河南省杉木林碳储量成熟问题研究

谢如松 陈昌雄 李晓伟 胡 新 华伟平 池上评

(福建农林大学林学院，福建 福州 350002)

河南省杉木林碳储量成熟问题研究

谢如松 陈昌雄 李晓伟 胡 新 华伟平 池上评

(福建农林大学林学院，福建 福州 350002)

应用国际上森林碳汇项目中普遍采用的碳计算方法，对河南省南部不同立地条件下的杉木林碳储量成熟问题进行研究，分析不同立地条件对碳储量成熟的影响，结果表明：立地条件越好，成熟龄越早，达到成熟龄时的年平均碳储量也越高；碳储量成熟年龄的确定对选择树种和确定有关森林碳储量项目的期限具有重要意义。

碳储量；森林碳汇；杉木；河南省

森林是陆地生态系统的主体，对维持陆地生态平衡、保护生态安全、防止生态危机起着决定性的作用，其在生长过程中从大气中吸收并储存大量的CO2，同时又通过呼吸作用释放一定量的O2。部分研究得出：森林蓄积量每增加1 m3，平均能消耗1.83 t CO2，释放出1.62 t O2[1]。森林植物在其整个生命周期中吸收的CO2，以生物量的形式分别固定在植物体内和土壤中，使森林成为陆地生态系统重要的碳汇或碳库，约占全球植被碳库的86%以上[2-3]。对森林碳储量的研究，既是应付CO2减排压力的必然选择，也是促进森林生态服务功能发展的重要方法。森林碳汇项目的开展不仅可以为发展中国家获得资金和技术支持，也为森林可持续经营提供了一个新的方向。本文通过河南省南部杉木(CunninghamialanceolataLamb.)林森林清查数据，利用相关模型估算不同立地指数下的森林碳汇量，进而研究其碳储量成熟变化规律，以期为河南省南部杉木林的碳汇研究提供相关支持。

1 研究区概况

河南省位于我国中东部、黄河中下游，地处北纬31°23′～36°22′，东经110°21′～116°39′，东接安徽、山东，北界河北、山西，西接陕西，南临湖北，呈望北向南、承东启西之势。河南属暖温带-亚热带、湿润-半湿润季风气候，冬季寒冷雨雪少，春季干旱风沙多，夏季炎热雨丰沛，秋季晴和日照足。河南在我国整个杉木的分布中属于北缘，主要分布于大别山、桐柏山亚热带地区和秦岭以南的伏牛山南坡，且大别山、桐柏山区的杉木林比较集中且成片[4]。

2 材料与方法

2.1 数据来源

研究材料取自河南省南部罗山、狮河、商城、新县、和固始等5个县区，分不同立地指数级的森林资源调查随机抽样样地，选取标准地170块，数据包括杉木林分的平均树高、平均胸径、年龄，3株优势木平均高、蓄积量等，同时收集各年龄级段188株解析木作为编表原始材料。

为确保标准地资料的准确性和一致性，在收集的标准地数据中，对以下情况予以去除[5]：1)疏密度在0.5以下的标准地；2)林分各因子记录不清楚的标准地；3)严格筛选并剔除有异常的样地和混交林样地。最后得到符合要求的标准地64块，其中立地指数10级的为28块，立地指数12级的36块。采用Richards方程编制各立地指数的杉木林分生长过程表[6-8]，从而得出不同立地指数下各年龄的蓄积量，作为本文研究的基础数据。

2.2 研究方法

在实际计算评价过程中，首先对森林碳汇量的估算借鉴方精云等[9]对林分生物量的公式进行计算，再乘以比例系数得出林分碳汇量；其次根据森林全部固碳量=林木生物量固碳量+林下植物固碳量+林地固碳量，以及相互间的比例关系，计算出林下植物固碳量和林地固碳量，从而得出总的碳汇量；最后以森林年平均碳储量最大确定杉木的碳储量成熟龄。

3 结果与分析

3.1 不同立地条件下碳汇量的计量

3.1.1 林木生物量固碳量的计算 目前，计算森林碳储量的方法很多，主要分为以下3种：1)通过利用相关的气象方法与技术，直接测定出森林碳储量；2)通过简单随机抽样等方法测定森林碳储量；3)利用有关森林调查数据，通过相关模型估算森林碳储量。本研究对森林碳储量的估算借鉴方精云等人生物量的计算公式[9]：

Y=aX+b

式中：Y表示林分生物量；X表示林分蓄积量；a和b为常数。

其中生物量换算因子的相关系数采用方精云等人的研究成果，用a、b表示换算因子系数，R2为显著程度，见表1。

表1 不同林分类型生物量换算因子系数

根据表1中的数据，可以推算出杉木生物量的计算公式：

Y杉木=0.399 9X+22.541

得出的生物量乘以碳汇转换系数就是碳汇量，单位生物量的含碳量称为碳汇量的转换系数，而森林碳汇量即等于森林生物量与转换系数的乘积，一般的转换系数取0.5，具体计算结果见表2。

表2 杉木生物量与碳汇量计算结果

3.1.2 林下植物与林地固碳量的计算 森林全部固碳量=林木生物量固碳量+林下植物固碳量+林地固碳量，根据相互间的比例关系，森林全部固碳量计算公式[10]可表达为：

CF=C+α∑(Sij×Cij)+β∑(Sij×Cij)

Cij=Vij×δ×ρ×γ

式中：CF为森林全部固碳量；C为林木生物量固碳量；Sij为第i类地区第j类森林的面积；Cij为第i类地区第j类森林类型的森林碳密度；Vij为第i类地区第j类森林类型的森林单位面积蓄积量；α为林下植物碳转换系数，取0.195；β为林地碳转换系数，取1.244；δ为生物量扩大系数，取1.90；ρ为容积系数，取0.5；γ为含碳率，取0.5。各种换算系数来源于政府间气候变化委员会(intergovernmental panel on climate change，IPCC)的技术手册[11]。

通过上式可得各年龄杉木的林下植物固碳量、林地固碳量和各年龄森林全部固碳量、年平均固碳量，结果见表3。

表3 各年龄杉木林林地及林下植物固碳量与各年龄森林全部固碳量、年平均固碳量计算结果

3.1.3 年平均碳储量变化分析 根据表3，对杉木年平均碳储量变化进行分析，得到不同立地指数下的杉木年平均碳储量方程及相关系数如下：

Y10=-0.015 7X2+0.620 4X+1.838 8

R2=0.827 1

Y12=-0.018 3X2+0.718 6X+2.041 5

R2=0.803 2

3.2 碳储量成熟分析

杉木年均单位面积碳储量变化曲线见图1。

由图1可以看出，其森林碳储量的年平均变化曲线为二次曲线，与材积平均生长量变化曲线一致，其规律为：森林碳储量的年平均量随年龄的增大而缓慢增加，当其达到最大值后又缓慢减少；且不同立地指数的最大值也不同，立地指数越高，碳储量的年平均值越大。

由表3可知,立地指数为10、12时，杉木碳储量的年平均最大值分别出现在16、14 a，其值分别为7.95 Mg/hm2和9.13 Mg/hm2。若按达到杉木碳储量年平均最大时的年龄为经营目的进行森林碳储量相关项目的管理与经营，则能获得最大的碳储量。

因此，可用以下公式表示森林碳储量成熟：

maxZi=Ni/i

式中：Zi为第i年的平均碳储量；Ni为杉木第i年的碳储量；i为年龄。

参照森林数量成熟的定义[12]，可将碳储量成熟定义为：当森林年平均碳储量达到最大时，可认为达到森林的碳储量成熟，此时的年龄可称为碳储量成熟龄[13]。

4 结论与讨论

1) 碳储量成熟龄与立地条件的变化规律是：不同立地指数，达到碳储量成熟时的年龄和年平均碳储量不同，立地指数越高，达到碳储量成熟龄时越早，年平均碳储量也越高。在有关森林碳汇的具体操作过程中应采用合理的立地指数，通过选择优良的种子和合理有效施加肥料来提高树木的生长速度和维持林地生产力，以保证收获最多的森林碳储量。

2) 碳储量成熟年龄的确定对如何选择树种和确定有关森林碳储量项目的期限具有重要意义，对于期限已经作出规定的项目应选取适合的树种，使其年龄在项目结束时能达到碳储量成熟龄。

3) 本文仅对比了不同立地指数下杉木林碳储量的变化，实际操作中影响因子还有很多，比如林分密度，可以建立林分密度指数，分析不同林分密度对碳储量成熟林的影响。

4) 本文对森林碳汇量的估算借鉴方精云等对林分生物量的公式进行计算，再乘以比例系数得出林分碳汇量；其次根据森林全部固碳量=林木生物量固碳量+林下植物固碳量+林地固碳量，以及相互间的比例关系，得出总的碳汇量。该方法具有一定的缺陷，实际中可以通过样地调查收集足够多的数据，建立杉木碳储量模型，再对其碳储量成熟林进行分析，精度等会有所提高，也更加合理。

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(责任编辑 曹 龙)

Study on Carbon Storage Maturity ofCunninghamialanceolataPlantation in Henan Province

XIE Ru-song, CHEN Chang-xiong, LI Xiao-wei, HU Xin, HUA Wei-ping, CHI Shang-ping

(College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou Fujian 350002, China)

The forest carbon storage maturity ofCunninghamialanceolataplantations grown under different site conditions in southern part of Henan Province was studied by means of the carbon measurement methods commonly applied to the international projects of forest carbon sequestration, and the influences of different site conditions on the carbon storage maturity were also analyzed. The results showed that the better the site conditions were, the lower the maturity age of carbon storage would be and the more the average carbon storage in maturity age would be. The determination of carbon storage maturity would be of great significance for tree species selection and for the determination of project duration of forest carbon sequestration.

carbon storage; forest carbon sinks;Cunninghamialanceolata; Henan Province

2013-12-04

陈昌雄(1963—)，男，博士生导师。研究方向：森林调查、经营管理和林业资产评估究。Email：fjccx@126.com。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.02.007

S718.56

A

2095-1914(2014)02-0035-04

第1作者：谢如松(1986—)，男，硕士生。研究方向：森林经理学。Email：505526782@qq.com。