薄山林场森林生态系统碳储量与碳密度动态研究

苏万祥 郭 芳 吴明作

(1.驻马店市薄山林场，河南 驻马店 463000；2.河南农业大学林学院，河南 郑州 450002)

森林储存着全球植被碳库86%以上的碳及土壤碳库73%的碳[1-2]，在减缓大气CO2浓度上升、调节全球碳平衡等方面具有不可替代的作用，国内外学者也因此对其碳储量与碳密度进行了诸多研究[2-3]，我国已对全国[4-5]、不同省份[2，6-7]、不同区域[8-9]、城市森林[10-11]采用多种方法分别进行了测算，并对其动态变化[11-13]、经济价值[14]进行了研究；对河南省的森林植被也有报道[15-16]，但为静态或影像数据。本研究以薄山林场1987—2007年3次森林资源清查数据为基础，采用适应性较好的材积源生物量法对各期森林生态系统的碳储量与碳密度进行测算，分析其动态变化，为河南省碳汇计量与管理、森林资源经营提供基础，为制定与实施生态补偿政策、生态省建设提供科学依据，也为我国森林生态系统碳平衡研究和区域碳能力比较分析提供基础数据。

1 研究区概况

薄山林场位于河南省驻马店市确山县，地处东经113°50′～114°30′，北纬32°36′～34°44′，总面积 6 622 hm2。年平均气温15.1 ℃，年均降雨量786 mm，日照时数2 145.9 h，无霜期220 d左右；系桐柏山余脉的丘陵地，土壤为黄棕壤。林场植被属于亚热带与暖温带过渡类型，主要树种有栎类(Quercusspp.)、马尾松(Pinusmassoniana)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、湿地松(Pinuselliottii)、火炬松(Pinustaeda)、毛竹(Phyllostachysheterocyclacv.pubescens)、侧柏(Platycladusorientalis)、杨树(Populusspp.)等，森林覆盖率82%。

2 研究方法

本研究所测森林生态系统碳储量包括乔木层、林下植被与森林土壤层的全部数量。数据来源于薄山林场1987、1999年与2007年的3次森林资源清查；将调查数据按优势树种分别汇总其蓄积与面积。

采用材积源生物量法测算各森林类型乔木层的生物量[11-13，16-19]，即：

B=aV+b

式中：B为单位面积生物量；V为单位面积蓄积量；a和b为参数。根据国家林业局《造林项目碳汇计量与监测指南(2011)》、《森林经营碳汇项目方法学(2014)》等的取值要求，a和b参数取值参照文献[12，16-17]。

因薄山林场处于亚热带北缘，灌木层、草本层和枯落物层生物量测定参照文献[11]。

测算出生物量后，乘以平均含碳率即得出碳储量。其中乔木层取0.500，灌木层取0.467，草本层取0.327，枯落物层取0.470[11-13，20]。

乔木林土壤碳密度按黄棕壤类型取6.35 kg/m2，计算深度取0～1 m[21]。

3 结果与分析

3.1 森林面积与蓄积动态分析

20 a间薄山林场森林蓄积与面积变化见图1～2。

由图1～2可以看出，除中龄林外，其他各龄组的面积与蓄积均在1999年后出现较大程度的增加，特别是近熟林以上龄组的林分增长较快。

自1998年后，国家林业战略发生变化，大范围地实施林业生态工程，森林资源得到了较好保护，封山育林等措施实施之初，幼龄组林分尚未完全进入中龄林，中龄组以上林分随年龄变化进入近熟林等林分，因而近熟林以上的林分增长较快；而部分中龄组用材林分被利用，因而该龄组林分出现了面积与蓄积下降的现象；1999年对过熟林进行了全部利用，因此该年份过熟林没有数据。

3.2 不同龄组碳储量与碳密度动态分析

测算薄山林场森林生态系统的碳储量与碳密度，20 a间的变化见图3～4。

由图3～4可知，薄山林场森林生态系统碳储量在20 a间的变化与面积、蓄积的变化一致，这是因为,森林碳储量是由森林蓄积、面积测算而得，其值与森林蓄积、面积呈正相关。但从碳密度的变化来看，由于森林资源受到了良好保护，随着林龄增大，其生物量也增大，碳密度保持了稳定且缓慢增加的趋势，其中以过熟林龄组的增加较快。

1987、1999年与2007年薄山林场森林生态系统总的碳储量分别为 421 304.99、420 947.84 t与636 843.53 t；碳储量在前12 a间较为稳定，在后8 a间增加较多。生态系统平均碳密度分别为94.09、105.72、113.51 t/hm2；表现出稳定增长的趋势，这主要是由于林分蓄积量增长较快的原因，也因为森林面积增加引起森林土壤的碳储量增加。

薄山林场森林生态系统的碳储量与碳密度增加，表明作为碳“汇”的功能在增大，薄山林场森林生态系统起到了碳“汇”的作用，这与有关其他森林的报道是一致的[6，11-13，15-16]。

3.3 不同林分碳储量与碳密度动态分析

测算了不同森林类型的碳储量与碳密度，其动态变化见图5～7。

薄山林场主要森林类型为阔叶林、针叶林，其中阔叶林以栎类林为主，还有部分阔叶纯林和阔叶杂木林，针叶林以马尾松林为主；因而其森林生态系统的碳储量也主要以这两种森林类型占主要地位，其他的均占较小比例(图5)；这与我国以及河南省已有的研究结果基本一致[4，12，15-16]，薄山林场位于我国马尾松分布的北缘，早期造林较多，分布面积较大，因此，碳储量占有较大比例。

但从整个林分的碳密度来看，除1987年的阔杂林外，阔叶林的碳密度均比针叶林大(图6)，这与已有研究基本一致[4，15-16]。结合图5可看出，阔叶林在森林生态系统中具有较大的碳汇功能。

薄山林场2007年针叶林、栎类林、其他阔叶林与阔杂林的乔木层碳密度分别为25.56、49.16、39.24、21.64 t/hm2，平均为33.90 t/hm2；比河南省整体要高[4，15]，与全国水平较为接近[4]。这是因为在河南省乃至全国，国营林场的森林资源相对保护较好，林分质量也相对较好，其碳密度通常也较高。

3.4 碳储量与碳密度变化分析

不同龄组与森林类型的碳储量与碳密度在20 a间的变化见表1～2，表中的变化量及其比例均是针对1987年的数据计算的。

表1 不同龄组林分碳储量与碳密度变化

表2 不同林分类型碳储量与碳密度变化

由表1可知，由于中龄林的面积与蓄积减少，其碳储量也减少，20 a间下降了45.16%，但由于其中林木生长，其碳密度增加了16.47%。过熟林在1999年全部利用，因而碳储量与碳密度均减少，但到2007年，其增加比例最大，分别达到了979.90%、55.03%。整体而言，碳储量以近熟林以上龄组的林分增加最快，而碳密度增加最快的是过熟林与中龄林、近熟林。表明薄山林场各林分表现出增长的趋势，其碳“汇”功能主要由近熟林、成熟林与过熟林体现，但潜力在于中龄林与近熟林。

由表2可知，阔杂林虽然碳储量增加较少，但碳密度增加比例很大，这主要是因为,该林分1987年数值较小(林分与乔木层的碳密度分别只有2.33、0.54 t/hm2)。薄山林场水热条件较为适宜，经过封山育林后形成的林分通常为各种阔叶树种组成的阔杂林，随着林木快速生长，其碳密度必然增加很快，但其面积较小，其碳储量所占比例较小。薄山林场的阔叶林除栎类林外主要为杨树，随着种植面积的增加以及其速生性，因此,其碳储量与碳密度均增加较快；若将栎类林计算在内，则阔叶林无论在碳储量与碳密度方面均表现出快速增长。针叶林虽然碳密度增加较快，但总的碳储量增加比例较其他林分类型的小。

综合表1～2表明，保护森林、促进林分增长对提高其碳“汇”能力具有重要意义；其中阔叶林显得更为重要。

4 结论与讨论

1) 薄山林场森林生态系统总的碳储量与乔木层碳密度在前12 a较为稳定，在后8 a间增加较多；至2007年，碳储量与乔木层平均碳密度分别为 636 843.53 t、33.90 t/hm2；碳密度高于河南省整体水平，接近于全国水平，以阔叶林最大。薄山林场森林生态系统表现出良好的“碳汇”功能。

2) 薄山林场各龄组、各类型的林分在1987—2007年的20 a间，无论面积与蓄积或者碳储量与碳密度，除中龄林外，均表现出增加的趋势，且增加速度较快；其碳“汇”功能的潜力主要在于中龄林与近熟林。

3) 以往测算森林的碳储量主要是乔木层的[2，4，6-8，15-16]，对森林生态系统总体碳储量的测算较少[11]，本研究所测碳储量为森林生态系统总的碳储量，包括了乔木层、林下植被与森林土壤所储存的碳量，但没有包括枯立木，因缺少相关的历史数据而采用了相同的测算参数，可能消除了某些差异。如何确定不同条件下的相关参数，测算整个森林生态系统的碳储量，以说明其碳“汇”能力并可进行数据间的比较，值得深入研究。

4) 在进行森林生态系统碳储量等的测算时，通常对森林生态系统的碳释放(植物呼吸与凋落物、根系的分解)、林分利用的碳转移等未进行测算，因而难以确定不同年龄、不同类型的森林生态系统是否确实具有碳“汇”功能；这也是值得深入研究的。

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