浙江缙云公益林生物量及固碳释氧效益

钱逸凡，伊力塔，2，钭培民，朱国亮，应宝根，余树全，2

(1.浙江农林大学 林业与生物技术学院，浙江 临安311300；2.浙江农林大学 亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，浙江 临安 311300；3.浙江省缙云县林业局，浙江 缙云 321400；4.浙江省林业生态工程管理中心，浙江 杭州310020)

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]，碳固定量每年约占整个陆地生物碳固定量的2/3[2－3]，其固碳释氧效益对陆地生态系统的贡献价值最大，约占总价值的47.5%[4]。因此，在调节全球碳平衡、减缓温室效应等诸多方面有着极其重要的作用。20世纪90年代以前，学者对浙江常绿阔叶林的研究主要集中在其起源、种群生物学研究及其生态系统的结构、功能及演替机制[5－10]。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[11－12]，但普遍存在着样本少，缺乏系统性等问题，而且原有研究中针对碳储量、碳密度、固碳释氧的研究较少[13]，并且主要着眼于省级尺度上，在县市级尺度上的相关报道较少。因此，本研究以浙江省缙云县117个公益林固定小班监测数据为依据，在分析主要群落类型(松林、杉木Cunninghamia lanceolata林、阔叶林、针阔混交林、毛竹Phyllostachys edulis林和灌木林)生物量结构的基础上，估算了其碳储量、碳密度以及固碳释氧效益，为进一步科学推动浙江省各县市公益林建设和管理提供理论依据。

1 研究区概况

缙云县位于浙江省南部腹地、 中南部丘陵山区，丽水市东北部，28°25′～28°57′N，119°52′～120°25′E，总面积为1 503.52 km2。地貌类型分中山、低山、丘陵和谷地，其中山地、丘陵约占全县总面积的80%，是典型 “八山一水一分田”的山区县。属亚热带季风气候，温暖湿润、四季分明，年平均气温为17.9℃，年积温达5 400.0℃，最冷月 (1月)平均气温7.6℃，极端最低气温为－10.0℃；最热月(7月)平均气温27.9℃；年平均无霜期276 d；年平均相对湿度为81%；年降水量为1 610.5 mm。

缙云县公益林面积30 333.33 hm2，占土地总面积的20.17%，占全县林业用地面积的26.24%。主要群落类型有: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如表1。

缙云县公益林中，幼、中龄林比重较大(幼龄林占16.85%，中龄林占40.31%，近熟林占29.01%，成熟林占13.12%，过熟林占0.72%)，占57.16%；幼、中龄林中，针阔混交林和松林比例最大，达60.41%和45.63%；而近、过熟林中，毛竹林比例最大，达82.88%。因此，从表2中可以初步判定阔叶林、针阔混交林为增长型，毛竹林为衰退型，松林、杉木林、灌木林种群结构趋于稳定。

表1 缙云县公益林类型统计Table 1 Ecology service forest type of Jinyun County

表2 缙云县公益林林龄统计Table 2 Stand age of Jinyun County ecology service forest

2 研究方法

2.1 样地设置及调查

利用缙云县二类资源清查数据中公益林小班(3 887个)为抽样总体，按3%抽取117个固定监测小班。在对固定监测小班全面踏查的基础上，选取典型地段内设置面积为20 m×20 m的固定样地，详细记录样地基本信息，包括经纬度、海拔、坡度、坡向、坡位、郁闭度、土壤等环境因子；样地内乔木层(胸径大于5.0 cm)采用每木调查(包括测定树高、胸径、冠幅和枝下高等)，同时在每块样地对角线上均匀设置3个2 m×2 m的灌草固定小样方，详细记录灌木种类、株数、盖度、高度以及草本种类、株数、盖度等指标。

2.2 生物量测定

根据固定小班监测数据和浙江省重点公益林生物量模型[14－15](表3)，推算各个森林群落生物量(包括乔木层、灌木层以及草本层生物量)。

2.3 碳储量与碳密度

碳储量与碳密度的估算方法很多。本研究采用基于生物量的估算方法(森林生物量乘以含碳率)对公益林植被碳储量进行估算。鉴于不同森林群落因其群落组成、年龄结构的差异，其转换率略有不同。本研究中采用国际上常用的转换率，其中乔木层、灌木层转换率为0.50[16－18]，草本层为0.45[19]。

表3 浙江省重点公益林生物量模型Table 3 Biomass model of key ecological forest in Zhejiang Province

2.4 固碳释氧效益及价值估算

森林植被通过光合作用持续不断地释放氧气，同化二氧化碳，并将其以稳态碳的形式固定在生态系统中。因此，可以根据植物光合作用机理和植物代谢规律推算森林植被的固碳释氧量，若按植物生物量中含有1%的灰分元素计，则制造1 t植物生物量，可放出1.172 4 t氧气，同化空气中1.612 3 t二氧化碳，固碳 0.439 9 t[20]。

2.4.1 同化二氧化碳 ①同化空气中二氧化碳量。mCO2=1.612 3 Wi。其中:mCO2为森林植物同化空气中二氧化碳量(t)；1.612 3为单位质量(t)森林植物同化空气二氧化碳系数；Wi为森林植物年净生长生物量(t)。②同化空气中二氧化碳价值。采用碳税标准法对公益林固定二氧化碳的价值进行评价。目前，国际上的碳税主要用碳税率计算，使用瑞典碳税率，即 150.00美元°t－1，约合人民币 1 200.00元°t－1[20]。

2.4.2 释放氧气 ①释放氧气量。mO2=1.172 4 Wi。其中:mO2为森林植物放氧量(t)；1.172 4为单位质量(t)森林植物放氧量系数；Wi为森林植物年净生长生物量(t)。②释放氧气价值。本研究采用工业生产成本法对公益林释放氧气的价值进行评价。人工生产氧气的价格为1 100.00元°t－1。

3 结果与分析

3.1 缙云县公益林生物量

森林生物量是森林生态系统最基本的数量特征和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[21-22]。因此，估算森林生物量是估算森林碳储量和固碳释氧效益的前提。

3.1.1 不同群落类型生物量 缙云县公益林现存总生物量为282.73×104t，各群落类型中，生物量最大的是松林，达230.86×104t，占总公益林生物量的81.65%，其他由高到低依次是杉木林19.93×104t(7.03%)，毛竹林17.15×104t(6.07%)，阔叶林9.37×104t(3.31%)，针阔混交林5.02×104t(1.78%)，灌木林0.40×104t(0.14%)。从图1可以看出:缙云县公益林单位生物量为 93.21 t°hm－2。各群落类型单位生物量中，杉木林最高(102.61 t°hm－2)，阔叶林其次(100.93 t°hm－2)，其他由高到低依次为针阔混交林96.96 t°hm-2，松林96.58 t°hm－2，毛竹林 60.03 t°hm－2，灌木林 21.76 t°hm－2。

3.1.2 不同林龄生物量 由图2可知:松林、杉木林、阔叶林和针阔混交林的乔木层单位生物量较相近，而且从林龄结构来看，中、幼林龄的比例较高，特别是阔叶林、针阔混交林的幼林龄的比例高达52.25%和60.41%。因此，可以判断出缙云县公益林各个林型单位生物量尚处于较低的水平；作为浙江省公益林中生物量增长、 固碳潜力 最大 的群 落类 型[11－13]，阔叶林、针阔混交林生物量增长潜力很大，它们的生态效益也尚未完全发挥。

图1 缙云县不同公益林群落单位生物量Figure 1 Biomass per unit area of different forest types of ecology service forest in Jinyun County

图2 林龄结构与乔木层生物量Figure 2 Relationship of forest age structure and the biomass of tree-layer

3.1.3 不同垂直结构生物量 在缙云县公益林各群落中，乔木层生物量比例最高的为毛竹林，达到80.53%，其他群落类型由高到低依次为阔叶林66.98%，杉木林65.66%，针阔混交林63.71%，松林62.36%以及灌木林29.23%；而灌木层生物量中灌木林群落最高，为69.35%，松林、杉木林、阔叶林和针阔混交林较为一致，毛竹林最低，仅为18.46%；草本层生物量最高的也是灌木林群落，达1.42%，针阔混交林最低，占0.46%(表4)。

表4 缙云县不同公益林生物量垂直结构Table 4 Biomass spatial pattern of different forest types of ecology service forest in Jinyun County

缙云县公益林群落结构较为完整。其中乔木层生物量为180.45×104t，占总生物量的63.83%，灌木层生物量为99.70×104t，占总生物量的35.26%，草本层生物量为2.58×104t，占0.91%。乔木层生物量是群落总生物量的主要成分，加大对乔木层的经营管理，增加乔木层生物量，是增加群落总生物量的关键。

3.2 缙云县公益林植被碳储量与碳密度

缙云县公益林植被总碳储量为141.24×104t，各群落类型中，松林碳储量最大(115.32×104t)，灌木林储量最小(0.20×104t)；植被总碳密度加权平均值为47.37 t°hm-2(表5)。

表5 缙云县公益林植被碳储量与碳密度Table 5 Carbon storage and Carbon density of different forest type of ecology service forest in Jinyun County

缙云县公益林中由于松林面积(78.80%)占绝对优势，其植被碳储量也最大，并且明显高于其他群落类型； 虽然阔叶林(50.44 t°hm－2)，针阔混交林碳密度(48.46 t°hm－2)均高于松林(48.24 t°hm－2)，略低于碳密度最高的杉木林(51.26 t°hm－2)，但阔叶林、针阔混交林幼龄林面积较大(分别占到56.25%和60.41%)，因而它们的植被碳密度仅比灌木林(10.86×104t°hm－2)高；毛竹林受单株生物量的限制，碳密度仅为29.98 t°hm－2，但毛竹生活史周期短，其固碳潜能很大。

3.3 缙云县公益林固碳释氧效益

根据公益林固定小班监测数据，计算得出2010年缙云县公益林固碳释氧总量为38.59×104t°a－1，年净固碳量为10.51×104t°a－1，年释放氧气量为10.51×104t°a－1；按照碳税率法和工业制氧法，固碳释氧总价值为4.07亿元°a－1，其中固碳价值1.26亿元°a-1，释氧价值2.81亿元°a－1。由于净增生物量的差异显著，各群落类型固碳释氧量相差很大，由高到低顺序为松林＞毛竹林＞杉木林＞阔叶林＞针阔混交林＞灌木林(表6)。

表6 缙云县公益林固碳释氧效益Table 6 Value of fixing carbon and releasing oxygen of different forest types of ecology service forest in Jinyun County

缙云县公益林平均固碳释氧能力为12.72 t°hm－2°a－1； 其中，毛竹林固碳释氧能力最强，固碳量和释氧量分别为 4.46 t°hm－1，11.93 t°hm－1； 其次为松林，固碳量和释氧量分别为3.42 t°hm－1和9.16 t°hm－1；灌木林固碳释氧能力最弱，平均固碳、释氧量分别为 1.18 t°hm－1和 3.16 t°hm－1。针阔混交林固碳释氧能力比纯阔林突出，固碳、释氧量分别高出 3.32 t°hm－1和 8.85 t°hm－1(图3)。

4 结论与讨论

图3 不同公益林群落固碳释氧能力Figure 3 Comparison of solid carbon and releasing oxygen capacity of different forest types

缙云县公益林总生物量为282.73×104t，单位生物量平均为93.21 t°hm－2，主要由松林(占总生物量的81.65%)构成；通常，阔叶林和针阔混交林被认为是浙江省较理想的公益林群落类型[14－16]，但由于缙云县公益林的组成结构中阔叶林、针阔混交林面积较小 (占公益林总面积的3.06%和1.71%)，林龄结构尚未完善(幼龄林比例占52.25%和60.41%，单位生物量为100.93 t°hm－2和 96.96 t°hm－2)，因此尚未完全发挥其生态效益，随着林龄结构的不断优化，单位生物量还会有显著的增加。从生物量的层次结构来看，除灌木林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，占总量的63.00%以上，草本层生物量比例很低，平均仅为总生物量的0.91%。这主要是因为缙云县公益林郁闭度较高，造成草本层植物光能利用率低，生长不佳有关；且由于毛竹林频繁经营，灌木层、草本层植物生物量降低；除此之外，缙云县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)，郁闭度最小，草本层生物量也最高(1.41%)。

经本研究测算，缙云县公益林平均植被碳密度(47.37 t°hm－2)不但高于方精云等[23]对中国浙江森林植被碳密度的估算，并且还高于张俊等[24]估算的浙江省公益林碳密度(30.28 t°hm－2)，以及丽水地区公益林平均植被碳密度(34.35 t°hm－2，由丽水公益林单位生物量换算得出)[25]。这说明缙云县公益林质量在浙江省和丽水地区都处于前列，考虑到目前缙云县公益林离成熟状态相差较远，尤其是阔叶林、针阔混交林单位生物量还有很大的上升空间，缙云县公益林在碳积累上还有很大的潜力。

缙云公益林固碳释氧效益显著，固碳释氧总量为 38.59×104t°a－1，年净固碳量为10.51×104t°a－1，年释放氧气量为10.51×104t°a-1，固碳释氧总价值为4.07亿元°a－1。同时我们看到，虽然各群落类型年固碳释氧量由高到低顺序为松林＞毛竹林＞杉木林＞阔叶林＞针阔混交林＞灌木林，但固碳释氧能力由高到低则是毛竹林＞松林＞针阔混交林＞杉木林＞阔叶林＞灌木林，针阔混交林固碳释氧能力(12.26 t°hm-2°a－1)已经接近松林(12.58 t°hm-2°a－1)，随着林龄的不断优化，针阔混交林的固碳释氧能力将超过松林，而阔叶林固碳释氧能力很低，虽然这与林龄较小有关，但需要采取一系列的经营措施，使其发挥更大的生态效益。

通过多年来的努力，缙云县公益林的分类经营取得了一定成就，但群落类型还较为单一，松林总面积和总生物量(78.80%和81.65%)仍占有绝对优势，生物量增长潜力较大的阔叶林、针阔混交林生态效益未能充分发挥。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，加大分类改造的力度，加快针叶林的阔叶化改造，改善森林结构，防治水土流失，不断提高公益林的质量，促使公益林生态系统服务功能的充分发挥。

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