云南省森林生态系统植被碳储量及碳密度估算*



云南省森林生态系统植被碳储量及碳密度估算*

燕腾1，彭一航1，王效科2，巩合德1,2

(1.西南林业大学，云南昆明650224；2.中国科学院 生态环境研究中心，北京100080)

摘要：基于2009-2013年第8次全国森林资源连续清查数据，利用生物量扩展因子法，采用改良的计算参数，从不同龄组、林型等方面进行考虑，对云南省森林资源的生物量、碳储量及碳密度进行了估算。结果表明，我国第8次森林资源清查中，云南省森林林分生物量为1 640.92×106t，平均生物量为101.71 t/hm2，林分碳储量为775.30×106tC，林分平均碳密度为50.77 tC/hm2，森林植被碳储量总量为818.29×106tC。人工林碳储量只占林分碳储量的5.90 %，幼龄林只占林分碳储量的17.09 %；天然林与成熟林在云南省森林资源碳储量中所占比重较大，在扩大云南省森林植被碳储量方面，可以通过选择林龄结构及森林林分类型来加以实现。人工林将会在森林植被碳储量中占有越来越重要的地位。

关键词：生物量扩展因子；碳储量；碳密度；生态系统；云南省

当前在全球气候变化的背景下，碳排放权已经成为制约世界各国经济发展的瓶颈，在国际上争取到足够的碳排放份额对于中国经济的发展和人民生活的改善至关重要。中国森林生物量及碳储量的研究源于20世纪80年代，潘维俦等在1979年通过建立杉木(Cunninghamialanceolata)林的对数回归方程，对湖南会同县不同地区的生物量进行了分析比较[1]；康惠宁等在1996年研究了中国森林的年均净固碳量并预测了中国未来20年净固碳量的变化状况[2]。但由于各类森林实测数据较少且得到的实测数据较高，使得所测得的生物量及碳储量都普遍偏高。王效科等以各林龄级森林类型为统计单位，采用建立生物量与蓄积量的关系的方法，对中国森林生态系统的植物碳储量进行了估算，得出中国森林生态系统的植物碳贮量为32.6～37.3×108tC[3]；徐新良等则在2007年基于全国第6次森林资源清查数据并结合森林生物量实测数据，采用分树种、分龄组的生物量—蓄积拟合关系，估算了中国20世纪70年代以来森林植被碳储量的动态变化[4]。

尽管云南森林资源丰富，森林碳汇项目起步较早，但缺乏对森林碳储量和碳汇潜力的定量研究，对云南省森林资源碳储量的研究也较少。徐新良在云南省的设样方只局限于云南省的西北部，并未对云南省进行较为全面的设样实测，且由于各树种(组)含碳率及优势树种的差异，在对全国碳储量进行估算中，云南省碳储量的估算存在一定差异[4]。本研究基于第8次全国森林资源连续清查资料，利用生物量扩展因子法，采用改良的计算参数，从不同龄组、林型等方面对云南省森林资源的生物量、碳储量及碳密度进行了估算，以期为云南碳排放量份额制定提供参考。

1研究区域概况

云南省(东经97°31～106°11′，北纬21°8′～29°15′)地处中国西南边陲，属低纬度内陆地区，土地面积38.321×104km2，山地高原面积占94 %，红壤系列土地占全省土壤总面积的55.32 %。地处长江、珠江和国际河流湄公河等上游和发源地，湖泊总面积为1 066 km2，总蓄水量约300×108m3[5]。

云南省季风气候明显，冬干夏雨，降水充沛，雨量分布不均，全省大部分地区年降水量在1 100 mm，6-8月降水量约占全年的60 %；年温差小，日温差大，平均气温在5～24℃，年温差一般为10～15℃，日温差可达12～20℃；无霜期长，光照充足，全省多数地区日照时数为1 800-2 700 h[5]。

云南省植物资源丰富，主要森林类型有以冷杉(Abiesfabri)和云杉(Piceaasperata)为主的寒温性针叶林、以云南松(Pinusyunnanensis)为主的暖性针叶林、以思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)为主的暖性针叶林以及热性阔叶林[13～14]。

2数据来源及研究方法

2.1数据来源

本研究所使用的数据来源于2009-2013年第8次全国森林资源连续清查资料，此资料记录了云南省详细的各树种、各龄组的面积和蓄积，以及归属权等各方面较为详细的信息。

表1　优势树种(组)含碳率、木材密度、扩展因子、地下/地上生物量比值参考值

注：参数来源：《中华人民共和国气候变化第二次国家信息通报》“土地利用变化与林业温室气体清单”(2013)。冷杉(Abiesfabri)，云杉(Piceaasperata)、铁杉(Tsugachinensis)、油杉(Keteleeriafortunei)，落叶松(Larixgmelinii)，华山松(Pinusarmandii)，云南松(Pinusyunnanensis)，思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)，高山松(Pinusdensata)，杉木(Cunninghamialanceolata)，柳杉(Cryptomeriajaponica)，柏木(Cupressusfunebris)，桦木(Betulaplatyphylla)，樟木(Cinnamomumcamphora)，楠木(Phoebezhennan)，榆树(Ulmuspumila)，木荷(Schimasuperba)，刺槐(Robiniapseudoacacia)，枫香(Liquidambarformosana)，杨树(Populusspp.)，桉树(Eucalyptusspp.)，楝树(Meliaazedarach)。

2.2研究方法

通过建立生物量与蓄积量间关系为基础的森林植被碳储量估算方法，近年来在估算森林植被碳储量方面得到广泛的应用。本研究采用生物量扩展因子法来建立生物量与蓄积量间的关系，从各优势树种不同含碳率、不同地上生物量与地下生物量的关系、不同的木材密度等角度对各优势树种碳贮量进行对比研究，进而估算云南省森林植被碳储量[6～10]。

C=V×BEF×D×(1+R)×CF×S,式中，C为某一森林类型的森林植被碳储量(tC)；V为某一森林类型的单位蓄积量(m3)；BEF为生物量扩展因子；D为某一树组的木材密度(td·m·m-3)；R为某一树组地下生物量/地上生物量的比值；CF为某一树组生物量含碳率tC/(td·m)；S为某一优势树种的面积m2。

表1所列为此次碳储量估算中采用的优势树种(组)含碳率、木材密度、扩展因子、地下/地上生物量比值参考值。

由于经济林、竹林、灌木林在清查数据中资料不详细，无法通过建立生物量与蓄积量的关系对其进行估算，故采用单位面积平均生物量乘以面积[11]，中国经济林的平均生物量为23.7 t/hm2；秦岭淮河以南的灌木林平均生物量为19.76 t/hm2；杂竹的平均生物量为47.86 t/hm2。

3结果与分析

3.1森林各林型的碳储量及分析

根据第8次全国森林资源连续清查资料计算了云南省森林植被碳储量，由表2可知，云南省森林植被总碳储量为818.29×106tC；森林林分生物量为1 640.92×106t，平均生物量为101.71 t/hm2；林分碳储量为775.30×106tC，经济林、灌木林、竹林总碳储量为42.99×106tC；林分平均碳密度为50.77 tC/hm2；森林植被平均碳密度为42.75 tC/hm2。

表2　森林各林型的生物量、碳储量及碳密度

从表2可知，在云南森林植被碳储量中，阔叶林及针阔混交林的碳密度相对较大。阔叶林碳储量占森林植被碳储量的54.53 %，且阔叶林的单位蓄积及单位生物量都大于针叶林，在固碳能力及碳储量上都优于针叶林，总体来说，阔叶林在云南省森林植被固碳中所起到的作用要大于针叶林。相较于针阔混交林，阔叶林的面积、碳储量均为针阔混的5倍左右，因此，在扩大森林面积，增加森林碳储量中，可适当扩大阔叶林面积，有利于提高森林植被碳储量。经济林、竹林和灌木林，3类林型总碳储量只占全省森林植被碳储量的5.25 %，且在碳密度上要普遍低于森林植被平均碳密度，虽然3类林型总面积占全省森林面积的20.23 %，但由于3类林型固碳能力有限，故此3类林型在云南省的森林植被碳储量中起到的作用较少。

此次森林碳储量估算结果与李世东等2013年出版中所预测的在2009-2013年云南省森林碳储量将达到913.24×106tC存在一定差异[13]，差异幅度10.39 %，造成此次估算结果与李世东等对云南省2009-2013年间碳储量的预测存在一定差异的原因，除去所采用的估算方式、含碳率及所侧重的估算因素不同外，还可能存在以下几个原因：(1)根据第8次全国森林资源清查数据，云南省林地面积250 104 km2，占全省面积的65.27 %，据第2次土壤普查的土地评价[5]，云南省宜林的四级、五级和六级土地资源共2 546.67 km2。且云南省森林面积的年均增长呈现下滑趋势，在满足常用耕地及各类建设用地等情况下，依靠不断扩大林业面积促进森林碳储量增加的方式，已经不适合云南碳汇项目的发展建设。(2)据第8次全国森林资源清查资料显示，在2009-2013年间，云南省森林资源由于森林病虫害、森林火灾、气候灾害等原因，受灾面积17 609 km2，占森林资源面积的9.20 %，森林资源受损严重，对云南省森林植被碳储量造成了一定影响。

3.2 不同起源的森林类型、不同龄组的碳储量及

分析

不同起源的森林碳储量见表3、表4,不同龄组的碳储量见表5。

表3　人工林、天然林在云南省森林生态系统各龄组中碳储量及所占比例

表4　人工林、天然林中碳储量排名前三位的优势树种(组)

由表3可知，云南省天然林碳储量远大于人工林碳储量，人工林碳储量只占森林林分碳储量的5.90 %，面积却占森林林分面积的12.82 %；人工林碳储量在各龄组中所占比例较少，分别占6.60 %、8.85 %及4.51 %，人工林中幼龄林、中龄林所占比例高于成熟林，且中龄林所占比例相对较高。

从表4中可以看出，人工林中碳储量最大的3类树种分别为杉木(Cunninghamialanceolata)、华山松(Pinusarmandii)、桉树(Eucalyptusspp.)，其碳储量分别为9.64×106tC、8.12×106tC、7.87×106tC，天然林中碳储量最大的3类树种(组)分别为阔叶混、栎类和云南松。李亮[13]、蔡丽莎[14]认为：人工林中碳储量最大的3类林分类型为杉木、华山松和云南松；自然林中碳储量最大的3类林分类型为阔叶混、栎类和其他软阔类。本研究结果与两人比较可发现，人工林中的杉木、华山松和天然林中的阔叶混、栎类，其碳储量都有了明显增加。但本研究结果与两人研究结果也存在一定变化，桉树及云南松碳储量都有了较大提高，究其原因可能是：统计方法不同，由于第8次全国森林资源连续清查中对各树种进行了重新分类，导致在计算各优势树种(组)碳储量时产生一定差距。人工林碳储量由第7次清查中的32.31×106tC[13]增加到了45.73×106tC，增长率达41.54 %，碳储量有了较大提高，虽然天然林在云南省森林固碳中起到的作用远大于人工林，但由于人工林生长速度快，人工林在云南省森林固碳中具有巨大的发展空间。由表5可知，不同龄组在不同的林型中所占比重也存在差异，不同森林林型中，成熟林碳储量所占比重较大。林分中成熟林碳储量占林分碳储量的59.12 %，天然林型中成熟林碳储量占天然林碳储量的59.99 %；人工林型中的中龄林碳储量占人工林碳储量的35.69 %，相较于林分及天然林中中龄林的比例偏高。各龄组的碳储量中，成熟林碳储量最大，中龄林碳储量大于幼龄林碳储量。此计算结果与李亮指出的幼龄林碳储量大于中龄林碳储量的观点存在不同。由于依靠增加林业面积促进森林碳储量增加方式的减少，幼龄林的年增长量降低，龄组碳储量相应减少。并且，随时间推移，幼龄林逐渐向中龄林过渡，从而促使中龄林碳储量的增加及幼龄林碳储量的减少。

总体来说，由于人工林与天然林生理等方面的差异，人工林由幼龄林发育成中龄林及成熟林的时间较天然林更短。如云南松在人工林与天然林年均生长量上的差异，云南松天然林，21-40年生的林分，一般平均生长量为65 m3/hm2，每公顷年平均生长量为2.2 m3；云南松人工林，11-30年的林分，一般平均135 m3/hm2，每公顷年平均生长量为6.8 m3[15]。人工林的生长速度快，在快速增加碳储量方面更具优势。

表5　不同龄组的林分在各林型中的碳储量及所占比例

由于龄组的不同，森林类型间的碳密度如图1所示，林分与天然林各龄组的碳密度普遍高于人工林各龄组的碳密度。天然林各龄组的碳密度约为人工林各龄组碳密度的2倍。

图1　不同起源的森林类型各龄组平均碳密度

3.3优势树种(组)的碳储量及分析

由于各树种(组)间生长特性不同，木材密度及含碳率等各方面存在的差异，使得各优势树种(组)的碳储量及碳密度也存在一定差异。其中，阔叶混交林碳储量为273.20×106tC，占云南省森林碳储量总量的33.39 %；栎类、云南松、针阔混交林、冷杉碳储量分别为117.60×106tC，113.76×106tC，81.29×106tC，31.38×106tC。5类优势树种(组)的碳储量总量占森林植被总碳储量的75.24 %(如图2)，这5类优势树种(组)在云南省森林植被碳储量中起着重要的作用。

各优势树种(组)中，云南松碳储量为113.76×106tC，在针叶林碳储量中所占比例最大，此结果与蔡丽莎[14]研究结果一致，但在云南省碳密度方面存在一定变化。蔡丽莎研究认为，云南松碳密度在针叶林各优势树种中碳密度最低，为15.95 tC/hm2。根据第8次全国森林资源清查数据，本研究结果显示云南松碳密度为37.57 tC/hm2，且中龄林及成熟林碳储量占云南松碳储量的90.45 %。因此，可以看出云南松作为云南省的乡土树种，其生长速度较快，在发展全省森林植被碳储量中具有重要地位。

图2　各优势树种(组)碳储量比例

采用生物量扩展因子法计算的各优势树种(组)碳密度中，所得各优势树种(组)碳密度普遍高于李亮及蔡丽莎等研究结果，铁杉碳密度在全省森林植被碳密度中最大，高达267.59 tC/hm2。

4结论

基于第8次全国森林资源连续清查数据，利用生物量扩展因子法，采用改良的计算参数，从不同龄组、林型、优势树种等方面进行分析，对云南省森林资源的生物量、碳储量及碳密度进行了估算。中国第8次森林资源清查中，云南省森林林分生物量为1 640.92×106t，平均生物量为101.71 t/hm2；森林植被碳储量总量为818.29×106tC，林分碳储量为775.30×106tC，经济林、灌木林、竹林总碳储量为42.99×106tC，林分平均碳密度为50.77 tC/hm2，森林植被平均碳密度为42.75 tC/hm2；阔叶林碳储量占森林植被碳储量的54.53 %，人工林碳储量只占林分碳储量的5.90 %，幼龄林只占林分碳储量的17.09 %，天然林与成熟林在云南省森林资源碳储量中所占比重较大。

各树种(组)间生长特性不同，木材密度、含碳率存在的差异以及林龄结构、面积和蓄积量间的比例关系，都会对森林植被碳储量产生影响。研究结果表明：在不同起源的森林碳储量方面，天然林碳储量远大于人工林碳储量，天然林碳密度也大于人工林碳密度，因此在固碳方面，相较于人工林，天然林在云南省的森林植被碳储量中起到的更大的作用；在不同龄组结构中，成熟林碳储量所占比重较大，且碳密度较高；在不同林型中，阔叶林、栎类、云南松林、针阔混交林等林型碳储量较大，其在云南省森林植被固碳方面作用相对较大；针阔混交林的碳密度接近于阔叶林的碳密度，因此在云南省的植树造林中，可适当通过增加针阔混交林面积和套种乡土树种，来促进整体森林植被碳储量的增加。

虽然人工林碳储量较少、单位蓄积量较低且都为幼龄林，但由于人工林与天然林生理特性等方面的差异，人工林由幼龄林发育成中龄林及成熟林的时间较天然林更短，因此在云南省的碳汇项目中，人工林是必不可少的组成部分且在全省森林植被碳储量中所占比例会逐渐增加。

在预测森林资源碳储量的过程中，预测地区的实际土地面积、不适宜农林发展的土地资源面积、宜林地的面积，以及该地区的社会进步和经济发展对土地、林业的大量需求等方面，都有可能对森林资源碳储量预测的准确性产生一定的影响。

参考文献：

[1]潘维俦,李利村,高正衡.两个不同地域类型杉木林的生物产量和营养元素分布[J].中南林业科技,1979(4):1-14.

[2]康惠宁,马钦彦.中国森林C汇功能基本估计[J].应用生态学报,1996(3):230-234.

[3]王效科,冯宗炜,欧阳志云.中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究[J].应用生态学报,2001,12(1)：13-16.

[4]徐新良,曹明奎,李克让.中国森林生态系统植被碳储量时空动态变化研究[J].地理科学进展,2007,26(6)：1-10.

[5]李灿光，普永宏，杨锦霞,等.云南资料大全[M].昆明：云南人民出版社，2006：2-73.

[6]何英.森林固碳估算方法综述[J].世界林业研究,2005,18(1)：22-27.

[7]张洪武,罗令,牛辉陵,等.森林生态系统碳储量研究方法综述[J].陕西林业科技,2010(6)：45-48.

[8]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[J].西北林学院学报,2008,23(1):59-63.

[9]程鹏飞,王金亮,王雪梅,等.森林生态系统碳储量估算方法研究进展[J].林业调查规划,2009(6):39-45.

[10]方精云,陈安平,赵淑清，等.中国森林生物量的估算:对Fang等Science一文(Science,2001,291:2320～2322)的若干说明[J].植物生态学报,2002,26(2)：243-249.

[11]方精云,刘国华,徐嵩龄.我国森林植被的生物量和净生产量[J].生态学报,1996,16(5)：497-508.

[12]李世东，胡淑萍，唐小明.中国生态状况调查——森林植被碳储量动态变化研究[M].北京：科技出版社，2013：216-217.

[13]李亮.云南省1992-2007年森林植被碳储量动态变化及其碳汇潜力分析[D].昆明：云南财经大学,2012.

[14]蔡丽莎.云南省森林植被碳储量及动态变化研究[D].昆明：西南林学院,2009.

[15]薛纪如，姜汉侨.云南森林[M].昆明：云南科技出版社，1986：534-546.

Estimation of Carbon Storage and Density of Forest Ecosystem in Yunnan Province

YAN Teng1，PENG Yi-hang1，WANG Xiao-ke2，GONG He-de1,2

(1.Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，P.R.China;

2.Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences，Beijing 100080 P.R.China)

Abstract:To acquire the forest biomass and carbon storage of Yunnan Province，based on date from the continuous forest inventories (CFI) in 2009-2013，the forest biomass and forest carbon storage of Yunnan Province was estimated with the variable biomass extension factor method.The results showed that the forest biomass of Yunnan Province was 1 640.92×106t,and the total forest carbon storage of Yunnan Province was 818.29×106tC.The average unit area biomass of forest was 101.71 t/hm2，and the average carbon density was 50.77 tC/hm2.The results also showed that the carbon storage of the plantation and the young forest only account for 5.90 % and 17.09 % in the forest carbon,and also the natural forest and the mature forest have a larger proportion in Yunnan Province.Carbon storage varied with forest age and dominant forest species,suggesting that increases in vegetation carbon potentials could be achieved through selection of forest species and management of age structures，and the plantation will play an important role in forest carbon storage.

Key words:the extension factor of variable biomass;carbon storage;carbon density;ecosystem;Yunnan Province

中图分类号：S 718.55

文献标识码：A

文章编号：1672-8246(2015)05-0062-06

通讯作者简介：巩合德(1978-) ，男，副教授，博士,主要从事森林生态学方面的研究。E-mail：gonghede3@163.com

作者简介：第一燕腾(1989-)，男，硕士研究生,主要从事森林生态学方面的研究。E-mail：vacatedream@126.com

基金项目：国家自然科学基金项目(31200482)，中国科学院“西部之光”项目。

收稿日期：*2015-04-10

doi10.16473/j.cnki.xblykx1972.2015.05.012