嵊州市公益林生物量及碳储量

管杰然　伊力塔　钱逸凡　何德汀　余树全　沈燕

摘要：根据浙江省嵊州市公益林96个固定小斑监测数据，在推算不同森林群落类型（松林、杉木林、阔叶林、针阔混交林、毛竹林和灌木林6种群落类型）总生物量和单位生物量的基础上，对各森林群落类型的碳储量与碳密度进行了估算。结果表明，嵊州市公益林生物量现存总量为615.29×104 t，单位生物量平均为102.54 t/hm2，其中松林群落的总生物量以及阔叶林群落的单位生物量最大，分别达到354.18×104 t和121.15 t/hm2。嵊州市公益林碳储量总量为307.33×104 t，碳密度平均为51.22 t/hm2，其中阔叶林群落的碳密度最大，达到了60.51 t/hm2。并在此基础上对嵊州市今后的公益林建设提出了建议。

关键词：公益林；生物量；碳储量；碳密度；嵊州市

中图分类号：S727.29；S718.55+6；S718.56（554SZ） 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2012）20-4556-05

森林生态系统是陆地生态系统的主体，也是最重要的陆地碳库之一，其碳储量占整个陆地植被碳储量的76%～98%[1]，每年的碳固定量约占整个陆地生物系统碳固定量的2/3[2，3]，其固碳释氧效益对陆地生态系统的贡献最大，约占总价值的47.5%[4]。因此，森林在调节全球的碳平衡、减缓温室效应发生等诸多生态要素上有着极其重要的作用。

近年来，随着浙江省公益林建设的逐步推进，针对公益林群落结构的研究也随之增多[5-9]，但普遍存在着样本少、缺乏系统性等问题，而且研究中针对碳储量、碳密度、固碳释氧的研究较少[10]，并且主要着眼于省级尺度上，在县（市）级尺度上的相关报道就更少。本研究以浙江省嵊州市公益林96个固定监测小斑数据为依据，以松林、杉木林、阔叶林、针阔混交林、毛竹林和灌木林6种森林群落类型生物量结构调查为基础，对嵊州市公益林生态效益进行了评价和分析，以期为进一步促进嵊州市乃至浙江省的公益林建设提供理论依据。

1研究区概况

嵊州市地处北纬29°35′，东经120°49′，位于浙江省中部偏东区域、曹娥江的上游，东邻奉化市、余姚市，南毗新昌县、东阳市，西连诸暨市，北接上虞市、绍兴市，总面积为1 789.62 km2。境内四面环山，中间为盆地，剡溪横贯其中，地貌构成大体为“七山一水二分田”。属中亚热带季风气候区，年最高气温达43 ℃、最低气温为-6 ℃，年平均气温16.4 ℃，1月平均气温4.2 ℃，7月平均气温28.6 ℃，常年平均气温在13～15 ℃；年平均降水量1 446.8 mm，年日照时间1 988 h，年无霜期235 d[9]。

嵊州市公益林面积共计6×104 hm2，占全市土地面积的33.53%，占全市林业用地面积的51.55%。主要森林群落类型有松林、杉木林、阔叶林、针阔混交林、毛竹林和灌木林，各群落类型面积及所占比例见表1。从表1可以看出，在嵊州市公益林中，松林面积所占的比例最大，超过了公益林面积的一半以上（57.53%）；杉木林和灌木林面积都只占了很小的比例（杉木林1.08%，灌木林1.25%）；而针阔混交林、阔叶林和毛竹林所占面积的比例处在中间，分别占了13.65%、15.09%、11.40%。

2研究方法

2.1样地设置

以嵊州市森林资源二类清查数据中公益林小斑（计有4 723个）为样本总体，抽取其中的96个小斑设置为固定监测小斑。在对固定监测小斑全面踏查的基础上，选取典型地段设置面积为20 m×20 m的固定样地。在固定样地内详细记录地形因子及土壤因子的同时，采用每木调查方法（调查内容有林龄、平均胸径、平均高度、郁闭度等）测定乔木树种的有关参数[11-14]。除此之外，在每块样地对角线上均匀设置3个2 m×2 m的灌木、草本固定小样方，记录其植物（包括胸径小于5.0 cm的乔木）的种名、树高、冠幅（小乔木、灌木、幼苗）或盖度（藤本或草本）等参数[15-17]。

2.2数据分析

2.2.1生物量推算根据固定小斑监测数据和浙江省重点公益林生物量模型[18]，推算各个森林群落类型的生物量（包括乔木层、灌木层以及草本层生物量），单位生物量以“平均值±标准误”表示。

2.2.2碳储量和碳密度采用基于生物量的估算方法推算碳储量和碳密度，即利用森林群落类型的乔木层、灌木层和草本层的生物量乘以含碳率推算其碳储量[19-23]。而森林群落类型的碳储量与其相应森林群落类型面积的商便是该森林群落类型的碳密度[24]。鉴于不同森林群落类型的结构差异，其转换率略有不同。本研究采用国际上常用的换算率，即乔木层和灌木层的碳储量换算率为0.50，草本层的碳储量换算率为0.45[25]。

3结果与分析

森林生物量是森林生态系统最基本的数量特征，是森林固碳能力的重要标志，也是评估森林碳收支的重要参数[26-28]。因此，估算森林生物量是估算森林碳储量的前提[29]。

3.1不同森林群落类型总生物量统计

嵊州市不同森林群落类型公益林的森林生物量统计如表2所示。从表2 可见，嵊州市公益林总生物量为615.29×104 t。在各群落类型中，生物量最大的是松林群落，达354.18×104 t，占公益林总生物量的57.56%；生物量最小的是灌木林群落，为3.49×104 t，占公益林总生物量的0.57%。不同群落生物量由高到低的排序是：松林、阔叶林、针阔混交林、毛竹林、杉木林、灌木林。

除此之外，从群落生物量的层次结构来看，除灌木林以外的各群落中，乔木层生物量是群落生物量中比例最高的部分，其中毛竹林群落的乔木层生物量占其群落总生物量的比例高达90.41%；杉木林群落和阔叶林群落次之，分别为86.34%和81.96%；松林群落和针阔混交林群落也分别占了66.29%和65.93%；平均占各群落总生物量的78.19%。草本层生物量所占的比例很低，平均仅为群落总生物量的1.38%，而阔叶林群落的草本层生物量占阔叶林群落总生物量的比例最低，仅为0.66%；最高的灌木林群落中草本层生物量仅占其总生物量的2.87%。造成这一现象的主要原因是公益林郁闭度较高，导致草本植物光能利用率降低，生长受到抑制[30]。而灌木林群落中灌木层的生物量占到了绝对优势，其生物量达到了灌木林群落总生物量的84.81%。

3.2不同森林群落类型单位生物量统计

嵊州市公益林不同森林群落类型单位生物量统计结果如表3所示。从表3可见，公益林中阔叶林群落的单位生物量最大，达到了121.15 t/hm2；灌木林群落的单位生物量最小，仅为46.33 t/hm2；各类型群落的加权平均单位生物量为102.54 t/hm2。嵊州市公益林中乔木层的单位生物量也是阔叶林群落的最大，达到了99.29 t/hm2；灌木林群落最小，仅为5.72 t/hm2。不同群落单位生物量由高到低的排序为：阔叶林、针阔混交林、松林、杉木林、毛竹林、灌木林。

3.3不同森林群落类型碳储量和碳密度统计

嵊州市公益林不同森林群落类型碳储量统计结果见表4。从表4可见，嵊州市公益林碳储量总量为307.33×104 t。其中，由于松林群落面积超过了公益林面积的一半以上（57.53%），所以其碳储量也是最大的，达到了176.90×104 t，明显高于其他森林群落类型的碳储量；阔叶林群落、针阔混交林群落和毛竹林群落的碳储量居中，分别为54.76×104、44.87×104和26.55×104 t；杉木林群落和灌木林群落的碳储量最少，分别为2.51×104 t和1.74×104 t。

嵊州市公益林不同森林群落类型碳密度统计结果见表5，从表5可以看出，在嵊州市公益林中，阔叶林群落的碳密度最大，达到了60.51 t/hm2；针阔混交林群落的碳密度其次，为54.79 t/hm2；松林群落的碳密度为51.25 t/hm2；杉木林群落的碳密度为38.63 t/hm2；毛竹林群落的碳密度为38.83 t/hm2；灌木林群落的碳密度最小，仅为23.19 t/hm2。

通过对嵊州市公益林碳储量和碳密度进行统计、比较后发现，嵊州市公益林的平均碳密度（51.22 t/hm2）不仅高于方精云等[31]对中国森林植被碳密度的估算，并且还高于张骏等[32]估算的浙江省公益林碳密度（30.28 t/hm2）。这说明嵊州市公益林的质量处在一个较高的水平。

4小结与讨论

研究显示，嵊州市公益林的总生物量为615.29×104 t，单位生物量平均为102.54 t/hm2，主要由松林群落生物量（占全市公益林总生物量的57.56%）构成；通常，阔叶林群落和针阔混交林群落被认为是浙江省较理想的公益林群落类型[19，33-37]，但由于嵊州市公益林的组成结构中阔叶林、针阔混交林的面积不大（分别占公益林总面积的15.09%和13.65%），因此尚未完全发挥出阔叶林、针阔混交林的生态效益[38-41]；如果增加阔叶林和针阔混交林的面积，则其单位生物量还会显著上升，生态效益也将大幅提高[42]。

从生物量的层次结构来看，嵊州市公益林除灌木林群落以外的各群落类型中，乔木层生物量是群落生物量中比例最高的部分，平均占各群落总生物量的78.19%；而草本层生物量比例很低，平均仅为各群落总生物量的1.39%。造成这一现象的主要原因是嵊州市公益林郁闭度较高，使草本植物光能利用率很低，从而使生长受到抑制[30]。此外，对于毛竹林群落来说，由于在竹林经营时，通常会除去林分中的灌木层和草本层植物，使灌木层、草本层植物生物量受到极大的抑制和破坏[16]。灌木林群落的生物量在灌木层所占的比例最高，达到了84.81%，造成这一现象的原因是嵊州市公益林中的灌木林主要由经济林组成，群落结构不完整（基本无乔木层），乔木层生物量比例小[9]，而乔木层稀少则郁闭度小，使草本层植物能够获得更多的阳光[30]，所以灌木林中草本层的生物量所占比例也是各类型森林群落中最大的，达到了2.87%。

从嵊州市公益林不同森林群落类型碳储量与碳密度统计结果来看，嵊州市公益林碳储量总量为307.33×104 t，碳密度平均为51.22 t/hm2。其中松林群落的碳储量最大，达到了176.90×104 t，明显高于其他森林群落类型的碳储量，说明目前碳储量的优势树种还是松树类；阔叶林群落、针阔混交林群落的碳储量居中；而阔叶林群落的碳密度最大，达到了60.51 t/hm2，针阔混交林群落的碳密度其次，为54.79 t/hm2；松林群落的碳密度为51.25 t/hm2。反映出阔叶林、针阔混交林巨大的碳储量优势还没有发挥出来[43-46]，碳储的潜力巨大[47]。另外，嵊州市公益林的平均碳密度不仅高于全国森林植被碳密度的估算水平，并且还高于浙江省的公益林碳密度水平。这说明嵊州市公益林的建设质量与管理水平处在一个较高的层面。

通过多年的努力，嵊州市公益林的经营取得了一定的成就，但群落类型还较为单一，松树类的森林总面积（57.53%）和总生物量（57.56%）仍占有绝对优势；生物量增长潜力较大、碳储潜力巨大的阔叶林、针阔混交林的生态效益还未能充分发挥出来。为此，在今后的公益林经营中，要加强林地的经营管理，改善龄组结构[48]，加大分类改造[49]的力度，加快针叶林的阔叶林改造，改善林分结构[50]，防治水土流失[51]，不断提高公益林的质量，促使公益林生态系统的服务功能进一步充分释放出来。

参考文献：

[1] PIAO S H，FANG J Y，PHILIPPE C，et al. The carbon balance of terrestrial ecosystems in China[J]. Nature，2009，458（7241）：1009-1014.

[2] 王效科，冯宗炜，欧阳志云.中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究[J].应用生态学报，2001，12（1）：13-16.

[3] KRAMER P J. Carbon dioxide concentration， photosynthesis and dry matter production[J]. Bioscience，1981，31（1）：29-33.

[4] 余新晓，鲁绍伟，靳芳，等.中国森林生态系统服务功能价值评估[J]. 生态学报，2005，25（8）：2096-2102.

[5] 江波. 浙江省生态公益林群落结构特征及其调控研究[D]. 北京：北京林业大学，2005.

[6] 袁位高.浙江省生态公益林主要群落结构的比较研究[D].北京：中国林业科学研究院，2009.

[7] 伊力塔，严晓素，余树全，等.浙江省不同森林类型林分健康指标体系[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2012，36（1）：145-148.

[8] 张志杰，伊力塔， 韩海荣，等.浙江省森林承载力评价研究[J].浙江林学院学报，2009，26（3）：368-374.

[9] 张华柳，伊力塔，余树全，等.嵊州市公益林生物量及生态效益价值评价[J].林业资源管理，2011（1）：78-85.

[10] 余树全. 浙江省常绿阔叶林的生态学研究[D].北京：北京林业大学，2003.

[11] 张清海，叶功富，林益明. 东海滨海沙地主要造林树种的生物量与能量[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2007，31（3）：143-146.

[12] 郭继勋，王若丹，王娓.松嫩草原拂子茅种群热值、生物量和能量动态的研究[J].植物学报，2001，43（8）：852-856.

[13] GUAN L L， ZHOU X Y， LUO Y. A review on the study of plant caloric value in China[J]. Chinese Journal of Ecology，2005，24（4）：21-24.

[14] 胡会峰，刘国华.中国天然林保护工程的固碳能力估算[J].生态学报，2006，26（1）：291-296.

[15] 孙玉军，张俊，韩爱惠，等.兴安落叶松幼中龄林的生物量与碳汇功能[J].生态学报，2007，27（5）：1756-1762.

[16] 何东进，洪伟，吴承祯，等.武夷山毛竹天然林生物量与能量分配规律及其与人工林的比较研究[J].西北植物学报，2003， 23（2）：291-296.

[17] 方晰，田大伦，项文化.速生阶段杉木人工林碳素密度、贮量和分布[J].林业科学，2008，38（3）：14-19.

[18] 袁位高，江波，葛永金，等.浙江省重点公益林生物量模型研究[J].浙江林业科技，2009，29（2）：1-5.

[19] 王敏，李贵才，仲国庆，等.区域尺度上森林生态系统碳储量的估算方法分析[J].林业资源管理，2010（2）：107-112.

[20] 吴庆标，王效科，段晓男，等.中国森林生态系统植被固碳现状和潜力[J].生态学报，2008，28（2）：517-524.

[21] 于贵瑞.全球变化与陆地生态系统碳循环和碳蓄积[M].北京：气象出版社，2003.

[22] 赵敏，周广胜.中国森林生态系统的植物碳储量及其影响因子分析[J].地理科学，2004，24（1）：50-54.

[23] 周玉荣，于振良，赵士洞.我国主要森林生态系统碳储量和碳平衡[J].植物生态学报，2000，24（5）：518-522.

[24] 王瑞静，赵敏，高峻.城市森林主要植被类型碳储量研究[J].地理科学，2011，31（4）：490-494.

[25] 刘璨.森林固碳与释氧的经济核算[J].南京林业大学学报（自然科学版），2003，27（5）：27-29.

[26] 冯宗炜，王效科，吴刚.中国森林生态系统的生物量和生产力[M].北京：科学出版社，1999.

[27] 马长欣，刘建军，康博文，等.1999～2003年陕西省森林生态系统固碳释氧服务功能价值评估[J].生态学报，2010，30（6）：1412-1422.

[28] 李鑫，欧阳勋志，刘琪璟.江西省2001～2005年森林植被碳储量及区域分布特征[J].自然资源学报，2011，26（4）：655-664.

[29] 叶金盛，佘光辉.广东省森林植被碳储量动态研究[J].南京林业大学学报（自然科学版），2010，34（4）：7-12.

[30] 周群英，陈少雄，韩斐扬，等.不同林龄细尾桉人工林的生物量和能量分配[J].应用生态学报，2010，21（1）：16-22.

[31] 方精云，陈安平.中国森林植被碳库的动态变化及其意义[J].植物学报，2001，43（9）：967-973.

[32] 张骏，袁位高，葛滢，等.浙江省生态公益林碳储量和固碳现状及潜力[J].生态学报，2010，30（14）：3839-3848.

[33] LY/T 1721-2008， 森林生态系统服务功能评估规范[S].

[34] 张清海，叶功富，林益明，等.福建东山县赤山滨海沙地厚荚相思林与湿地松林生物量和能量的研究[J].厦门大学学报（自然科学版），2005，44（1）：123-127.

[35] 应宝根，袁位高，葛永金，等.浙江省重点公益林松类生物量模型研究[J].浙江林业科技，2008，28（2）：1-5.

[36] 李海涛，王姗娜，高鲁鹏，等.赣中亚热带森林植被碳储量[J].生态学报，2007，27（2）：693-704.

[37] 刘其霞，常杰，江波，等.浙江省常绿阔叶生态公益林生物量[J].生态学报，2005，25（9）：2139-2144.

[38] 应天玉， 李明泽， 范文义. 哈尔滨城市森林碳储量的估算[J]. 东北林业大学学报，2009，37（9）：33-35.

[39] 吕劲文，乐群，王铮，等.福建省森林生态系统碳汇潜力[J].生态学报，2010，30（8）：2188-2196.

[40] 王祖华，刘红梅，王晓杰，等.经营措施对森林生态系统碳储量影响的研究进展[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2011，39（1）：83-88.

[41] 樊登星，余新晓，岳永杰，等.北京市森林碳储量及其动态变化[J].北京林业大学学报，2008，30（增刊2）：117-120.

[42] 曹吉鑫，田赞，王小平，等.森林碳汇的估算方法及其发展趋势[J].生态环境学报，2009，18（5）：2001-2005.

[43] 张德全，桑卫国，李日峰，等.山东省森林有机碳储量及其动态的研究[J].植物生态学报，2002，26（增刊）：93-97.

[44] 曹军，张镱锂，刘燕华.近20年海南岛森林生态系统碳储量变化[J].地理研究，2002，21（5）：551-560.

[45] 焦秀梅，项文化，田大伦.湖南省森林植被的碳贮量及其地理分布规律[J].中南林学院学报，2005，25（1）：4-8.

[46] 光增云.河南省森林碳储量及动态变化研究[J].林业资源管理，2006（4）：56-61.

[47] 黄从德，张健，杨万勤，等.四川省及重庆地区森林植被碳储量动态[J].生态学报， 2008，28（3）：966-975.

[48] 黄从德，张健，杨万勤，等.四川森林植被碳储量的时空变化[J].应用生态学报，2007，18（12）：2687-2692.

[49] 唐罗忠，生原喜久雄，黄宝龙，等.江苏省里下河地区杨树人工林的碳储量及其动态[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2004，28（2）：1-6.

[50] 刘国华，傅伯杰，方精云.中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献[J].生态学报，2000，20（5）：733-740.

[51] 谢益林. 天然林可持续经营与现代林业企业建设研究——以福建永安林业（集团）股份有限公司为例[J].福建林业科技，2008（2）：162-165.