云南洱海流域森林植被碳储量与碳密度估算

茶枝义

(云南省林业调查规划院大理分院，云南 大理 671000)

森林是陆地生态系统的主体，也是陆地生态系统最大碳库，约80%的地上碳储量和40%的地下碳储量来自森林生态系统。因此，森林生态系统在调节全球碳平衡、维护全球气候方面具有不可替代的作用[1]，增强森林生态系统碳汇功能是人类减缓和适应全球气候变化的重要途径，也是全球碳循环研究的热点和难点[2]。森林碳储量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，也是评估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目标的重要内容[3]。森林碳储量的研究工作是从研究森林生物量开始。云南省在2014年9月—2016年10月完成了全省第四次森林资源规划设计调查，短期内提供了全省范围内各类森林面积、各类林木蓄积，利用该调查数据中树干材积为洱海流域的碳储量研究提供了很好的基础数据，在时间尺度上研究洱海流域碳储量的变化创造了基础条件。近年来，高原湖泊洱海的保护受到高度重视，估算洱海流域森林植被碳储量及其碳汇能力，核算并确定货币价值，建立碳汇效益补偿机制，对正确评估森林资源的生态效益等方面具有重要意义。为此，本文全面估算洱海流域碳储量，估算范围包括有林地(乔木林、竹林)、疏林地和灌木林地的碳储量，以及散生木、四旁树碳储量。

1 研究区域概况及研究方法

1.1 研究区域概况

洱海流域位于云南省西北部，大理白族自治州中部，大部分区域位于大理州大理市和洱源县，分水岭地带小部分涉及大理州鹤庆、剑川、宾川、弥渡、祥云、漾濞、巍山7县，地处澜沧江、金沙江和元江三大水系分水岭地带，地理坐标介于东经100°05′—100°17′、北纬25°36′—25°58′。地形特征为东西两侧高，中间低。洱海、罗时江以西为横断山区，以东属滇中高原区，山脉呈南北走向。洱海西侧的点苍山系青藏高原向中国东部和南亚低地势区过渡的转折点，海拔4000 m以上的青藏高原从西到东绵延千里至此结束，云贵高原及东部低地从其脚下的大理地区开始，号称“世界屋脊的屋檐”。最高峰马龙峰海拔高达4122 m，最低点在西洱河边江风寺一带，海拔1922 m，相对高差约2200 m。地貌主要有高山、中山、中山峡谷、高原丘陵和盆地5个类型。流域区地处低纬度地区，且地势较高，东北靠东亚大陆，南近海洋，兼具低纬气候、季风气候和高原气候的特点，即四季温和、温度年较差小、日温差大、光照充足、干湿季分明、雨量分配不均等特点，多年平均气温15.1 ℃，全年日照时间2250～2480 h，日照百分率52%～56%，多年平均降水量为1048 mm。冬春季节盛行大风是洱海湖区的一大特点，年平均风速为4.1 m·s-1，最大风速达40 m·s-1。洱海流域属澜沧江水系，境内有弥苴河、永安江、罗时江、波罗江、西洱河及苍山十八溪等大小河流117条，有洱海、茈碧湖、海西海、西湖等湖泊湿地。地带性土壤为红壤，土壤垂直分异明显，海拔由低到高依次为红壤、黄棕壤、暗棕壤、高山草甸土和高山灌丛草甸土，此外有非地带性土壤紫色土、漂灰土、石灰土、沼泽土与其镶嵌分布。流域水平地带性植被主要为半湿润常绿阔叶林和云南松林，目前分布较广的是在森林植被演替过程中，与半湿润常绿阔叶林紧密联系的云南松林，成为本地带植被的重要标志。

根据云南省第四次森林资源规划设计调查资料统计，洱海流域面积259022.9 hm2，其中：林地面积152847.9 hm2，占流域土地面积的59.01%；非林地面积106175.0 hm2，占土地总面积的40.99%。林地按地类分：有林地92306.9 hm2，疏林地765.2 hm2，灌木林地49608 hm2，未成林造林地1796.3 hm2，无立木林地3770.8 hm2，宜林地4384.2 hm2，苗圃地20.8 hm2；辅助生产林地195.7 hm2。活立木蓄积量5028560 m3，其中：有林地蓄积量4899760 m3，疏林地蓄积量6000 m3，散生木蓄积量58440 m3，四旁树蓄积量64360 m3。森林覆盖率37.27%，林木绿化率54.83%。

1.2 数据来源

本研究采用的资料来源于洱海流域区大理市、洱源县、剑川县、巍山县、祥云县、弥渡县、漾濞县在2014—2016年完成的森林资源规划设计调查数据。调查主要内容有小班地类、面积、森林类别、林分起源、优势树种、树高、龄组、蓄积等。乔木林中针叶树种混交林分的统计为针叶混，阔叶树种混交林分的统计为阔叶混，针叶阔叶树种混交林分统计为针阔混。

1.3 研究方法

森林生态系统碳储量估测一般分微气象学法、样地清查法、箱式法、数学模型法、遥感估测法[4-7]，此次采用样地清查法中的生物量转换因子法估算纯林、混交林、散生木和四旁树的碳储量，采用平均生物量法估算乔木经济林、灌木经济林、疏林地、灌木林地(不含灌木经济林)碳储量。

1.3.1 纯林、混交林碳储量估算 本次采用生物量转换因子法(材积源生物量法)对洱海流域的乔木林中的纯林和混交林的森林生物量进行估算，再根据各树种(组)的含碳系数计算碳储量。

其生物量估算公式为：Btotal=Vtotal×D×BEF×(1+R)，式中：Btotal为某一树种(组)的总生物量；Vtotal为某一树种(组)的总蓄积量；D为某一树种(组)的基本木材密度；BEF为生物量扩展因子；R为某一树种(组)的根茎比。

根据龄组对BEF值进行适当转换[3]：根据IPCC给出的BEF取值区间，按其上下限等分为5个区间，取中间值作为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林的生物量转换因子。D、R取值参考巩合德[8]在云南省森林碳汇研究中采用的数值，含碳系数取值参考李海奎等[3]在中国森林植被生物量和碳储量评估中根据各树种中纤维素、半纤维素和木质素中碳元素所占重量比例求算的数值。无含碳系数、基本木材密度、根茎比的树种，按同一树种组的树种的平均数代替；混交林中阔叶混取流域区阔叶树种的平均值，针叶混取流域区分布的针叶树种的平均值，针阔混取流域区分布的针叶树种、阔叶树种的平均值。

1.3.2 乔木经济林、灌木经济林、疏林地、灌木林地碳储量估算 采用单位面积生物量法对乔木经济林、灌木经济林、疏林地、灌木林地(不含灌木经济林)进行碳储量估算。单位面积生物量采用方精云等[9]在估算我国森林植被生物量和净生长量中的数值。其估算公式为：C=S×A×Cf，式中：S为面积(hm2)；A为单位面积生物量，经济林(含乔木经济林和灌木经济林)取值23.70 t·hm-2，疏林地、灌木林地(不含灌木经济林)取值19.76 t·hm-2；Cf为含碳系数，取IPCC推荐值，即0.47(无量纲)。

1.3.3 竹林碳储量估算 采用基于竹林株树的碳储量估算方法，其计算公式为：C=N×A×Cf，式中：N为竹林株数；A为单株生物量，取值22.5 kg·株-1；Cf为含碳系数，取值0.47(无量纲)。

1.3.4 散生木和四旁树碳储量估算 散生木和四旁树碳储量采用与纯林、混交林相同的估算方法，但BEF值不再按龄组进行转换，直接采用IPCC推荐的固定值，即：针叶树取值1.3，阔叶树取值1.4。

2 结果与分析

2.1 各地类碳储量

洱海流域碳储量4047584 t，其中：有林地碳储量3530807 t，占总碳储量的87.23%；疏林地碳储量7107 t，占总碳储量的0.18%；灌木林地碳储量461546 t，占总碳储量的11.40%；散生木碳储量22828 t，占总碳储量的0.56%；四旁树碳储量25296 t，占总碳储量的0.63%。详见表1。

表1 洱海流域森林植被碳储量

根据2017年度北京、上海、湖北等7个试点城市碳排放交易中心平均成交价格22.33元·t-1计算，洱海流域碳储量经折算为森林吸收二氧化碳14841.14万t，其碳储量价值为3.314亿元，占洱海流域大理市和洱源县2016年度国内生产总值的0.8%。根据森林资源规划设计调查结果中各优势树种年净生长量计算的年碳储量为145987 t，其年储碳量价值1195.29万元。

2.2 乔木林(纯林和混交林)分龄组碳储量及平均碳密度

乔木林(纯林和混交林)碳储量3337416 t，占总碳储量的82.45%。按地类分：纯林碳储量3143808 t，混交林碳储量193608 t，纯林碳储量是混交林碳储量的16.24倍。从各龄组的碳储量分析：以中龄林、近熟林碳储量为主，其碳储量之和为2566391 t，占纯林碳储量的76.90%；中龄林的碳储量最大，其碳储量1606955 t，占纯林碳储量的48.15%。详见表2。

乔木林平均碳密度39.63 t·hm-2，低于李海奎等[3]基于全国第七次森林资源连续清查资料用生物量经验(回归)模型估计法计算的全国乔木林碳密度(42.82 t·hm-2)和云南省乔木林碳密度(51.18 t·hm-2)的水平。

根据洱海流域各树种的年净生长量计算的乔木林(纯林和混交林)年碳储量144339 t，其年碳储量价值为1181.80万元。

2.3 纯林中主要优势树种(组)碳储量和平均碳密度

从各优势树种(组)碳储量分析：云南松、华山松、栎类3个树种的碳储量位居前三，其碳储量之和2954509 t，占纯林碳储量的93.98%。云南松碳储量最大，其碳储量(1945074 t)占纯林碳储量的61.87%。

洱海流域纯林碳密度39.52 t·hm-2，栎类碳密度最大。各优势树种(组)平均碳密度由大到小的顺序为：栎类>华山松>云南松>桉类>冷杉>其他阔叶树>柏木。

纯林中针叶树种和阔叶树种的碳储量构成：针叶树碳储量2649289 t，阔叶树碳储量494519 t。针叶树碳储量是阔叶树碳储量的5.36倍。针叶树种平均碳密度39.96 t·hm-2，阔叶树种平均碳密度37.30 t·hm-2。详见表3。

表2 乔木林碳储量及平均碳密度

表3 纯林碳储量及平均碳密度

2.4 混交林碳储量及平均碳密度

从混交林的树种结构来分析：针叶混碳储量最大，其碳储量99976 t，占混交林碳储量的51.64%。混交林碳密度41.58 t·hm-2，低于全国混交林碳密度(48.19 t·hm-2)。针叶混碳密度43.89 t·hm-2，高于全国混交林碳密度(41.66 t·hm-2)；阔叶混碳密度39.35 t·hm-2，低于全国混交林碳密度(58.47 t·hm-2)；针阔混碳密度39.38 t·hm-2，低于全国混交林碳密度(44.45 t·hm-2)[3]。详见表4。

表4 混交林碳储量及平均碳密度

2.5 散生木和四旁树碳储量

洱海流域散生木树种有云南松、栎类、华山松、桉类和其他阔叶树等18个树种(组)，碳储量22828 t，单株平均碳储量14.67 kg，基于年净生长量计算的年碳储量764 t。

洱海流域四旁树树种有桉树、杨树、云南松和其他阔叶树等16个树种(组)，碳储量25296 t，单株平均碳储量9.14 kg，基于年净生长量计算的年碳储量805 t。通过乡村绿化和美化措施，改善人居环境的同时，将有效提高四旁树碳储量。

3 结论与讨论

1)基于森林资源规划设计调查资料的洱海流域森林植被碳储量4047584 t，以有林地和灌木林地的储碳量为主。其碳储量价值3.314亿元，年碳储量价值1195.29万元。洱海流域散生木单株平均碳储量14.67 kg，四旁树单株平均碳储量9.14 kg。

2)乔木林(纯林和混交林)碳储量3337416 t，以中龄林、近熟林碳储量为主，中龄林的碳储量最大。纯林中各优势树种(组)碳储量：云南松、华山松、栎类3个树种的碳储量位居前三，云南松碳储量最大；针叶树种碳储量是阔叶树种碳储量的5.36倍。混交林碳储量193608 t，其中针叶混碳储量最大，其碳储量99976 t，占混交林碳储量的51.64%。从各森林类型的碳储量分析，加大流域区中龄林育林力度，特别是纯林中以云南松、华山松、栎类为优势树种的中龄林，针叶混交林中的中龄林要加大森林抚育、封山育林等育林措施，精准提升单位面积蓄积量，将进一步提高流域森林碳储量。

3)洱海流域乔木林碳密度39.63 t·hm-2，低于全国乔木林碳密度(42.82 t·hm-2)和云南省乔木林碳密度(51.18 t·hm-2)[3]；纯林碳密度39.52 t·hm-2，混交林碳密度41.58 t·hm-2，针叶树碳密度39.96 t·hm-2，阔叶树碳密度37.30 t·hm-2，以上各类型碳密度均低于全国平均水平，仅有混交林中针叶混碳密度(43.89 t·hm-2)略高于全国平均水平(41.66 t·hm-2)。各优势树种(组)中，栎类的碳密度最大，碳密度由大到小的顺序为：栎类>华山松>云南松>桉类>冷杉>其他阔叶树>柏木。该流域区主要分布的乔木树种碳密度均低于利用云南省第八次森林资源连续清查资料估算的碳密度[8]。碳密度低的主要原因是：流域区乔木林单位面积蓄积量低。流域区乔木林单位面积蓄积量58.16 m3·hm-2，低于云南省第四次森林资源规划设计调查结果(94.8 m3·hm-2)和全国第八次森林资源连续清查统计数据(72.89 m3·hm-2)。流域区北部、东部海拔2500 m以下喀斯特地貌发育，立地条件差；乔木林中成过熟林少，成过熟林面积占流域区乔木林的10.53%，森林植被处于逐步恢复阶段，乔木林单位面积蓄积量低。从碳密度的角度进行分析，洱海流域各植被类型、各树种(组)的碳密度有较大的提升空间，林业生态建设可以在碳汇方面发挥更大的作用。

4)此次研究主要基于森林资源规划设计调查的各树种(组)林木蓄积、面积进行区域碳储量和碳密度的研究，碳储量主要受各树种(组)林木蓄积量的调查精度、生物量扩展因子的取值范围和根茎比大小的影响，碳密度主要受各树种(组)面积区划精度的影响。要准确掌握洱海流域区碳储量及其动态变化，正确评价洱海流域植被碳储量价值，还要深入开展相关研究：①开展流域区乔木林分树种、分龄组生物量转换因子研究；②开展森林资源规划设计调查树种中林木蓄积量和小班调查精度对碳储量估算的影响分析；③开展流域区各树种分龄组根茎比变化的研究；④开展基于立木蓄积和林下灌木盖度进行疏林地单位面积碳储量研究，开展基于灌木树种、灌木盖度进行灌木林地单位面积碳储量的研究；⑤基于森林资源年生长量开展年度碳储量增量研究。才能更为准确地量化流域区各植被类型碳储量及其变化，为流域区森林生态效益补偿和碳排放市场上林业碳汇的参与提供技术支撑，同时有利于流域区开展基于碳储量价值的林业生态工程融资模式研究，进一步推动生态文明建设。