森林碳储量（共8篇）
森林碳储量 篇1
森林是陆地生态系统的重要组成部分,森林生长过程中能够吸收并固定二氧化碳[1],在调节全球碳平衡、减缓大气中CO2等温室气体浓度上升以及维护全球气候等方面具有不可替代的作用[2,3]。因此,估算森林的碳储量,测定森林的碳汇功能,对科学定位区域森林在应对气候变化中的作用和贡献具有重要意义。
目前,涉及河南的森林碳汇研究或者以省域为单元[4,5,6],或者以山系为单元[7],尚未有以县域为单元的森林碳储量研究。本研究以巩义市为例,对巩义森林的碳储量进行估算,目的是了解巩义森林碳储量的状态及构成。这对未来开展县域森林碳汇能力评价、县域绿色GDP核算以及建立森林碳生态效益补偿机制均具有重要的理论和实践意义。
1材料与方法
1.1研究区域概况
巩义市地处河南省西部,总面积1 041 km2,地貌特征以浅山丘陵为主。地理坐标为北纬34°31′~34°52′,东经112°49′~113°17′。气候类型属暖温带半湿润大陆性季风气候,四季分明。冬季最低气温-17℃,夏季最高气温43.0℃,年平均气温14.2℃。年均降水量640.9 mm,降水主要集中在夏秋季节。
巩义市综合经济实力位居河南省县域首位,跻身全国百强县,2014年成为河南省直管市。全市森林面积3.1万hm2,森林蓄积量88.5万m3,森林覆盖率29.8%。
1.2数据资料及处理
巩义市在2013年开展了森林生态城建设,对全市地域内的森林和林地进行了详细调查,并进行了小班区划,调查并记录了每个小班的优势树种、平均年龄、平均密度、平均胸径等信息。本次调查与以往森林调查最大的不同在于:以往的林地调查仅指林业部门管理的森林和林地,本次调查同时涵盖了城区范围内的绿地和森林。研究以此数据为基础进行计算分析。为了计算方便并且与资料中的树种相对应,将全部森林小班涉及的31个乔木和灌木树种进行归类简化。地类面积不足5%的小班合并为一个树种,树种名以面积占比最高的树种定义。按照国家连续森林清查规程中的龄组划分标准,将全部森林小班按龄组划分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林。
1.3研究方法
材积源—生物量法被认为是一种较好的估测森林生物量的方法,很多学者采用此方法开展了不同地域的森林碳储量研究[5,8,9,10,11,12]。因此,研究采用材积源—生物量法计算乔木用材树种的碳储量。具体参数指标采用《中国温室气体清单研究2005》[13]中的推荐值。所计算的碳储量均包含地上部分和地下部分。乔木树种分用材树种和经济树种两种类型。用材树种碳储量计算采用生物量转换因子法;经济树种碳储量采用平均单位面积生物量法,采用35.21 t/hm2。灌木树种采用平均单位面积生物量法,采用17.99 t/hm2,经济林和灌木林碳含量采用0.5。碳储量计算方法见式(1)、(2)和(3)。表1中列出主要乔木用材树种不同龄组林分的碳储量转换参数。
S:森林总碳储量;
A:乔木用材树种碳储量;
B:乔木经济树种碳储量和灌木林碳含量之和;
I:乔木用材树种;
J:对应乔木用材树种龄组;
Vi,j:乔木用材树种i的第j龄组林分蓄积;
BEFi,j:乔木用材树种i的第j龄组林分的生物量转换因子;
RSRi,j:乔木用材树种i的第j龄组林分的根茎比;
Di,:乔木用材树种i的第j龄组林分的木材密度;
Ei,j:乔木用材树种i的第j龄组林分的碳含量;
注:BEF是地上部分与地上主干生物量之比;RSR是根茎生物量之比;A1~A5分别代表幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林。
2结果与分析
2.1乔木树种碳储量
经测算,巩义市森林总碳储量为51.53万t。其中,乔木用材林碳储量为41.13万t,占79.8%,经济林碳储量为1.53万t,占3.0%,灌木林碳储量为8.87万t,占17.2%。从构成上可以看出,乔木用材林是森林碳储量的主要贡献来源,见表2。
从表3来看,乔木用材树种碳储量最大的是泡桐林,达到14.95万t。最小的是油松林,为1.04万t。用材树种碳储量由大到小排序为泡桐>栎类>杨树>柏木>刺槐>油松。
分树种来看,泡桐中龄林碳储量最大,为9.78万t。各龄组碳储量由大到小依次为中龄林>幼龄林>近熟林>成熟林>过熟林。表明中龄林是泡桐的主要组成林木。
栎类中龄林碳储量最大,为9.29万t。过熟林最小,为211.4 t,各龄组碳储量由大到小排序为中龄林>幼龄林>近熟林>成熟林>过熟林。
杨树碳储量最大的是幼龄林,为3.92万t,最小的为近熟林,131.5 t。杨树没有过熟林,因此,杨树碳储量由大到小排序为幼龄林>中龄林>成熟林>近熟林。
柏木只有两个龄组,幼龄林碳储量最大,为5.01万t,中龄林最小,为951.1 t。
刺槐中龄林碳储量最大,为7075.4 t,幼龄林最小,为1 307.9 t,碳储量由大到小排序为:中龄林>成熟林>过熟林>近熟林>幼龄林。
油松幼龄林碳储量最大,为3 801.1 t,最小为过熟林40.5 t。碳储量由大到小排序为:幼龄林>中龄林>近熟林>成熟林>过熟林。
综合来看,中龄林碳储量占比最高,这符合当前巩义森林构成以中龄林为主的现状。
注:油松中包含了其他占比较少的树种
2.2经济树种碳储量
经济树种碳储量为1.53万t。其中,核桃碳储量最大,为1.02万t,碳储量分树种由大到小排序为:核桃>苹果>杏>枣>其他树种,见表4。
灌木林碳储量总量为8.87万t,其中荆条的碳储量贡献最大,达到5.14万t,碳储量由大到小排序为:荆条>山皂角>栎灌>酸枣>其他灌木,见表4。
不同树种的碳密度差别比较大,从平均状态来看,油松的碳密度最大,达到24.7 t/hm2,其次是泡桐,为22.6 t/hm2,最小的是柏木,为10.5 t/hm2。碳密度由大到小排序为油松>泡桐>杨树>刺槐>栎类>柏木。
分龄组来看,泡桐、杨树和油松等3个树种的近熟林碳密度最大;栎类在中龄林时碳密度最大;柏木和刺槐在幼龄林时碳密度最大,详见表5。
3结论与讨论
3.1结论
采用材积源—生物量法计算了巩义市森林碳储量。巩义市森林总碳储量51.53万t,乔木林贡献最大,为79.8%,是森林碳储量的主体;其次是灌木林,贡献了17.2%,经济林贡献了3%。
乔木用材林碳储量中,泡桐贡献了36.4%,栎类贡献了28.8%,杨树贡献了15.5%,柏木贡献了12.4%,刺槐贡献了4.5%,油松贡献了2.5%。其中,泡桐、栎类、杨树和柏木累计贡献93%,是乔木用材林碳储量的主体。核桃是经济林碳储量中最大的部分,贡献了66.6%,其次是苹果,贡献了12.8%,这两个树种合计贡献了79.4%,是经济林碳储量的主体。荆条贡献了灌木林碳储量的58.0%,其次是山皂角,贡献了22.9%,二者合计贡献了80.8%,是灌木林碳储量的主体。
巩义森林平均碳密度为22.0 t/hm2,从平均状态来看,油松的碳密度最大,达到24.7 t/hm2,其次是泡桐,为22.6 t/hm2。
3.2讨论
在近30年里,巩义陆续实施了大规模的植树造林和绿化工程,森林面积和质量有显著提升。但是,巩义处于我国黄土丘陵区的东部边界,土壤贫瘠,立地条件差,林木生长缓慢,因此,森林碳密度较低,相对于全省[14]平均值31.0 t/hm2来说,还有较大差距,还需要大力开展森林经营及低质低效林的改造,提高森林的质量,优化森林结构,逐步提高巩义森林的生产力和固碳能力。
森林碳储量 篇2
關键词：毛竹（Phyllostachys edulis）； 碳储量；分布 ；生态系统
中图分类号： S795.01；S181.6文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）02-0234-04
收稿日期：2015-11-30
基金项目：中国科学院战略性先导科技专题（编号：XDA05050205）；江西省自然科学基金（编号：20132BAB204026）；江西省教育厅科技项目（编号：GJJ13270）；江西省教育厅落地推广项目（编号：2KJLD1304）。
作者简介：胡耀文（1991—），男，江西抚州人，硕士研究生，主要从事森林培育研究。E-mail：hyw910729@163.com。
通信作者：张文元，博士，讲师，主要从事森林培育理论和技术、竹林培育方面的研究。E-mail：zwy15@126.com。森林碳汇主要是指森林从空气中吸收并储存二氧化碳的多少，或者说是森林吸收并储存二氧化碳的能力。对森林碳储量研究是全球碳循环研究焦点之一[1-2]，森林植被吸收大气中的二氧化碳并存储在植被或土壤中，从而减少二氧化碳在大气中的浓度。植物通过光合作用把吸收的二氧化碳转变为糖、氧气和有机物，是地球最基本的物质和能量的来源。地球的森林面积虽然只占陆地总面积的1/3，但是森林在降低大气中二氧化碳浓度、减缓全球气候变暖中，发挥着重要的作用。森林植被部分碳库占全球植被碳库的76%[3]，森林土壤碳库储存了全球土壤碳储量的40%左右[4-5]，森林是陆地生态系统中最大的碳库[6]。毛竹（Phyllostachys edulis） 系禾本科刚竹属多年生散生竹[7]。毛竹秆箨厚革质，密被糖毛及深褐色斑点、斑块，箨环被有1圈脱落性毛，箨耳和繸毛发达，锋舌发达，箨片呈三角形或披针形，外翻[8]。中国长江以南，生长着世界85%的毛竹，其分布面积为386.83万hm2，占竹林总面积的71.89%[9]。长期以来，人们一直都只关注毛竹的经济实用价值[10]，但是近年来随着生态理念日渐进入人心，毛竹为生态环境带来的效益功能也越来越受到学者和专家们的关注。
1材料与方法
1.1研究区概况
本次研究试验样地设在崇义、靖安、资溪、井冈山4个地区。崇义试验样地地处中低纬度地区，属中亚热带季风湿润区，气候差异显著，历年平均气温17.8 ℃，年降雨量 1 615.2 mm。靖安试验样地属于北亚热带湿润气候 历年平均气温17.0 ℃，少数高山区年平均气温在15.0 ℃左右，要比平原低3 ℃以上，主要土壤类型有红壤、山地黄壤、山地黄棕壤等。资溪地区试验样地属亚热带湿润季风气候，气候温和，年平均气温16.9 ℃，年平均降雨量1 929.9 mm。井冈山样地属亚热带季风气候，年平均气温14.2 ℃，年平均降雨量 1 856.3 mm。
崇义试验样地的土壤类型主要是红壤，植被类型为毛竹林，群落以毛竹、檵木、芒萁、柃木、淡竹叶、檵木为优势树种，郁闭度为80%，群落高度在12～13 m之间。靖安的试验样地土壤类型也为红壤，林龄为6、7年，植被类型为毛竹纯林，植被群落优势树种为毛竹、檵木、百合科、油茶、络石、蔷薇科、蕨类、禾本科。林分郁闭度在90%～100%之间。资溪地区试验样地土壤类型为红壤和黄壤，群落层优势树种为毛竹、杜荆山、淡竹叶、蕨，林分郁闭度60%～80%之间。井冈山地区试验样地土壤主要类型为红壤、棕壤、山地黄棕壤，植被类型为毛竹林，植被群落优势树种为毛竹、铃木、乌药、狗脊蕨、新木姜、莎草，林分郁闭度60%～80%，群落高度14～15 m。
1.2样地设置
按要求样地水平投影大小为800 m2。以样地的西南角为起点，顺时针方向用罗盘仪测角（确保样地4个角成直角）和坡度，皮尺量距离。按样地垂直投影面积计算森林生物量、碳储量和土壤碳储量对样地进行样地面积校正。样地设置好以后，应标记其所处的地点，记录样地的GPS 定位坐标、坡向、坡度、坡位、海拔、方位及在林分中的相对位置，并将样地设置的大小、形状在样地调查表上按比例绘制略图；保存GPS 设备中的样地和途径路线定位数据，以便复查、核查。对能够反映样地在地理和植被典型特征的视觉景象进行拍照，现场记录相片编号，对照片按样地编号进行重新命名保存。
1.3取样方法
每个样地根据毛竹林每木检尺结果得出其年龄结构、平均胸径、竹高指标，据此计算出每度竹的平均立竹作为标准竹， 分别砍伐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹的标准竹各1根。地上部分别测定竹秆、竹枝和竹叶，地上部分生物量测定以1m为区分段，表1样地概况及立竹生长状况地下部分调查，根据所取的标准竹，分别以毛竹基部竹秆为中心，在其周围挖取1 m×2 m的小样方，从土壤开始，每 20 cm 向下挖取所有的土壤和根系，直到无竹根为止。用清水冲洗干净，进行毛竹根结构观察。
灌木（胸径<5 cm，高度>50 cm，若对于高度小于50 cm 的小灌木，归为草本层）的调查，在样地的主对角线上随机设置（结合样地实际情况挑选有代表性的样方）3个2 m×2 m的样方；草本和凋落物在另外一条主对角线上选择3个 1 m×1 m 的样方。记录主要种类及其盖度后，将样方内所有植物全部收获后，灌木分叶、枝干、根称质量；草本分地上、地下部分；凋落物凋落叶片、枝条、草本和木炭等，加上难以辨别的有机物分解碎片，直径<5 cm 的枯死木也包括在枯落物层中，一并进行测定，同时区分未分解的凋落物和已经开始分解的凋落物组分（根据肉眼判断：新鲜刚凋落的枯枝落叶为未分解，已经凋落一定时间，并且叶、枝等开始腐烂统一定义为半分解）。以上分别称鲜质量后，取300 g代表性样本带回试验。
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土壤的测定是在调查样地内选择1个未受人为干扰、植被结构和土壤具代表性的地段，挖掘1个土壤剖面，深至 100 cm，不够100 cm 至基岩为止。对土壤剖面进行拍照并将照片编号，现场记录。拍照时将米尺（或卷尺）立于向阳剖面，调好位置和焦距，保证包含剖面1 m 内所有土层。数码照片的像素不低于800万像素。在剖面按照自然发生层取O层（有机质层）、A层（淋溶层）、B层（淀积层）样品。沿剖面按0～10、10～20、20～30、30～50、50～100 cm 分層，用环刀采集各层土壤，每层打2～3个环刀，带回试验室测定土壤容重。每层再随机钻取3 钻土，混合成一个混合样。同一样地3 个灌木样方的同层次土样组成该层次混合样品。需注意的是，取样时尽量保持每个小土体的完整性，尽早进行风干处理。
1.4样品测定方法
将采集回来的毛竹各器官、林下植被及土壤样品，称质量后置于65 ℃恒温箱中，烘干后再称质量，并计算植被层生物量，土壤容重等。立竹各器官、林下植被含碳率使用重铬酸钾氧化容量法测定，土壤有机碳使用浓硫酸消煮重铬酸钾氧化容量法测定[11]。
2结果与分析
2.1立竹各器官碳储量现状
从表2可以看出，井冈山地区立竹总平均碳储量最大，为17.67 t/hm2。立竹各器官中，碳储量最大的器官是竹秆，但是井冈山样地与其他3个样地不同，立竹各器官碳储量中枝的平均碳储量值最大，略高于竹秆的碳储量，其他3个试验样地秆的平均碳储量明显大于其他器官的平均碳储量，崇义地区立竹秆的平均碳储量是4个地区中最大的，为 10.295 t/hm2。刘玉霞对不同海拔高度对寿宁县毛竹生长影响的研究发现，海拔高度在800 m 以下，毛竹林的竹秆平均胸径较大，产量较高[13] 。井冈山地区样地平均海拔在 1 074.00 m，大于800 m，其他3个样地平均海拔低于800 m，井冈山样地中立竹的平均株高和胸径也均低于其他3个样地，此现象与刘玉霞的研究结果相同。高海拔是造成井冈山地区样地毛竹秆的碳储量和生物量水平异于其他样地的原因之一。
方差分析显示崇义地区毛竹立竹各器官的碳储量差异显著，靖安和资溪毛竹秆与枝、叶、根的碳储量之间的差异显著，而枝、叶、根内部之间的碳储量差异不显著，井冈山地区毛竹各器官碳储量之间都不存在显著性差异。
从图1立竹各器官碳储量百分比的分布可以看出，崇义、靖安、资溪3个样地立竹秆的含碳量均占总碳储量的60%以上，其中资溪地区样地最大，占72.45%。立竹各器官中，所占碳储量百分比最小的器官是竹叶，其中崇义地区立竹叶器官碳储量百分比只占总碳储量的4.84%，是4个样地之中最小的。
2.2林下植被状况
4个样地林下植被碳储量和百分比见表3和图2，在4个试验样地中，资溪地区和崇义地区的林下主要以草本为主，林下草本碳储量分别占林下总碳储量的64.12%和54.12%，崇义地区样地草本碳储量在4个样地中是最大的，为 0.860 t/hm2。井冈山地区和靖安试验样地林下植被以灌木为主，其中井冈山地区的林下灌木碳储量为3.021 t/hm2，占样地林下碳储量的83.11%，是4个试验样地中灌木生物量和百分比最大的，林下植被碳储量总量3.635 t/hm2，在所有样地中也是最大的，造成这种现象的原因与井冈山样地的较高海拔环境有关，人为干扰较少，破坏较少，林下灌木自然生长，灌木的量就相对其他3个地区的样地来说生长旺盛。
表3毛竹林下植被碳储量
样地碳储量（t/hm2）灌木草本总计崇义0.729±0.20A0.860±0.01A1.589靖安0.385±0.10A0.283±0.05A0.668资溪0.221±0.05A0.395±0.07A0.616井冈山3.021±1.12A0.614±0.17A3.635
2.3土壤碳储量
土壤碳库是陆地生态系统碳库中最大的贮库，而且是其中非常活跃的部分[14]。即使在森林类型相同的生态系统中，其碳储量也会随土壤类型不同而不同[15]。不同土壤类型的营养状况和营养元素的流动不同都可能影响到碳在土壤中积累的相对量和绝对量[16]。表4为4个试验样地各土壤层碳
储量分配格局，崇义地区样地碳储量最高的是0～10 cm土壤层，碳储量达38.559 t/hm2，最低的土壤层为30～50 cm，为27.966 t/hm2，方差显示崇义地区样地各土层之间的碳储量不存在显著差异。4个样地中同样不存在显著性差异的样地是井冈山地区样地，井冈山地区样地土壤碳储量最高的是 50～100 cm 土壤层，达44.894 t/hm2，最低的土壤层是20～30 cm，为29.479 t/hm2。靖安和资溪土壤含碳量最高的土层为500～100 cm层，最低的在20～30 cm层。方差显示50～100 cm层的土壤碳储量与其他4个土层的碳储量存在显著差异性。
从图3可以看出，土壤的碳储量随土壤深度变化而呈现出一定的规律性，4个试验样地土壤层深度在0～10、10～20 cm 层土壤碳储量均呈现下降的趋势，土壤深度50～100 cm 层的土壤碳储量均呈现上升趋势。造成这种现象的原因之一是由于土壤的淋溶作用，土壤受到雨水的冲刷使上层的有机质和矿物质下渗，积聚在下方土层，所以使得土壤随着土壤层深度加深碳储量出现一个先下降后上升的趋势。
2.4毛竹林碳储量分配格局
4个试验样地的碳储量分配格局见表5，土壤层所占比例最大，表明土壤是毛竹生态林中碳储量最大的碳库，这是因为森林土壤碳库库存量大，而且土壤碳周转速率比较缓慢，所以能维持较长时间的碳储存[17]。毛竹林土壤碳储量世界平均值为189.00 t/hm2[18]，本研究中靖安、资溪、井冈山3个地区试验样地土壤碳储量均高于世界平均值。我国森林土壤平均碳贮量为193.55 t/hm2[19]，本次研究中的靖安地区样地为 202798 t/hm2，井冈山地区样地为218.417 t/hm2，均高于国家森林平均碳储量。表5样地碳储量与分配格局
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部位崇义靖安资溪井冈山碳储量（t/hm2）占比（%）碳储量（t/hm2）占比（%）碳储量（t/hm2）占比（%）碳储量（t/hm2）占比（%）乔木15.1808.0311.8705.5110.5515.3117.6717.37林下1.5890.840.6680.310.6160.313.6351.52土壤172.32791.13202.79894.18187.67194.38218.41791.11总计189.096215.336198.838239.723
3结论
综合4个地区的试验样地可知，毛竹林生态系统各层次碳储量大小排序为土壤层>乔木层>林下植被。在乔木层中，毛竹秆所含碳储量是最大的，叶所含的碳储量最小。而在井冈山地区样地，毛竹立竹枝的碳储量是最大的，这与样地的海拔有关，大于800 m的海拔使毛竹秆的生长受到影响。林下植被碳储量的分布则与当地的植被生长状况有关，靖安和井冈山2地林下灌木碳储量大于林下草本碳储量，而崇义和资溪2地林下灌木碳储量小于草本碳储量。
4个样地土壤层碳储量之中有3个高于世界土壤碳储量平均值，4个样地碳储量百分比均占样地总储量的90%以上，其中井冈山地区土壤碳储量最高，为218.417 t/hm2，井冈山样地平均海拔最高，为1 074.00 m，通过样地海拔对比和样地碳储量的对比可以看出，样地土壤有机碳和碳储量随着海拔的上升也表现为上升的趋势。资溪样地土壤碳储量所占百分比为94.38%，是4个样地中最大的，而资溪样地的林下植被碳储量含量及占比在所有样地中都是最小的。
土壤各层的碳储量分布也不是均匀的，在本试验设置的5个土壤层中，50～100 cm层的土壤碳储量最大，碳储量最小的为20～30 cm土壤层。随着土壤层的加深，土壤碳储量也呈现出先降低后增加的趋势。凋落物的分解是土壤表层重要的碳源，随着土壤土层的增加，土壤碳储量呈现减少的趋势。样地中的毛竹受到人为干扰少，毛竹枯萎死亡后其根系在土壤中被微生物分解不完全，所以造成土壤碳储量在50～100 cm 的土层呈现出反常的增加趋势。
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森林碳储量 篇3
(一)森林生态系统及其生态服务
森林生态系统及其生态服务森林生态系统指森林植物、动物、微生物以及光、温、水、气、土等成分,通过能量转换和物质循环互相联系、互相依存、互相制约所构成的一个不可分割的统一综合体。森林是陆地生态系统的主体,这是因为森林是陆地上面积最大、结构最复杂、生物量最大、初级生产力最高的生态系统。在维持生态安全、维护人类生存发展的基本条件中,森林生态系统起着决定性和不可替代的作用。森林生态系统的服务功能主要包括:固定CO2、涵养水源、调节水文、保持土壤、调节气候、净化空气、防风固沙、稳定大气、土壤熟化、营养元素循环、废弃物处理、传授花粉、生物控制、提供生境、食物生产、原材料供应、遗传资源库、休闲娱乐场所以及科研、教育、美学、艺术等。随着全球温室效应的加剧,森林吸收CO2的碳汇功能进一步彰显,人们对森林的固碳功能愈益重视。
(二)森林与全球气候变化关系
对于全球变暖的原因,尽管仍有争论,但目前国际主流观点认为全球变暖及气候异常变化主要是由于温室气体大量集结造成的。各种温室气体因其在大气中的浓度、生命期不同,对全球变暖的作用也不尽一致,CO2在大气中浓度高、生命期可达200年,是大气中对气候变化影响最大的温室气体。据估计,大气CO2的温室效应占全部温室气体总温室效应的6l%。
大气中温室气体的排放的CO2大约占77%(IPCC,2001a)。大气中CO2浓度(GHGs)已由工业前时代的279ppm上升到2005年的379ppm,史无前例地增加了36%。从1880年至今地面气温已升高了0.5-0.7℃。目前CO2浓度的年增长速度为1.8ppm。按此增长速度计算,到2100年,大气中的CO2浓度将达到540-970ppm。有研究表明[1],到2100年全国平均气温将可能上升1.8-4℃(IPCC 2007a)。
现有研究表明,大气中CO2的迅速增长主要是人类活动造成的。其中,大量使用化石燃料是主要因子。当然,发达国家在过去一二百年中大量使用化石燃料是大气CO2迅速增长的最主要原因。此外,在工业发展过程中对森林的破坏也是大气CO2迅速增长的重要原因。据有关研究估计,从1850-1950年,由于化石燃料的燃烧,向大气排放的碳总计达1 500-1 900亿t。 而在1850-1950年间,由于森林的破坏而排放的碳总量估计为900-1 200亿t[2]。众所周知,森林在其生长过程中,通过同化作用吸收大气中的CO2,形成光合物质,并把它保存于生物质中,从而降低大气中CO2的含量,减少温室气体。森林生态系统对于温室气体的作用主要表现在以下六个方面。
1.森林是大气CO2重要的碳汇
(sink)。陆地植被通过光合作用每年从大气中吸收1 200亿t碳,其中植物呼吸返回大气约600亿t碳,土壤有机质分解返回500亿t碳,干扰返回约90亿t碳,陆地植被年净碳吸收量约10亿t碳。在这些碳交换中,森林的贡献约占80%。
2.森林是潜力巨大的碳库
(reservoir)。据估计,全球植被碳量总额为466GtC,1 m深度范围内土壤的含碳量为2 011GtC,两者合计近2 500GtC。在各类植被类型中森林面积只占陆地总量的1/3,而它所储存的碳量却占植被总量的4/5,加上森林土壤碳储量,森林生态系统碳储量高达1 146GtC,几乎是陆地碳库总量的一半。
3.能源替代。
森林生物原料作为能源不仅仅是农村生活用的薪材和木炭,还可用于发电。全世界每年所年提供的生物质能,从技术潜力上讲,到2050年高达441EJ,高于2000年度全球能源消费的总量。生物燃料综合气化联合循环发电供热系统,到2010年全世界每年可减排14MtC,到2020年这一潜力可以增加到90MtC。
4.原材料替代。
钢铁、水泥、铝材及塑料等重要原材料,均属于能耗密集性产品,均可在一定程度上为木材所替代,从而大量减少温室气体的排放。
5.对现有森林碳库的保护。
防止毁林、控制森林火灾、森林病虫害防治,可减少森林生物量损失,从而使得现有森林所含碳不至于释放到大气中。
6.增加森林碳库容量。
增加森林碳库容积,从而将大气中的碳吸收储存。根据IPCC的评估,1995-2050年间,全球大约有344Mhm2林可用于造林活动,固碳潜力达60-87GtC,其中70%在热带,25%在温带,5%在寒带,其年平均固碳率为1.1-1.6GtC 。
(三)生态服务功能的经济特点
森林生态系统服务经济价值分为可利用价值(Use values)和非利用价值(non—use values),可利用价值进一步划分为直接利用价值(direct use values)、间接利用价值(indirect-use values)。非利用价值主要是存在价值(existence values)、可选择价值(option values)和遗产价值(bequest values)。生态系统服务(ecosystem Services)与传统经济学意义上的服务(它实际上是一种购买和消费同时进行的商品)不同,生态系统服务只有部分能够进入市场被买卖,大多数生态系统服务是公共品或准公共品,无法进入市场[3]。生态系统服务以长期服务流的形式出现,能够带来这些服务流的生态系统是自然资本。从经济和社会的角度来看,森林生态系统功能的特点有:外部经济效益、公共产品属性、非市场行为、社会资本属性。
二、森林生态系统碳储量、碳密度及其经济价值估算方法
(一)碳储量估算方法
森林生态系统植物碳贮量的计算。有的是利用森林生物量的野外样地调查资料计算林地平均碳密度,再利用碳密度和森林面积折算碳库贮量;另一种是通过建立生物量与立木蓄积量之间的关系,以此为基础估算碳贮量。前一方法由于碳密度取不同树种、林种、林龄的平均值,变量因子较多,估计精度低,所以本文主要以立木蓄积量为基础进行估算。
立木蓄积具有的生物量与蓄积量之比值,不同树种有一定的差异,但差异不是很明显。如康惠林等(1996)[4]采用1.9 t/m3平均值;杨永辉等(1996)[5]研究河北森林碳汇功能分针叶树(2.55或41.6%)与阔叶树(1.6664%);徐振邦等研究乔木的结果为1.62 [6]。IPCC建议值为:1.75-1.90,为诸多学者采用[7,8],本研究采用此比值计算。植物碳含量变化一般不大,在0.44-0.5之间,康惠林等(1996)[9]取50%;GEF中国林业温室气体清单课题组研究成果取0.5,杨永辉(1996)[5]采用0.44。植被凋落物,研究表明,森林植被凋落物平均值为:8.21 m3/hm2[10];林下植被生物量一般为林木总生物量的6.1%。
森林生态系统碳库主要由2个部分组成,即植被和土壤(含凋落物)。也就是:
森林生态系统总碳贮量=植被总碳贮量 +土壤总碳贮量(含凋落物总碳贮量)
植被固碳量=立木蓄积生物量所贮碳量+林下植被固碳量森林
植被碳库贮量=立木蓄积量×(立木蓄积对应的树木总生长量/立木蓄积量)×木材比重×木材含碳量+林下植被固碳量
根据国际通用IPCC默认值,本研究采用的计算常数为:生物量/立木蓄积之比值1.90 ;木材比重0.5 t/m3 ;含碳量0.5;CO2/C:3.67;林下植被生物量取植被总生物量的 6.1%。
对于土壤碳库的碳贮量,本研究采用森林土壤平均碳密度与森林面积为基础计算。即:土壤碳库碳贮量=1m深度内土壤碳+凋落物;碳密度=碳质量/面积。森林植被凋落物平均值8.21 m3/hm2 ;
根据以上提出的计算思路和方法,结合2004年中共江西省委、江西省人民政府《关于加快林业发展的决定》规划目标,计算出江西省现森林碳储量和碳汇的经济价值。
(二) 森林生态系统固碳经济价值计算方法
森林碳汇功能是外部经济效益,属于典型的公共产品.不能通过市场经济机构即市场进行交易。森林固碳的价值计算方法主要有:人工固定CO2成本法、造林成本法、碳税法等。不论是成本替代法,还是碳税法,或其他各种统计方法或模型得出的结果差别很大(表2)。每固定1 t碳的成本,低的只有几美元,高的则达数百美元。但单价50美元以下的居多。差异来源主要是计算方法、价值观念和经济水平的不同,如有的考虑了资金贴现、机会成本等,有的则没有考虑。本文分别采用价格最低香港的10美元(合68.3元)/t C ;最高价位瑞典碳税1 024.5元/t C;平均造林成本305元/t C 三个单价分别进行估算。
三、 结果与分析
(一)江西各市森林植被固碳量及其经济价值
2004年度江西省森林植被固碳总量为178.19 Mt。全省l1个市中,赣州的森林植被碳储量最大,达49.39Mt,占全省总量的27.72%;较大的市州还有吉安、抚州、上饶、宜春等市,固碳量分别达到34.21、21.43、19.34及20.84Mt。赣州、吉安、上饶、抚州、宜春、九江6市森林植被固碳之和160.93 Mt,约占全省总量的90.3%。较小的市为南昌、新余、萍乡、鹰潭、景德镇,森林植被碳储量分别仅有1.63、2.77、3.06、3.4及6.41Mt,分别占全省总量的0.91%、1.55%、1.72%、1.91%及3.60%,合计占全省总量的9.7%。全省森林碳储量的经济效益,如果以305元/t C价位估算,其经济价值达450.52亿元,如以1 024.5元/t C及68.3元/t C价位计算,则其经济价值也可分别达1 825.57亿元、121.70亿元。
(二)江西各市森林土壤固碳量及其经济价值
各市中,赣州市的碳贮量最高,达324.28 Mt,占全省森林总碳贮量的29.25%,其次为吉安、上饶、抚州、宜春,其贮碳量分别为182.12、144.59、128.49、115.18Mt,分别占全省的16.43、13.06%、11.59%、10.42%。该5个市森林贮量之和约占全省11个市总和的80.87%。碳贮量相对少的市为南昌、新余、鹰潭,分别仅有11.56、18.86、21.21 Mt,其在全省的比例也分别只占1.04%、1.71%和1.91%。其他4个市州的碳贮量分布在25-100 Mt之间。
(三)江西森林生态系统碳储量和碳密度
江西省森林生态系统的储碳量为1 286.37106 t,碳密度平均值为147.57 t/ hm2。全省各市中,赣州市的碳储量最高,为373.67Mt ,南昌市最低,为13.19Mt;各市的碳密度分布,新余市森林碳密度最高,萍乡市其次,宜春市第三,分别为196.33、181.61 、166.51t/ hm2,以鹰潭市的碳密度为最低,为133.19t/ hm2,其次景德镇市,为137.27t/hm2 。全省各市碳密度差异小,最大差异63.14t/ hm2。碳密度是单位面积上的碳存贮量,是生态系统碳存贮能力的重要指标。
上述结果说明,各市的林分质量差异不大,贮碳能力基本相近。周玉荣等(2000) 研究表明,我国森林生态系统的平均碳密度为258.83 t/hm2,而江西省平均水平为147.57 t/ hm2。可见,全省森林碳密度水平仍然处于低水平。这主要是江西省的中幼林多、近成过熟林少,林龄组结构还不合理的缘故。同时说明,全省森林生态系统碳汇潜力很大,即使不再增加森林面积,只要求达到全国的平均碳密度水平,江西省森林生态系统还较大潜力贮存碳或CO2。实际上,全省土地肥沃,雨量充沛,光热条件极好,而且大多为速生丰产林的中幼林,其贮碳潜力应高于全国平均水平。
(四)江西森林碳储量及未来碳汇经济价值
十五期间,江西全省森林生态系统的总碳储量为1 286.37×106t。江西省森林生态系统碳库价值,如果以造林成本价305元/t C价位估算,其经济价值达3 923.429亿元,如以瑞典碳税1 024.5元/t C价位和碳价最低香港的10美元(68.3元)/t C计算,则其经济价值也可分别达13 178.86亿元、878.59亿元。如果按照江西省的林业发展目标,即到2010年实现全省森林覆盖率62%,2020年实现森林立木蓄积量10.5亿m3,则全省森林生态系统总贮碳量可以达到1 638.26 Mt,在305元价位下的经济价值为996.69亿元,2010年到2010年间的碳汇潜力278.09 Mt(相当于1 020.59 Mt二氧化碳),其碳汇经济效益价值总量如果以305元/t C价位估算,其碳汇经济价值达848.18亿元。
四、小结
森林生态系统的价值远非只是向人们提供木材,也不仅仅是能履行《京都议定书》规定的CO2减排义务所体现出来的经济价值。森林生态系统是一个生命支持系统,它还有诸多生态服务功能,如制造氧气、涵养水源、调节气候、防风固沙等,碳汇功能只是森林生态系统全部功能小部分。在只考虑碳的情况下,小结江西全省森林生态系统的空间特征和经济价值:
1.碳储量及经济价值巨大。
十五期间,江西全省森林生态系统的总碳储量为1 286.37×106t。江西省森林生态系统碳库价值,如果以造林成本价305元/t C价位估算,其经济价值达3 923.429亿元,如以瑞典碳税1 024.5元/t C价位和碳价最低香港的10美元(68.3元)/t C计算,则其经济价值也可分别达13 178.86亿元、878.59亿元。
2. 碳汇未来潜力及经济价值巨大。
按照江西省的林业发展目标,即到2010年实现全省森林覆盖率62%,2020年实现森林立木蓄积量10.5亿m3,则全省森林生态系统总贮碳量可以达到1 638.26 Mt,在305元价位下的经济价值为996.69亿元,2010年到2020年间的碳汇潜力278.09 Mt(相当于1 020.59 Mt二氧化碳),其碳汇经济效益价值总量如果以305元/t C价位估算,其碳汇经济价值达848.18亿元。
3. 空间分布不均。
江西省森林碳储量为1 286.37 106t,碳密度平均值为147.57 t/hm2。各市中,赣州市碳储量最高,为373.67Mt ,南昌市最低,为13.19Mt;各市的碳密度分布来看总的分别趋势为:西高东地,北高南低。新余市森林碳密度最高,萍乡市其次,宜春市第三,分别为196.33、181.61 、166.51t/ hm2,以鹰潭市的碳密度为最低,为133.19t/hm2,其次景德镇市,为137.27t/hm2 。但是全省各市碳密度差异不是很大,最大差异63.14t/hm2。
上述结果说明,各市的林分质量差异不大,贮碳能力基本相近。周玉荣等(2000)[11]研究表明,我国森林生态系统的平均碳密度为258.83 t/hm2,而江西省平均水平为147.57 t/ hm2。可见,全省森林碳密度水平仍然处于低水平。这主要是江西省的中幼林多、近成过熟林少,林龄组结构还不合理的缘故。同时说明,全省森林生态系统碳汇潜力很大,即使不再增加森林面积,只要求达到全国的平均碳密度水平,江西省森林生态系统还有较大潜力贮存碳或二氧化碳。
摘要：利用立木蓄积量、森林面积及森林土壤碳储量等基本监测数据,对江西省森林生态系统的碳储量和碳汇及其经济价值进行了估算。结果表明:江西省森林生态系统碳储量为1 286.37×106t,年碳汇能力为53.92×106t,其经济价值分别为3 923.429亿元和164.47亿元,江西省森林生态系统平均碳密度为147.57 t/hm2。预计江西省年2010年到2020年间森林生态系统碳汇潜力278.09×106t碳或1 020.59×106t CO2,由此产生的经济效益平均每年可达53.01亿元。同时还对江西省11个市的森林碳储量、碳汇及其经济价值进行了估算,得出了全省各市森林生态系统碳储量和空间分布特征以及各地的森林碳汇林地价格。
关键词：森林生态系统,森林碳汇,碳密度,碳汇经济价值
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森林碳储量 篇4
温室气体的持续高速排放,将会使全球平均温度升高,因而导致冰川融化海平面上升、全球气候异常、沙漠化加剧等,给人类社会的可持续发展带来不利影响。全球碳循环不仅深刻影响着区域生态系统的变化,同时对人类赖以生存的自然环境产生重要影响。因此,全球碳循环是当前自然气候环境和区域可持续发展的研究重点之一,受到各国政府的高度重视。
1992年国际社会通过《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)确定了“共同但有区别的责任”原则,以遏制大气CO2浓度快速升高的势头;1997年通过《京都议定书》规定主要工业化国家在2008~2012年期间,其温室气体排放量在1990年的基础上平均减少5.2%;2007年确定“巴厘岛路线图”要求发达国家于2020年将温室气体排放量在1990年基础上削减25%~40%。这些具有法律效力的议定书以及公约凝聚了国际社会的共识,各个国家通过造林与再造林、森林与农田管理等方式来增加碳汇,以此达到本国所承诺的温室气体减排指标。各发达国家加大了对本国碳汇/源与碳收支平衡的研究力度,寻求CO2减排与增汇对策技术以适应《京都议定书》相应条款。
我国作为世界上最大的发展中国家,世界上仅次于美国的第二大CO2排放国,从远期来看,我国参与全球减排行动甚至承担减排的义务在所难免。森林作为陆地生态系统最主要的碳库,大约有77%的全球植被碳储藏在森林生物量中。因此,对森林生态系统碳储量及碳循环的研究不仅对了解中国森林生态系统结构有着重要意义,同时为我国参与相关国际气候会议的谈判提供科学依据。
2 森林生物量/碳储量研究进展
2.1 国外森林生物量碳储量研究概况
森林碳储量的研究通常是以森林生物量的研究为基础。早在19世纪90年代,德国林学家Ebermayer通过对森林树枝的落叶量以及木材重量的测定,得到其与森林生产力间的关系。到20世纪中叶,以各种生态系统生物量和生产力为中心的研究开始在世界范围大规模展开,这些都促进了全球性的森林生态系统碳储量研究的全面展开。到20世纪末,各国林业部门开始评价本国森林对全球碳平衡的贡献以及估算森林碳储存能力的工作高潮。大型的碳通量观测网络的建立将作为良好的科学平台,服务于全球森林生态系统碳交换的研究。
迄今对世界森林碳储量的研究主要集中在北方针叶林、北半球中纬度温带森林等。在20世纪80、90年代,各国学者对各森林类型也都进行了进一步的研究,如Kurz、Heath及Brown分别对北方森林、温带森林及热带森林进行了相应研究。
Gilabert等利用遥感的方法对作物冠层叶面积指数、生物量和归一化植被指数(NDVI)间的关系进行了研究。Zheng等研究表明,松树林地上生物量与NDVI关系密切。Lu探讨了TM数据纹理和地上生物量间的关系,得出遥感影像的纹理对成熟林生物量的估测精度有相应的提高。近期研究发现,热带森林可能是一个重要碳汇[1],而过去认为森林碳汇主要集中在北方的中、高纬度森林区域,表明未知碳汇可能分散于全球更大范围的生态系统中。由于森林碳储量估计中的不确定性,以及陆地表面的不均匀性,目前还不能够根据目前的技术和数据来确切地回答北半球的碳汇数值以及它的空间分布。因此,对森林碳储量以及碳汇的研究成为各国政府的一项重要任务。
2.2 国内森林碳储量研究概况
我国科学家针对不同区域对我国森林生物量与碳储量进行了研究。如李意德等[2]通过对海南岛尖峰岭五分区的热带雨林设固定样地,根据已有研究建立的热带山地雨林混合树种的生物量估测模型计算林分生物量。方精云等[3]利用野外实测数据与森林资源清查资料,建立了生物量换算因子连续函数法,以此来推算国家尺度的森林生物量。郭志华等利用由野外调查获得的地面样地生物量数据,建立估测针叶林与阔叶林材积的最优回归模型,并以此推算出粤西地区森林的生物量。国庆喜利用大兴安岭南坡TM影像和对应地域森林资源一类清查样地数据计算出大兴安岭南坡区森林生物量。李健等利用Landsat TM数据对都阳湖湿地植被生物量进行建模,通过利用多种植被指数对生物量的数据进行线性与非线性回归分析表明,非线性回归所得到的结果更优。焦燕等采用黑龙江省国家森林资源清查资料,利用材积源-生物量法推算出森林生物量,结果显示黑龙江省森林碳储量呈增加趋势,很好起到了碳汇的作用。刘华等利用秦岭火地塘林场森林资源数据,根据研究区树种生物量的回归方程计算出秦岭火地塘林区尺度的森林生物量,进而推算秦岭森林碳储量和碳密度。
我国对不同森林类型的固碳能力也进行了一些研究,如周玉荣对我国的森林生态系统的碳储量进行了研究,显示温性针叶林与暖性针叶林碳密度相差很小。方精云用森林资源清查资料和已有的生物量实测资料,利用改良的生物量换算因子法,对中国森林碳库及碳密度的变化进行了研究。方晰结合会同定位观测站获得的数据,对速生杉木人工林生物量、碳密度与碳贮量进行了研究。周国模用标准样方法研究了浙江省临安市青山和三口两乡镇的毛竹林碳密度。
利用遥感手段研究碳汇在我国起步较晚,黄敬峰等对天山北坡中段的天然草地进行了研究,建立不同的草地类型遥感动态监测模式。张良培等采用高光谱对应样本的NDVI,建立与测得的生物量数据间的回归模型,其相关系数在0.8以上。孙睿利用植被指数和植被吸收光合有效辐射比例间的线性关系,计算植被净第一性生产力。邢素丽等利用ETM数据探讨落叶松林生物量的估算方法,建立了落叶松林生物量与ETM数据的回归模型。高志强等用遥感观测为基础的土地利用数据和高时空分辨率的气候数据,估计土地利用和气候的变化对农牧过渡区、植被碳储量和碳储量以及净生态系统生产力影响[4]。
2.3 存在的问题及展望
森林生态系统植被生物量与碳储量估计的研究,随着先进技术的应用和模型的发展,也得到了较大的发展,但在碳储量的研究中依然存在着一些问题。其主要体现在以下几个方面:
2.3.1 用来建立估算森林生物量与碳储量模型的野外实测数据存在局限。
由于野外实测的样地数目不足、实测数据的不充分性以及样地分布不能遍及整个研究范围,使得野外实测数据不具有代表性,当用来估测区域森林生物量与碳储量时,难以满足估测的精度需要,这样将会导致实测数据不准确,从而影响森林植被生物量与碳储量的估测结果。
2.3.2 基于森林资源清查数据进行的生物量与碳储量估测,很难获得与时空尺度一致的实测数据。
由于每次的清查数据是5个省不同年份的调查累加数据,当估算大区域尺度上的森林生物量与碳储量时,就会出现所获得的森林资源清查数据调查时间不一致,同时空间分布不连续等问题,从而导致估测的时效性差。
2.3.3 样地观测数据与遥感图像的匹配问题。
由于样地的面积一般小于遥感图像的一个像元,两者间的位置误差将会直接影响到估测的准确性,不少学者采用样地所在像元及其周围四个像元的平均值,使样地数据距离实际值的波动减小,带来相应误差。
2.3.4 森林生物量与遥感数据的相关性问题。
为方便建立估测森林生物量与碳储量的模型,需寻找到与森林生物量相关性高的遥感数据,而关于如何找到相关性高且具有广泛适用性的遥感数据依然有待研究;遥感信息对树木不同部分生物量间比例的关系依然有待研究。
尽管存在上述问题,对于森林生物量与碳储量的研究,仍需充分利用森林资源清查数据,采用遥感和样地清查数据相结合的方法对森林生物量与碳储量进行估算,实现森林生物量与碳储量的估测在时间与空间尺度上的一致性和连续性,从而掌握森林碳储量空间分布的情况。未来遥感生物量估测的发展将是通过对具有生态与生理学意义的机理模型的研究,利用人工神经网络的自组织、自学习以及高度容错性等优点来进行高精度的定量估测。
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造林对土壤碳储量影响的研究 篇5
造林,作为一种人为的改变土地利用方式和陆地管理活动,通过增加生物量固定大气中的CO2。并且,随着林木的生长,森林土壤受各种干扰不断减少,能够保持较长时期的碳储藏。所以,通过造林能够使CO2更多地固定在土壤中,转化为相对稳定的腐殖质,这是吸收CO2更持久的解决方案,从长远来看,对减缓全球气候变化具有更实际的意义。
1 土壤碳储量的影响因子
影响土壤碳储量的因素较多,在众多的研究中提到了诸多因素,如:气候、立地条件、森林类型、森林采伐和造林、耕作以及种植制度等人为干扰因子等。国内外科研学者已经对土壤碳储量的影响因素、影响机理及评估等方面进行了大量研究,取得了显著进展,但其中很多影响因子都是在特定的研究区域内进行的,如对热带、亚热带等地区的研究较多,其结果不具有广泛的代表性。因此,针对不同区域、不同影响因子的研究将成为其今后研究的热点。
2 土壤碳储量估算方法
在过去的研究中,土壤有机碳储量的估计方法主要有以下5种类型:一是基于GIS软件估算法。此法首先根据土壤图对土壤类型进行精确的划分,然后应用GIS软件的空间分析功能、采用相应的模型,进而对土壤有机碳储量进行较为准确的估算,并能绘制土壤碳储量空间分布特征图。二是根据土壤类型推算。采用土壤调查资料中的各种不同类型土壤面积、土壤类型剖面,结合植被类型的土壤剖面根据其平均碳含量推算该类土壤的碳储量。三是根据生命气候带推算。利用分布在各个生命气候带内的土壤剖面数据来推算其内各主要生态系统的碳储存量。四是根据模型计算。采用主要气候因子和土壤枯落物输入量作为影响因子,建立相关数学模型,推算不同气候带、不同植被类型下土壤碳储量。五是根据相关关系估算。在建立并分析土壤有机碳储量与采样点环境因子及土壤性质之间相关性的基础上,建立相对应的数学统计模型,从而在有限数据基础上计算土壤碳储量。
3 造林对土壤碳储量变化的影响因子
造林后土壤碳储量变化量受很多因素影响,如树种、气候条对输入到土壤碳库的有机质的质量和分布、土壤呼吸、土壤矿化速率、土壤pH值和离子交换能力等产生影响,从而在不同程度上影响到造林后土壤碳储量的动态变化。
3.1 造林树种的影响
树种不同,其生长特性、固碳能力及环境适应能力不同,从而使其在生产力、碳素分配、凋落物数量和质量等方面产生差异。此外树木的根冠比、光合产物的分配模式因其树种不同而差异相对较大,致使其根系呼吸强度产生差异。而且不同树种根系的空间垂直分布特征(深根系或浅根系)将对输入到土壤剖面各层次的有机碳数量产生不同的影响。树木凋落物数量多少、C/N比等和外界环境因子共同决定了土壤中有机碳含量的输入量。凋落物数量多、分解周转快且根系生长也较快的树种,其林地土壤有机碳的增加相对较快。
3.2 土壤条件
造林后土壤碳储量也受土壤质地影响。土壤紧实度、孔隙度、pH值、团粒结构等都会影响到土壤碳储存量。在高黏土活性的土壤造林,造林后土壤碳变化较其他类型土壤要小。
3.3 造林前整地
造林前整地包括除草、炼山、翻耕等,这些活动会破坏土壤团聚体等物理结构,影响土壤通气度,为土壤有机碳与分解者的接触提供条件,从而加速土壤碳的分解。一些研究表明造林前整地通过减少草本植物枯落物的归还量以及破坏土壤物理结构而使造林初期土壤碳存量有所减少。
4 结语
全球气候变化、土地利用方式变化是影响陆地生态系统碳源变化的最主要因素。随着人类活动对自然界影响的范围越来越大,造林活动作为一项能有效增加土壤碳库储量、减缓大气中CO2浓度上升的土地利用措施,已经得到世界各国及各个国际组织的公认。因此,采用适地适树的造林方式以及适当的森林经营方式对控制土壤温室气体排放、维持全球碳平衡及稳定全球气候变化起着重要的作用。但是营造人工林也具有其弊端,引起物种多样性降低、土壤肥力下降、增加森林火灾、病虫害的危险、生态问题等。在加强造林对土壤碳储量研究的同时,客观认识营造人工林的局限性和负面效应,积极探索新的造林技术,是当前面临的主要问题,因此,选取适当的人工林营造方式对土壤碳储量的增加具有重要的意义,同时也能为国家环境科学理论和造
摘要：本研究阐述了土壤碳储量在生态系统中的重要性,探讨了土壤碳储量的影响因子及估算方法,并着重论述了造林对土壤碳储量的影响因子,同时指出了造林对土壤碳储量影响的研究方法。造林是重要的临时陆地碳库,加强研究造林对土壤碳储量影响的研究,对我国具有重要的科学实践意义。
关键词：造林,土壤碳储量,影响因子
参考文献
[1]张小全,武曙红,何英,等.森林、林业活动与温室气体的减排增汇[J].林业科学,2005,41(6):150-156.
森林碳储量 篇6
本文研究区为巢湖流域,对于这一地区的碳储量研究较少,目前安徽省碳储量研究主要集中在皖江城市带、江淮流域[4-5],因此对于该区域的碳储量定量研究,有利于决策者了解现状,同时也是在巢湖流域基于栅格评估单元进行碳储量计算的一种有益尝试。
1 研究区概况
巢湖流域位于安徽省中部,地理坐标为北纬30°58'40"11—32°06'00",东经116°24'30"—118°00'00",处在长江、淮河两大水系之间。行政流域总面积为16177km2,包括合肥市、肥西县、肥东县、舒城县、巢湖市、含山县、无为县、和县和和庐江县9 个县(市),其行政区划图如下。流域地貌类型复杂,植被多为人工林、次生林以及种植农作物,气候温和湿润。多年平均降雨量为1100mm,年平均气温为15—16℃。
2 研究方法与数据需求
2.1 研究方法
In VEST模型全称为Integrated Valuation of Ecosystem Ser⁃vices and Trade-offs,是由美国斯坦福大学、世界自然基金会和大自然保护协会基于GIS应用平台联合开发的用于生态系统服务功能评估的模型。本研究主要利用In VEST模型中的碳模块,在碳模块中,生态系统的碳储量的大小取决于四大碳库的规模:即地上生物质固碳库、地下生物质固碳库、土壤有机质固碳库和死亡有机质固碳库。而该模型也进行了一系列假设,如不考虑从一种碳库转移到另一种碳库的碳等。因此,其计算原理可以大致简化为:
其中Ctotal为研究区总碳储量;Cabove为研究区地上部分碳储量;Cbelow为研究区地下部分碳储量;Csoil为研究区土壤有机碳储量;Cdead为研究区死亡有机碳储量。
模型还设计了第五碳库,该碳库主要涉及木材收获的轮伐期、木材产品衰减率等。由于这些数据获取困难,故本研究不考率第五碳库对固碳总量的影响。
2.2 数据需求
模型驱动所需要的数据主要有当前及未来的土地利用图、相关土地利用类型碳密度表,以及每吨固碳的价格、市场贴现率等。
1)土地利用图。本研究获取了巢湖流域2000、2005 以及2010年三期TM影像,进行监督分类得到三年的土地利用图,将研究区域划分为园地、城市绿地、居住地、工矿、河流、沼泽、湖泊、耕地、草地、裸地、针叶林、针阔混交林、阔叶林、阔叶灌木林14种土地利用类型,如下图2所示,其中(a)、(b)、(c)分别为巢湖流域2000、2005、2010年土地利用分布图。
然后再对其进行重分类。最后,按照模型的数据要求,将重分类后的土地利用分别转为栅格格式。
2)碳密度表。根据程先富[6]、周玉荣[7]方精云[8]等人的研究结果,本文综合选取了各土地利用类型的碳密度,具体碳密度值选定表见表1,单位为Kg/m2.。
3 结果与分析
在Arc GIS中加载In VEST模型的碳储量模块,输入各参数,运行模型得到巢湖流域三期碳存储总量以及碳储量空间分布图,如图3所示,其中(a)、(b)、(c)分别为巢湖流域2000、2005、2010年碳储量空间分布图。
3.1 不同时期巢湖流域碳储量空间分布格局分析
由图3可以看出,2000年、2005年、2010年的碳储量空间分布变化不大。碳密度高值区位于和县、含山县、巢湖市和舒城县。碳密度低值区位于流域的中部、北部和西北部,几个主要典型的低值区主要包括合肥市、肥东县、肥西县。
利用Arc GIS栅格计算工具,得到2000-2005、2005-2010、2000-2010 年碳储量变化图层,如图4 所示,其中(a)、(b)、(c)分别为巢湖流域2000-2005、2005-2010、2000-2010 年碳储量变化图。2000-2005年期间,2005年碳储量减少8884160t,变化最大的区域主要集中在合肥市、肥东县、肥西县,无为县、和县、含山县碳储量减小幅度较大。2005-2010 年,2010 年增长了8349430t。合肥市的碳储量减少明显,巢湖市、无为县、含山县的碳储量均有所增加。2000-2010年,整体水平大致相同,变化明显的地区仍然集中在合肥市、肥东县、肥西县。
3.2 不同时期巢湖流域碳储量数量分析
运行模型,得到巢湖流域2000,2005,2010 年碳存储总量分别为3.91×107t,3.03×107t和3.86×107t,平均碳密度分别为2.42 Kg/m2,1.78 Kg/m2,2.38 Kg/m2。整体的变化趋势是2000-2005 年呈下降趋势,2010 年又有所回升,但2005、2010 年均低于2000 年。2000-2005 年,由于城镇用地和农村用地的扩张,对耕地及林地的占用增加,故该期间巢湖流域整体的碳存储水平呈下降趋势。2005-2010 年又有所回升主要是由于2005 年之后,政府对自然生态保护力度加大,退耕还林,致使林地面积增长,故使得碳存储总量又有所上升。
利用Arc GIS空间分析中的分区统计得到巢湖流域三期各县市的碳储量及平均碳密度,如表2所示。由表可知,无为县、庐江县、巢湖市的碳存储能力较强,而合肥市的碳储能力在三期时间段中均为最差,这主要由于近年来合肥市建设用地、工矿等非林地面积的增加,而这些用地的碳存储能力较弱,导致合肥市整体的碳存储总量下滑。从平均碳密度来看,同样先下降,再上升。由此可见,含山县、舒城县、巢湖市相对于其他县市生态保护较好,而合肥市的平均碳密度在三期时间段中是最低,这与合肥市总体的碳储水平也是相一致的。
按照土地利用类型进行分区统计,得到巢湖流域三期各土地利用类型的碳储量,见表3。由于三期时间段中巢湖流域的土地利用以耕地为主,所占面积比例分别为69.03%、67.12%、65.1%,所占比例较大,故00、05、10 年耕地的储碳量均是最高。其次是阔叶林,阔叶林面积占巢湖流域总面积9.63%,但碳储量却占总量的15%,由此可以看出森林在生态系统碳存储和管理中占有重要的地位。因此,有必要贯彻退耕还林的政策,多植树造林。此外,流域内耕地面积大,应该提升耕地的碳存储能力,推行农业免耕方式,发展生态农业,禁止秸秆燃烧,提高秸秆综合利用率和还田[1]。
4 结论与讨论
(1)巢湖流域2000 年、2005 年、2010 年的碳存储总量分别为3.91×107t,3.03×107t和3.86×107t,平均碳密度分别为2.42Kg/m2,1.78 Kg/m2,2.38 Kg/m2。碳储量总体的分布格局是东多西少,南多北少。2000 年到2010 年的变化趋势是先下将后上升。
(2)从各县市的碳储量来看,合肥市在2000、2005、2010年三期时间段中均为最差。相反,庐江县、无为县、巢湖市均处于前列。从各县市的平均碳密度来看,2000 年与2010 年各县市的平均碳密度变化不大,2005年的平均碳密度相对较小。其中合肥市最小,含山县、和县、舒城县、巢湖市相对较高。
(3)从各土地利用类型的碳储量来看,耕地在三期时间段的碳储量均最高。其次是阔叶林。因此有必要加强退耕还林政策,提升耕地碳存储能力。
由于中国没有美国那样标准的木材经营方式,并且木材产品衰减率等数据也无法获取,因此并未评估第五碳库碳储量,即木材产品或林副产品储碳量。此外,巢湖流域三期土地利用的分类精度以及分类的详细程度、各土地利用碳密度的选取都对碳评估结果的准确度也有一定影响。下一步可以研究基于不同土地利用情景下的碳存储大小的变化,以及结合水源涵养、土壤保持等其他生态系统服务进行综合评估。
摘要：为了客观地了解巢湖流域的碳储量情况,本文应用In VEST模型对该流域的2000年、2005年、2010年碳储量进行了探讨研究,并从时间和空间上对巢湖流域固碳状况进行了评估分析。研究结果表明:(1)巢湖流域2000年、2005年、2010年碳存储总量分别为3.91×107t,3.03×107t和3.86×107t,平均碳密度分别为2.42 Kg/m2,1.78 Kg/m2,2.38 Kg/m2;(2)合肥市在三年中的碳存储量最低,庐江县、无为县以及巢湖市的碳储量较高;(3)耕地在三年中的碳储量最高,阔叶林的碳存储能力较强。
关键词：碳储量,巢湖流域,GIS,InVEST模型
参考文献
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森林碳储量 篇7
1 研究方法
1.1 研究区概况
重庆市位于中国内陆西南部、长江上游, 北纬28°10′～32°13′、东经105°11′～110°11′, 全市幅员面积8.24万km2, 山地丘陵面积占94%。重庆气候温和, 属亚热带季风性气候, 年平均气温18℃左右, 年日照时数1000～1200 h, 冬暖夏热, 无霜期长, 雨量充沛、常年降雨量1000～1450 mm, 森林覆盖率35%以上, 水资源丰富。
1.2 数据来源
本研究采用的数据来源于调查数据、国家统计数据库、《中国统计年鉴》、《重庆统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》。
1.3 研究方法
调查重庆柑橘产业概况, 获得基本数据。
林清山等通过对福建柑橘林生态系统的研究认为, 柑橘林生态系统碳密度为222.80 t/hm2。其中, 土壤是柑橘林生态系统碳密度的主要组成部分, 其值为200.21 t/hm2, 占总碳密度的89.86%;果树的碳密度只有22.58 t/hm2, 占10.14%[3]。据此, 本文对重庆柑橘林生态系统碳储量采用如下公式计算:
果树碳储量=果园面积×果树碳密度
土壤层碳储量=果园面积×土壤层碳密度
果园碳储量=果树碳储量+土壤层碳储量
2 结果与分析
2.1 重庆柑橘种植面积和产量的时间变化
自1997年重庆直辖以来, 柑橘面积、产量总体上可分为缓慢增长、快速增长2个阶段 (图1) 。面积由1997年的56×103 hm2增加到2010年的138×103 hm2, 增长了1.46倍, 其中1997年至2000年间呈缓慢增长趋势, 由直辖初的56×103 hm2增长到2000年的63.2×103 hm2, 增加了4.2×103 hm2, 同时年产量由45.67万t增长到58.39万t, 增加了28.75%;2000年后, 重庆柑橘面积呈现快速增长态势, 至2010年达到138×103 hm2, 增加了74.8×103 hm2, 同时年产量由58.39万t增加到139.0万t, 增长了138.05%。可见, 1997年至2000年间重庆柑橘种植面积、产量缓慢增长, 2000年至2010年, 重庆柑橘产业快速发展。这与近几年重庆大力发展柑橘特色产业的政策密不可分。
2.2 重庆柑橘林生态系统碳储量的时间变化
与重庆柑橘种植面积、产量的时间变化类似, 重庆柑橘林生态系统碳储量的变化也可分为缓慢增长、快速增长2个阶段, 直辖初至2000年, 柑橘林生态系统碳储量缓慢增长, 果树碳储量、土壤碳储量和总碳储量分别从1.26×106、11.21×106和12.48×106 t增加到2010年的1.43×106、12.65×106和14.08×106 t, 增幅较小;2000年后由于柑橘林面积和生物量迅速增加, 至2010年果树碳储量、土壤碳储量和总碳储量分别增加到3.12×106、27.63×106和30.75×106 t, 增幅为118.4% (图2) 。
2.3 重庆柑橘林生态系统碳储量在全市森林生态系统
碳储量中的地位
重庆特殊的地理构造造就了丰富的森林资源[4], 现拥有4个国家级自然保护区、6个国家重点风景名胜区、22个国家森林公园、63个国家A级景区, 全市共有森林公园63个, 森林面积2237×103 hm2[5]。根据Fang等的估算, 中国森林生态系统中的植被碳密度为44.91 t/hm2, 土壤碳密度为145.23 t/hm2, 这是目前最受公认的结果[6,7,8]。据此, 重庆森林生态系统的碳储量可估算为 (44.91+145.23) ×2237×103=4.25×108 t, 推算出柑橘林生态系统的总碳储量 (30.75×106 t) 占森林生态系统碳储量的7.23%, 说明在全市森林生态系统碳储量中占有重要的地位。
2.4 重庆柑橘林生态系统碳储量的空间分布
随着“柑橘百万吨工程”的实施和大力发展晚熟柑橘的举措, 近10年来重庆柑橘产业得到了快速发展。2010年, 全市柑橘种植面积上升到138×103 hm2, 产量达139.0万t, 其中, 种植面积名列前3位的区县是万州、开县和忠县 (图3) , 3个区县总种植面积为47.71×103 hm2, 占全市的34.57%;产量名列前3位区县的是万州、奉节和忠县, 产量达55.08万t, 占全市的39.62%;全市柑橘林生态系统碳储量主要集中在10个柑橘生产重点区县, 其总碳储量为27.348×106 t (图4) , 占全市的柑橘林总碳储量的88.94%。10个区县柑橘林总碳储量平均为2.735×106 t, 其中, 总碳储量大于3.0×106 t的区县有万州、开县和长寿, 分别为4.358×106 t、3.549×106 t、3.077×106 t;总碳储量在 (2.5～3.0) ×106 t的区县有忠县、江津、奉节和巫山总碳储量在 (2.0～2.5) ×106 t的区县有云阳、永川;总碳储量最低的是垫江, 为1.583×106 t。可见, 重庆柑橘林生态系统碳储量的空间分布与重庆柑橘产业的空间分布类似, 呈现出由渝西向渝东北递增的规律。
3 讨论
直辖以来, 重庆柑橘产业经历了缓慢增长、快速增长2个阶段, 1997年至2000年种植面积、产量增长缓慢, 2010年较直辖初种植面积增加了82×103 hm2, 增长了1.46倍。2000年至2010年, 重庆柑橘产业快速发展, 这与近几年重庆大力发展柑橘特色产业的政策密不可分。
重庆柑橘林生态系统碳储量变化与重庆柑橘种植面积、产量的时间变化类似, 直辖初至2000年果树碳储量、土壤碳储量和总碳储量增幅较小, 2000年至2010年增幅较大 (118.4%) 。重庆柑橘林生态系统碳储量在全市森林生态系统碳储量中占有重要的地位, 占7.23%, 比林清山[2]报道的福建省的2.43%、2.51%、2.98%高出较多, 充分说明柑橘林作为经济林的一种, 在碳汇中起到了较为重要的作用。
在空间分布上, 重庆柑橘林生态系统的碳储量主要集中在10个柑橘生产重点区县, 总碳储量为27.348×106 t, 占全市 (38个区县) 柑橘林总碳储量的88.94%;万州、开县、长寿分别名列一、二、三位, 其次为忠县、江津、奉节、巫山、云阳、永川, 总碳储量最低的是垫江, 与重庆柑橘的空间分布类似, 呈现出由渝西向渝东北递增的规律;其分布还与区域社会经济发展水平等因素相关。
摘要：通过调查重庆市柑橘产业情况, 以生物量回归模型及碳密度分配状况为基础, 探讨重庆柑橘林生态系统碳储量的动态变化。结果表明, 重庆柑橘林生态系统碳储量随时间的变化规律与重庆柑橘种植面积、产量随时间的变化规律相似;直辖初至2000年果树碳储量、土壤碳储量和总碳储量增幅较小, 2000年至2010年增幅较大, 为118.4%。重庆柑橘林生态系统碳储量主要集中在10个柑橘生产重点区县, 总碳储量为27.348×106t, 占全市柑橘林总碳储量的88.94%, 在全市森林生态系统碳储量中占有重要的地位 (占7.23%) ;在空间分布上呈现由渝西向渝东北递增的规律。
关键词：柑橘林生态系统,碳储量,重庆市
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森林碳储量 篇8
1 材料与方法
1.1 研究区概况
吴起县隶属于陕西省延安市, 位于延安市西北部, 地理坐标107°38′57″~108°32′49″E, 36°33″33″~37°24′27″N, 属典型的黄土高原丘陵梁峁沟壑区, 总面积3791.5km2。气候寒冷干燥。年平均气温7~8℃, 年平均降雨量322.4mm, 多集中在7、8月且多暴雨。全年蒸发量2000~2500mm, 年平均风速约3.1m/s, 未实施退耕还林还草工程前, 流域内的径流较大且水流浑浊, 退耕后产生的径流逐年减少且较清。植被分布特征表现出明显的森林草原景观。乔木主要有小叶杨 (Pobulus simonii) 、河北杨 (Ponulus nopeiensis) 、旱柳 (Salix matsudana) 、白榆 (Ulmus pumlla) 等, 灌木主要有沙棘 (Hippophae rhamnoides) , 山桃 (Prunus davidiana) 、扁核木 (Prinsepia uniflora) 、矮锦鸡儿 (Caragana pygmea) 、柠条 (Caragana microphylia) 、紫丁香 (Syringa julianae) 等。草本植物为达乌里胡枝子 (Lespedeza davurica) 、铁杆蒿 (Artemisiagmelinii Web. Ex Stechum) 、百里香 (Thymus vulgaris) 、冷蒿 (Artemisia frigida) 等。
1.2 研究方法
1.2.1 野外调查与采样
吴起县截 止到2011年退耕还 林总面积 为116846.6hm2, 其中沙棘93692.8hm2, 柠条2065.3hm2, 刺槐3136.8hm2, 臭椿1238.3hm2, 紫穗槐1291.5hm2, 山杏11763.1hm2, 山桃3520.2hm2, 侧柏69.3hm2, 油松69.4hm2, 沙棘林地占退耕还林总面积的80.2%, 林地均为1999年造林。
2011年在吴起县分别选择典型退耕还林地段, 设置乔木样方20m×20m, 灌木样方10m×10m, 草本样方1m×1m, 测定样地内每棵树的树高、胸径、郁闭度及株行距 (表1) 。在每个样方内采集5种乔木树种, 4种灌木树种, 2种草本植物以及3种林分的枯落物, 乔木树种的干、枝叶、根样分别取自林分的平均标准木, 其中干从树干基部到梢头分段取样, 枝从粗枝到细枝按比例取样, 叶混合取样, 包括不同大小及不同年龄的叶片, 根包括主根、侧根及大于2mm的细根。各灌木、草本的取样方法与乔木树种相同, 不同的是灌木树种的干枝为混合样, 草本植物只有地上叶和地下根两部分。
对林下地被物层生物量的研究, 以往的森林生态系统生物量研究文献中主要集中在草本层, 而较少对地衣、苔藓等的生物量进行调查。所以本文对林下地被物层的生物量的估计也不包括地衣、苔藓层的生物量, 只是对草本层生物量进行研究。
森林凋落物一般是指直径小于2.5cm的落枝、落叶、落皮、繁殖器官, 林下枯死的草本植物和枯死的树根归为森林凋落物[11,12]。故本文将森林凋落物限定在这一范围内。
1.2.2 有机含碳率测定
本研究样品的有机含碳率测定采用干烧法, 具体采用Elementar、rario EL元素分析仪进行样品分析, 每次测3个平行样, 测定结果取平均值。
1.2.3 退耕还林地植被碳储量估算
利用实地测量的各类林分不同组分的生物量 (表2) , 及不同植被不同器官碳元素含量分析结果, 分别从森林植被和森林凋落物2个主要方面对不同退耕还林地的碳库大小进行了研究。
利用式 (1) 分别对8类林分的乔木层、灌木层、草本层、枯落物层的各组分和总储碳密度进行估算, 利用式 (2) 分别估算8类林分的各层次的碳储量, 利用面积加权分别计算该林区不同层次各组分的平均储碳密度以及碳储量。
式 (1) 中, Dc为某类林分某组分储碳密度 (t/hm2) , B为生物量 (t/hm2) , Rc为某类林分某器官含碳率。
式 (2) 中, Sc为某类林分总碳储量 (Tg) , Dc为某类林分总储碳密度 (t/hm2) , S为某类林分面积 (hm2) 。
(kg/hm2)
2 结果与分析
2.1 退耕还林地含碳率分析
各树种的含碳率分析测定结果如表3所示, 就含碳率而言, 木本植物>草本植物>林木枯落物。就木本植物而言, 无论是乔木还是灌木, 含碳率无明显高低且不同树种之间含碳率高低随机分布, 并不呈现出某种规律性的变化, 其大小完全由各树种自身的特性决定。但从树种的形态学特性比较可以看出, 针叶树种各组分的含碳率普遍高于阔叶树种, 所有针叶树种各组分的平均含碳率均高于阔叶树、灌木树种和草本。
%
2.2 森林乔 (灌) 木层碳密度、碳储量及其变异规律
由表4的统计结果表明:吴起县退耕还林地乔 (灌) 木层的碳密度分别为:刺槐6.733t/hm2, 油松1.427t/hm2, 山杏2.658t/hm2, 沙棘5.023t/hm2, 柠条28.845t/hm2, 山桃2.478t/hm2, 紫穗槐6.292t/hm2, 侧柏1.322t/hm2, 臭椿4.811t/hm2, 总碳储量为60.577万t。
各林分之间和相同林分的各器官之间均存在较大差异, 如刺槐树干占23.73%, 枝叶占31.64%, 根占44.63% ; 油松树干 占16.58% , 枝叶占71.92%, 根占11.50%;柠条枝叶占15%, 根占85%。无论是相同林分的不同器官之间, 还是不同林分的相同器官之间均呈现出极大的差异性。这主要是由于林分碳密度和碳储量的大小与林分生物量、含碳率、林分面积直接相关, 而林分生物量直接受林分平均胸径、平均树高和林分密度影响, 含碳率因树种而异, 由测树学可知, 胸径、树高是林木的生长指标, 除受立地条件和外界环境影响外, 很重要的影响因子是树木年龄, 因此林分的树种结构、年龄结构与林分面积直接影响林地生态系统的碳密度和碳储量, 也就是说, 林地的碳循环过程及其碳储量的分布在时间上和空间上均存在差异性, 此外生境空间养分条件的差异不但影响总生物量碳储量, 而且影响碳在植物器官组分间的分配格局。因此退耕还林地生态系统的碳储量与储碳能力是一个随着时间连续变化的动态过程, 在区域尺度、国家尺度、全球尺度的退耕还林地生态系统碳循环研究中, 如果用历史数据来推算退耕还林地未来某一时段碳库及储碳能力的大小必须十分谨慎, 否则将会产生较大的误差。
2.3 退耕还林植被总碳密度、总碳储量及其分配特征
利用吴起县不同林带间 (林下) 的生物量的实测结果及样地内森林植被各组分的含碳率 (表3) , 根据式 (1) 、 (2) , 分别计算出吴起县9类退耕还林地林分各组分的碳储量 (表5) 。通过按面积加权得出森林植被层总碳密度分别为:刺槐8.197t/hm2, 油松3.207t/hm2, 山杏3.822t/hm2, 沙棘8.129t/hm2, 柠条30.257tt/hm2, 山桃3.496t/hm2, 紫穗槐6.772t/hm2, 侧柏3.263t/hm2, 臭椿6.369t/hm2, 天然草地2.965t/hm2。其林地植被层总碳密度从小到大顺序依次为:天然草地<油松<侧柏<山桃<山杏<臭椿<紫穗槐<沙棘<刺槐<柠条, 由此可见林地碳密度均高于天然草地, 成熟林约为天然草地的10倍。
退耕还林地植被层总碳储量分别为:刺槐2.610万t, 油松0.023万t, 山杏4.484万t, 沙棘61.950万t, 柠条6.276万t, 山桃1.242万t, 紫穗槐0.883万t, 侧柏0.023万t, 臭椿0.802万t。林分植被层平均储碳密度为8.168t/hm2, 总碳储量为78.293万t, 其中以沙棘林的碳储量最大, 占吴起县退耕还林地植被层总碳储量的79.13%。
研究结果表明, 吴起县退耕还林地的平均储碳密度为8.168t/hm2, 远低于我国及世界各地森林平均碳密度的一些估计值, 如中国森林植被平均碳密度为35.4~49.45t/hm2[13], 美国61.0t/hm2[14], 俄罗斯36.2t/hm2[15], 加拿大34.0t/hm2[16]等, 由此可见, 吴起县退耕还林地植被碳密度相对较低, 林地碳储量将逐年增加, 达到成熟林时的碳储量将约为目前碳储量的5倍, 这也是国家实施退耕还林工程的积极成果, 当地的退耕还林管理办公室应积极加强林政管理、造林营林、改善林分结构, 为提高该地区森林的碳储量和储碳能力奠定良好的基础, 该地区的各类林地生态系统的碳储量还有很大潜力空间。
2.4 退耕还林前后吴起县植被碳储量空间分布特征
吴起县退耕还林前后土地利用/覆被变化面积发生了根本性的变化 (表6) , 从1998年以来, 林地和建设用地呈稳定的增长趋势, 其增长的来源均主要为中覆盖度草地, 其次为农田。荒草地在退耕还林还草 (禁牧) 以后向中高覆盖型草地转变。随着植被退耕还林还草年限的增加, 植被碳储量总体呈现增加的趋势, 因此吴起县的植被碳储量空间分布也发生了较大转变。
按照不同土地利用类型的碳密度对吴起县碳储量空间分布进行分析计算, 有林地的碳密度按刺槐计算、灌木林地碳密度按沙棘林计算、高草地的碳密度按天然草地计算、低草地按天然草地的65%计算、其它类型地按0计算, 经计算吴起县退耕还林后2011年县域植被的总碳储量为152.529万t, 是1998年退耕还林前总碳储量47.292万t的3.2倍。
3 结论
(1) 吴起县9类退耕还林地按面积加权的林地植被层总碳密度由大到小依次为:柠条30.257t/hm2, 刺槐8.197t/hm2, 沙棘8.129t/hm2, 紫穗槐6.772t/hm2, 臭椿6.369t/hm2, 山杏3.822t/hm2, 山桃3.496t/hm2, 侧柏3.263t/hm2, 油松3.207t/hm2, 且都大于天然草地的总碳密度2.965t/hm2。
(2) 2011年吴起县退耕还林地植被层总碳储量为78.293万t, 其中主要以沙棘林地的碳汇为主, 占退耕还林地总碳汇的79.13%, 2011年吴起县县域植被的总碳储量为152.529万t, 是1998年退耕还林前总碳储量47.292万t的3.2倍, 且随着土地利用/覆被的变化, 其空间分布也发生了较大的转变。
(3) 研究结果表明, 吴起县退耕还林地的平均储碳密度为8.168t/hm2, 其远低于我国及世界各地森林平均碳密度的一些估计值, 因此, 研究区各类林地生态系统的碳储量还有很大潜力空间。
摘要：采用标准样地调查结合数据分析的方法研究了吴起县退耕还林工程实施后, 人工林的含碳率、碳储量及空间分布特征, 结果表明:吴起县9类退耕还林地植被层总碳密度由大到小的顺序为:柠条>刺槐>沙棘>紫穗槐>臭椿>山杏>山桃>侧柏>油松, 均大于天然草地的总碳密度;吴起县退耕还林12年后植被的总碳储量为152.53万t, 是退耕还林前1998年总碳储量的3.2倍, 且其空间分布也发生了较大的转变。吴起县退耕还林地的平均碳密度值远低于我国及世界各地森林平均碳密度的一些估计值, 各类林地生态系统的碳储量还有很大潜力空间。