廣東省德慶林場喬木林碳儲量與碳密度研究

蘇永新 ，盧紫君 ，曹 誼，葉曉鴻

(1.廣東省德慶林場，廣東 肇慶 526600； 2.廣州沛森園林景觀設計有限公司， 廣州 510520)

森林生態系統是陸地生態系統的主體，也是陸地上最大的儲碳庫，在調節全球碳循環和維護全球氣候穩定等方面起著不可替代的作用[1-2]。因此，森林的固碳能力、碳儲量估算及其分布特征等方面的研究已成為國內外研究的熱點。科學評估區域森林生態系統的固碳能力和碳儲量分布特征，對于實現森林可持續經營和固碳增匯具有重要意義[3-4]。廣東省國有林場改革實施以來，林場深入實施以生態建設為主的林業發展戰略，經營模式由以木材生產為主轉變為保護森林和提供生態服務為主，森林面積不斷增長，森林質量不斷提高，生態服務功能不斷增強。為準確反映森林固碳現狀，揭示生態服務潛力，亟需更新省屬國有林場森林碳儲量和碳密度的評估結果。

本文以廣東省德慶林場2018年森林資源二類調查數據為基礎，采用廣東省森林資源監測中心提供的生物量擴展因子方程[5-6]，估算林場喬木林的碳儲量與碳密度，探討其不同林分和不同林齡的分布規律，以期為林場森林生態系統碳匯功能評估和碳匯造林樹種的選擇提供參考數據，并為后續的森林經營提供科學依據。

1 研究地概況

廣東省德慶林場位于廣東省西北部，地處粵、桂兩省交界處， 111°22′—112°06′E，23°07′—23°25′N。林場總面積8 753.65 hm2，林業用地面積8 729.85 hm2，其中喬木林面積為8 184.66 hm2，森林蓄積為685 378 m3，森林覆蓋率為93.5%，森林植被屬南亞熱帶季風常綠闊葉林，林分類型以桉樹(Eucalyptusrobusta)、馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)和闊葉混交林為主。

2 數據與方法

2.1 喬木林碳密度和碳儲量的估算

以廣東省德慶林場2018年森林資源二類調查小班數據為基礎，進行碳密度和碳儲量的估算。森林碳密度是單位面積森林的碳儲量，其計算方法就是單位面積森林生物量與碳轉換系數的乘積，本文采用的碳轉換系數為0.5。單位面積生物量的估算采用廣東省森林資源監測中心提供的生物量擴展因子方程，利用森林資源二類調查數據中各小班的平均胸徑(D)、平均樹高(H)和單位面積蓄積量(V)等因子，按優勢樹種分別代入對應的干(Ws)、枝(Wb)、葉(Wl)和根(Wr)的生物量方程中，計算得到各組分的生物量，然后將各組分的生物量相加獲得各小班的單位面積生物量[7]。主要樹種生物量計算公式詳見表1。對于一些沒有對應生物量方程的樹種，則選擇相近樹種的生物量方程代替計算。

2.2 數據處理與分析

運用Microsoft Excel 2016軟件進行數據統計分析和圖表制作，運用R軟件對數據進行方差分析，同時對不同林分和不同林齡的喬木林進行碳密度多重比較。

表1 主要樹種生物量計算公式 樹種生物量計算公式桉樹Ws=0.237 19×D0.31557×H-0.02252×V;Wb=0.090 123×D-0.30267×H0.019109×V;Wl=0.052 637×D-0.21666×H0.014372×V;Wr=0.155 53×D-0.09897×H0.007321×V馬尾松Ws=0.292 89×D0.14621×H0.008952×V;Wb=0.125 32×V;Wl=0.079 612×D-0.35263×H0.015724×V;Wr=0.484 37×D-0.62207×H0.029132×V杉木Ws=0.340 15×D-0.3929×H0.40890×V;Wb=0.271 40×D1.07261×H-1.69157×V;Wl=0.510 239×D0.69072×H-1.71327×V ;Wr=0.464 93×D-0.32802×H-0.28171×V闊葉樹Ws=0.297 ×D0.21272×H0.046734×V;Wb=0.545 41×D-0.27401×H-0.16565×V;Wl=0.225 26×D-0.38874×H-0.21925×V;Wr=0.820 322×D-0.39686×H-0.22275×V濕地松Ws=0.200 11×D0.173698×H0.086849×V;Wb=0.019 166×D0.62501×V;Wl=0.573 42×D-0.598 91×V;Wr=0.464 93×D-0.610 82×V

3 結果與分析

3.1 碳儲量和碳密度的總體特征

廣東省德慶林場喬木林的總碳儲量為23.68萬t，喬木林的平均碳密度為(38.83±0.83)t/hm2。喬木林的碳密度主要分布在20～60 t/hm2之間(圖1),這個區間的小班數量、面積和碳儲量分別占總數的68.7%，70.3%和69.4%。與平均碳密度相比，碳密度小于平均值的小班數量、面積和碳儲量分別為314個、3 517.08 hm2和86.2×103t；分別占到德慶林場喬木林的55.0%，56.6%和36.4%。表現出小班數量多、面積比例大，而碳儲量相對貢獻小的特點。另外，碳密度最小的小班碳密度僅為5.34 t/hm2，最大的可以達到116.97 t/hm2，總體變異系數達到51.2%。

3.2 不同林分碳儲量和碳密度分析

林分碳儲量與其小班數量和面積密切相關，不同林分的碳儲量在11 447.3～84 768.7 t之間，差異比較大，其碳儲量大小順序為桉樹>馬尾松>杉木>其它>闊葉混交林。桉樹和馬尾松的小班數量和面積分別占總數的67.3%和62.7%以上，其碳儲量之和占喬木林總碳儲量的61.5%，是德慶林場碳儲量的主體。不同林分的碳儲量和碳密度詳見表2。

圖1 廣東省德慶林場不同碳密度的小班數量、面積和碳儲量比例

表2 廣東省德慶林場喬木林不同林分的碳儲量和碳密度林分類型小班數量/個面積/hm2碳儲量/ t平均碳密度/(t/hm2)桉樹2352 316.5684 768.738.34±1.30 b 馬尾松1491 580.0360 870.338.11±1.32 b 杉木681 020.7044 635.344.68±2.05 ab闊葉混交林51530.1811 447.324.50±2.48 c 其它類68762.5835 090.546.98±2.57 a 注:其它類包括其它硬闊、其它軟闊、針闊混交林、針葉混交林、濕地松和速生相思。

喬木林平均碳密度為(38.83±0.83) t/hm2，其中，其它類的平均碳密度最高，為(46.98±2.57)t/hm2；闊葉混交林的平均碳密度最低，為(24.50±2.48)t/hm2。各類林分碳密度大小順序為其它>杉木>桉樹>馬尾松>闊葉混交林，與碳儲量的分布趨勢有所不同。

根據多重比較的結果，5個林分類型中，闊葉混交林的碳密度顯著低于其余4個林分類型(P<0.05)；其它類的碳密度與桉樹、馬尾松均存在差異顯著(P<0.05)，而其它類的碳密度與杉木差異不顯著(P>0.05)；杉木與桉樹、馬尾松三者間的碳密度不存在顯著差異(P>0.05)。造成這種差異的原因是其它類、杉木、桉樹、馬尾松大多為林齡在10 a以上的林分，胸徑相對較大，而闊葉混交林多以林齡在10 a以下的小班居多，胸徑相對較小，單位面積碳儲量較小。

3.3 不同林齡碳儲量和碳密度分析

喬木林的碳儲量與林齡結構密切相關，其碳儲量主要集中在林齡≤10 a和>10～20 a的林分，以及林齡>20～30 a的林分，三者之和占喬木林總碳儲量的93.2%，其中林齡≤10 a的林分碳儲量最多，占34.6%；而碳儲量最少的是林齡>30 a的林分，僅占6.8%。主要是因為德慶林場喬木林的林齡結構偏年輕；林齡≤10 a，>10～20 a和>20～30 a的林分面積占比達93.1%以上。

碳密度則是隨著林齡的增加，呈現先迅速增加后逐漸減小的趨勢，在>10～20 a達到最大，為49.26 t/hm2；碳密度的最小值出現在林齡≤10 a的林分，為30.90 t/hm2，這與林分正常生長規律基本符合。各林分碳密度也呈現出相似的分布趨勢，詳見圖2。

結果表明，林齡≤10 a的林分碳密度顯著低于其他林齡(P<0.05)，林分林齡在>10～20 a與>20～30 a間的碳密度也是存在顯著差異(P<0.05)，而林分林齡在>20～30 a和>10～20 a，以及林齡>30 a間的碳密度則無顯著差異(P>0.05)。

圖2 廣東省德慶林場不同林齡的碳儲量和碳密度

4 結論與討論

1)廣東德慶林場喬木林總碳儲量為23.68萬t，平均碳密度為(38.83±0.83)t/hm2。低于喬木林碳密度總體平均值的小班面積占總面積的56.6%，但碳儲量占比僅為36.4%，表明德慶林場的固碳能力還不強，今后應加強林分的撫育更新，提高林地生產力，更好地發揮喬木林在森林生態系統中的碳匯功能。

2)喬木林不同林分碳儲量的大小順序為桉樹>馬尾松>杉木>其它>闊葉混交林。桉樹和馬尾松的碳儲量之和占喬木林總碳儲量的61.5%，對德慶林場喬木林生態系統的碳儲量有重要貢獻。不同林分碳密度的大小順序為其它>杉木>桉樹>馬尾松>闊葉混交林，與碳儲量的分布趨勢有所不同，而且闊葉混交林的碳密度顯著低于其余4個林分類型。

3)喬木林的碳儲量主要集中在林齡≤10 a，>10～20 a和>20～30a的林分；而林齡>30 a的林分碳儲量最少，僅占6.8%。碳密度則是隨著林齡的增加，呈現先迅速增加后逐漸減小的趨勢，在>10～20 a達到最大；而≤10 a的林分碳密度最小，與其他林齡存在較大差異。碳密度在20 a后逐漸減小，究其原因，一是林場的森林經營水平不高，林分整體質量欠佳；二是早期的造林樹種苗木質量較差，隨著林齡的增長林木個體死亡數量增加，林分密度下降。

4)本文采用廣東當地的生物量擴展因子方程，進行喬木林的碳儲量和碳密度估算，結果精確度較高，具有參考性。但是本文僅對喬木層進行估算，并未包括林下灌木層、草本層、枯枝落葉層和土壤層。因此，在今后的研究中，應增加林下灌木層、草本層、枯枝落葉層和土壤層的計算，進一步完善林場級森林生態系統碳儲量和碳密度的估測。