周至县森林植被碳储量及碳密度研究

陈周峰

(陕西省楼观台实验林场，陕西 周至 710402)

森林作为陆地生态系统的主体, 不仅维护着区域生态环境, 而且在调节全球碳平衡、减缓大气中温室气体浓度上升以及维护全球气候系统等方面具有不可替代的作用[1], 森林生态系统的碳储量是森林固碳能力的重要标志, 也是评估森林碳收支的重要参数[2]和森林生态系统与大气间碳交换的基本参数[3]及森林生态系统向大气吸收和排放含C气体的关键因子[4]。只有对森林生物量和碳储量做出精确估算，才能进一步探究森林在区域和全球碳循环中所起的作用[5]。为此，自20世纪初以来我国科技工作者从全国以及各区域或省份对森林生态系统碳储量及碳密度进行了大量研究[5-14]，为森林资源经营管理、林业可持续发展和碳贸易提供了重要的科学依据。

周至县是陕西省森林资源大县，林地主要分布在秦岭及其北麓的秦岭核心地段，有着较为完整和复杂多样的山地森林生态系统，植被垂直带谱明显，在陕西秦岭森林生态系统中具有较好的代表性。开展周至县森林植被碳储量和碳密度研究对更准确地了解和把握陕西秦岭森林碳储量和空间分布特征具有重要意义。

1 研究区概况

周至县地处陕西省西安市西北部，属秦岭北麓、渭河平原中部，地理坐标为东经107°39′0″～108°31′0″，北纬33°42′0″～34°14′0″。东西长64.8 km，南北宽55.6 km，总面积2 974 km2。南部秦岭土石山区属秦岭皱褶带，海拔500～3 767 m，占全县总面积76.4%。秦岭北麓山前黄土台原区为秦岭山区与关中平原过渡带，与冲洪积扇呈陡坎相接，海拔500～600 m，占全县总面积0.3%。北部渭河平原区农业生产条件优越，海拔高程399～530 m，面积占全县总面积的23.3%。暖温带大陆性季风气候，年平均气温13.2 ℃，极端最高气温42.4 ℃，极端最低气温-20.2 ℃，年平均无霜期225 d，日照时数1 993.7 h，年均降水平原区700.0 mm，山区850.5 mm，由南向北递减。

全县林地面积15.18万hm2，植被类型为暖温带落叶阔叶林带，秦岭山地落叶阔叶与针叶林区，秦岭西段栓皮栎、锐齿栎、巴山冷杉、太白红杉林小区。大部分为次生林。原始林主要分布在人烟稀少，交通不便的中高山区。由于高度差异，植被垂直带谱明显。

2 研究方法

2.1 林地资源资料来源

本研究数据资料主要为森林资源二类调查成果资料，包括林地信息、森林类型、面积、蓄积量等，仅涉及从当地林业部门获取。森林资源连续清查资料仅涉及乔木层相关数据,林地灌木层、草本层及灌木林采取完全收获法测定。

2.2 灌木林生物量

灌木林生物量按不同树种林地进行样地选择和测定。选择主要灌木林黄栌、狼牙刺、黄蔷薇、柳罐、胡颓子等进行测定，在踏查基础上每种灌木林分为优、中、差3个等级，每个等级选择3个样地，每个样地测定5个样方，样方大小为2 m×2 m。每种灌木林取灌木样品3份，每份重200 g，烘干称重，计算林地灌木干鲜比，并以其折算灌木林地生物量(干重)；草本鲜重按30%换算干重。每种灌木林单位面积生物量通过算术平均求得。

2.3 乔木林生物量计算

乔木层采用模型模拟法计算[5-8]，灌木层与草本层采用样地调查法测定。材积源生物量法在不同林分类型生物量与蓄积量之间均存在良好的回归关系，能较好地反映实际情况，是一种最常用的森林生物量估测方法[10-14]。灌草层生物量调查时，不同树种及树龄的林地分别选择3个样地并在每个样地中各设置3个2 m×2 m灌木样方，再在每个灌木样方中设置3个草本样方，灌木及草本生物测量方法与灌木林测定方法相同。

林地乔木层生物量与蓄积量关系[15-17]，主要树种关系式为栎林：W=1.328 8V-3.899 9，油松：W=0.755V+5.092 8，华山松：W=0.585 6V+18. 743 5,冷杉：W=0.415 8V+ 41.331 8，柏类：W=0.612 9V+26.145 1，刺槐等阔叶：W=0.4754V+30.603 4，疏林地：W=0.756V+8.310 3，散生四旁树：W=0.981V+0.004，软阔：W=2.152 9V0.608 5，硬阔：W=0.657 3V1.050 2，杉木：W=0.180 7V1.277 1，其他松类：W=0.527 2V1.023 9，其中W为地上生物量(t)，V为林地蓄积量(m3)。

2.4 森林植被碳储量计算

森林植被碳储量为森林生物量乘以含碳率(含碳系数)[10-14]。目前，国际上常用的平均含碳率为0.45 或0.5[6，16,18],本研究乔木层含碳率按0.5，灌木层、草本层按李银等人[19]研究得出的秦岭主要灌木平均含碳率0.44。

3 结果与分析

3.1 有林地碳储量及碳密度

经计算(表1)，周至县有林地总面积120 055.6 hm2，有林地总生物量1 283.22万t(表3)，其中栎类林687.90万t，占总量53.6%，硬阔叶林463.98万t，占总量36.2%，油松林38.90万t，占总量3.0%，桦类35.42万t，占总量2.8%，其他林种 57.01万t，占总量4.4%。有林地总碳储量为641.61万t，其中栎类林地碳储量最大，为343.95万t、占有林地总碳储量的53.6%，其次为硬阔叶林，碳储量为231.99万t、占有林地总碳储量的36.2%，两者合计占全县有林地碳储量的89.8%，占绝对优势,与陕西省有林地不同林分之间碳储量大小排序一致[5]。

不同林分之间碳密度为2.651～72.441 t·hm-2、平均53.443 t·hm-2，高于全国平均水平的41.0 t·hm-2[20];不同林型之间碳密度从高到低依次为栎类>硬阔>油松>铁杉>落叶松>华山松>桦类>软阔>杨类>柏类>冷杉>刺槐>其他，众多林分中只有栎类林碳密度高于有林地平均值，硬阔林、油松林碳密度接近但低于有林地平均值，刺槐林和其他林地碳密度很低。总体来看周至县有林地中栎类林和硬阔叶林不但面积大，碳储量大，碳密度也较高，在周至县现有林地碳储存中起主导作用。

表1 周至县乔木林生物量及其碳储量和碳密度

3.2 疏林地碳储量及碳密度

周至县疏林地总面积24 457.6 hm2，总生物量229.01万t，总碳储量144.51万t，其中硬阔叶疏林地面积占总面积90.7%，生物量、碳储量分别占总生物量和总碳储量的97.6%，硬阔叶树林地在疏林地面积及碳储量中占绝对优势。不同疏林地碳密度为1.837～50.270 t·hm-2、平均46.817 t·hm-2，从高到低依次为硬阔>油松>落叶松>冷杉>华山松>栎类>杨类>刺槐>柏类>软阔，不同疏林地碳储量及碳密度主要由乔木层决定，乔木层树种密度及个体越大，碳储量及碳密度越大，反之亦然。

表2 周至县疏林地生物量及其碳储量和碳密度

3.3 灌木林碳储量及碳密度

周至县灌木林总面积7 239.8 hm2，总林生物量15.15万t、总碳储量6.66万t(表4)，其中竹林总生物量(7.72万t)、总碳储量(3.40万t)最大，分别占灌木林总量的51.0%，其他灌木总生物量7.19万t、总碳储量3.16万t，占灌木林总量的47.5%，杜鹃、黄栌、黄蔷薇、杜鹃等总生物量0.23万t、总碳储量0.10万t，分别占总量的1.5%。不同灌木林的碳密度2.37～29.34 t·hm-2、平均9.20 t·hm-2，各灌木林碳密度从高到低依次为竹林>黄栌>黄蔷薇>其他灌木>杜鹃。

表3 周至县灌木林生物量及其碳储量和碳密度

3.4 周至县森林碳储量和碳密度

周至县林地总面积151 753.0 hm2，森林植被总碳储量762.78万t，平均碳密度50.26 t·hm-2，高于全省平均值30.919 t·hm-2[5]和全国平均值41.0 t·hm-2[20]，低于紧邻宁陕县平均值66.3641.0 t·hm-2[21]，说明周至县森林植被储碳能力高于全国和全省平均水平，但低于地处秦岭腹地深处且全域为秦岭山地、林地人为影响基本一致的宁陕县林地。

4 结论与讨论

周至县森林植被碳储量为762.78万t，平均碳密度50.26 t·hm-2，其中有林地总碳储量为641.61万t，不同林分之间碳密度为2.651～72.441 t·hm-2、平均53.443 t·hm-2，疏林地碳储量144.51万t，不同疏林地碳密度为1.837～50.270 t·hm-2、平均46.817 t·hm-2，灌木林碳储量6.66万t，不同灌木林的碳密度2.37～29.34 t·hm-2、平均9.20 t·hm-2；平均碳密度高于全国和全省平均值，低于近邻全为山区、植被状况较好的宁陕县。

森林生态系统作为陆地碳循环的重要组成部分, 其固碳特征一直备受关注，但其构成不仅仅只有植被层，还包括土壤层和枯落物层，且土壤碳库约是植被碳库的3倍, 土壤储存了超过2/3的森林碳储量[8,22],是森林生态系统的最大碳库,也是森林生态系统碳平衡和碳循环的关键组成部分，维持森林碳储量稳定作用异常显著[22]。本研究仅涉及了周至县森林地上部分的碳储量，没有涉及土壤层和枯落物层，且由于基础数据和计算方法的不完善，可能会导致估算的森林植被碳储量和碳密度上不够充分精确、差异较大[6,8,23](广大研究者面临的共同问题)，这也是今后研究的一个方向和应注意的重点。