纳板河流域季风常绿阔叶林碳蓄积潜能初探

刘　峰，杨雪青 ，李忠清

(1.纳板河流域国家级自然保护区管理局，云南 景洪 666100；

2.中国科学院昆明植物研究所，云南 昆明 650201)



纳板河流域季风常绿阔叶林碳蓄积潜能初探

刘峰1，杨雪青2，李忠清1

(1.纳板河流域国家级自然保护区管理局，云南 景洪 666100；

2.中国科学院昆明植物研究所，云南 昆明 650201)

摘要：2009年，在纳板河流域内设置了4个30m×50m的季风常绿阔叶林固定监测样地，按照每2年1次的频率，对各样地的相关监测指标进行测量和记录。结果显示：2009—2013年，4个样地碳储量均呈现上升趋势，2013—2015年，除样地2碳储量持续上升外，其余样地碳储量均呈现下降趋势；各个样地内树种的构成发生了变化，并且各优势种碳蓄积速率差异较大；4个样地的平均生态系统碳储量值为225.50t C/hm2，其中乔木层、根系、灌木和草本、凋落物现存量、粗死木质残体、表层土壤所占的比例分别为50.9 %、10.1 %、0.1%、1.7%、3.4% 和33.8%。建议：采取人工回归种植方法，不断提高森林蓄积和碳储量；加强季风常绿阔叶林非木质碳库保护；补充完善村规民约，积极推行节能减排；加强国内外科研合作，提高科研深度和广度。

关键词：季风常绿阔叶林；碳蓄积潜能；样地监测；纳板河流域

根据《联合国气候变化框架公约》(United Nation Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)，森林生态系统的碳库主要由植被地上生物量、地下根系生物量、凋落物、粗死木质残体和土壤有机碳几部分组成[1]。植被的碳储量是基于生物量和转换比率的乘积得来，是森林碳汇功能评价的关键指标，并对全球碳循环有重要调节作用[2]。同时，通过合理的林业管理措施实现森林的固碳增汇作用，已经成为了有效应对及缓解全球气候变化问题的重要手段。本文以位于南亚热带季风区的纳板河流域为例，通过对其典型地带型森林类型——季风常绿阔叶林生态系统碳蓄积潜能的初步研究，为今后科学、合理管护和可持续利用该类型的森林资源提出可行的对策及建议。

1研究区域概况

纳板河流域位于云南省南部、西双版纳傣族自治州中北部的景洪市和勐海县接壤地区，地理座标为东经100°32′～100°44′，北纬22°04′～22°17′，总面积26600hm2。本流域以山地为主，地势为西北高、东南低，最高点拉祜玛峰海拔2304m，最低点纳板河与澜沧江交汇口海拔539m，平均气温20.4～21.72 ℃，年降雨量1200～1800mm，4—9月为雨季，11月—翌年3月为旱季。流域内有热带雨林、热带季雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、暖性针叶林、热性竹林、稀疏灌木草丛、灌丛8种植被类型，动植物资源十分丰富。多年监测结果显示，截止2015年，流域内已记录到野生植物332科1321属3164种、变种和亚种，其中，有国家重点保护野生植物21种，珍稀濒危野生植物179种；已记录到野生动物46目206科999种，其中，有国家重点保护野生动物72种，珍稀濒危野生动物99种。

2研究方法

2.1样方设置

2009年，在纳板河流域内设置了4个30m×50m的季风常绿阔叶林固定监测样地(见图1)，样地主要信息见表1。用海拔仪测量经纬度和海拔高度，用罗盘仪测定坡度、坡向，并记录坡位(分为山脊、上坡、中坡、下坡、沟谷和平地)。详细记录监测样地所在区域的植被类型、群落特征(包括外貌、结构、盖度等)、主要优势树种以及外界干扰情况等。按照每2年1次的频率，对各样地的相关监测指标进行测量和记录。

2013年，根据快速碳汇评估方案 (Rapid Carbon Stock Appraisal, RaCSA)[3]，对4个固定监测样地增加了林下灌木和草本生物量、凋落物现存量、粗死木质残体、土壤有机碳的调查，初步了解了季风常绿阔叶林生态系统各碳库储备的情况。

2.2乔木层测定

对固定监测样地内胸径 ≥ 5.0cm的乔木树种进行编号、挂牌，准确鉴定其科名、中文名、拉丁名，监测胸径、基径、树高、冠幅、枝下高、低叶高等指标。

表1　纳板河流域季风常绿阔叶林样地特征

2.3乔木层碳储量计算

根据世界混农林业中心木质密度数据库(网址http://db.worldagroforestry.org/wd)查询样地内标准木木质密度分布，并通过Ketterings等(2001)森林生物量模型进行每木生物量计算：

W1=0.01ρ1D12.62

(1)

式中：W1—生物量(kg)；ρ1—木质密度(g/cm)；D1—乔木胸径(cm)。

之后采用0.5为生物量和碳储量之间的转换因子[4]，乔木的根系生物量采用根冠比0.235为转换因子[5]。

2.4灌木和草本层生物量

在固定监测样地的4个角和中心位置设立5个1m×1m的小样方，采用收获法收集灌木和草本生物量，在85℃下烘箱烘干48h至恒重得到干物质重量，然后计算出林分单位面积上的灌木和草本层生物量。

2.5地上凋落物现存量

在固定监测样地的4个角和中心位置设立5个0.5m×0.5m的小样方，收集所有凋落物，在85℃下烘箱烘干48h至恒重得到干物质重量，然后计算出林分单位面积上的凋落物现存量。

2.6粗死木质残体碳储量

在固定监测样地内，对所有小头直径>5cm并且长度>0.5m的枯立木、枯倒木、掉落枝干等进行调查，分别记录其两端直径和长度，并通过公式计算其生物量：

(2)

式中：W2—粗死木质残体生物量(kg)；H—长度(m)；D2—粗死木质残体两端直径平均值(cm)；ρ2—粗死木质残体的木质密度，通常以0.4g/cm3为默认值，如果是硬木的粗死木质残体，则为0.75g/cm3，如果是软木的粗死木质残体，最低值为0.2g/cm3。

2.7土壤碳储量测定

在固定监测样地的4个角和中心位置，分别开挖土壤坡面坑，收集表层30cm的土样，每10cm用环刀法取一次土样，带回室内测量土壤容重。土样在室内自然风干后过2mm筛，存储在密封袋内送至土壤实验室进行土壤碳含量检测。土壤的碳密度SOC(kg/m2)计算采用：

(3)

式中：Ci、Bi、Di分别为土壤剖面第i层土壤的有机碳含量(%)、土壤容重(g/cm3)、土壤厚度(cm), n为土壤坡面层数。

3结果

3.1乔木层地上部分碳储量动态变化

纳板河流域内4个季风常绿阔叶林的乔木层地上部分碳储量动态变化如图2所示。2009—2013年，4个样地碳储量均呈现上升趋势，各样地的最高碳储量分别是86.03tC/hm2，120.97tC/hm2，103.58tC/hm2和148.21tC/hm2；2013—2015年，除样地2碳储量持续上升至134.88tC/hm2外，其余样地碳储量均呈现下降趋势。其下降原因主要来自于季风常绿阔叶林成熟后，由于树木自然老化，容易受到风害和虫害侵扰导致林木死亡。整体来看，季风常绿阔叶林样地的乔木层地上部分平均碳储量呈持续上升并保持稳定的状态，2009、2011、2013和2015年分别为101.23tC/hm2，107.12tC/hm2，114.70tC/hm2和112.27tC/hm2，每两年的平均增长率为2.9tC/hm2·a，3.8tC/hm2·a和-1.2tC/hm2·a。

3.2优势树种的碳蓄积能力比较

通过分析样地内优势树种类型及碳储量构成(表2)可知，2009年，样地1内优势树种是红木荷、华南石栎和小果栲等，其中平均胸径较大的红木荷和黑黄檀能够在株数较少的情况下占据样地内高碳储量百分比；样地2内的优势树种是湄公栲、红梗润楠、瓦山栲等，湄公栲占据了将近50% 的碳储量百分比；样地3内的优势树种是红木荷、杯斗栲、滇南润楠等，株数最多的红木荷占据了样地50% 以上的碳储量百分比；样地4内优势树种为云南黄杞、泡火绳、云南石梓等，其中绒毛紫薇单株碳储量占样地10.6%，具有较高固碳能力。而2015年监测结果显示，各个样地内树种的构成发生了变化，并且各优势种碳蓄积速率差异较大。样地1内小果栲的碳储量增量最大(1.25tC/hm2·a)，接下来是华南石栎(1.12tC/hm2·a)和银柴(0.2tC/hm2·a)；样地2内是瓦山栲(2.27tC/hm2·a)、湄公栲(0.52tC/hm2·a)和多花白头树(0.2tC/hm2·a)；样地3内为红木荷(2.25tC/hm2·a)、滇南润楠(0.25tC/hm2·a)、野毛柿(0.12tC/hm2·a)和印度血桐(0.12tC/hm2·a)；样地4内为泡火绳(0.22tC/hm2·a)和绒毛紫薇(0.13tC/hm2·a)；部分样木由于死亡导致碳储量负增长。

3.3季风常绿阔叶林生态系统碳储量分布

通过分析2013年季风常绿阔叶林生态系统的各个碳库分布 (图3)，4个样地的平均生态系统碳储量值为225.50tC/hm2，其中乔木层、根系、灌木和草本、凋落物现存量、粗死木质残体、表层土壤所占的比例分别为50.9 %、10.1 %、0.1%、1.7%、3.4% 和33.8%。

流域内季风常绿阔叶林乔木层碳密度(地上部分乔木和地下部分根系)平均值为137.57tC/hm2，高于鼎湖山季风常绿阔叶林乔木层碳储量(89.75tC/hm2)[7], 高于我国硬叶常绿阔叶林(100.73tC/hm2)、常绿落叶阔叶林(73.68tC/hm2)、热带林(110.86tC/hm2)及我国森林碳储量的平均值(57.07tC/hm2)[8]，与西双版纳季风常绿阔叶林碳储量(149.56tC/hm2)[9]类似，但低于西双版纳湿性季节雨林(176.5～341.5tC/hm2)[10,11]、沟谷热带雨林(160.5tC/hm2)[12]和季节雨林(198tC/hm2)[13]。

表2　季风常绿阔叶林主要树种的个体密度、平均胸径及碳储量概况(以2009年和2015年为例)

4讨论及建议

4.1采取人工回归种植方法，不断提高森林蓄积和碳储量

根据我国森林法相关规定，国有林里自然死亡的树木，没有相关部门的审批和同意是不能继续利用的。同时，根据刘国华等定义的森林碳动态阶段，流域内季风常绿阔叶林属于碳积累速率下降的成熟阶段[6]，由于年龄级的因素能够影响季风常绿阔叶林从碳汇变为碳源，增加二氧化碳排放。因此，建议在热带地区的季风常绿阔叶林中，采取人工回归种植的方法，来恢复、促进该森林类型下的当地优势树种类群，从而不断稳步提高碳储量。

4.2加强季风常绿阔叶林非木质碳库保护

在关于森林生态系统的碳汇能力评价中，只有少数研究综合考虑了乔木层、根系、灌木和草本、凋落物现存量、粗死木质残体和表层土壤碳储量，这不仅极大地低估了现有生态系统的碳储量，也增加了区域性研究和国家级、国际级研究之间对比的困难性。同时，由于季风常绿阔叶林包含了丰富的物种及林下植被，能够不断通过凋落物的方式对表层土壤提供营养，减少雨季陡坡地带土壤侵蚀的形成，能对整个生态系统的物质循环、能量流动及水土保持起到重要作用。虽然速生经济林木能够在短期拥有大量乔木层及根系碳储量，但是，对于森林生态系统而言，单一种植的经济林木生态系统具有较低的非木质碳库储备，难以等同于自然林生态系统提供的生态服务功能。因此，需要更进一步加强季风常绿阔叶林非木质碳库的保护力度。

4.3补充完善村规民约，积极推行节能减排

4个样地内胸径>30cm的优势树种样木，能够对整个样地的碳储量总量造成重要影响，而这些优势树种样木，大部分属于当地村民习惯利用的传统优质薪材和建材。现行的许多村规民约，只是在广义上对村民进行约束，因此，需要根据各村的实际情况，补充、细化、完善村规民约的相关条款。同时，应通过多种形式，大力开展社区自然生态环境意识宣传教育活动，积极推行使用洁净、安全、环保的太阳能、沼气、风力等节能设施设备和新型环保建筑材料，不断降低当地村民对森林资源的压力。

4.4加强国内外科研合作，提高科研深度和广度

季风常绿阔叶林在我国热带地区的自然保护区具有广阔的分布面积，其森林碳储量对国际碳交易平台所起的作用意义深远。但是，纵观我国的自然保护区，在这方面的研究还比较薄弱。因此，建议各保护区加强与国内外科研院所、高校的合作，按国际标准，建立长期的固定监测样地及体系，通过利用3S技术结合野外实地监测的方法，不断提高该森林类型碳汇方面的深入研究。

参考文献：

[1]IPCC. Guidelines for national greenhouse gas inventories [M]. UK: Cambridge University Press, 2006.

[2] Houghton RA. Aboveground forest biomass and the global carbon balance [J]. Global Change Biology，2005，11 (6): 945-958.

[3] Hairiah, K., Dewi, S., Agus, F. et al. Measuring carbon stocks across land use systems: a manual [C]. World Agroforestry Centre (ICRAF), SEA regional office, Bogor, Indonesia, 2011.

[4] Fang JY, Chen AnP, Peng CH, et al. Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J]. Science, 2001(292):2320-2322.

[5] Mokany, K., Raison, R. J., Prokushkin, A. S. Critical analysis of root: shoot ratios in terrestrial biomes[J]. Global Change Biology, 2006(12): 84-96.

[6] 刘国华，傅伯杰，方静云.中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献[J].生态学报, 2000, 20 (5): 733-740.

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[8] 周玉荣，于振良，赵士洞. 我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡[J].植物生态学报, 2000, 24 (5): 518-522.

[9] 李东. 西双版纳季风常绿阔叶林的碳贮量及其分配特征研究[D]. 西双版纳:中国科学院西双版纳热带植物园, 2006.

[10]郑征，冯志立，曹敏，等. 西双版纳原始热带湿性季节雨林生物量及净初级生产 [J].植物生态学报, 2000, 24 (2): 197-203.

[11] 冯志立，郑征，张建候，等. 西双版纳原始热带湿性季节雨林生物量及其分配规律研究[J].植物生态学报, 1998, 22 (6): 481-488.

[12] 党承林，吴兆录，张强. 西双版纳沟谷热带雨林的生物量研究 [J].云南植物研究, 1997(增刊): 123-128.

[13]吕晓涛，唐建维，何有才，等.西双版纳热带季节雨林的生物量及其分配特征[J].植物生态学报, 2007, 31 (1): 11-22.

Carbon Sequestration Potential of Evergreen Broadleaved Forest in NabanRiver Watershed National Nature Reserve

LIU Feng1, YANG Xue-qing2, LI Zhong-qing1

(1. The Administrative Bureau of Naban River Watershed National Nature Reserve,Jinghong Yunnan 666100,China)

Abstract：Forest as a crucial carbon sink plays important role in forest ecosystem function and climate change mitigation. The monsoon evergreen broadleaved forest, as a dominant vegetation type of Naban River Watershed National Nature Reserve, shows its significance in forest ecosystem function and services. The study adopted a long term (2009-2015) permanent plots data, and attempted to assess carbon sequestration potential of monsoon evergreen broadleaved forest in order to explore effective strategies for forest management and conservation. The results indicated that the carbon storage of the four sample sites was increasing from the year of 2009 to 2013. However, the carbon storage in two sites was still rising, the other two sites showed a decreasing trend from 2013-2015. The structures of tree species in four sample sites have changed. Furthermore, the differences of the dominant tree species in four sample sites revealed various carbon accumulation rates. The average carbon storage of four sites was 225.50t/hm2. The carbon storages of tree layer, roots, bushes, grasses, leaves, rotten woods, and surface soil accounted for 50.9%, 10.1%, 0.1%, 1.7%, 3.4%, and 33.8% respectively. The man-made reforest could constantly increase the carbon storage to protect the non-wood carbon sink of evergreen broadleaved forest. The village regulations should be formed in order to conserve energy and reduce emission. The co-operations between countries and within nation should be strengthened to improve the depth and width of research.

Key words：monsoon evergreen broadleaved forest; carbon sequestration potential;sample site monitoring; Naban River Watershed National Nature Reserve

中图分类号：X176

文献标志码：A

文章编号：1673-9655(2016)03-0001-06

通信作者：李忠清，男，纳板河流域国家级自然保护区管理局工程师，主要从事自然生态保护管理工作。

作者简介：刘峰，男，纳板河流域国家级自然保护区管理局高工，主要从事生物多样性保护工作。

收稿日期：2016-02-04