湖州市省重点公益林生物量和固碳能力研究

顾志康，张 骏，宋绪忠，江 波，朱志建

（1. 浙江省湖州市林业科学研究所，浙江 湖州 313000；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

湖州市省重点公益林生物量和固碳能力研究

顾志康1，张 骏2*，宋绪忠2，江 波2，朱志建1

（1. 浙江省湖州市林业科学研究所，浙江 湖州 313000；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

在综述国内外森林生物量研究的基础上，应用相容性生物量模型对湖州市省重点公益林生物量特征进行了分析。结果表明：2008年湖州市省重点公益林生物量总量为583.46万t，年增长率7.59%。现有森林的生物量中阔叶林221.07万t，占37.89%；毛竹135.28万t，占23.19%；松林121.35万t，占20.80%；针阔混交林74.77万t，占12.82%；杂竹林14.42万t，占2.47%；杉木林12.77万t，占2.19%；灌木3.78万t，占0.64%。进一步计量测算湖州市重点公益林固碳价值为10.211 7亿元，释放氧气价值为6.806 7亿元，合计为17.018 4亿元。

公益林；生物量；模型；计量评估

森林生物量是森林生态系统最基本的数量特征。它既表明森林的经营水平和开发利用的价值，同时又反映森林与其环境在物质循环和能量流动上的复杂关系。生物量数据是研究许多林业问题和生态问题的基础，1994年联合国粮农组织在《国际森林资源监测大纲》（IUFRO International Guidelines for Forest Moritoring）中就明确规定森林生物量是森林资源监测中的一项重要内容。

最早有关生物量的研究是Ebermeryer[1]1876年在德国进行的几种森林树枝落叶量和木材重量的测定，后来Boysen Jensen[2]在研究森林自然稀疏问题时，研究了森林的初级生产量。1929－1953年，Burger[3]研究了树叶生物量和木材生产的关系。Kittredge[4]利用叶重和胸径的拟合关系，成功拟和了预测白松（Pinus bungeana）等树种叶量的对数回归方程。20世纪50年代以来，世界上开始重视对森林生物量研究，日本、美国相继开展了对森林生产力的研究，其中包括大量对生物量的调查。我国森林生物量的研究开始于20世纪70年代后期，最早是潘维俦等对杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林的研究[5]，其后是冯宗炜对马尾松（Pinus massoniana）人工林以及李文华等对长白山温带天然林的研究[6-7]。生物量和碳储量是各种生态效益的基础，所以国内外对森林生物量和碳储量的研究较多[8-13]。

温室气体大量排放导致温室效应引发全球温暖化，其中以二氧化碳排放为温室效应的主要成因。土地利用形态的改变也导致植物光合作用固定二氧化碳量的锐减，因此二氧化碳浓度由1800年的0.280 mL/L上升至目前的0.365 mL/L，涨幅已超过25%。现今二氧化碳浓度更以每年0.4%的速率增加，预测至2030年大气二氧化碳浓度可能达到0.400 mL/L，至21世纪末将是现在的两倍，约0.700 mL/L。大气二氧化碳浓度达到0.560 mL/L时，全球气温预估将上升3 ～ 4℃[14]。陆域生态系中，森林对二氧化碳的吸收与固定具重要贡献，由林木光合作用固定大气二氧化碳，所贮存的二氧化碳转化为有机碳贮存于植物体内[15]。全地球表面每年二氧化碳经光合作用固定转变成的植物有机物质约为2×1011t碳量。植物吸收7×1011t二氧化碳时，可产生5×1011t植物有机物质[16]。陆地植物以森林植物所固定碳量最大，不仅其光合作用效率较高，森林所占陆地面积亦最大。

本文在湖州市省重点公益林生态效益监测的基础上应用相容性生物量模型对其生物量特征进行了分析，并在此基础上测算了全市重点公益林的固碳释氧能力。

1 研究地区

湖州市于2004年9月实施6.95万hm2重点公益林建设工程，正式启动生态公益林森林生态效益补偿制度，并于当年完成区划界定完善工作。界定重点公益林面积占全市土地总面积58.07万hm2的11.97%，占林业用地面积28.02万hm2的24.81 %。按事权等级分，湖州市省重点公益林中国家级重点公益林2.04万hm2，占重点公益林总面积的29.34%，省级重点公益林4.91万hm2，占总面积的70.66%。从行政区域布局看，湖州市省重点公益林在安吉县、长兴县分布较多，德清县、吴兴区分布较少，南浔区尚未界定重点公益林。按森林群落类型分，阔叶林面积2.29万hm2，占总面积的32.95%；毛竹林面积2.13万hm2，占总面积的30.62%；松林面积1.24万hm2，占总面积的17.85%；针阔混交林面积0.37万hm2，占总面积的9.20%；杂竹林面积0.34万hm2，占总面积的4.96%；灌木林面积0.18万hm2，占总面积的2.53%；杉木林面积0.13万hm2，占总面积的1.87%；无林地面积16.53 hm2，占总面积的0.02%。

2 研究方法

图1 标准样地设置示意图Figure 1 Standard plot

2.1 样地设置

分析样地包括设置在湖州市公益林中的典型样地68个。

2.2 调查方法

2.2.1 样地特征调查 调查因子为群落类型、郁闭度、起源、年龄、人为干预情况、海拔、坡度、坡位、坡向、立地状况等。

2.2.2 生物量调查 乔木层调查：标准样地面积一般为20 m×30 m，具体见图1。

主林冠层每木检尺。胸径5.0 cm起测，调查因子为胸径、树高、枝下高、冠幅，并分树种统计各径级的平均值，选取各径级的标准木同一树种不超过5株。树高与枝下高用套杆或竹杆测定。

灌木层（下层木）调查：沿标准样方的对角设2 m×2 m的小样方3个，调查下木层的盖度、株数和平均高度、各树种数量、地径、高度。选择主要树种平均木收获干、枝叶花果、根称质量，根据树种组成比例，分别干、枝叶花果、根抽取各树种的混合样品500g，并带回实验室烘干，计算含水率，测定单位面积生物量。

草本层调查：在灌木层小样方的左小角和右下角设1 m×1 m的小样方，调查草本层种类、盖度和平均高度。全株收获、称质量，根据各草种比例取混合样品200 ～ 300 g，并带回实验室。

2.3 生物量计算

根据湖州市森林群落和森林树种特点，综合考虑树种的形态特征以及木材密度，将湖州市森林树种分为松类、杉类、硬阔、软阔、毛竹、灌木等树种组，其中硬阔按照其木材密度又细分为两组。采用Forstat 2.0软件包的二元相容性生物量模型进行分析。

2.4 固碳释氧量计算

2.4.1 公益林固定空气中碳量

式中：Wc为森林年固碳量（t/a），Ai为各类型公益林i面积（hm2）；Bi为各类型公益林i年净生长生物量（t/a）；1.63为1t森林植物同化空气CO2系数；0.272 7为CO2中含碳比例；SF为各类型公益林i土壤年固碳量（t/a）。

2.4.2 公益林释放O2量

式中：Wo为森林年释氧量（t/a），Ai、Bi同上式，1.19为1 t森林植物释氧量系数。

3 结果

3.1 生物量结构特征分析

利用2007年和2008年2次固定样地调查资料，利用研发的生物量模型，计算各样地生物量，并进一步分推算林分生物量，分析湖州市省重点公益林优势树种生物量结构组成、森林群落生物量结构特征和重点公益林区域特征状况。

表1 湖州市省重点公益林生物量及区域分布Table 1 Biomass distribution of key ecological forest in Huzhou

湖州市省重点公益林森林植物生物量总量2008年为583.46万t，比2007年增长9.95%。从总量看，重点公益林生物量重点分布在安吉县和长兴县，总量大，说明其公益林林分较好；但各县区单位面积生物量较接近，林分质量总体较好，德清县和吴兴区相对总量较低，主要因为其面积小（表1）。松林和灌木的生物量以长兴县最高，阔叶林、毛竹和杂竹的生物量以安吉县最高，混交林的生物量则是德清县最高（图1）。从增幅看，公益林经过一年的建设，有了较快的增长。其中德清县和吴兴区的增幅都超过全市平均水平。

3.2 生物量空间结构特征

湖州市单位面积平均生物量为83.91 t/hm2。不同森林群落类型中，松林为97.78 t/hm2，杉木林为98.07 t/hm2，阔叶林96.50 t/hm2，针阔混交林116.86 t/hm2，毛竹林63.53 t/hm2，杂竹林41.86 t/hm2，灌木林21.48 t/hm2，无林地4.05 t/hm2。其中针阔混交林的单位面积的生物量优于纯林，说明其在生态上的重要作用。从图2中可以看出，在群落总生物量中，阔叶林和针阔混交林生物量总量为221.07万t、74.77万t，分别占总生物量37.89%、12.82%，表明湖州市公益林经过几年的建设管理和效益补偿，森林质量有了提高。

2008年林地内总生物量583.46万t，其中树干层为314.52万t，占53.91%；地下层为127.45万t，占21.84%；草本层为0.86万t，占0.15%（表2）。

3.3 群落生物量结构特征

2008年湖州市省重点公益林的总生物量583.46万t中，其中阔叶林221.07万t、占37.89%；毛竹135.28万t，占总生物量23.19%；松林121.35万t，占总生物量20.80%；针阔混交林74.77万t，占12.82%；杂竹林14.42万t，占总生物量2.47%；杉木林12.77万t，占总生物量2.19%；灌木3.78万t，占总生物量0.64%（图2）。说明湖州市省重点公益林生物量以阔叶林和竹林为主，硬阔已占据一定比例，达总生物量的2/5强；竹林比例也高于浙江省其他地区，达总生物量的1/5强，毛竹林和松类等针叶林比例偏大。说明虽然近年来通过阔叶化改造、封山育林等工程措施，使得阔叶树比例增大，林种、树种结构正在向良性方向发展，但仍需加强巩固现有林分，继续减少松林比例控制竹林面积。

图2 湖州市各县区各林型生物量比较Figure 2 Comparison of biomass distribution of different forest type of key ecological forest in different counties of Huzhou

表2 湖州市省重点公益林生物量空间分布（2008年）Table 2 Biomass spatial distribution of key ecological forest in Huzhou（2008）

对比湖州市2007－2008年重点公益林生物量，我们发现各类型的森林植被都有不同程度的增长，其中毛竹、杂竹和灌木增长较快，分别增加18.74%、15.03%和14.11%，这主要是由于竹类生产力较高且其生物量基数较低；松、阔叶林分别增加8.55%和6.69%（图3）。

图3 2008年湖州市省重点公益林各林型生物量比例比较Figure 3 Comparison of different forest type biomass ratio in 2008 at Huzhou

3.4 公益林固碳能力

湖州市省重点公益林贮碳量是一个巨大的碳库，如果森林植被被破坏，不仅失去了森林对大气CO2的固定作用，而且植被本身的一部分C将以各种不同的途径释放到大气中。这对维持地球大气中CO2和O2的动态平衡，减少温室效应，提供人类生存基础物质，起到巨大而不可替代的作用。

经测算，湖州市现有省重点公益林2008年同化二氧化碳85.097 2万t，同时释放氧气61.879 3万t。固碳的价值为10.211 7亿元、释放氧气的价值为6.806 7亿元，合计为17.018 4亿元，效益十分巨大。

4 结论与讨论

利用林木易测因子建立生物量模型，推算难于测定的林木生物量，是目前世界上流行而实用的生物量测算方法。根据湖州市森林群落和树种分布特点，利用构建的全省相容性生物量模型和连清样地及典型样地数据，测算了湖州市省重点公益林2007年和2008年的生物量，系统分析了湖州市省重点公益林的生物量区域分布、结构组成、增长潜力等特征规律，为科学构建重点公益林提供依据。

研究表明，湖州市省重点公益林森林植物生物量总量2008年为583.46万 t。从总量看，重点公益林生物量重点分布在安吉县和长兴县，总量大，但单位面积生物量各地区较接近，林分质量总体较好；松林和灌木的生物量以长兴县最高，阔叶林、毛竹和杂竹的生物量以安吉县最高，混交林的生物量则是德清县最高。

图4 湖州市省重点公益林各林型生物量2007和2008年比较Figure 4 Comparison on biomass of different forest type in 2007 and 2008

湖州市省重点公益林生物量以阔叶林和竹林为主，硬阔已占据一定比例，达总生物量的2/5强；竹林比例也高于浙江省其他地区，达总生物量的1/5强，毛竹林和松类等针叶林比例偏大。说明虽然近年来通过阔叶化改造、封山育林等工程措施，使得阔叶树比例增大，林种、树种结构正在向良性方向发展，但仍需加强巩固现有林分，继续减少松林比例控制竹林面积。

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Biomass and Carbon Storage of Key Ecological Forest in Huzhou

GU Zhi-kang1，ZHANG Jun2*，SONG Xu-zhong2，JIANG Bo2，ZHU Zhi-jian1
（1. Huzhou Forestry Institute of Zhejiang, Huzhou 313000, China；2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

Biomass of key ecological forest was analyzed with compatible biomass model in Huzhou, Zhejiang province. Results showed that in 2008 the gross biomass of key ecological forest topped to 5 834 600 t in Huzhou, and the annual growth rate was 7.59%. The biomass of broad-leaved forest had 2 210 700 t, accounting for 37.89% of the total one, that of Phyllostachys hereocycla var. pubencens forest was 1 352 800 t, about 23.19%, that of pine forest was 1 213 500 t, about 20.80%, that of mixed forest was 747 700 t, about 12.82%, that of bamboo forest was 144 200 t, about 2.47%, that of Chinese fir forest was 127 700 t, about 2.19%, that of shrubs was 37 800 t, about 0.64%. The total evealuated value of key ecological forest was 17.0184×108yuan RMB, including both the carbon sequestration value of 10.2117×108yuan RMB, and the oxygen releasing value 6.8067×108yuan RMB.

ecological forest; biomass; model; evaluation

S718.55

A

1001-3776（2011）02-0052-05

2010-10-10；

2011-02-02

湖州市科技计划项目“湖州市省重点生态公益林效益及价值评价研究”（2008YN19），浙江省森林生态系统定位研究网络

顾志康（1965－），男，浙江海宁人，高级工程师，从事林业种苗和公益林建设研究；*通讯作者。