天然林保护工程固碳能力探讨

赵 博

(辽宁省林业发展服务中心，辽宁 沈阳 110036)

1 引言

随着社会发展，对自然资源的利用和工业化程度不断提升，导致大气中的碳含量也随之增长，二氧化碳等温室气体会造成臭氧层破坏，导致全球气候环境变暖，长此以往，将导致碳循环和分布失衡，对地球生态系统造成严重破坏[1]。维持生态系统的碳平衡，离不开天然林的固碳作用，天然林通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，储存并转化为有机物，进而降低大气中碳含量，起到固碳的效果。天然林提供了人类生存所必需的资源与环境，是人类发展的基础。天然林退化对气候、土壤和生物多样性都会造成负面影响，对整个生态系统造成破坏，导致生物濒危灭绝、水土流失和大气污染等严重后果，进而也影响到人类生存。为了使天然林能充分发挥其固碳能力，维护地球生态平衡，需要对天然林进行科学合理的保护，遏制生态恶化的趋势[2]。因此本文对天然林保护工程的固碳能力进行分析，为建设天然林保护工程，尤其是发挥固碳作用方面，提供理论依据，促进天然林的可持续发展，提高生态效益。

2 实验方法

2.1 设置实验样地

以某天然林保护工程试点为研究区，考虑环境条件和生长情况，选择成熟林为研究对象，设置A、B、C 3个大样地，每个大标准地分别设置3个小样地，形状均为正方形，小样地面积为500 m2，共计9块标准样地。在小样地随机设置3个3 m×3 m的灌木样方，灌木样方中再设置1m×1m的草本样方。选取时秉持与周边环境一致性原则，避开天然林边缘地带[3]。天然林样地的信息如表1。

表1 实验样地基本信息

2.2 测量生物量

(1)对乔木层生物量进行测量。对样地内所有乔木，测量其胸径和树高，采集各类乔木的枝、干、叶、根等器官样品，同种类器官混合成一个样品，重约500g左右，测定其碳含量。根据表2所示生物量方程，计算研究区天然林乔木层生物量。

表2 乔木层生物量方程

(2)对灌木层生物量进行测量。记录灌木数量、胸径、株高和覆盖度等信息，采集样方内所有植物，按不同器官分布称重，各取500 g左右样品，烘干后测量碳含量。按照表3的生物量方程估算其生物量。其中高度小于50 cm的植株，按草本层处理。

表3 灌木层生物量方程

(3)对草本层生物量进行测量。主要记录草本植物种类、数量和覆盖度等信息，对地上和地下部分称重，推算整个区域草本层生物量，选取500g样品，烘干后测定碳含量。

(4)对凋落物生物量进行测量。收集样方内凋落物并称重，推算研究区凋落物生物量。选取500g样品，烘干后测定碳含量。其中直径小于5cm的枯木也包括在凋落物中，一同测量。

2.3 采集土壤样品

在样地内，随机选取3个土壤采样点，分别按照0～15cm、15～30cm、30～45cm、45cm以下的深度，采集土壤样品，每份约500g，去除根系等杂物，烘干后过筛，用于计算烘干土质量和土壤层碳含量。

2.4 测定碳含量

将采集到的乔木、灌木、草本层及凋落物样品，放置于烘箱内，用85 ℃烘干至恒重，粉碎后，过0.25mm筛。将采集的壤样品，自然风干，研磨后过2mm筛，称重筛除的碎石，用四分法再过0.25mm筛。测定样品的碳含量，采用重铬酸钾-硫酸氧化法。

2.5 计算碳密度和碳储量

天然林的植被层各组分的碳密度计算如下：

Dv=∑Bi×Ci

(1)

式(1)中，Dv为植被层碳密度；Bi为生物量；Ci为碳含量；i为乔木、灌木层各器官，草本层地上、地下部分和凋落物。

土壤层的碳密度计算如下：

Ds=∑Ci×Pi×Ti(1-Gi)/10

(2)

式(2)中，Ds为土壤层碳密度；Pi为土壤容重；Ti为土层厚度；Gi为筛除的碎石体积百分比；i为土层。

天然林植被层的碳储量为各组分生物量与对应碳含量的乘积之和，土壤层碳储量为各土层碳储量的累加。

3 天然林的固碳能力分析

3.1 植被层的固碳能力

本文通过对天然林植被层进行调查，估算生物量和碳密度，得到植被层生物量和碳密度的具体分配情况，见表4。由表4可知，该天然林保护工程试点的乔木层生物量为258.08t/hm2，灌木层为18.56t/hm2，草本层为0.36t/hm2，凋落物为9.37t/hm2，说明该调查区域植被生长状态较好，生物量较高，保护工程实施得较为有效。乔木层的碳密度为116.82t/hm2，灌木层为7.21t/hm2，草本层为0.12t/hm2，凋落物为2.65t/hm2，综合来看，碳密度相对较高，固碳能力相对较强。整体上看，木质化的器官的固碳能力最强，在整个生态系统起主要作用，地下根部和凋落物的固碳能力也不容忽视。

表4 植被层生物量和碳密度

3.2 土壤层的固碳能力

土壤层是天然林生态系统的重要碳库，该天然林土壤层碳含量变化特征见图1，可以看出随着深度增加，土壤层有机碳含量逐渐降低，其中0～15cm的土壤层碳含量，显著高于其他深度，15～30cm深度的碳含量急剧减少，之后随深度加大，碳含量差异逐渐变小。说明表层土壤的固碳能力较强，随深度增加，固碳能力逐渐减弱。

在对天然林各植被层生物量和碳密度以及土壤层含碳量的估算中，发现乔木层的固碳分配率最高，也是生物量的主要贡献者，其次是灌木层和凋落物，草本层

的贡献率较低；土壤也是生态系统碳库的重要组成。经过本文研究，表明天然林的保护工程实施有效，固碳能力处于较高水平，对生态系统有较强的碳汇作用[4]。

图1 土壤层碳含量特征

3 结语

本文通过分析天然林保护工程的固碳能力，研究植被层生物量和碳密度分配特征，以及土壤层碳库特征，表明天然林保护工程的固碳能力处于较高水平，对生态系统有较强的碳汇作用。但由于天然林生态系统碳循环是一个复杂的过程，因此对固碳能力的分析，还需要开展更深层次的研究工作。天然林的生物量和碳密度受到自身和外界诸多因素的影响，因此在后续研究中，应考虑树种类型、密度、年份的变化，寻找固碳能力的规律性变化，从而更好地理解天然林生态系统，科学实施天然林保护工程。