长沙望城区主要树种生物量与碳储量的研究

黄采艺，文仕知，欧阳钦，杨丽丽

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

长沙望城区主要树种生物量与碳储量的研究

黄采艺，文仕知，欧阳钦，杨丽丽

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

以望城区2013年森林资源二类调查的数据为基础，运用生物量与蓄积量之间关系的生物量转换因子连续函数模型对望城区主要树种的生物量、碳储量、碳汇价值进行计算。结果表明：望城区的主要树种有马尾松、杉木、国外松、阔叶树，其中阔叶树是乔木树种的主体，面积占乔木林总面积的56.11%；幼中龄林占优势地位，其面积占到了全区林分总面积的93.47%；主要树种的生物量为1 362.59×103t，碳储量为688.056×103t，平均生物量为61.198 t/hm2，碳密度为30.898 t/hm2，碳密度低于全国和世界的平均水平，说明望城区还有着巨大的碳汇潜力。

森林树种；生物量；碳储量；碳汇价值；长沙望城区

森林生态系统是陆地生态系统的主体，也是地球生物圈重要的组成部分[1]，尽管全球森林面积仅为陆地面积的27%，但地上植被储存了地球生物圈约80%的地上碳储量，土壤储存了全球土壤碳的40%左右，森林光合作用和呼吸作用与大气之间的年碳交换量高达陆地生态系统年碳交换量的90%，是地球上最经济有效的吸碳器。森林在调节全球碳收支平衡、减缓大气CO2等温室气体浓度上升等方面具有不可替代的作用。近年来，随着“绿化工程”和“退耕还林工程”的实施，我国森林面积快速增加。森林在CO2的吸收和固定及减缓全球气候变化等方面的作用也随之得到重视[2]。目前，关于森林的生物量和碳贮量国内外已有较多报道[3-12]。

关于森林碳储量的影响因素，森林的生物量与其成长阶段的关系最为密切，其中碳的累积速度在中龄林生态系统中最大，而成熟林、过熟林其碳素的吸收与释放基本平衡。从森林的年龄结构来估算吸收碳素的潜力是决定森林生态系统碳汇功能的一个主要方面，我国森林的结构以幼龄林、中龄林居多，因此我国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力很大。

本研究以望城区的森林资源作为研究对象，通过2013年森林资源二类调查，获取望城区最新森林资源二类调查图表数据，选用方精云的生物量转换因子连续函数来估算望城区的典型森林植被生物量[12]，并根据石军南[13]对各种乔木类植被及非乔木类植被生物量与碳储量的转化率的分析，计算望城区的碳储量总值及不同树种碳储量，从而得出望城区主要树种的碳汇价值，通过分析望城区不同森林植被碳储量，为提升该区的碳汇价值提出一定的建议。

1 研究区概况

望城区位于湖南省中部偏北，湘江下游两岸，地理坐标介于东经 112°03′～ 113°02′、北纬 20°58′～25°34′。望城区属于湖南省省会长沙市辖区，东连长沙市开福区和长沙县，南接岳麓区，西接宁乡县和益阳市赫山区，北与岳阳市湘阴县、汨罗市为邻。望城区为不规则长方形地形，地势由南向北倾斜。东北部群山连绵，其中黑麋峰的海拔590.5 m，为望城区的最高峰；南部凤凰山、石牛峰、大凰山、金牛岭等由湘潭入境，纵横靳江河谷东南；嵇珈山海拔为474.2 m，位于望城区的西南部，自宁乡蜿蜒起伏；西北部为滨湖冲积平原区，土地平旷，渠沟纵横，拥有区内最大的湖泊团头湖，全区最低海拔为23.5 m的湛湖；望城区中部为丘陵岗地，海拔处在60～150 m之间，土质红黄。望城区水资源丰富，境内河流湖泊众多，均属湘江水系。望城区属中亚热带东部湿润季风气候区，全年平均气温为16.6 ℃，年均降水量为1 420 mm。全区土壤以红壤、潮土、水稻土为主，pH值多在4.9～6.5之间。望城区境内植被属中亚热带常绿阔叶林带，森林植被类型主要包括常绿阔叶林、常绿杉松针叶林、落叶阔叶林、竹林和以油茶、桂花、茶叶为主的经济林。望城区现有林业用地为6 052 947.3 hm2，其中有林地为5 743 115.1 hm2（乔木林5 254 501.1 hm2，竹林488 614 hm2），森林覆盖率为27.19%，活立木蓄积量为1 376 188 m3。主要树种以马尾松Pinus massoniana、杉木Cunninghamia lanceolata、国外松、杨树Populus、毛竹Phyllostachys pubescens、各类阔叶树等为主。

2 研究方法

2.1 数据来源

望城区主要树种生物量和碳储量估算的基础数据为2013年望城区森林资源二类清查数据，主要乔木树种（林分）为马尾松、杉木、国外松、阔叶树等。

2.2 生物量估算

采用1996年方精云等[12]建立的生物量转换因子连续函数模型进行望城区典型植被的生物量估算。

式（1）中：B为单位面积生物量，t/hm2；V为单位面积蓄积量，m3/hm2；a和b为参数。估算后的望城区主要树种的基本参数如表1所示。

表1 望城区主要树种的基本参数Table 1 Basic parameters of estimating main forest biomass

2.3 碳储量及碳汇价值估算

一般来说，森林植被的碳储量可以根据植物有机物中的碳含量进行计算。尽管不同树种、不同林龄、不同的种群结构，其碳含量会有所不同，转换率也会不一样，但是差异都不大，一般都在0.45～0.55之间。碳储量的计算公式为：

式（2）中：C为小班森林碳储量；W为小班森林生物量；CC为生物量中碳的转化率。本研究的碳转化率直接采用相关论文中的研究结果[13]，长沙望城区主要树种的碳的转化率如表2所示。

表2 主要树种平均碳转化率Table 2 Carbon transform rate of main tree species

目前对碳汇价值的估算，由于国内外受到多方面的影响，现在并没有一个固定的方法。但是综合各方面的研究结论和估算方法，森林碳汇价值大致都在4.5 ～20 美元/t之间波动。根据《世界碳汇贸易价格预测比较表》中的结论，本研究碳汇价值的估算标准取中间值 10 美元 /t。依照 2014年 3月 4日 1美元兑换人民币6.123 6元，折合成人民币为61.236 元 /t。

3 结果与分析

3.1 树种结构和龄级结构

望城区林分中的主要乔木树种（组）有：马尾松、杉木、国外松、阔叶树（慢生、中生、阔生）和一些其他树种。各树种（组）面积和蓄积量占乔木林总面积和乔木林总蓄积量的比例如表3所示。

表3 主要树种的面积、蓄积量Table 3 Stand area and stand volume of major tree species

由表3可知，望城区主要树种（组）占全区乔木林总面积的99.45%和乔木林总蓄积量的99.64%。其中：马尾松的面积和蓄积量分别占全区乔木林总面积的13.54%和乔木林总蓄积量的12.30%；杉木的面积和蓄积量分别占全区乔木林总面积的20.96%和乔木林总蓄积量的24.28%；国外松的面积和蓄积量分别占全区乔木林总面积的7.66%和乔木林总蓄积量的7.44%；阔叶树（慢生、中生、速生）的面积和蓄积量分别占全区乔木林总面积的56.11%和乔木林总蓄积量的53.63%。因此，选择马尾松、杉木、国外松、阔叶树4大树种作为本文的研究对象。

望城区不同龄级树种的面积和蓄积量占乔木林总面积和总蓄积量的比例如表4所示。

表4 不同龄组森林植被的面积、蓄积量Table 4 Total area and total volume of different age-class groups tree species

由表4可知：望城区森林植被中，幼龄林森林植被面积占森林植被总面积的14.97%，蓄积量占森林植被总蓄积量的6.48%；中龄林森林植被面积占森林植被总面积的78.50%，蓄积量占森林植被总蓄积量的85.47% ；近熟林森林植被面积占森林植被总面积的5.42%，蓄积量占森林植被总蓄积量的6.55%；成熟林森林植被面积占森林植被总面积的1.10%，蓄积量占森林植被总蓄积量的1.48%；过熟林森林植被面积占森林植被总面积的0.01%，蓄积量占森林植被总蓄积量的0.01%。由此可知，望城区森林植被主要处于幼龄林和中龄林的阶段。

3.2 各主要树种生物量与碳储量

由表5可知，望城区主要树种总生物量为1 383.105×103t， 总 碳 储 量 为 698.313×103t。其中：马尾松生物量为82.663×103t，碳储量为42.522×103t，占乔木树种总生物量和碳储量的5.98%；杉木生物量为232.790×103t，碳储量为124.682×103t，占乔木树种总生物量和碳储量的16.83%；国外松生物量为107.468×103t，碳储量为56.936×103t，占乔木树种总生物量和碳储量的7.78%；慢生阔叶树生物量为587.454×103t，碳储量为290.026×103t，占乔木树种总生物量和碳储量的42.44%；中生阔叶树生物量为341.844×103t，碳储量为168.768×103t，占乔木树种总生物量和碳储量的24.73%；速生阔叶树生物量为10.371×103t，碳储量为5.120×103t，占乔木树种总生物量和碳储量的0.76%。由此可见，各种主要树种的生物量及碳储量依次为慢生阔叶树＞中生阔叶树＞杉木＞国外松＞马尾松＞速生阔叶树。

表5 望城区主要树种生物量和碳储量Table 5 Biomass and carbon storage of main forest stands in Wangcheng district 103 t

按照龄级划分，望城区幼龄林生物量为127.272×103t，碳储量为 64.000×103t，占乔木树种总生物量和碳储量的9.20%；中龄林生物量为 1 158.035×103t，碳储量为584.114×103t，占林分总生物量和碳储量的83.73%；近熟林生物量为81.264×103t，碳储量为41.493×103t，占乔木树种总生物量和碳储量的5.88%；成熟林生物量为16.382×103t，碳储量为8.629×103t，占乔木树种总生物量和碳储量的1.18%；过熟林生物量为0.150×103t，碳储量为0.076×103t，占乔木树种总生物量和碳储量的0.01%。

3.3 各主要树种平均生物量与碳密度

如表6所示，望城区主要树种的单位面积平均生物量为61.198 t/hm2，碳密度为30.898 t/hm2。其中：马尾松单位面积平均生物量为26.860 t/hm2，碳密度为13.817 t/hm2，马尾松单位面积的生物量和碳储量在从幼龄林到成熟林的阶段随着龄级的增长而逐渐增加，符合植被生长规律。杉木单位面积平均生物量为48.885 t/hm2，碳密度为26.183 t/hm2；国外松单位面积平均生物量为61.806 t/hm2，碳密度为32.745 t/hm2；杉木和国外松单位面积的生物量和碳储量在从幼龄林到成熟林的阶段是随着龄级的增长而逐渐增加，由于人为的过度砍伐和自然条件（过熟林密度过低），从而导致过熟林比成熟林略有下降。慢生阔叶树单位面积平均生物量为58.036 t/hm2，碳密度为28.652 t/hm2，望城区慢生阔叶树林单位面积的生物量和碳储量在从幼龄林到近熟林的阶段是随着龄级的增长而逐渐增加，过熟林比近熟林略有下降。中生阔叶树单位面积平均生物量为142.399 t/hm2，碳密度为70.303 t/hm2；速生阔叶树单位面积平均生物量为45.548 t/hm2，碳密度为22.487 t/hm2，中生阔叶树和速生阔叶树林单位面积的生物量和碳储量从幼龄林到成熟林阶段随着龄级的增长而逐渐增加，符合植被生长规律。

按照龄组划分，幼龄林单位面积平均生物量为37.453 t/hm2，碳密度为18.834 t/hm2；中龄林单位面积平均生物量为65.313 t/hm2，碳密度为32.944 t/hm2；近熟林单位面积平均生物量为66.463 t/hm2，碳密度为33.936 t/hm2；成熟林单位面积平均生物量为66.377 t/hm2，碳密度为34.964 t/hm2；过熟林单位面积平均生物量为62.368 t/hm2，碳密度为31.497 t/hm2。从幼龄林到近熟林，随着林龄的增加，单位面积的生物量及碳密度也在增加，成熟林和过熟林由于砍伐需要，导致单位面积生物量及碳密度的减少，成熟林虽然单位面积生物量不是最大，但碳密度最高，是由于林分器官中的碳含量较高导致的，说明成熟林的碳汇功能强于其他龄组林分。

表6 望城区主要树种平均生物量和碳密度Table 6 Average biomass and average carbon density of main tree species in Wangcheng district (t·hm-2)

3.4 各主要树种的碳汇价值

结合望城区碳储量计算结果和《世界碳汇贸易价格预测比较表》中的结论，即61.236元/t，既而可得出望城区主要树种的森林碳汇价值为4.21×107元。

4 结论与讨论

望城区的主要树种有马尾松、杉木、国外松、阔叶树等4类，其中阔叶树是乔木树种的主体，它的面积和蓄积量分别占乔木林的56.11%和53.63%。幼中龄林占优势地位，其面积占到了全区林分总面积的93.47%，蓄积量占到了全区林分总蓄积量的84.98%。

望城区主要树种的总生物量为1 362.59×103t，平均生物量为61.198 t/hm2。其中慢生阔叶树生物量为587.454×103t，占主要树种总生物量的42.44%，在望城区主要树种生物量中占绝对优势，之后依次是中生阔叶树（341.844×103t）＞杉木（232.790×103t）＞国外松（107.468×103t）＞马尾松（82.663×103t）＞速生阔叶树（10.371×103t）。

望城区主要树种碳储量为688.056×103t，占森林总碳储量的97.95%，碳密度为30.898 t/hm2，低于全国35～39 t/hm2的平均水平，远低于世界的平均水平86 t/hm2，这说明望城区还有较大发展碳储量的空间。各主要树种的碳储量依次为慢生阔叶树（290.026×103t）＞中生阔叶树（168.768×103t）＞杉木（124.682×103t）＞国外松（56.936×103t）＞马尾松（42.522×103t）＞速生阔叶树（5.120×103t）。望城区主要树种的森林碳汇价值为4.21×107元。

望城区主要树种的碳密度低于全国和世界的平均水平，除了立地条件、气候等方面的影响以外，也与望城区的树种及各树种的龄级有关，幼、中龄林的面积占到了绝大多数，说明望城区还有着巨大的碳汇潜力。提高森林植被的生物量能够更好地提高碳储量和发挥碳汇潜力。因此，对提高望城区森林植被生物量提出几点建议：

（1）严格控制有林地的开发和利用，增强人工林的经营管理。选择适合当地自然条件的、平均生物量较大的树种，并适地适树、因地制宜配置树种结构。

（2）提高重点公益林比例，减少商品林比例，加强生态保护。

（3）科学合理经营现有阔叶林（次生林），使其逐步演替为亚热带常绿阔叶林群落。

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Researches on biomass and carbon storage of main tree species in Wangcheng district of Changsha city

HUANG Cai-yi, WEN Shi-zhi, OUYANG Qin, YANG Li-li
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

With the statistical data of Class II Forest Resource Inventory for Wangcheng district of Changsha city in 2013, the biomass,carbon and carbon sink values of the main tree species of Wangcheng district were calculated by employing the biomass conversion factors continuous function model about relationship between biomass and accumulation amount.The results show that the main tree species in Wangcheng district were masson pine, Chinese fir, pine abroad, broad-leaved trees, of them broad-leaved tree were the main tree species，theirs area covered 56.11% and 53.63% of that of total tree forest in the district respectively; With viewing of age structure,the young and middle-aged forests were in dominant position of all stand, theirs area and volume accounted for 93.47% of total forest area; The biomass，carbon storage，average biomass and carbon density of main tree species in Wangcheng district were 1 362.59×103t,688.056×103t, 61.198 t/hm2and 30.898 t/hm2respectively; The carbon density was lower than the national and global average level,which shows that there is a large space of carbon storage development in Wangcheng district.

trees species; biomass; carbon storage; carbon sink value; Wangcheng district in Changsha city

S718.55+6

A

1673-923X(2015)09-0128-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.09.022

2014-10-16

湖南省林业厅重点项目“湖南省十二·五森林资源规划设计调查”（2013NK3037）

黄采艺，博士研究生 通讯作者：文仕知，教授，博士生导师；E-mail：wenshizhi@126.com

黄采艺,文仕知,欧阳钦,等.长沙望城区主要树种生物量与碳储量的研究[J].中南林业科技大学学报,2015,35(9):128-132.

[本文编校：谢荣秀]