安徽省宜秀区人工杨树林碳储量研究

郝焰平，苗婷婷，刘圣清

(安徽省林业科学研究院，安徽合肥 230031)

气候变暖是人类面临的十大生态问题之首，而大量排放CO2等温室气体形成的温室效应则是气候变暖的根源。森林碳汇功能具有比其他减排方式更经济和高效的优点，《京都议定书》中森林碳汇成为CO2减排的主要替代方式［1］。气候变暖和森林碳汇现已成为国内外学者关注和研究的热点问题。为了人类免受气候变暖的威胁，1997年12月，在日本京都召开的《联合国气候变化框架公约》缔约方第3次会议通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》，它规定，到2010年，所有发达国家排放的二氧化碳等6种温室气体的数量，要比1990年减少5.2%［2］。为了帮助发达国家实现确定的减排目标，《京都议定书》规定了3种机制，即排放贸易(ET)、联合履约(JI)和清洁发展机制(CDM)。其中排放贸易是指已经达到减排目标的发达国家把温室气体排放权卖给其他发达国家;联合履约是指发达国家之间可以通过共同实施温室气体减排项目，将获得的减排额度相互转让;清洁发展机制(CDM)是指发达国家与发展中国家通过开展项目合作向发展中国家提供资金和技术，将项目所实现的温室气体减排量，用于完成发达国家的减排指标。这3种机制的制定，推动了国际碳贸易，使森林碳汇具有了价值。

森林生物量是森林植物群落在其生命过程中所生产干物质的累积量，是计算碳储量的基础［3］。它的测定以树木生物量测定最为重要。森林的生物量受到诸如林龄、密度、立地条件和经营措施的影响，其变动幅度非常大［4，5］。同一林分内即使胸径和树高相同的林木，其树冠大小及单位材积干物质重量也不相同。在同龄林内，由于林木大小不同，干、枝和叶干物质量对全株所占比率也不相似。森林生物量是森林生态系统的最基本数量特征。它既表明森林的经营水平和开发利用价值，又反映森林与其环境在物质循环流动上的复杂关系［6］。

本研究主要通过对研究地人工杨树林生物量的调查与研究，了解该地区杨树林碳储量，为该地区人工造林提供参考数据，并为评价森林的可持续经营提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

研究地位于安徽省安庆市宜秀区境内的大龙山镇(117°05'～117°43'E，31°01'～31°38'N)，宜秀区气候属北亚热带南缘，东南季风气候区，季风明显，四季分明，气候温和，雨量适中，光照充足，无霜期长，气候条件优越。年均气温16.3℃，无霜期241 d，年平均日照时数1 976.3 h，太阳平均辐射量113.4千卡·cm-2，年际变化不大，季相变化显著，时段差异明显。

研究地林分起源为人工林，由于人为的长期干扰和破坏，现存原生地带性森林植被已不复存在，只是在一些山高坡陡，交通不便的地方还有少量残余，取而代之的是大量人工林和次生落叶与常绿阔叶混交林，主要森林类型有马尾松林、栎类林、杉木林、毛竹林等。研究地森林植被主要有杨树(Populus spp.)、白檀 (Symplocos paniculata)、朴树 (Celtis sinensis)、构树(Broussonetia papyrifera)、桑树(Morus alba L.)、香椿(Toona sinensis A.Juss.)、柳树(Willow)、棠梨(Pyrus betulaefolia Bunge)等，此外灌木草本层还有野艾(Artemisia lavandulaefolia DC.)、牛膝(Achyranthes bidentata)、鹅观草(Roegneria kamoji Ohwi)、牛奶子(Elaeagnus umbellata Thunb.)、防己(Aristolochia heterophylla Hemsl.)、半枝莲(Portulaca grandiflora Hook.)、插田泡(Rubus coreanus Miq.)、稀莶(Siegesbeckia pubescens Mak.)、络石(Trachelospermum jasminoides)、荻 (Triarrherca sacchariflora(Maxin.)Nakai)、犁尖草(Polygonum perfoliatum L)、山葡萄(Vitis amurensis Rupr)、马兰头(Kalimeris indica(L.))、五节芒(Miscanthus floridulus(Labill.)Warb.)、野苦荬(Ixeris denticulate(Houtt.)Stebb.)、白英(Solanum lyratum Thunb.)、水葫芦(Eichhornia crassipes)、一年蓬(Erigeron annuus)等。

1.2 标准地(样方)设置与调查

在对人工杨树林研究地作全面踏查的基础上，选出具有代表性的人工杨树林设置样地，设置样地面积0.24 hm2，采取相邻格子法将其区划为20 m×30 m的乔木样方4块。在样方内进行每木检尺，起测直径为5 cm，调查记录所有杨树的胸径、树高、郁闭度以及样地的坡度、坡向、海拔等林木和林地因子等。

用罗盘仪进行导线测量，确定标准地四至边界，边界闭合差不能大于标准地周长的1/200。标准地边界确定后进行每木检尺，起测直径为5.0 cm，调查记载每棵树木的名称、直径、树高、郁闭度以及坡度、坡向、海拔、土壤、地被物等林木和林地因子。每块标准地选取平均标准木1株，供乔木层生物量测定和树干解析用。各标准地基本情况见表1。

表1 标准地基本情况表

1.3 森林碳储量的测定方法

通过生物量法对研究地的杨树森林碳储量进行计算。在本文中由于只测定了杨树林乔木层的地上部分生物量，对林分乔木层总生物量按转换系数进行计算。总生物量与地上部分生物量的转换系数按1.6计量［7，8］。树木的生物量与含碳率相乘可以得到树木的碳含量。对于亚热带阔叶树种的含碳率一般范围在0.46～0.50之间，本文中人工杨树林的含碳率按0.48计量［9］。具体森林碳储量计算公式如下:

式中:C——碳储量;

W——生物量;

Ci——植物中的含碳率。

在本文中森林碳储量的计算公式为:

式中:C——碳储量;

W——乔木层地上部分生物量;

Ci——植物中的含碳率;

a——总生物量与地上部分生物量转换系数。

1.4 生物量测定方法

1.4.1 树干生物量的测定方法

在标准地内根据平均胸径选取标准木，将标准木沿地表根颈处锯断伐倒，按照Monsi分层切割法以2.0 m为一区分段进行树干解析，在每个分段处截取圆盘一个，当场测出圆盘的鲜重和整株树干的鲜重，再将圆盘拿回实验室置于105℃烘箱中烘干至恒重，根据公式3计算出树干各区分段的含水率，再以该含水率计算出树干各部分的干重，通过公式4计算出整株标准木树干的生物量。具体计算公式如下:

由上式可得:W干重=W鲜重×PW

式中 Pw为干重比，可通过取样测定的方法获得。

式中 W——整株标准木的树干生物量;

n——标准木的区分段数;

Wi——标准木每个区分段的生物量。

1.4.2 枝、叶生物量的测定方法

测定树木枝、叶生物量用平均标准枝法进行测定。标准枝法是指在树木上选择具有平均枝基径与平均枝长的枝条，测定其枝、叶的重量用于推算整株树木枝、叶的重量。平均标准枝法的具体操作步骤为:将树木伐倒后，测定所有一级分枝和一级以上分枝的基径和枝长，求二者的算术平均值和;以和为标准，分等级选择标准枝，标准枝的个数根据调查精度确定，同时要保证标准枝上的叶量是中等水平;分别称其枝、叶鲜重，并取样品;按下列公式计算全树的枝重和叶重:

式中 N——全树的枝数;

n——标准枝数;

Wi——标准枝的枝鲜重或叶鲜重。

1.4.3 林分乔木层生物量的测定方法

林分乔木层生物量采用平均标准木法进行测定。其具体步骤为:在每木调查的基础上，计算出全部立木的平均胸高直径，再以此平均胸径为选择标准木的依据，把最接近于这个平均值的几株立木作为标准木，伐倒称重，干枝叶测定方法见上两节。然后，用标准木的平均生物量值乘单位面积上的立木株数求出单位面积上的林分生物量W，即:

式中 N——林分内标准木的株数;

2 结果与分析

2.1 林分直径结构分析

林分直径结构是最重要、最基本的林分结构。不仅因为林分直径便于测定，而且因为林分内各种大小直径的树木的分配状态，将直接影响树木的树高、干形、材积、材种及树冠等因子的变化。乔木，作为森林群落的主体，其年龄结构是植物种群统计的基本参数之一。通过年龄结构的研究和分析，可以提供种群的许多信息。群落的年龄结构不仅反映了构成群落世代的复杂性，而且反映着群落的发展变化趋势。在进行乔木树种年龄结构研究时，由于许多树木材质坚硬，难以用生长锥来确定每木的实际年龄，或者为了减少破坏性，在实际工作中一般采用以胸径级代替年龄进行分析，这是由于林木的年龄结构与直径结构有着密切的相互关系。本文研究对象为人工杨树林，林龄为10 a，所以径级分布集中在18 cm～28 cm之间。研究地杨树径级分布如表2所示。

表2 研究地杨树直径结构统计表

2.2 乔木层生物量组成分析

2.2.1 单木生物量组成分析

伐倒木分层切割生物量测定结果如表3。由表3可知，杨树干、枝和叶生物量占单木生物量的比例，以干生物量比例最大。4株单木干生物量占单木地上总生物量的比例在75.8% ～83.2%之间，说明干生物量是单木地上部分生物量的主体;其次是枝生物量，占单木地上生物量的比例在12.1% ～19.8%之间;而叶生物量只占单木地上生物量的极小部分，所占比例为3.9%到4.7%之间。通过伐倒木解析知，林分年龄10 a，已进入近熟林阶段，标准木胸径、高度都很大，干形通直，故而树干部分占单木地上部分生物量的比例大;由于伐倒木均为杨树，与针叶树相比，阔叶树枝干比较发达，因而其生物量占单木地上部分生物量的比例也较大;叶是光合作用的器官，叶生物量的多少直接关系到叶面积指数与光合产物的大小，进而影响林木的生长，因此，保持足够的叶量是确保林木健康生长的重要保证。

表3 标准木单株生物量统计表

2.2.2 乔木层林分生物量组成分析

平均标准木生物量乘以单位面积株数得各树种单位面积生物量，各树种单位面积生物量之和得林分乔木总生物量。本文在每块标准地里选取了一株共选取了4株杨树平均标准木，将4株杨树生物量的平均值乘以单位面积的林木株数得出研究地乔木层林分生物量，计算结果如表4。从表4可知，宜秀区大龙山镇10 a生人工杨树林乔木层地上部分总生物量为255.2104 t·hm-2，通过转换系数进一步得出该研究地人工杨树林乔木层林分总生物量为408.3366 t·hm-2。进一步分析杨树各器官占林分地上部分总生物量的比例表明，杨树干生物量占绝对主体地位，占 79.7%，其次是枝生物量，占16.1%，叶生物量无论在单木还是林分总体中所占比例都很小。

表4 研究地各树种乔木层生物量分配表

2.3 森林碳储量分析

树木的生物量与含碳率相乘可以得到树木的碳含量，本文中人工杨树林的含碳率按0.48计量。总生物量与地上部分生物量的转换系数按1.6计量。根据公式1和公式2计算，即研究地碳储量为生物量与含碳量及转换系数相乘，结果如表5。由表5可知宜秀区大龙山镇10 a生人工杨树林乔木层每公顷碳储量为196.0016吨。

表5 研究地碳储量计算结果表

3 结论与讨论

3.1 通过对宜秀区大龙山镇人工杨树林的野外调查表明，研究地为沿江平原地带，坡度较小，研究杨树林林龄为10 a，属杨树近熟林，密度在433～533之间，平均树高在20.5～22.0之间，径级分布集中在18～28之间。由于研究地为人工林，人为活动影响较大，森林植被类型很少，原生地带性森林植被类型已不复存在，所以要加强对人工杨树林的管理。

3.2 杨树干、枝、叶生物量占单木生物量的比例，以干生物量比例最大，4株单木干生物量占单木地上总生物量的比例在75.8% ～83.2%之间，说明干生物量是单木地上部分生物量的主体;其次是枝生物量，占单木地上生物量的比例在12.1% ～19.8%之间;而叶生物量只占单木地上生物量的极小部分，所占比例为3.9%到4.7%之间。阔叶树枝干比较发达，因而其生物量占单木地上部分生物量的比例也较大;叶是光合作用的器官，叶生物量的多少直接关系到叶面积指数与光合产物的大小，进而影响林木的生长，因此，保持足够的叶量是确保林木健康生长的重要保证。

3.3 宜秀区大龙山镇10 a生人工杨树林乔木层地上部分总生物量为255.2104(t·hm-2)，通过转换系数进一步得出该研究地人工杨树林乔木层林分总生物量为408.3366(t·hm-2)，每公顷碳储量为196.0016 t。杨树是重要的用材树种，在砍伐利用时，不仅要注意主干部分的利用，还要提高枝条部分的利用率，以减少采伐剩余物、提高木材综合利用率。

［1］何英，张小全，刘云仙.中国森林碳汇交易市场现状与潜力［J］.林业科学，2007，43(7):106 ～111.

［2］杨绍辉.林业碳汇研究进展简述［J］.现代经济信息，2010，3:206～207.

［3］王静，沈月琴.森林碳汇及其市场的研究综述［J］.北京林业大学学报(社会科学版)，2010，9(2):82 ～87.

［4］李怒云.中国林业碳汇［M］.北京:中国林业出版社，2007.

［5］赵林，殷鸣放，陈晓非，等.森林碳汇研究的计量方法及研究现状综述.西北林学院学报，2008，23(1):59～63.

［6］Wang J R.Northern British Columbia spruce and black spruce plants with different age groups at the Inter-American Populus davidiana ground biomass and nutrient accumulation［J］.For Ecol.Manag，1995，78 ～86.

［7］Brown S，Lugo A E.Aboveground biomass estimates for tropical moist forests of Brazilia Amazon［J］.Interciencia，1992(17):8 ～18.

［8］殷鸣放，杨琳，殷炜达，等.森林固碳领域的研究方法及最新进展［J］.浙江林业科技，2010，30(6):78 ～86.

［9］顾凯平，张坤，张丽霞，等.森林碳汇计量方法的研究［J］.南京林业大学学报(自然科学版)，2008，5:105～109.