福鼎市林分乔木层碳储量及碳密度特征分析

2017-08-31刘海

林业勘察设计 2017年2期

关键词：福鼎市区位林分

刘海

(福建省林业调查规划院，福建福州 350003)

福鼎市林分乔木层碳储量及碳密度特征分析

刘海*

(福建省林业调查规划院，福建福州 350003)

利用福鼎市2015年森林资源建档数据，采用转换因子连续函数法，结合不同树种(组)的含碳率，估算福鼎市林分乔木层碳储量与碳密度。结果表明：2015年福鼎市林分乔木层碳储量为1 531 476 t，碳密度为21.60 t/hm2，针叶林、阔叶林与针阔混交林碳储量分别占总碳量的31.8%、48.4%与19.8%，阔叶林碳密度值远大于针叶林与针阔混交林，马尾松林碳密度最低；不同经营单位的碳储量与碳密度空间差异较大，大体呈现南大北小、西高东低的趋势；生态公益林碳储量与碳密度均高于商品林，其中防护林碳密度略低于全市碳密度；重点生态区位内林分的碳储量低于重点生态区位外林分碳储量，但其碳密度高于生态公益林与重点生态区位外林分碳密度。该研究揭示了福鼎市森林植被碳储量总体分布较合理，但碳密度较低，固碳能力具有较大的提升空间。

林分；乔木层；碳储量；碳密度；福鼎市

工业革命以来，CO2浓度值的不断上升加剧了温室效应，对全球气候产生重要影响。森林生态系统作为陆地生态系统中最大的碳库，在降低大气温室气体浓度与调节全球碳平衡中发挥重要作用。研究表明，全球有46.3%的陆地有机碳储存在森林生态系统中，其中森林植被有机碳储量占整个陆地植被碳储量的77%，生物量和净生产力约占世界陆地生态系统的86%和70%，土壤碳储量约占陆地土壤总碳库的73%[1]。因此，准确估算区域森林生态系统固碳现状，对制定以减排增汇为目标的森林经营管理对策以及减缓全球气候变化具有重大意义。目前，基于森林资源连续清查体系对不同尺度的森林生态系统碳储量、碳密度及其时空分布规律已开展了大量研究[2]。福建省已有李秀花[3]、郑德祥等[4]、吴文斌等[5]对省域森林碳储量进行了系列研究。目前针对县域尺度的研究相对较少，福建省华安县[6]、大田县[7]与建阳市[8]等利用二类森林资源清查数据及森林资源建档数据对本地区碳储量进行了估算。福鼎市森林植被碳储量的研究尚未见报道。本文以福鼎市2015年森林资源建档数据为基础，估算该区域林分乔木层的碳储量与碳密度，并对其按经营单位、优势树种(组)、森林类别、林种及重点生态区位的分布规律进行了分析，旨在揭示本区域林分乔木层的固碳现状，为福鼎市森林生态系统碳汇功能、碳储量与碳密度的研究提供基础数据，也为该区域森林固碳增汇经营、管理和规划提供科学依据。

1 研究区概况

福鼎市位于福建省东北部，居雁荡山南麓，东临东海，地处东经119°55′～120°43′，北纬26°52′～27°26′。该地区北倚浙江省的苍南、泰顺，西接柘荣，南连霞浦。以丘陵为主，地势呈东北、西北、西南向中部和东南沿海倾斜。福鼎市属中亚热带海洋性季风气候，年均温14.0～19.0 ℃，年均降水量1 300～2 200 mm。本区植被区划为中亚热带常绿阔叶林地带，森林植被为人工植被和次生植被，分为7个植被型，11个群系，物种资源较丰富。全市森林面积70 914.07 hm2，森林活立木蓄积量为239.25 万m3，森林覆盖率60.9%。主要成林优势树种(组)包括马尾松、杉木、柳杉、木荷、枫香、桉树、软阔叶树种、硬阔叶树种、混交林等。针叶林、阔叶林与针阔混交林面积分别为40 369.52 hm2、14 714.09 hm2与15 830.46 hm2，占比分别为56.9%、20.8%与22.3%。

2 数据来源与估算方法

2.1 数据来源

采用福鼎市2015年森林资源建档数据，以小班为基本单位，统计该区林分各优势树种(组)的面积与蓄积量，为本市辖区内林分乔木层碳储量与碳密度的估算提供基础。

2.2 估算方法

2.2.1 林分乔木层生物量测算

采用转换因子连续函数法对福鼎市各优势树种(组)的林分生物量进行估算，公式为：

B=aV+b

(1)

式中：B为单位面积林分生物量(t/hm2)；V为单位面积林分蓄积量(m3/hm2)；a和b为常数。

各优势树种(组)对应的转换因子及生物量回归方程参照方精云等[5，9-11]的研究成果。对暂未建立转换模型的树种，根据树种特性与本区实际情况，采用近似树种参数代替。本研究木荷生物量回归方程参照阔叶混交林，针叶混交林取杉木、柳杉、其它杉木组、马尾松及其它松类等生物量回归方程的平均方程(表1)。

2.2.2 碳含率

采用国家林业局印发的《全国林业碳汇计量监测技术指南(试行)》中推荐的我国各优势树种(组)碳含率的参数进行推算(表1)。

表1 不同树种(组)生物量转换方程参数及含碳率

2.2.3 碳储量与碳密度计算

通过福鼎市林分各优势树种(组)生物量的估算结果，估算全市林分乔木层碳储量C与碳密度ρC：

C=A×B×CC

(2)

ρC=C/S

(3)

式中：C为林分碳储量(t)；A为林分面积(hm2)；B为单位面积林分生物量(t/hm2)；CC为碳含率(%)；ρC为碳密度(t/hm2)。

福鼎市存在部分红树林林分，以秋茄人工林为主。由于缺乏相应的生物量回归方程，因此本研究直接采用李晓景[12]对福鼎市秋茄人工林的相关研究成果，即秋茄人工林地上部分单位面积碳储量为10.27 t/hm2。

3 结果与分析

3.1 不同优势树种(组)林分乔木层的碳储量与碳密度

福鼎市2015年林分乔木层碳储量为1 531 574 t,碳密度为21.60 t/hm2(表2)。针叶林、阔叶林与针阔混交林碳储量分别占森林总碳量的31.8%、48.4%与19.8%。马尾松林、硬阔林及针阔混交林构成了本区林分的主体，占全市林分总面积和总碳量的85.5%和82.2%，是福鼎市的主要碳库。

碳密度是衡量林分固碳能力的一项重要指标。福鼎市针叶林、阔叶林与针阔混交林的碳密度分别为12.05 t/hm2、50.42 t/hm2和19.14 t/hm2，相差较大，其中阔叶林固碳能力凸显。针叶林中柳杉的碳密度最高，表明福鼎市柳杉具备较强的固碳能力，而马尾松碳密度最低，说明其固碳能力最差。阔叶林中硬阔林、木荷林与阔叶混交林碳密度远大于其它类型林分。红树林与软阔林碳密度均较小，其原因是红树林形态为灌木状，生物量较小；而软阔叶树种多为人工种植的速生树种，其固碳能力不及硬阔叶树种。针阔混交林碳密度低于全市碳密度，缘于其混交的针叶树种大部分为马尾松，从而降低了其固碳能力。

表2 不同优势树种(组)林分乔木层的碳储量与碳密度

3.2 不同经营单位林分乔木层的碳储量与碳密度

福鼎市(包括后坪国有林场)共有18个森林经营单位，各经营单位碳储量与碳密度差异较大(图1)。碳储量总体表现为西南高，北部次之，中部最低。各经营单位中，磻溪镇、店下镇、太姥山镇、白琳镇、管阳镇、硖门乡与后坪国有林场等碳储量较高，共计1 094 312 t，占全市总碳量的71.5%，其中磻溪镇林分面积大且阔叶林分布较多，因此碳储量最高，占全市总碳量的23.4%；点头镇、叠石乡、前岐镇、贯岭镇与沙埕镇等次之，碳储量共288 275 t，占全市总碳量的18.8%；佳阳畲族乡、龙安开发区、嵛山镇及桐城、桐山、山前3个街道办事处碳储量均较低，仅有148 987 t，占全市总碳量的9.7%。

碳密度分布格局与碳储量分布有所差异，其大小主要与各经营单位林分类型及林分质量密切相关，大致呈现为南大北小的趋势。各经营单位碳密度为9.39～36.66 t/hm2，其中磻溪镇、硖门乡、后坪国有林场、嵛山镇、龙安开发区、店下镇、沙埕镇、太姥山镇与白琳镇碳密度为21.65～36.66 t/hm2，均高于全市碳密度，最高为磻溪镇；叠石乡、点头镇、前岐镇、贯岭镇、管阳镇、佳阳畲族乡及桐城、桐山、山前3个街道办事处碳密度为9.39～16.18 t/hm2，低于全市平均值，最低为佳阳畲族乡。

研究结果表明，各经营单位中磻溪镇碳储量与碳密度最大，对福鼎市碳平衡贡献最大。南部各经营单位森林质量较优，林分结构比较完善。管阳镇、店头镇、前岐镇、叠石乡、贯岭镇及佳阳畲族乡林分面积较大，但碳密度较小，今后需加强此区域内的林分经营管理，以提高福鼎市全市的碳储量。

图1 不同经营单位林分乔木层的单位碳储量与碳密度分布

3.3 不同森林类别与林种林分乔木层的碳储量与碳密度

福鼎市重点生态公益林面积占全市林分的46.0%，碳储量占全市林分总碳量的52.2%(表3)。碳密度依次为国家级生态公益林>省级生态公益林>商品林，生态公益林碳储量及固碳能力均优于商品林，表明福鼎市生态公益林结构较合理。防护林、特用林、用材林与薪炭林面积分别占全市林分总面积的33.7%、12.2%、39.2%与14.8%，碳储量分别占全市总碳量的31.8%、20.4%、38.2%与9.6%。用材林和防护林是该区域碳储量的主要构成部分。碳密度依次为特用林>用材林>防护林>薪炭林。防护林碳密度低于用材林与全市碳密度，主要原因是防护林中有49.3%为马尾松林，固碳能力欠佳，因此亟需对防护林中的马尾松林，尤其是已经受松墨天牛危害的马尾松林进行防治或改造，以提升防护林体系的固碳能力。

3.4 不同重点生态区位林分乔木层的碳储量与碳密度

全市共区划为10个重点生态区位(表4)，总面积15 808.88 hm2，占林分总面积的22.3%；碳储量498 910 t，占林分总碳量的32.6%；碳密度31.56 t/hm2，远大于重点生态区位外林分的碳密度，且高于国家级生态公益林的碳密度。综合表明福鼎市重点生态区位内林分质量较高，固碳能力强。

各重点生态区位类型中，天然林、国家军事林与沿海防护林基干林带区位林分碳储量高于其它类型，占重点生态区位内林分总碳量的86.9%，不仅因为三种区位内林分面积较大，碳密度高也是其主导因素。其中天然林林分碳密度达55.81 t/hm2，远高于其它类型林分的碳密度。沿海基干林带作为沿海城市抵御自然灾害的第一道屏障和生态防护线，自然条件相对较差，但其碳密度仍达23.25 t/hm2，高于全市碳密度，表明本区沿海基干林带林分质量较好。除沿海基干林带外沿海防护林、省政府批准划定的饮用水水源保护区、环城市周边一重山、“三线林”等重点生态区内林分的碳密度低于全市碳密度，作为提升沿海地区抵御自然灾害能力、保障地区饮用水安全、城市周边以及国道、高速公路、铁路生态安全的重要生态屏障，需提高该类林分的经营水平，改善其林分固碳能力。

表3 不同森林类别与林种林分乔木层碳储量与碳密度

表4 不同重点生态区位林分乔木层碳储量及碳密度

4 讨论与结论

森林植被碳储量高低由其面积与碳密度决定，而碳密度大小与林分的优势树种(组)和质量密切相关。经估算，福鼎市林分乔木层总碳储量为1 531 574 t，低于华安县[6]、大田县[7]与建阳市[8]等境内碳储量，主要是因为其林分面积较小与碳密度值低造成。福鼎市林分乔木层碳密度仅为21.60 t/hm2，低于全国的平均值35～39 t/hm2及福建省的平均值48.87 t/hm2[5]，但本研究区阔叶林，尤其是硬阔林的固碳总量与固碳能力均较显著，这同我国[11]及本省[4-5]森林碳储量研究中反映的规律相符。

马尾松林分质量低下是造成福鼎市碳密度低的最重要因素。福鼎市马尾松林分面积32 650.61 hm2，占全市林分面积的46.0%，是该区域最主要的林分类型。但自2005年起，福鼎市发生大面积松墨天牛虫害，严重危害马尾松生长，导致林分质量显著降低，固碳能力低下。福建省马尾松林碳密度为29.25 t/hm2[5]，按福鼎市现有马尾松林分布规模与全省马尾松林碳密度进行计算，虫害造成的碳储量损失高达658 236 t，占目前全市林分乔木层总碳储量的43.0%。因此，如何对现有马尾松林进行防治或改造，提高其固碳功能，是未来福鼎市森林增汇研究的重点，将对福鼎市林分碳储量总量与碳汇能力的高低起决定作用。

福鼎市不同经营单位的碳储量与碳密度差异显著，总体表现为南部高于北部，西部大于东部的态势。应对一些碳密度高与林分面积大的经营单位重点保护，而对于碳密度低且林分面积大的单位，固碳潜力较大，今后需通过合理的经营管理提高林地生产力，进而提升森林碳汇能力。

从碳储量与碳密度分布来看，本区生态公益林碳储量与碳密度均较高，但防护林碳密度较低，应通过合理经营和保护来提高其固碳能力。由于重点生态区位内林分分布规模有限，因此其总碳储量不高，但其碳密度高于重点生态区位外林分及生态公益林的碳密度。重点生态区位中，省政府批准划定的饮用水水源保护区、环城市周边一重山、“三线林”等重点生态区内林分应作为未来提升区域碳汇能力的重点。

本研究中碳储量估算采用的蓄积量—生物量转换方程与碳含率均为全国的普遍值，没有针对该区域的特定值，导致研究结果只能在一定层面上反应福鼎市林分的固碳现状，估算的结果还存在一定的局限性。针对区域主要优势树种和地带性植被建立特定的蓄积量—生物量转换方程及碳含率，是提高碳储量估算准确性的重要途径。此外，本研究仅对福鼎市林分乔木层碳储量进行估算，未对竹林、经济林、疏林地及灌木林地等的碳储量进行估算，且目前该部分的碳储量估算大多基于平均生物量法进行，希冀未来能够建立特定区域的特定计算方程，提高福鼎市森林碳汇估算的准确性。

[1] 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.

[2] 熊晓斐，蔡会德.基于森林资源连续清查体系的碳储量估算研究进展 [J].广西林业科学，2014，43(1)：90-93.

[3] 李秀花.福建省森林碳储量的区域分异研究 [D].福州：福建师范大学，2010：5-30.

[4] 郑德祥，廖晓丽，李成伟，等.福建省森林碳储量估算与动态变化分析 [J].江西农业大学学报，2013，35(1)：112-116.

[5] 吴文斌，黄朝法，郑德祥，等.福建省森林碳储量及碳密度特征分析 [J].四川农业大学学报，2016，34(3)：298-303.

[6] 万泉.基于森林资源二类调查数据的县域森林碳储量分析—以福建省华安县为例 [J].林业勘察设计，2015(2):60-62.

[7] 林剑明.县域森林植被生物量和碳储量测算—以福建省大田县为例 [J].福建林业科技，2017，44(1)：65-68.

[8] 王旺进.建阳市森林碳储量变化分析[J].林业勘察设计，2015(2)：69-76.

[9] 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(05)：497-508.

[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] 李海奎，雷渊才，曾伟生，等.基于森林清查资料的中国森林植被碳储量 [J].林业科学，2011，47(7)：7-12.

[12] 李晓景.闽东沿海秋茄红树林天然林生态学特征及其与人工林的比较研究 [D].福州：福建农林大学，2010：52-54.