海南省20112015年绿化宝岛工程人工林碳储量及碳汇估算

张 蓓， 刘金山， 洪加凤， 周湘红， 魏 甫， 刘治昆

(1.国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014； 2.海南省林业科学研究所，海口 571100)

张 蓓1， 刘金山1， 洪加凤1， 周湘红1， 魏 甫1， 刘治昆2

(1.国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014； 2.海南省林业科学研究所，海口 571100)

2011年海南实施了绿化宝岛大行动，促进了人工林资源的增长，增强了森林的固碳释氧功能，充分发挥了森林的碳汇作用。基于森林资源连续清查数据和人工造林数据，建立了碳密度模型，对2011—2015年绿化宝岛造林碳储量及碳汇潜力进行评估，为林业决策提供数据支撑，同时建立的模型可用于碳汇造林及各工程项目造林产生的碳汇评估。截至2015年，绿化宝岛造林碳储量为34.7万t，到2020年和2030年碳储量预计分别达到118.6万t和309.2万t。

造林；碳库；碳汇；碳储量；评估

森林作为陆地生态系统的主体，是最主要的生物量和生产力的贡献者，相应的也是碳库和碳汇的重要贡献者[1]。鉴于人工造林通过植被生长固定CO2带来的碳汇功能，《京都议定书》允许将通过造林、再造林等活动获得的碳汇部分用于抵消工业和能源利用的温室气体排放。近年来，我国大力发展植树造林，推进国土绿化工作，人工林面积居世界首位[2-3]。人工林植被生长产生了大量的森林碳汇。第二次～第五次森林资源连续清查期间，森林生态系统总碳汇为0.37 Pg(1 Pg=10亿t)，其中人工林发挥碳汇功能固定了0.39 Pg C，而天然林作为碳源释放了0.02 Pg C[4]。可以看出，发展人工林资源是增加碳汇、应对气候变化的重要举措，对抵消工业二氧化碳排放，提升我国对温室气体减排负责任的大国形象和参与国际气候谈判提供有力的帮助。

2011年海南省委、省政府推动实施了绿化宝岛大行动，依托城市森林工程、通道绿化工程、河流水库绿化工程、海防林建设工程、热带雨林和湿地保护工程、林业开发与林场建设工程、村庄绿化工程、盆景花卉与种苗工程等，2011—2015年5年间造林11.607万hm2[5-9]，是海南应对气候变化、实现绿色发展的重要举措。人工林资源的增长，在绿化美化了人居环境、增加森林面积和蓄积的同时，增强了森林的固碳释氧功能，发挥了森林的碳汇作用。本研究遵循林木生长过程规律，基于森林资源连续清查数据和人工造林数据，建立了碳密度模型，对2011—2015年绿化宝岛造林碳储量及碳汇潜力进行预测，以期为后期林业决策提供依据和数据支撑。

1 研究区概况

海南省位于我国最南端， 108°37′—111°05′E， 18°10′—20°10′N，是我国第二大岛屿。属典型的热带季风气候和热带海洋气候，全年温暖，长夏无冬，年平均气温23～26 ℃；雨水充沛，年均降水量达1600 mm，干湿季分明；年平均日照1750～2650 h，气候资源丰富。动植物资源丰富，据调查有4680多种维管束植物和640多种野生动物，被誉为物种基因库。自然植被主要分布在中部山区，包括热带季雨林、热带雨林、常绿阔叶林、针叶林、灌丛和草原等；人工林主要分布在山地周围的台地，包括橡胶、桉树、相思、木麻黄、果树等。

2 研究方法

2.1 数据来源

碳密度建模所用基础数据为第八次全国森林资源连续清查海南省乔木人工林样地数据，样地因子包括优势树种、林龄、活立木蓄积等属性。造林面积采用2011—2015年的林业统计年鉴数据[5-9]，人工造林各树种(组)所占比例根据2015年对9 691个小班的树种实地调查数据推算。

2.2 建立碳密度模型

使用空间代替时间的方法，即在空间尺度上选取不同林龄的林分，表征林分特性随林龄(时间尺度)的变化规律。因森林资源连续清查使用机械布点法，解决了定位实验人为选点的代表性问题，且获取的数据可以代表某一树种(组)生长曲线的平均水平。基于森林资源连续清查样地数据，使用扩展因子法，将样地的蓄积数据转化为碳密度数据，然后分树种(组)建立林分碳密度与林龄的关系模型，探寻林龄对碳密度的影响。模型形式采用应用广泛的理论生长方程Richards，Logistic，Korf，Gompertz和Mitscherlich 方程[10-16]等形式。

(1)

(2)

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(4)

(5)

2.3 碳储量估算

碳储量估算公式：

3 结果与讨论

3.1 碳密度—林龄模型

根据《造林项目碳汇计量与监测指南》《全国林业碳汇计量监测技术指南》等提供的生物量扩展因子，利用国家森林资源连续清查海南省人工林数据库的树种(组)、蓄积和林龄等信息，建立海南人工林主要树种(组)碳密度—林龄模型，见表1。

对于林木生长方程来说，有学者基于树木的“S”型曲线生长理论，认为拐点是生长方程的重要特征，具有非常明确的生物学意义，拐点处意味着连年生长的高峰期，因此有拐点的生长方程(Richards，Logistic，Korf和Gompertz)比无拐点的生长方程(Mitscherlich)拟合精度高[11，14-16]。海南省由于优越的气候条件，植被生长快，木麻黄等树种从开始即表现出快速生长的趋势，生长规律与“S”型曲线略有差异；桉树的连年生长量虽然表现出先增加后减少的“S”型规律，但连年生长最大值出现在较早时期(林龄为4 a)，随后即表现为逐年减少，与木麻黄生长规律接近。图1绘制了橡胶、木麻黄、桉树3个典型树种的碳密度生长曲线；碳密度累积最大值分别为52.6 t/hm2，147.2 t/hm2和49.0 t/hm2。可以看出，在1～15 a林龄时，桉树、木麻黄碳密度增长基本类似，并远高于橡胶；在林龄为29 a时，橡胶累积的碳密度与桉树持平，并在随后高于桉树。需要指出的是，本研究所用的桉树 建模样地数据中，林龄≤10 a的样地所占比例为87.7%，林龄在11～30 a之间的样地所占比例仅为12.3%，桉树用途多以生产纸浆材为主，轮伐期短，因此保留下来的11～30 a的林分为生长状况不佳、用途不大的林分，导致拟合的桉树生长曲线后半段碳密度累积速度减缓，但仍能反映保留下来的桉树林分其实际生长状况。

表1 人工林碳密度—林龄模型树种(组)公式橡胶C=52．63exp(-exp(1．306-0．102t))；r=0．83，n=577，P<0．001木麻黄C=147．18(1-exp(-0．0188t))；r=0．80，n=21，P<0．001桉树C=(-71．87+48．99t1．63)/(29．42+t1．63)；r=0．84，n=122，P<0．001松树C=91．11(1-exp(-0．0438t))；r=0．78，n=23，P<0．001相思C=97．21/(1+9．217exp(-0．233t))；r=0．73，n=48，P<0．001阔叶混C=863．0(1-exp(-0．00154t))；r=0．77，n=28，P<0．001 注：r为相关系数，n为样本数。

3.2 碳汇价值

基于分树种的碳密度—林龄模型，根据2015年调查的绿化宝岛造林小班造林年度及各年度树种数据，推算人工林碳储量与预期碳汇价值，为争取碳汇补偿提供基础数据。对连续清查数据各林龄段的比例进行统计；林龄≤5 a，6～10 a，11～15 a，16～20 a和≥21 a林分所占的面积比例分别为26.4%，分别达到118.6万t和309.2万t。根据《森林生态系29.2%，16.2%，6.6%和21.6%。其中林龄在1～15 a林分所占比例为71.8%，占主体地位，表明大部分人工林保留时间在15 a之内。基于此推算了2011—2015年造林在2015年的碳储量，2020年(林龄5～9 a)及2030年(林龄15～19 a)的预期碳汇，见表2。

图1 不同树种碳密度随林龄的变化规律

表2 人工林碳密度与碳储量树种(组)平均碳密度/(t/hm2)碳储量/t2015年2020年2030年2015年2020年2030年橡胶2 879 0327 731647625183001591825木麻黄4 3417 1639 442480297940225123桉树4 2021 0837 5623581118376210926松树6 4123 0647 191994871774146862相思15 5836 3782 952873567096153010其它阔叶2 659 2522 2949195171867414397灌木经济林1 515 9114 7235866140551349922全林分2 9910 2226 6534688911859043092065

经估算2011—2015年造林碳储量，截至2015年碳储量为34.7万t，到2020年和2030年碳储量预计统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)，碳汇价格按1 200元/t计，到2015年碳汇价值4.2亿元，到2020年和2030年预期碳汇价值分别达到14.2亿元和37.1亿元。

[1] 刘金山，张万林，杨传金，等. 西藏自治区人工林碳储量估算[J]. 中南林业调查规划，2013，32(1)：42-44.

[2]国家林业局森林资源管理司.第八次森林资源清查结果报告[M].北京：中国林业出版社，2013.

[3]徐济德. 我国第八次森林资源清查结果及分析[J]. 林业经济，2014(3)：6-8.

[4] Fang JY，Chen AP，Peng CH，et al．Changes in Forest Biomass Carbon Storage in China Between 1949 and 1998[J]．Science，2001(292 )：2320-2322．

[5]国家林业局.中国林业统计年鉴2011 [M] .北京：中国林业出版社，2012.

[6]国家林业局.中国林业统计年鉴2012 [M] .北京：中国林业出版社，2013.

[7]国家林业局.中国林业统计年鉴2013 [M] .北京：中国林业出版社，2014.

[8]国家林业局.中国林业统计年鉴2014 [M] .北京：中国林业出版社，2015.

[9]国家林业局.中国林业统计年鉴2015 [M] .北京：中国林业出版社，2016.

[10]齐建文，张蓓，刘金山.湖南杉木林生物量密度的模拟与预测[J].中南林业科技大学学报，2014，34(8)：15-18．

[11]宁镇亚，相莹莹，黄麟.区域尺度碳蓄积研究中的林分蓄积生长模拟——以我国五类主要树种为例[J]. 林业资源管理，2014(2)：73-82，149．

[12]陈青青，徐伟强，李胜功，等.中国南方4 种林型乔木层地上生物量及其碳汇潜力[J].科学通报，2012，57(13)：1119-1125.

[13]侯振宏，张小全，徐德应，等.杉木人工林生物量和生产力研究[J].中国农学通报，2009，25(5)：97-103.

[14]张建国，段爱国.理论生长方程对杉木人工林林分直径结构的模拟研究[J].林业科学，2003，39(6)：55-61．

[15]李春明，杜纪山，张会儒.抚育间伐对森林生长的影响及其模型研究[J].林业科学研究，2003，16(5)：636-641．

[16]段爱国，张建国，童书振.6种生长方程在杉木人工林林分直径结构上的应用[J].林业科学研究，2003，16(4)：423-429．

CarbonStorageandCarbonSequestrationEstimationofGreenIslandProjectAfforestationinHainanProvincefrom2011to2015

ZHANG Bei1,LIU Jinshan1,HONG Jiafeng1,ZHOU Xianghong1,WEI Fu1,LIU Zhikun2

(1.Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration,Changsha 410014,Hunan,China；2.Forestry Research Institute of Hainan Province,Haikou 571100,Hainan，China)

Hainan province implemented the Green Island projecting 2011, which promotes the growth of plantation resources, enhances forest carbon fixation function,and plays an important role in forest carbon sinks. Based on the continuous inventory data of forest resources and afforestation data, the paper established carbon density model to evaluate carbon storage and carbon sequestration potential of afforestation from 2011 to 2015, so as to provide data support for forestry decision-making. The model can be used to evaluate carbon sinks of afforestation projects. Carbon storage of green island project afforestation was 347,000 tons at the end of 2015.Carbon storage expectation will reach to 1.186 million tons and 3.092 million tons by 2020 and 2030.

afforestation；carbon pool；carbon sink；carbon storage；evaluation

2017-06-05

张蓓(1988-)，女，湖南浏阳人，工程师，主要从事林业调查规划设计、资源监测和碳汇计量研究。

S 718.55+6

A

1003-6075(2017)03-0026-04

10.16166/j.cnki.cn43-1095.2017.03.007