重庆市人均森林碳储量与碳汇林造林树种选择

(重庆师范大学 地理与旅游学院,重庆 401331)

重庆市人均森林碳储量与碳汇林造林树种选择

肖卓勇,陈国建,张 超,李春娟

(重庆师范大学 地理与旅游学院,重庆 401331)

近年来,全球变暖日渐明显，主要原因是人类社会生产生活产生的温室气体排放,大面积的森林砍伐与草原湿地破坏减少了原有碳汇,加剧了气候变暖的趋势。因此,开展具有节能减排效果的植树造林是增加碳汇的重要手段。基于此,以重庆市为例,结合重庆市森林资源公报的最新数据资料,采用蓄积量法,计算得到重庆市森林固碳总量为5931.78万t。其中，都市功能核心区和都市功能扩展区为259.68万t，占4.38%；城市发展新区为1233.69万t，占20.80%；渝东北生态涵养发展区为2587.2万t，占43.62%；渝东南生态保护发展区为1851.21万t，占31.20%。在地域分布上,主要以城口县、巫溪县等县区人均碳蓄积量最高。根据重庆市提供的立地条件,最佳的碳汇林树种搭配方式为:柳杉、包石栎、木荷、栎类。

气候变暖;节能减排;林业设计;碳汇林;重庆市

全球变暖的趋势已成为一个不争的事实。随着社会经济的发展、工农业总产量的日益增长,能源消耗与污染物排放剧增,对地球产生了不可估量的影响。因此,世界上众多的国际组织与科研机构合作,致力于节能减排方式方法探讨,取得了不菲的成绩。国际上常用的方法主要从温室气体的工农业来源、森林来源、废物来源着手,开展了农林业、工业、交通运输、环境工程温室气体减排与控制技术研究,提出了清洁发展机制开发与方法学。

碳汇林业是指利用森林的直接固碳作用和间接固碳作用[21],通过植树造林、加强森林经营管理保护等措施,最大限度地吸收和固定大气中的二氧化碳,然后按照国际上通用的碳汇交易规则,将碳汇纳入市场交易的过程。实践表明,植树造林是应对气候变化最经济、最现实的手段，通过各种加工方式生产的林产品,将林木吸存的碳转化为林产品形式予以存储。据专家统计,生产同等质量的材料,木质原材料消耗的能源是水泥的1/4、塑料的1/45、钢的1/60、铝的1/130。1t木材所释放的热量相当于500kg石油,而所释放的CO2却很少,从而减少碳排放[21]。

近年来,王加军提出了新江实验林场碳汇林建设的造林设计[1]。针对现实情况,我们应建立森林资源开采、流转、使用的评估体系,加强对森林资源的保护和利用,防止森林用地与配套生产资料的缺失[2]。同时,还应督促自愿碳汇基金设计,拓宽我国森林生态保护资金的来源[5]。通过林业碳汇期货、期权交易,“林业碳汇储蓄”产品投入交易市场[3]。在技术层面上,造林时应注重乡土植物的应用,通过最优的复层绿化结构配置可增强碳汇;在园林建筑、小品设计时就地取材,充分利用可再生能源就能减少碳排放[4]。研究表明,杭州市域“造林再造林”投入优化一般可增加蓄积量3279.68m3/a,“森林管理”投入优化可增加蓄积量29871.23m3/a,“森林采伐”投入优化可增加蓄积量111959.19m3/a,“森林固碳”产出优化可增加固碳总量7.61Tg/a[6]。另有学者提出对植物的筛选,合理进行植物配置,在高速公路绿化景观设计中达到了吸收碳汇的效果[7];郭月峰[8]以最大碳汇为目标,研究区域内小流域碳储量较配置前增加了2.29x107kg,增长了10.36%;潘磊等收集分析了三峡库区的森林生产力,对其可能的变化进行了预测[9];曾立雄[10]对三峡库区不同植被类型的生物量与生产力进行了初步研究,为本研究提供了良好的思路与基础。

总之,国内外研究主要集中在生物生产力模型、生物量和碳汇如何进入市场交易的问题，但就如何通过生产力、生物量的研究上升到林业设计运用上的研究较少。在规模化营造碳汇林方面,组成树种的固碳能力是决定碳汇林质量的关键因素[20]。因此,通过对森林生物碳库的计算,并根据重庆市的土壤、水分、光热等立地条件,在相关学者研究成果的基础上,按照造林学的方法原则进行造林树种的选择,筛选出三峡库区碳汇量吸收最强的树种[17],结合最佳的树木生长条件和生长过程中最佳的碳吸收效果,探求最佳碳减排效果的林业发展模式。

1 研究区域概况

重庆位于中国内陆西南部,地跨东经105°11′—110°11′、北纬28°10′—32°13′,属于长江上游地区,东西长470km,南北宽450km,地形以山地丘陵为主,且山地面积为76%,故有“山城”之称。辖区内主要山脉分别是武陵山、大巴山、大娄山、巫山。该区域属亚热带季风性湿润气候,年平均气温在16—18℃,常年降雨量达1000—1450mm,其中5—9月降水最为集中,给境内的长江、大宁河、嘉陵江、涪江、綦江、乌江带来了丰富的雨水补给区域内。日照百分率在国内同纬度地区偏低,为25%—35%,具体年日照时数为1000—1400h。该区域土壤主要为水稻土、紫色土、红壤、新积土、黄壤、棕壤、黄棕壤土、黄褐土等,多样化的土壤结合丰富的气候资源,为重庆地区的造林绿化提供了契机。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文通过查阅相关的资料,数据主要来自于2015年的《重庆市森林资源公报》和《重庆市统计年鉴》(表1)。

表1 重庆市森林与人口数据

2.2 研究方法

国内外关于估算森林生物碳库的方法较多,按照其估算方式的不同可分为生物量法、碳密度换算法、蓄积量法、遥感估算法、生物量清单法、模型模拟法、涡度相关法、弛豫涡旋积累法、同化量法、箱式法等,这些为后来研究森林生物碳库提供了计算方法。经过多种对比与实际操作的考虑,本文主要选择蓄积量法与碳密度换算法相结合来进行研究。

蓄积量法:蓄积量法是基于森林蓄积量数据的碳估算方法。根据对森林主要树种抽样实测,得出森林中主要树种的生物量;由森林资源清查资料中森林的总蓄积量求出总生物量;利用生物量与碳密度的转换系数求得森林的碳储量。在具体过程中,由于公报中的林木蓄积相关数据并未指出其中针叶林与阔叶林的比例,根据公报中其他数据推导,按照针叶林与阔叶林所占比例为1∶1取值,得到木材的碳量为0.29t/m3。为了保证换算的精度,参照德国学者得出的换算标准,木材碳储量(t/m3)的换算因子见表2[21]。参照法国碳汇计算方法,从木材体积到碳吨数的换算因子为:1m3木材=0.28t碳(针叶林和杨树)、1m3木材=0.30t碳(除杨树外的阔叶林)。对其他木质生物量中的碳储量以立木数据为基础,根据换算因子进行估计。对阔叶树和针叶树,根桩和根部的碳储量分别为18%和0.22%。树叶、地被植物和森林土壤中的碳含量使用的换算因子为:阔叶树和杨树的树叶碳储量为3.4t/hm2、针叶树的树叶碳储量为9.6t/hm2、地被植物的碳储量为1t/hm2、森林土壤的碳储量为70t/hm2。

表2 树种单位材积与碳储量换算因子

3 数据分析

3.1 重庆市森林固碳量统计

重庆市森林固碳总量为5931.78万t。其中，都市功能核心区和都市功能扩展区约为259.68万t，占4.38%；城市发展新区为1233.69万t，占20.80%；渝东北生态涵养发展区为2587.2万t，占43.62%；渝东南生态保护发展区为1851.21万t，占31.20%,见图1。从经济发展水平看,都市功能核心区和都市功能扩展区经济发展水平最高,人口分布更加稠密,人均对应的森林面积最少,其中对应的人均碳蓄积量最低为大渡口区(0.05t/人)[14],最高为重庆市东北的城口县(25.26t/人)。该区域位于大巴山南麓,森林覆盖率较高、人口较少,因此人均拥有的森林面积较广,生态环境较好。在地域分布格局上,重庆市主要以渝东北生态涵养发展区的城口县、巫溪县,渝东南生态保护发展区的石柱县、武隆县、酉阳县人均碳蓄积量最高(表3、图2)，而中西部地区人均碳蓄积量较少,主要是因为城市的扩张和人口的迁移所致。在森林资源固碳量处于相对稳定状态的前提下,人口增减使人均拥有森林固碳量增多或减少[16]。人均碳蓄积量减少在一定程度上反映了所在区域的环境承载力和生态稳定度的降低。因此,应进一步优化森林系统,科学合理地进行林业设计与规划建设,以利于重庆市中西部地区生态容量的扩容,改善当地的人居环境,体现出森林的良好生态效应。

图1 重庆市森林资源固碳量区域分布(万t)

表3 重庆市林木蓄积量与人均蓄积量统计

3.2 重庆市优势树种碳汇指标

重庆市主体位于三峡武陵山雪峰山森林立地区与四川盆地周围山地森林立地区[11,13,19]，此区域主要的常绿阔叶林树种有栲、米槠、包石栎、润楠、油樟等,针叶林以杉木、柳杉生长较好，因此宜大力发展杉木、马尾松、槠、栲、木荷、栎、华山松、巴山松、水青冈、栎类等[22];在低山宜选择马尾松、杉木、柳杉、柏木及樟、楠、栎等树种[11]。一般认为,在自然生长条件较稳定的情况下,植物的固碳效益主要取决于生物含碳率(CF)、地下生物量/地上生物量比值(R)、基本木材密度(D)、生物量扩展因子(BEF)等因素。综合上述因素并结合表4与图3分析,从生物量扩展因子(BEF)来看,以柳杉、木荷、华山松为最大碳汇搭配[15]。在生物含碳率(CF)方面,以柳杉、华山松、杉木为最宜。地下生物量/地上生物量的比值(R)相比较,以包石栎、栎类、油樟最佳。此外,比较基本的木材密度可知，包石栎、栎类、木荷密度最大,说明其固碳能力较佳。

图2 重庆市林木人均碳蓄积量分布

表4 优势植物种类碳汇指标

图3 优势植物种类碳汇指标状

4 结论与讨论

林业专家认为,发展现代林业是应对气候变化、减排增汇的重要途径。在林业生态系统基础研究方面,重点研究林业碳汇的增汇、适应机制、计量监测、造林再造林[18]等关键技术等。

本研究通过运用碳汇造林项目方法学中的计量方法总结可知:①重庆市森林固碳总量为5931.78万t。其中,都市功能核心区和都市功能扩展区为259.68万t，占4.38%；城市发展新区1233.69万t，占20.80%；渝东北生态涵养发展区2587.2万t，占43.62%；渝东南生态保护发展区1851.21万t，占31.20%。未来的造林区域应重点布局在都市功能核心区、都市功能扩展区和城市发展新区中的宜林荒地,增加城区发展中的绿地,补足因城市建设占地而减少的人均碳储量,提供给居民更多的新鲜氧气与绿色休闲空间。同时,在较为偏远的渝东北生态涵养发展区与渝东南生态保护发展区,保持发展经济与保护生态俱佳的平衡状态,落实有关保护生态环境的措施要求。根据“适地适树”原则,选好水土保持效益良好的乔灌草进行栽种,维护与发展好山清水秀的人居环境。②重庆作为长江上游段生态屏障的重要节点,选择重要树种进行水土保持林与碳汇林建设十分重要,这是国家生态文明建设新的支撑点。因此,根据“适地适树”的原则和我国绿色碳基金造林项目碳汇计量中的碳汇指标排序，研究选取了包石栎、润楠、油樟、杉木、柳杉、马尾松、木荷、栎类、华山松、巴山松、柏木等11种优势树种进行了分因子评估。在生物含碳率方面,以柳杉、华山松、杉木为最宜;地下生物量与地上生物量相比较,以包石栎、栎类、油樟最佳。比较木材密度可知,包石栎、栎类、木荷密度最大,说明它们的固碳能力较佳。从生物量扩展因子来看,以柳杉、木荷、华山松为最大碳汇搭配。综合上述分析,我们认为最佳的树种搭配方式为:柳杉、包石栎、木荷、栎类。此结果对造林树种的选取具有科学的参考意义,依此实施有助于重庆地区碳减排最大化[18]。③由于本文获取的数据资料有限,只能进行大尺度的研究结果评估,其结论适宜大范围的碳汇林树种选择。对部分自然地理环境、生态条件特殊且与主体不符的区域,需要进一步进行有针对性的估算与研究,细化树种搭配,以取得更佳的碳汇效果。

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PerCapitaForestCarbonStorageandCarbonSequestrationAfforestationSpeciesSelectioninChongqingCity

XIAO Zhuo-yong,CHEN Guo-jian,ZHANG Chao,LI Chun-juan
(School of Geography and Tourism Science,Chongqing Normal University,Chongqing 401331,China)

In recent years,the characteristics of global warming were becoming more and more obvious.The major reasons were greenhouse gas emission that related to human productions and activities.Besides,the decreasing in forest and grassland wetland was reduced the original carbon sinks,which accelerated the trend of global warming.And how to carry out the afforestation that benefited to energy conservation and emission reduction was an important means to increase carbon sinks.For such purpose,taking Chongqing as an example,according to the latest data of Chongqing forest resources,by using stock volume method,the total number of forest carbon sequestration was 59.3178 million tons among which the core area of urban functions and urban extensions area accounted for 2596800 tons(4.38%),the new urban development district accounted for 12336900 tons(20.80%),northeast of Chongqing ecological conservation area occupied 25872000 tons(43.62%),the ecological protection and development zone in southeast took up 1851.2100 tons(31.20%).In regard to geographical distribution,the counties like Chengkou and Wuxi had the highest per capita carbon storage.Because of Chongqing′s unique geographical condition,the optimum tree species for Chongqing′s afforestation in future should be:Japanesecedar,oakLithocarpus,Schima,Oak.

climate warming;energy conservation;forestry design;forest carbon sinks;Chongqing City

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.03.009

X820.3

A

1005-8141(2017)03-0307-04

2017-01-08；

2017-02-22

国家自然科学基金项目(编号:41471234);重庆市基础与前沿研究计划项目(编号:cstc2015jcyjBX0141);重庆市自然科学基金项目(编号:CSTC,2010BB0326);重庆市教委社科基金项目(编号:08JWSK043);重庆师范大学博士基金项目(编号:05XLB)。

肖卓勇(1991-),男,湖南省娄底人,硕士研究生,主要从事水土保持研究。

陈国建(1975-),男,四川省达州人,博士,副教授,主要从事水土保持和生态修复研究。