本文根據(jù)國(guó)家林業(yè)局發(fā)布的《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—冷杉》《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—云杉》《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—櫟樹》《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—云南松》《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—落葉松》《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—冷杉》等林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和王柯人、舒清態(tài)等人對(duì)高山松單木地上生物量模型不確定性研究中給出的模型[5]，以及岳彩榮對(duì)香格里拉生物量遙感估測(cè)研究中的含碳系數(shù)[6]。其中所列的以胸徑、樹高兩個(gè)因子為自變量的二元模型精度要高于以胸徑為自變量的一元模型。因部分模型未給出根莖比函數(shù)，本研究?jī)H按各小班平均胸徑、平均樹高按單木生物量模型推算單株喬木地上生物量，單株生物量與株數(shù)的乘積即為該小班生物量的喬木林地上生物量，碳儲(chǔ)量按地上生物量與該小班優(yōu)勢(shì)樹種含碳系數(shù)的乘積計(jì)算。

根據(jù)《云南省香格里拉市森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查報(bào)告》(云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，2016)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因部分樹種立木生物量模型未查詢到有關(guān)資料，將香格里拉喬木林優(yōu)勢(shì)樹種按冷杉、高山松、云杉、櫟類、云南松、落葉松等主要優(yōu)勢(shì)樹種及其他樹種進(jìn)行歸并。因其他樹種面積、蓄積在全市喬木林中的比例較低，其生物量按主要優(yōu)勢(shì)樹種的總蓄積與總生物量的比值進(jìn)行推算，碳儲(chǔ)量按主要優(yōu)勢(shì)樹種的總生物量與總碳儲(chǔ)量的比值進(jìn)行推算。香格里拉市主要優(yōu)勢(shì)樹種選用立木生物量模型及含碳系數(shù)如表1所示。

表1 香格里拉市主要優(yōu)勢(shì)樹種選用立木生物量模型及

表中：MA為地上生物量(單位kg)，D為胸徑(單位cm)，H為樹高(單位m)

4 結(jié)果與分析

4.1 不同區(qū)域喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量分析

如表2所示，依據(jù)香格里拉市2016年森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)測(cè)算，香格里拉市喬木林地上生物量總量為73454404 t，碳儲(chǔ)量為36546066 tC，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量分布不均勻。因格咱鄉(xiāng)面積最大，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量最多的也為格咱鄉(xiāng)，地上生物量及碳儲(chǔ)量占比分別達(dá)28.95%、28.88%；五境鄉(xiāng)面積最小，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量最小的也為五境鄉(xiāng)，地上生物量及碳儲(chǔ)量占比僅為3.87%、3.87%。

4.2 不同起源喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量分析

如表3所示，香格里拉市起源為天然的喬木林地上生物量總量為72208153 t，碳儲(chǔ)量為35915618 tC；起源為人工促進(jìn)的喬木林地上生物量總量為727684 t，碳儲(chǔ)量為375974 tC；起源為人工的喬木林地上生物量總量為518567 t，碳儲(chǔ)量為254474 tC。天然林地上生物量及碳儲(chǔ)量在香格里拉市喬木林優(yōu)勢(shì)樹種生物量及碳儲(chǔ)量中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

表2 不同區(qū)域喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量

表3 不同起源喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量

4.3 不同優(yōu)勢(shì)樹種喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量分析

如表4所示，香格里拉市冷杉林地上生物量為27685326 t，占37.69%、碳儲(chǔ)量13723615 t，占37.55%；櫟類林地上生物量為13369524 t，占18.20%、碳儲(chǔ)量6453486 t，占17.66%；高山松地上生物量13347475 t，占18.17%、碳儲(chǔ)量6918061 t，占18.93%；云杉地上生物量9483410 t，占12.91%、碳儲(chǔ)量4651581 t，占12.73%；云南松地上生物量4739106 t，占6.46%、碳儲(chǔ)量2419788 t，占6.62%；落葉松地上生物量2894369 t，占3.94%、碳儲(chǔ)量1416781 t，占3.88%；其他樹種地上生物量1935194 t，占2.63%、碳儲(chǔ)量962754 t，占2.63%。冷杉、櫟類、高山松與云杉的地上生物量及碳儲(chǔ)量在香格里拉市喬木林優(yōu)勢(shì)樹種生物量及碳儲(chǔ)量中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

表4 不同優(yōu)勢(shì)樹種喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量

4.4 不同齡組喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量分析

如表5所示，不同齡組喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量總體趨勢(shì)隨著齡組的增加而增加，從大到小依次為成熟林、過(guò)熟林、近熟林、中齡林和幼齡林。其中成熟林、過(guò)熟林和近熟林對(duì)香格里拉市喬木林總地上生物量及碳儲(chǔ)量影響較大，生物量分別占總齡組的41.53%，37.09%和14.11%；碳儲(chǔ)量分別占總齡組的41.55%，36.95%和14.22%。

表5 不同齡組喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量

5 討論

本研究主要通過(guò)國(guó)家發(fā)布的立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)，采用香格里拉市森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)各喬木林小班的優(yōu)勢(shì)樹種平均胸徑、平均樹高、林木株數(shù)來(lái)估算香格里拉市喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量。研究表明，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位面積喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量有一定差異，但差異不是很大，空間分布上相對(duì)均衡；天然喬木林地及以冷杉、櫟類、高山松為優(yōu)勢(shì)的喬木林地上生物量及碳儲(chǔ)量在香格里拉市喬木林地生物量及碳儲(chǔ)量中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；近、成、過(guò)熟林對(duì)香格里拉市喬木林總地上生物量及碳儲(chǔ)量影響較大。通過(guò)研究還發(fā)現(xiàn)櫟類的生物量轉(zhuǎn)換因子函數(shù)(BCF)與其他樹種生物量轉(zhuǎn)換因子函數(shù)存在明顯差異，其主要原因?yàn)樵颇鲜∷捎玫亩姆e模型(云南省森林調(diào)查常用樹表，1984年編制，編制年代過(guò)久)與2016年國(guó)家林業(yè)局發(fā)布的《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)—櫟樹》中的二元材積模型存在較大差異所導(dǎo)致。因部分樹種的立木生物量模型查詢不到相關(guān)研究資料，本次研究只對(duì)喬木林地上生物量進(jìn)行估算，且對(duì)部分樹種進(jìn)行了歸并后推算，不可避免會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，但對(duì)全市總生物量及碳儲(chǔ)量估算影響不大。因此利用森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)估算該地區(qū)的生物量及碳儲(chǔ)量可為該地區(qū)喬木林固碳能力和生產(chǎn)力評(píng)價(jià)提供參考[7]，也可為該地區(qū)其他方法估測(cè)生物量及碳儲(chǔ)量的結(jié)果作為對(duì)照，亦可為其他地區(qū)估測(cè)生物量及碳儲(chǔ)量提供一定的參照。