西藏自治区灌木林碳储量估算

付达夫

(国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014)

西藏自治区灌木林碳储量估算

付达夫

(国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014)

青藏高原独特的地形地貌和高、旱、寒的自然特征促进了灌木的生长和广泛分布，作为森林资源不可或缺的组成部分，灌木林在林业生态建设和应对气候变化中发挥了重要作用。近年来西藏自治区加大了生态保护的力度，采取了封山育林等措施保护和促进灌木林资源发展。估算灌木林碳库及碳汇，对于充分认识灌木林的重要地位，发挥灌木林在固碳增汇中的重要作用及评估西藏自治区生态建设成效都具有积极意义。

灌木林；碳库；碳储量；模型

前言

温室气体排放增加引起的全球气候变化正在深刻影响着自然生态系统的结构稳定性和功能的发挥，并间接影响人们的生产和生活，因此成为广受社会关注的热点之一。森林植被通过光合作用吸收二氧化碳并生产有机物质的过程被认为是温室气体的自然吸收器，各国积极通过植树造林和森林经营来增加森林面积和蓄积，从而发挥森林的“碳汇”功能。研究不同区域、不同森林类型植被的固碳现状和潜力，为准确获知“碳汇”大小，并根据地区特点制定针对性的增汇策略提供了参考。过去的三十多年间，不同学者围绕着森林碳储量、碳汇潜力及影响因素等科学问题开展了大量的研究[1-6]，包括利用森林资源调查资料的国家或区域尺度上碳库和碳汇研究以及利用定位试验台、站的定点观测对碳汇变化状况及其机理进行探讨。作为森林资源的重要组成部分，灌木林除了在维护区域生态安全、构建生态安全屏障和抵御恶劣环境等方面作出重要贡献外，在应对全球气候变化中也发挥了重要的作用，但由于碳储量估算所需基础数据和估算模型的不完善，鲜有对灌木林植被碳储量的研究报道[7]。当前对灌木林碳储量的研究多是通过查阅文献和调研，收集不同地区样地水平上的灌木林生物量数据，进行汇总得出不同灌木林类型的生物量及碳储量。

与乔木林相比，灌木林物质与能量积累速度慢，第一性生产力低，因此经济效益和生态效益也相对较低。但在恶劣生境下，灌木林具有生长范围广、生存空间大、适应性强等生物学特性，耐干旱、贫瘠、风沙侵蚀、高寒等环境，是自然条件恶劣及立地条件差的地区造林的先锋树种。可以说，灌木林是高、旱、寒地区储存物质和能量的优势植被，也是这些地区发挥森林生态系统固碳释氧功能的必然选择，有着其特殊的存在价值。近年来，西藏自治区加强生态保护，大力推进封山育林，发展灌木林取得显著成效，灌木林地面积由2001年的765.26万hm2增加到2006年的855.24万hm2[8]、2011年的856.44万hm2[9]，灌木林面积增加显著，灌木林资源增加从而产生大量碳汇。通过对西藏自治区灌木林碳库的估算，可为西藏自治区发展灌木林资源所创造的碳汇价值提供评估依据，并为评估西藏自治区灌木林在应对气候变化中的贡献提供参考。

1 发展灌木林的重要性与必要性

西藏自治区高寒、干旱、多风的气候条件决定了西藏生态系统非常脆弱，高原环境下的森林生物群落在组成、结构和外貌等方面都具有其特殊性和脆弱性，植被生态系统具有生长期短和周期长的特点，生态安全阈值幅度窄，生态系统环境容量低，森林生态系统遭受破坏后很难恢复。受全球气候变化影响，高原气候更是处于频繁的异常波动之中，这种气候特征使高原生态环境更加脆弱、敏感，自然生态系统的自我调节和修复能力差。在此背景下，灌木林作为植被修复的先锋树种越来越受到当地生态建设的重视。自然和气候条件决定了发展灌木林是西藏自治区干旱、半干旱地区进行生态建设的必然选择。

一方面西藏气候适宜发展灌木林。部分地区高、寒、旱，热量不足使得乔木难以度过漫长而寒冷的冬季；降水量少不足以满足乔木生长对水分的需要；蒸降比大使得土壤盐碱化，易造成乔木生理性缺水。这些因素的作用在很大程度上制约了乔木林的生长。而乡土灌木树种具有根系发达、天然更新快、萌发能力强等特点，能耐干旱、耐高寒、耐盐碱、耐瘠薄、耐风蚀、抗风沙，可以适应当地气候。西藏灌丛生态系统包括4种类型，即河谷热性灌丛、河谷干暖灌丛、高原干冷灌丛、高山冷湿灌丛生态系统，从中可以看出西藏灌木可以适应干、冷环境的单一或协同影响。

另一方面灌木林可以发挥防风固沙、保持水土、涵养水源、生物多样性保护、固碳释氧和物质生产功能等作用，具有很高的生态和经济价值，为人类提供饲料、药材、肥料和工业原料，并是农牧区重要的生活燃料。

2 灌木植被碳储量估算方法

目前对灌木林碳储量的研究是通过植被平均生物量法估算各种类型的灌木林碳储量。考虑到工作量及破坏性取样对植被的破坏，当前的研究多数仅测量了灌木地上部分的生物量，缺乏地下生物量数据。胡会峰等[10]在计算中国主要灌木林植被碳储量时，通过收集文献中某一种灌木类型地上和地下生物量资料，对数据进行回归拟合或计算两者的比值，利用建立的地上和地下生物量关系进而推算该类型其它样方的地下生物量。对有限个样方的生物量进行平均即为样方平均生物量，乘以相应类型的灌木林面积即为总生物量。罗天祥等[11]基于有限样点的资料，统计得出青藏高原主要灌木林的生物量为20～40 t/hm2，平均为35.166 t/hm2。然而以上方法与结果都是粗略的估计，建模样本数量和估算样本数量均较小，影响了估计的精度。为了科学的了解西藏灌木林碳库及碳汇潜力，通过对西藏灌木林进行代表性和全面性的灌木林群落因子调查，并使用灌木林分样木法和样方法的建模方程将群落因子调查结果转换为生物量和碳储量，从而估算样地尺度和地区尺度灌木林碳储量。

2.1 基础数据调查

在西藏自治区主要灌木林县开展灌木林主要因子调查，并采集样品以建立灌木林生物量模型。根据西藏自治区森林资源规划设计调查资料所提供的灌木林各类型面积，综合考虑交通情况，确定调查线路及各县样地数量。样地采用随机设置法，全区共布设样地740个。样地设置为5个正方形样方，呈“米”字形布局，每个样方大小为5 m×5 m，如图1。

调查因子包括样地基本因子调查(地理坐标、海拔、坡度、坡向、坡位、土壤类型、土层厚度、盖度等)及生物因子调查(优势树种、平均年龄、株数或分枝数、地径、高度、冠幅等)。

图1 样地形状

2.2 生物量模型样本调查

灌木生物量建模按森林植被群落的建群种确定建模单元，生物量模型样本原则上按盖度、高度等因子从小到大排列并按照正态分布的规律选取一系列的样地开展调查。按照生物量估算的“保守性”原则，调查在4—5月份开展。生物量调查及采样方法分样木法和样方法[12]。样地内选择一丛代表性灌丛，分别测量灌丛高度、东西冠幅、南北冠幅、平均地径，挖取灌丛进行破坏性采样，分别称取根、干、枝、叶的鲜重，并分别采集各部位样品带回实验室，将烘箱温度调到105℃进行30min的杀青处理，然后将温度调节至80℃，使样品烘干至恒重，计算各部位含水率，并结合鲜质量测定值换算成干质量。

3 灌木林生物量模型

通过对采集样本的烘干及测定，使用origin 8.0软件和Excel对生物量与相应生物学因子进行数据处理、统计与曲线拟合，采用直线、指数、对数、二项式及乘幂等多种回归模型模拟总生物量与各生物因子之间的回归方程，根据决定系数R2的大小来评价方程的优劣，选出拟合度好且具有生物学意义的数学模型来建立因变量(灌丛生物量)与自变量之间的相关性方程。其中，建立单木模型的灌木有：梭梭、柳灌、杜鹃、栎灌、柏灌等；建立样方模型的灌木有：砂生槐、白刺、小檗、水柏枝、三颗针等。选取的方程如下。

3.1 灌木林样方法生物量模型

1) 植冠面积作为自变量因子建立的“生物量—植冠面积”一元或二元方程：

(1)

n=37，R2=0.6699；

或y=1176.4Ac+478.58，

(2)

n=37，R2=0.5933

式中Ac为植冠面积(m2)，y为灌丛生物量(g)。

植冠面积的计算公式为Ac=πC1C2/4[13]，式中C1和C2分别为南北和东西方向的冠幅长度(m)。

2) 植冠投影体积作为自变量因子建立的“生物量—植冠投影体积”一元或二元方程：

(3)

n=37，R2=0.6331；

或y=698.65Vc+908.25，

(4)

n=37，R2=0.6151

式中Vc为植冠投影体积(m3)，y为灌丛生物量(g)。

植冠投影体积的计算公式为Vc=Ac×h[13]，式中h为株高(m)。

由以上拟合方程可以看出，使用植冠面积或植冠投影体积均获得较好的拟合结果，利用其它生物学因子的拟合相关性相对较差，此处略。由于生物量与森林资源的“蓄积”“材积”等类似，是一个三维意义上的度量，因此最终选择方程(4)作为样方法生物量模型。

3.2 灌木林样木法生物量模型

y= 53.251d2h+90.105，

(5)

n=39，R2=0.9414

式中d为样木地径(cm)，h为样木高(m)，y为灌丛生物量(g)。

4 灌木林碳储量

通过模型将740个样地的生物学因子转换为样地单位面积生物量，即生物量密度。计算方法为： 生物量密度=样地生物量/样地面积=灌丛生物量/灌丛面积×盖度。对全区740个样地的调查因子进行转换、统计，得出全区灌木林平均生物量密度为17.06 t/hm2。由于灌木一般是木本植物，因此其生物量和碳储量之间的转换系数按乔木植被的0.5进行换算[3]。按此比例计算西藏灌木林平均碳密度为8.53 t/hm2。各主要树种平均碳密度见图2。其中，碳密度>20t/hm2的树种有柳灌和沙棘，水柏枝碳密度介于10 ～20t/hm2之间，其它树种碳密度<10 t/hm2。

图2 各主要树种平均碳密度

西藏自治区森林资源连续清查结果(2011年)表明，西藏灌木林地面积为856.44万hm2。按照全区灌木林平均碳密度8.53t/hm2计算，灌木林总碳储量为0.73亿t。

5 研究展望

西藏自治区2012 —2013年开展的全区森林资源规划设计调查对灌木林县设置了样方调查，在灌木林小班内选择有代表性的地段，设置10m×10m的样方1～2个，详细调查各灌木树种名称、株(丛)数、平均高度和覆盖度。调查获取的第一手资料将为精确估算全区灌木林碳储量及碳库地理分布规律、不同树种碳密度分布的研究提供基础数据，为估算灌木林碳汇在应对气候变化方面的贡献服务。

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ShrubwoodCarbonReserveEstimationinTibetAutonomousRegion

FU Dafu

(Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration, Changsha 410014, Hunan，China)

The unique landform and the natural features of high, drought and cold in Tibet Plateau facilitate the growth and wide distribution of shrubwood.The shrubwood, as the indispensable constituent part of forest resources, has played an important role in forestry ecology construction and tackling climate change.In recent years, the ecological protection in Tibet Autonomous Region has been intensified. By adopting such measures as closing hillsides for afforestation, the shrubwood resources have been protected and increased. The estimation of shrubwood carbon pool and carbon sequestration has a positive meaning to fully understand the important status of the shrubwood, to make shrubwood play an important role of carbon sequestration and increase carbon sink, and to evaluate the ecological construction achievements in Tibet Autonomous Region.

shrubwood；carbon pool；carbon reserve；model

2014-07-30

付达夫(1971-)，男，湖南岳阳人，高级工程师，主要从事森林资源监测工作。

S 718.55

B

1003-6075(2014)04-0004-04