2013年河南省乔木林植被碳储量特征

贾松伟, 郭蔓蔓

(河南科技大学 经济学院, 河南 洛阳 471023)

作为陆地生态系统最活跃、最重要的碳库，森林贮存了76%～98%的陆地植被碳储量，在调节全球碳平衡、缓解气候变暖等方面具有不可替代的作用[1-2]。近20多年来，国内外学者从不同尺度、不同区域、不同森林类型等方面开展了森林植被碳储量、碳密度和碳汇计量工作，并取得了显著成就[2-12]。目前国内关于大尺度范围下的森林植被碳储量估算研究大多是基于我国历次的森林资源连续清查数据[7-12]，并为此确立了主要树种(组)蓄积量转换生物量的方法及其对应参数[8,13-14]。

河南是一个森林资源相对较少的省份，第8次全国森林资源清查结果显示[15]，河南省森林面积359.07万hm2，比第7次森林资源清查结果增加了22.48万hm2；全省森林覆盖率21.50%，略低于全国森林覆盖率(21.63%)，在中部六省中仅高于山西省的18.03%。目前关于河南省森林碳储量的研究多是基于第7次森林资源清查数据(2004—2008年)或第6次森林资源清查数据(1999—2003年)[11-12]。近年来，在一系列国家或省级林业生态工程的持续推动下，河南省森林面积不断增加，森林质量不断提高，亟需更新森林碳储量的评估结果，以能准确反映和揭示该省森林固碳现状及潜力。为此，本文以河南省第8次森林资源清查数据(2013年)为基础，运用生物量扩展因子法，估算河南省乔木林植被的碳储量与碳密度，探讨其按优势树种、龄组、起源的分布规律，旨在揭示河南省乔木林的固碳能力和其分异规律，为中国省域尺度的森林生态系统碳汇功能评估提供参考数据，并为区域森林碳汇管理与发展提供科学决策依据[10]。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

河南省位于黄河中下游、华北大平原南端，地理坐标为东经110°21′—116°39′、北纬31°23′—36°22′，属暖温带—亚热带、湿润—半湿润季风气候，年平均气温12.8～15.5 ℃，年均降水量784.8 mm。全省东西长约580 km，南北相距约530 km，国土面积16.7万km2，约占全国国土总面积的1.73%；境内山地、丘陵、平原面积分别占全省陆地面积的26.3%，18.0%，55.7%。全省土壤类型主要为棕壤、褐土、黄棕壤、黄褐土等。森林植被类型以暖温带落叶阔叶林和亚热带常绿阔叶林为主。全省森林资源相对较少，主要分布于伏牛山和大别山、桐柏山系的深山区。

1.2 数据来源

本研究所用数据来源于国家林业局汇编的全国第8次(2009—2013年)森林资源清查资料。全国森林资源连续清查由国家林业局负责安排，以省为单位，每5 a复查一次。森林资源清查数据包括各森林类型的龄级、面积和蓄积以及在各省的分布状况等。河南省于2013年开展了第8次森林资源清查，此次清查工作通过对全省10 355个固定样地(4 km×4 km网格)的复位测设调查，以及41 750个样点(2 km×2 km网格)的卫星遥感图像判读，查清了全省森林资源现状和分布。

1.3 研究方法

以森林资源清查资料为基础的碳储量估算，国内外采用的方法多属于蓄积量—生物量转换因子法[8,13-14]，但因模型或参数选取的不同，造成估算结果差异较大。为规范国内碳汇造林项目的计量和监测，增进项目可比性，中国启动了国家和省级温室气体清单的编制工作，而“土地利用变化与林业温室气体清单”是其重要内容之一，清单中给出了乔木林植被碳储量的计算公式，并提供了将不同树种(组)林分蓄积量转换为碳储量所需要的参数[16](见表1)。乔木林植被的碳储量计算公式为：

C=V×D×BEF×(1 +R)×CF

(1)

式中：C为乔木林植被碳储量(t)；V为林分总蓄积量(m3)；D为基本木材密度(t/m3)；BEF 为生物量扩展因子，即地上生物量与树干生物量的比值，无量纲；R为地下生物量/地上生物量的比值，无量纲；CF 为优势树种(组)的含碳率，无量纲。由于森林资源清查资料中缺少灌木层、草本层生物量数据，故本文中的碳储量仅为乔木林植被的碳储量。

表1 河南省乔木林各优势树种(组)蓄积量和碳汇计量参数

注：“土地利用变化与林业温室气体清单”中未提供黄山松、樟木、刺槐的相关参数，本文中黄山松、樟木和刺槐的相关参数分别由其他松类、樟树、硬阔类的参数替代。

2 结果与分析

2.1 不同乔木林类型的植被碳储量与碳密度

林分类型不同，其碳储量和碳密度存在着很大差异[17]。第8次森林资源清查结果表明，2013年河南省有林地面积为359.07 万hm2，其中乔木林面积305.36 万hm2，经济林面积50.97万hm2，竹林面积2.74万hm2。乔木林中，主要优势树种为栎类和杨树，二者面积分别占全省乔木林面积的30.97%和28.99%，其次为阔叶混，面积占全省乔木林面积的17.36%(表2)。根据“土地利用变化与林业温室气体清单”的有关参数，得出2013年河南省乔木林植被碳储量为7 422.78万t。按森林类型划分，全省阔叶林、针叶林、针阔混交林面积分别占85.86%，11.88%和2.26%，而相应的植被碳储量则分别占90.73%，6.54%和2.73%。河南省乔木林植被的平均碳密度24.31 t/hm2，其中针阔混交林的碳密度最大，为29.35 t/hm2，其次为阔叶林，其碳密度为25.68 t/hm2，碳密度最小的是针叶林，为13.39 t/hm2。由此可见，阔叶林是河南省森林碳储量的主要贡献者。阔叶林中，栎类、杨树这2个(组)树种在全省整个森林植被碳储量中占主导地位，其植被碳储量分别为2 498.64万t和2 498.68万t，二者占全省乔木林植被碳储量的67.32%。

表2 2013年河南省乔木林植被碳储量分布

2.2 不同龄组乔木林植被的碳储量与碳密度

乔木林碳储量、碳密度与林龄的关系密切。河南省乔木林以幼龄林和中龄林为主，面积分别占全省乔木林面积的49.02%和33.99%%，对应的植被碳储量则分别占全省乔木林植被碳储量的34.09%和40.84%(表2)。不同林龄组的乔木林碳密度存在较大差异，从幼龄林到过熟林的碳密度分别为16.90 t/hm2，29.20 t/hm2，34.00 t/hm2，42.70 t/hm2，37.69 t/hm2，表现出林龄越大，相应龄组碳密度越高的趋势。由此可以看出，林龄结构偏年轻的河南乔木林资源，随着幼龄林和中龄林的继续生长，将会具有很大的碳汇潜力。

2.3 天然林植被的碳储量与碳密度

由表3可知，2013年河南省天然林面积为131.47万hm2，占全省乔木林面积的43.05%，对应的植被碳储量为3 512.35万t，占全省森林植被碳储量的47.32%；其中，栎类和阔叶混的植被碳储量分别为2 239.38万t和941.32万t，二者占天然林植被碳储量的90.56%。天然林植被碳储量主要集中在幼龄林和中龄林，分别占天然林植被总碳储量的60.21%和29.17%；近熟林、成熟林和过熟林分别占6.44%，4.11%和0.07%。

从碳密度来看，2013年天然林植被平均碳密度为26.72 t/hm2；不同林龄组的天然林植被碳密度存在较大差异，从幼龄林到成熟林(过熟林因面积太小，不考虑其碳密度)的碳密度分别为20.51 t/hm2，45.03 t/hm2，67.33 t/hm2，68.66 t/hm2，表现出林龄越大，相应龄组碳密度越高的趋势。不同树种天然林的碳密度差异也较大，介于6.66 t/hm2(其他松类)～31.50 t/hm2(油松)之间，天然林中植被碳储量最大的栎类和阔叶混的碳密度分别为30.02 t/hm2，24.03 t/hm2。

表3 2013年河南省天然林植被碳储量分布

2.4 人工林植被的碳储量与碳密度

表4显示，2013年河南省人工林面积为173.89万hm2，占全省乔木林面积的56.95%，对应的植被碳储量为3 910.43万t，占全省森林植被碳储量的52.68%；其中，杨树碳储量为2 498.68万t，占人工林植被碳储量的63.90%，其余树种碳储量所占比例均小于7%。人工林植被碳储量主要集中于中龄林和近熟林，分别占人工林植被总碳储量的51.32%和28.34%；幼龄林、成熟林和过熟林分别占10.62%，7.45%和2.27%。

从碳密度来看，2013年人工林植被平均碳密度为22.49 t/hm2；不同林龄组的人工林植被碳密度存在较大差异，从幼龄林到过熟林的碳密度分别为8.91 t/hm2，24.76 t/hm2，30.88 t/hm2，35.97 t/hm2，39.25 t/hm2，表现出林龄越大，相应龄组碳密度越高的趋势。不同树种人工林的碳密度差异较大，介于1.74 t/hm2(其他硬阔类)～31.61 t/hm2(针阔混)，人工林中植被碳储量最大的杨树林碳密度为28.22 t/hm2。

3 讨 论

3.1 河南省乔木林植被碳储量在全国乔木林植被碳储量中的贡献

作为陆地生态系统中最大的碳库，森林在抑制全球温室气体浓度上升中发挥着重要作用，林业碳汇也成为《京都议定书》、“巴厘岛路线图”及“哥本哈根世界气候大会”等历次国际气候谈判的重要内容。国内学者历来重视我国的森林植被碳储量研究[2,6-14,17]，Zhang等以历次全国森林资源清查数据为基础估算了我国乔木林植被碳储量，其中2009—2013年期间我国乔木林植被碳储量为68.96亿t[18]。本研究中，2013年河南省乔木林植被碳储量估算结果为7 422.78万t，约占全国乔木林植被碳储量的1.08%；与2008年相比[11]，乔木林植被碳储量增加了446.66万t。与邻省陕西省、山东省比较(表5)，陕西省乔木林面积是河南省的2.09倍，而乔木林植被碳储量却是河南省的2.69倍，这主要是陕西省森林以天然林为主，且天然林各优势种的碳密度较高；而山东省的森林以人工林为主，尽管山东省的乔木林面积为河南省的0.53倍，但致使乔木林植被碳储量仅为河南省的0.46倍。河南省乔木林植被的碳密度为24.31 t/hm2，小于全国的平均值41.41 t/hm2，与四川省的56.61 t/hm2和云南省的50.77 t/hm2差距较大，与山西省和山东省的乔木林植被平均碳密度大致相当，远高于广西省和湖南省的乔木林植被平均碳密度(表5)，其原因可能与每个省份的优势树种不同有关，广西省、湖南省的优势树种以松类、杉木类为主，而河南省以栎类和杨树为主。

3.2 评估方法对森林植被碳储量估算的影响

目前国内关于森林生态系统碳储量的估算方法较多，且计算中用到的参数不一致，从而造成估算森林生态系统碳储量时，因采用方法不同导致估算结果存在较大差异。基于第7次全国森林资源清查资料，李海奎等[23]利用不同树种的生物量经验模型估算出中国森林植被碳储量为78.11亿t，其中乔木林66.62亿t；李妍等[24]采用分树种、分龄组的生物量——蓄积量拟合模型法，估算出中国乔木林植被碳储量为60.9亿t；Zhang等[18]基于通过实测样地数据改进后的生物量与蓄积量转换参数，估算出中国乔木林植被碳储量为62.42亿t。从以上研究结果可以看出，尽管所采用的数据相同，但所运用的估算方法或参数不同，导致中国乔木林植被碳储量的估算结果最大差别为5.72亿t。为减少估算方法所带来的不确定性，中国启动了国家和省级温室气体清单的编制工作，清单中给出了乔木林植被碳储量的计算公式，并提供了将不同树种(组)林分蓄积量转换为碳储量所需要的参数。杨传强等[10]采用清单中所给出的计算公式和参数，以山东省第8次全国森林资源清查数据为基础，估算出山东省乔木林植被碳储量为3 404.46万t；同样以山东省第8次全国森林资源清查数据为基础，张春华等[25]采用生物量转换因子连续函数法和改进后的生物量与蓄积量转换参数，估算出山东省乔木林植被碳储量为4 398.06万t，约为前者的1.29倍。本研究采用清单中所给出的计算公式和参数，估算出2013年河南省乔木林植被碳储量为7 422.78万t；若采用Fang等[8]的生物量转换因子连续函数法，2013年河南省乔木林植被碳储量将达到9 086.83万t。由此可见，采用“土地利用变化与林业温室气体清单”中给出的植被碳储量计算公式和参数，所估算出的结果偏低。

3.3 人工林经营管理以及人工林碳储量

通过植树造林和人工林经营等措施增强陆地碳汇功能是清洁发展机制(CDM)中的最主要途径之一。Lal 将提高人工林经营管理水平，增强人工林土壤碳汇功能称为“双赢策略”和“减缓全球变化的一种可能机制和最有希望的选择”[26]。研究表明，从1973—1976年到2009—2013年，中国乔木林植被碳储量净增加了27.85亿t，年均增加0.77亿t，约40%来自于人工林[18]。本研究结果表明，2013年河南省乔木林植被碳储量为7 422.78万t，其中人工林植被碳储量为3 910.43万t，占全省森林植被碳储量的52.68%，可见人工林在河南省乔木林植被碳储量中占据着重要地位。本研究还表明，2013年河南省人工林植被平均碳密度为22.49 t/hm2，远低于同期全国人工林植被碳密度(29.70 t/hm2)[18]。造成河南省人工林植被碳密度偏低的原因之一是人工林中幼、中龄林所占比重过大，2013年河南省幼、中龄林所占比重高达73.40%；另外河南省人工林普遍存在树种单一、结构不合理、生产力低下、病虫害发生严重等特点[27]，这也是导致河南省人工林植被平均碳密度较低的一个重要原因。为此，应提高现有人工林的经营管理水平，加强对幼、中龄林的抚育管理，调整该区域内的树种结构、改变树种单一格局，加强森林病虫害防治、增加森林抗灾能力，改善林分质量，将有助于进一步增强河南省森林的碳汇功能。

4 结 论

(1) 研究期间河南省乔木林植被碳储量7 422.78万t，其平均碳密度为24.31 t/hm2；其中，栎类、杨树2个(组)树种在全省整个森林植被碳储量中占主导地位，其植被碳储量分别为2 498.64万t和2 498.68万t，二者占全省乔木林植被碳储量的67.32%。

(2) 研究期间河南省乔木林以幼龄林和中龄林为主，其植被碳储量分别占全省乔木林植被碳储量的34.09%和40.84%；从幼龄林到过熟林的平均碳密度分别为16.90 t/hm2，29.20 t/hm2，34.00 t/hm2，42.70 t/hm2，37.69 t/hm2。

(3) 研究期间河南省天然林植被碳储量为3 512.35万t，占全省森林植被碳储量的47.32%；其主要集中于幼龄林和中龄林，分别占天然林植被总碳储量的60.21%和29.17%。天然林植被平均碳密度为26.72 t/hm2，不同树种天然林的碳密度差异较大，介于6.66 t/hm2(其他松类)～31.50 t/hm2(油松)之间。

(4) 研究期间河南省人工林植被碳储量为3 910.43万t，占全省森林植被碳储量的52.68%；其中，人工林中植被碳储量所占比重最大的树种为杨树，所占比重高达63.90%。人工林植被碳储量主要集中于中龄林和近熟林，分别占人工林植被总碳储量的51.32%和28.34%。人工林植被平均碳密度为22.49 t/hm2，其中杨树林碳密度为28.22 t/hm2。