利用森林蓄積量生物量模型估算岫巖縣森林碳儲量

楊青川

(遼寧省林業調查規劃監測院，遼寧 沈陽 110122)

1 引言

二氧化碳是使全球氣候變暖的罪魁禍首之一。隨著氣候的加劇變化，如何固定和減少排放二氧化碳逐漸成為研究熱點。森林通過光合作用，在陸地生態系統中吸收二氧化碳的能力最強，在固定二氧化碳和減緩全球氣候變化中承擔著重要作用[1]。因此，對森林碳儲量和碳儲密度的研究就顯得尤為重要。國內學者對此做了大量研究。有學者基于森林資源連續清查數據，采用生物量和蓄積量的統計學關系的轉換函數，結合含碳系數，對省級尺度區域的生物量和碳儲量進行估算[2，3]。有的對灌木林的碳儲量及驅動因素進行了分析[4]。

岫巖地區自然資源豐富，在遼寧省內位居前列。本文研究岫巖縣各優勢樹種不同林齡的碳含量和碳儲密度，對掌握遼寧省東部山區的碳匯功能有重要的意義。為該地區的估算提供理論依據。

2 試驗地概況

岫巖縣處于北緯40°～40°39′，東經122°52′～123°41′之間。氣候類型屬于北溫帶濕潤季風氣候，降雨多在夏季。水系屬渾河、太子河、大洋河水系。生態分區屬于遼東山區，轄區內山地、丘陵較多，平原和盆地夾雜其中，面積較小，地勢南低北高，大部分屬于長白山山脈。總面積4502 km2，林地面積3297 km2，占比72.8%。

3 試驗方法

3.1 數據來源

本文數據來源于2015年岫巖縣森林資源變更數據。涵蓋縣內所有森林林班小班，是完整的森林資源數據，可以全面完整地反映區域內的森林資源情況。從中提取各優勢樹種和不同齡組的數據用于生物量和碳儲量估算。

3.2 優勢樹種生物量估算

目前，獲取森林植被生物量的方法有通過直接收獲樣地內植被，測定生物量的收獲法，有通過測樹因子或者蓄積量建立生物量模型的模型模擬法以及通過測定二氧化碳濃度變化估算生物量的微氣象學法。

本文采用可以在較大尺度上應用的蓄積量-生物量模型法，估算岫巖地區喬木林和疏林的生物量。具體如下式，即：

B=aV+b

(1)

式(1)中：B代表林木生物量(t)，V代表林木蓄積量(m3)，a、b是回歸方程的參數。采用已經公布的各個優勢樹種的最優蓄積量-生物量回歸方程估算生物量，具體方程見表1。其中的方程參數是各優勢樹種全國平均參數。個別沒有方程和參數的樹種，采用相似樹種值代替。經濟林未劃分齡組，不參與計算。

表1 各優勢樹種蓄積-生物量方程

3.3 優勢樹種碳儲量估算

關于含碳量的測定，有的學者用元素分析儀測算[5]，有的用化學方法測定[6]，得出的結果各優勢樹種的含碳率大多在一個區間范圍內，即0.45～0.5之間。目前在大面積分析上，國內學者大多采用生物量與含碳率的乘積計算碳儲量。由于本文研究對象包括不同樹種和不同齡組，含碳率有差異，不能采用統一數值估算。因此采用業內認可的《造林項目碳匯計量監測指南》以及已經公布的樹種的含碳率進行碳儲量估算。目前還沒有確切參數的樹種采用含碳率0.5計算[3]。碳儲密度為碳儲量值與面積的比值。

4 結果與分析

4.1 岫巖縣天然林各優勢樹種不同齡組碳儲量

經過計算，岫巖縣天然林各優勢樹種不同齡組的碳儲量見表2。天然林中柞樹碳儲量為1772323.22 t，占91.82%，其次為油松82211.68 t，水曲柳64774.50 t。其中柞樹幼齡林碳儲量為744258.37 t，在各優勢樹種的各個齡組中碳儲量大，說明柞樹幼齡林對岫巖地區的天然林碳儲量貢獻最大。不同齡組從幼齡林到過熟林的碳儲量分別為835057.14 t，534332.11 t，231894.64 t，304362.35 t和24596.88 t。碳儲量多少的順序為幼齡林>中齡林>成熟林>近熟林>過熟林。

從碳密度計算結果來看(表3)，天然林不同齡組碳儲密度中，成熟林最大，幼齡林最小，其大小順序為成熟林>近熟林>中齡林>過熟林>幼齡林。

4.2 岫巖縣人工林各優勢樹種不同齡組碳儲量

經過計算，岫巖縣人工林各優勢樹種不同齡組的碳儲量見表4。人工林中落葉松碳儲量為1337310.43 t，占84.94%，其次為刺槐163692.55 t，紅松41586.42 t。其中落葉松中齡林碳儲量為589542.44 t，在各優勢樹種的各個齡組中碳儲量大，說明落葉松中齡林對岫巖地區的人工林碳儲量貢獻最大。不同齡組碳儲量順序為中齡林>幼齡林>近熟林>成熟林>過熟林。

表2 岫巖縣天然林各優勢樹種不同齡組碳儲量 t

表3 岫巖縣天然林不同齡組碳儲密度

表4 岫巖縣人工林各優勢樹種不同齡組碳儲量 t

人工林碳儲密度計算結果見表5。人工林不同齡組碳儲密度中，中齡林最大，幼齡林最小，其大小順序為中齡林>成熟林>幼齡林>近熟林>過熟林。

表5 岫巖縣人工林各優勢樹種不同齡組碳儲密度

4.3 岫巖縣森林不同齡組碳儲量估算

通過對岫巖縣天然和人工林生物量和碳儲量的估算，得出全縣各優勢樹種不同齡組的碳儲量和碳儲密度，見表6。碳儲量最多的齡組為幼齡林1380343.02 t，最少的是過熟林44540.41 t，其大小順序為幼齡林>中齡林>成熟林>近熟林>過熟林。碳儲密度最大的是中齡林31.95 t/hm2，順序是中齡林>成熟林>近熟林>過熟林>幼齡林。

表6 岫巖縣各優勢樹種不同齡組碳儲量及碳儲密度

5 結論

通過計算，天然柞樹和人工落葉松對岫巖地區碳儲量貢獻最大，都遠遠高于其他樹種，各林齡組中最多是幼齡林，齡組結構需要進一步優化。因此在森林經營管理中，落葉松和柞樹的經營管理會很大程度地影響該地區的碳儲量。結果表明，岫巖縣人工林的碳儲密度普遍高于天然林。只有人工中齡林的碳儲密度達到57.86 t/hm2高于全國平均水平44.91 t/hm2[7],與世界平均水平還有很大的距離，森林質量還需要進一步提高。碳儲密度的變化趨勢是隨年齡增長而增長，這與國內大部分研究的結果一致[8～10]。