铜壁关自然保护区不同森林生态系统碳储量及碳密度评估

张卓亚，杨 欣

(1.西南林业大学生态旅游学院，云南 昆明 650224；2.西南林业大学团委，云南 昆明 650224)

铜壁关自然保护区不同森林生态系统碳储量及碳密度评估

张卓亚1，杨 欣2

(1.西南林业大学生态旅游学院，云南 昆明 650224；2.西南林业大学团委，云南 昆明 650224)

对铜壁关不同森林生态系统的生物量、碳储量和碳密度进行评估。结果表明，铜壁关自然保护区森林生态系统总碳储量为 237.408 6 tC，平均碳密度为 36.807 4 tC/hm2。其中，乔木生态系统平均碳密度为 37.567 1 tC/hm2，竹丛生态系统平均碳密度为 75.210 3 tC/hm2，灌木生态系统平均碳密度为 9.879 9 tC/hm2，经济林生态系统平均碳密度为 11.850 1 tC/hm2。并针对评估结果与其他研究结果进行了比较。

森林生态系统；碳储量；碳密度；生物量；铜壁关自然保护区

森林生态系统，是指以乔木、竹类和灌木等为主要生产者的陆地生态系统。森林生态系统服务功能高、生物量大，不仅能够提供木材和林副产品，还在维持生物圈的稳定和改善生态环境尤其是固碳、释氧等方面发挥重要作用。全球气候变化是全球性的焦点问题，森林碳汇的问题越来越被国家和学者所重视[1-4]。森林生态系统是地球生物圈的重要组成部分，是陆地生态系统最大的有机碳库，占其有机碳储量的76%～98%[5]。全球森林植被的碳储量占全球植被碳储量的86%[6]。

植物通过光合作用吸收二氧化碳。放出氧气，把大气中的碳固定在植被和土壤中，然后就清除了大气中的二氧化碳。这种以降低大气中二氧化碳来减缓气候变化的活动属于碳汇林业。由于森林植被碳储量储存了陆地植被地上部分80%的有机碳,因此，森林植被碳储量对现在及未来的碳平衡和气候变化都具有重要影响。

森林植被碳储量是固碳能力的重要标志,既是评价森林生态系统的结构和功能以及森林质量的重要指标，也是评价森林生态系统碳平衡的基础，更是联合国气候变化框架协议和千年发展的重要内容。

关于森林碳储量的计算从20世纪60年代开始，由于数据来源、实际数据采集和计算方法、计算参数等方面的差异性，对森林碳储量的评价结果差别较大。对于铜壁关自然保护区来说，虽然它的地理优势和位置非常关键，但尚未见到关于其森林生态系统碳储量前期研究的报道。

通过对铜壁关自然保护区森林生态系统植被碳储量的研究，有利于了解其森林生物量以及储碳能力，同时有利于制定一系列的对策来增加碳汇率，从而达到保护环境的目的。

1 研究区域概况

铜壁关自然保护区位于云南省西南部的德宏傣族景颇族自治州境内，地理位置为东经97°31′～97°46′，北纬23°54′～24°51′，包括盈江片区、陇川片区、瑞丽片区(图1)。保护区总面积为73 215.87 hm2，地形为不连续的狭长形，西部边缘全部与缅甸接壤，是滇西中缅边境上的以保护热带雨林、季雨林和南亚热带季风常绿阔叶林及其珍稀动植物种类为主要目标的自然保护区[7]。

图1 铜壁关自然保护区位置Fig.1 Location of Tongbiguan Nature Reserve

铜壁关自然保护区是唯一分布在我国境内伊洛瓦底江流域热带区域的自然保护区，历史上没有受到第四纪冰河期的影响，使其成为许多古老生物类群的避难所，保存了许多古老原始的动植物种类，是我国印—缅热带生物地理区系资源最集中、最典型的区域[7]。

保护区内的主要森林类型为：热带季节雨林，以阿萨姆娑罗双树林为主；热带季雨林，以四数木、心叶树、黄兰、山合欢等组成；热带山地雨林，以肋果茶、粗壮石栎、细青皮、糖胶树等组成；季风常绿阔叶林，以刺栲、短刺栲、小果栲、思茅栲、截头石栎等组成；落叶阔叶林，中山湿性常绿阔叶林，以石栎等组成；中山顶部方竹林[7]。

2 数据与方法

2.1 数据来源

根据中国科学院生态环境研究中心提出的《中国陆地生态系统分类体系》，对铜壁关自然保护区数据进行分类和整理，根据实际情况，将该地的森林生态系统分为乔木生态系统、竹丛生态系统、灌木生态系统和经济林生态系统。本文以植被碳储量为主要讨论内容，不涉及枯落物碳储量及土壤碳储量。

根据《云南铜壁关自然保护区科学考察研究》[7]，对铜壁关自然保护区的土地利用面积及森林植被的相关数据进行收集和整理，将其森林生态类型大致合并划分为几个大类(表1)。

表1 铜壁关自然保护区森林生态系统类型

2.2 森林生态系统生物量计算

2.2.1 乔木生态系统生物量

采用方精云等建立的回归方程对森林生物量进行估计[8]，回归方程为：

Bt=aV+b

式中:Bt为乔木林生物量(Mg),V为森林蓄积量(m3)，a和b为参数。各优势树种的计算参数见表2[8]。

在铜壁关自然保护区，主要森林为栎类，其次为硬阔类、桤木、壳斗、山茶科、龙脑香等。在计算中，将龙脑香以热带林标准计算，其他分别以栎类、桦木、其他硬阔类等林分类型来计算。

2.2.2 竹林生态系统生物量

铜壁关自然保护区分布有热性竹林、暖性竹林、暖温性竹林。竹林的总生物量由总株数和平均单株生物量推算。方精云在计算竹林时引用聂道平的研究结果：单株生物量与立竹密度(林分密度)之间无相关关系，在2 788～4 545株/hm2密度范围中， 单株生物量变动于22.35～22.62 kg/株。

2.2.3 灌木生态系统生物量的计算

疏林、灌木林生物量的计算公式为：

Bw=ρwSw

式中：Bw为疏林、灌木林总生物量(Mg)，ρw为单位面积疏林、灌木林生物量(Mg/hm2)，Sw为疏林、灌木林面积(hm2)。

表2 各优势树种生物量和蓄积量转换模型参数

灌木林的生物量利用我国秦岭淮河以南的灌木林平均生物量值19.76 Mg/hm2[8]。

2.2.4 经济林生态系统生物量的计算

经济林生物量的计算公式为：

Be=ρeSe

式中：Be为经济林总生物量(Mg)，ρe为单位面积经济林生物量(Mg/hm2)，Se为经济林面积(hm2)。

单位面积经济林平均生物量采用我国经济林的平均生物量23.7 Mg/hm2[8]。

2.3 森林植被碳储量和碳密度计算

1)碳储量计算公式为：

C=BCc

式中：C为碳储量(Mg)，Cc为含碳率。

2)碳密度计算公式为：

Cd=C/S

式中：Cd为碳密度(Mg/hm2)，C为碳储量(Mg)，S为森林面积(hm2)。

按照植物干有机物中碳所占的比重来计算植物生物量与碳储量的关系。国际上常用的含碳率为0.45和0.5。研究发现，我国乔木树种平均含碳率值均大于0.45，用0.5作为含碳率要优于0.45[9]。因此，本文在用生物量计算碳储量时采用含碳率0.5。

3 结果与分析

3.1 森林生态系统碳储量评价

铜壁关自然保护区林分蓄积量为 4 377 966 m3。其中栎类蓄积量达 1 414 280 m3，硬阔类达 1 104 740 m3，龙脑香蓄积量为 4 580 m3，桤木等蓄积量为 876 830 m3。根据公式计算铜壁关自然保护区森林生态系统碳储量(表3)。

表3 铜壁关自然保护区森林生态系统碳储量

在铜壁关自然保护区森林生态系统中，因为主要森林类型为栎类和桤木等，所以碳储量占较大比例。龙脑香科植被虽然占的比例不高，但它是保护区主要的保护植物种类。

3.2 竹丛生态系统碳储量评价

在铜壁关自然保护区内，热性竹林以黄竹林为主，平均立竹度为 6 000～9 000 秆/hm2，平均单秆重为20～30 kg[7]。在热性竹林中取平均竹丛度数和立竹度及平均单秆重。

暖性竹林以云南方竹林为主，平均立竹度为 80 000～110 000 秆/hm2，平均单秆重为0.9～1.2 kg[7]。在暖性竹林中取平均竹丛度数和立竹度及平均单秆重。

暖温性竹林为玉山竹林，平均立竹度为 150 000～200 000 秆/hm2，单秆重为0.4～0.7 kg[7]。在暖温性竹林中取平均竹丛度数和立竹度及平均单秆重。

竹林的生物量用总株数乘以平均单株生物量推算(表4)。

表4 铜壁关自然保护区竹丛生态系统碳储量

3.3 灌木生态系统及经济林生态系统碳储量评价

根据公式，将灌木生态系统及经济林生态系统碳储量计算如表5所示。

表5 铜壁关自然保护区灌木生态系统及经济林生态系统碳储量

3.4 不同森林生态系统碳储量

从表6可知，铜壁关自然保护区森林植被平均碳密度为 36.807 4 tC/hm2。这个数据比云南省森林植被平均碳密度23.58 tC/hm2要高[10]，而低于基于2009—2013年第八次全国森林资源连续清查的42.75 tC/hm2[11]。

表6 铜壁关自然保护区不同森林生态系统碳储量与碳密度

经济林、灌木生态系统的碳密度与其他研究结果[10-11]相同。但是竹林生态系统的75.2103 tC/hm2的碳密度远大于蔡丽莎等计算的0.27 tC/hm2[10]和燕腾等计算的23.73 tC/hm2的值[11]。其他研究根据杂竹的平均生物量来计算生物量，本研究根据科学考察实际数据来进行计算。

4 结论与讨论

1)铜壁关自然保护区森林生态系统总碳储量为 237.408 6 tC，平均碳密度为 36.807 4 tC/hm2。其中，乔木生态系统平均碳密度为 37.567 1 tC/hm2，竹丛生态系统平均碳密度为 75.210 3 tC/hm2，灌木生态系统平均碳密度为 9.879 9 tC/hm2，经济林生态系统平均碳密度为 11.850 1 tC/hm2(图2)。

图2 铜壁关自然保护区不同森林生态系统碳密度对比Fig.2 Comparison of carbon density of different forest ecosystems in Tongbiguan Nature Reserve

2)乔木生态系统的碳密度与云南省其他研究结果相差不大，经济林、灌木生态系统的碳密度与其他研究结果相同，但竹丛生态系统的碳密度远高于其他计算结果。其他研究根据杂竹的平均生物量来计算，本研究通过科学考察实际数据进行计算。

3)文中仅探讨了铜壁关自然保护区的不同森林类型的4种生态系统的碳储量，对于农田生态系统、耕地生态系统、湿地生态系统等没有涉及。

4)因受数据来源的局限，对铜壁关自然保护区的碳储量没有做时间上的动态分析。

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Evaluation of Carbon Storage and Density of Different Forest Ecosystems in Tongbiguan Nature Reserve

ZHANG Zhuoya1, YANG Xin2

(1.Faculty of Ecotourism, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China; 2.Communist Youth League Committee, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China)

This paper evaluated the biomass, carbon storage and density of different forest ecosystems in Tongbiguan Nature Reserve. The results showed that the total forest carbon storage and average carbon density of the forest ecosystem in Tongbiguan Nature Reserve were respectively 237.4086tC and 36.8074tC/hm2, in which the average carbon density of the arbor ecosystem was 37.5671tC/hm2, the bamboo clump ecosystem was 75.2103tC/hm2, the shrub ecosystem was 9.8799tC/hm2, and the economic forest ecosystem was 11.8501tC/hm2. The evaluation results were compared with other research.

forest ecosystem; carbon storage; carbon density; biomass; Tongbiguan Nature Reserve

2017-05-18.

云南省教育厅科学研究基金(2017ZZX210).

张卓亚(1984-)，女，讲师.主要从事生态评估及环境遥感应用研究.Email:zhangzhuoya2011@163.com

杨 欣(1981-)，男，助理研究员.主要从事生态系统服务功能研究.Email:yangxin@swfc.edu.cn

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.05.004

S759.9;S718.557;P461.7

A

1671-3168(2017)05-0020-05