利用森林蓄积量生物量模型估算岫岩县森林碳储量

杨青川

(辽宁省林业调查规划监测院，辽宁 沈阳 110122)

1 引言

二氧化碳是使全球气候变暖的罪魁祸首之一。随着气候的加剧变化，如何固定和减少排放二氧化碳逐渐成为研究热点。森林通过光合作用，在陆地生态系统中吸收二氧化碳的能力最强，在固定二氧化碳和减缓全球气候变化中承担着重要作用[1]。因此，对森林碳储量和碳储密度的研究就显得尤为重要。国内学者对此做了大量研究。有学者基于森林资源连续清查数据，采用生物量和蓄积量的统计学关系的转换函数，结合含碳系数，对省级尺度区域的生物量和碳储量进行估算[2，3]。有的对灌木林的碳储量及驱动因素进行了分析[4]。

岫岩地区自然资源丰富，在辽宁省内位居前列。本文研究岫岩县各优势树种不同林龄的碳含量和碳储密度，对掌握辽宁省东部山区的碳汇功能有重要的意义。为该地区的估算提供理论依据。

2 试验地概况

岫岩县处于北纬40°～40°39′，东经122°52′～123°41′之间。气候类型属于北温带湿润季风气候，降雨多在夏季。水系属浑河、太子河、大洋河水系。生态分区属于辽东山区，辖区内山地、丘陵较多，平原和盆地夹杂其中，面积较小，地势南低北高，大部分属于长白山山脉。总面积4502 km2，林地面积3297 km2，占比72.8%。

3 试验方法

3.1 数据来源

本文数据来源于2015年岫岩县森林资源变更数据。涵盖县内所有森林林班小班，是完整的森林资源数据，可以全面完整地反映区域内的森林资源情况。从中提取各优势树种和不同龄组的数据用于生物量和碳储量估算。

3.2 优势树种生物量估算

目前，获取森林植被生物量的方法有通过直接收获样地内植被，测定生物量的收获法，有通过测树因子或者蓄积量建立生物量模型的模型模拟法以及通过测定二氧化碳浓度变化估算生物量的微气象学法。

本文采用可以在较大尺度上应用的蓄积量-生物量模型法，估算岫岩地区乔木林和疏林的生物量。具体如下式，即：

B=aV+b

(1)

式(1)中：B代表林木生物量(t)，V代表林木蓄积量(m3)，a、b是回归方程的参数。采用已经公布的各个优势树种的最优蓄积量-生物量回归方程估算生物量，具体方程见表1。其中的方程参数是各优势树种全国平均参数。个别没有方程和参数的树种，采用相似树种值代替。经济林未划分龄组，不参与计算。

表1 各优势树种蓄积-生物量方程

3.3 优势树种碳储量估算

关于含碳量的测定，有的学者用元素分析仪测算[5]，有的用化学方法测定[6]，得出的结果各优势树种的含碳率大多在一个区间范围内，即0.45～0.5之间。目前在大面积分析上，国内学者大多采用生物量与含碳率的乘积计算碳储量。由于本文研究对象包括不同树种和不同龄组，含碳率有差异，不能采用统一数值估算。因此采用业内认可的《造林项目碳汇计量监测指南》以及已经公布的树种的含碳率进行碳储量估算。目前还没有确切参数的树种采用含碳率0.5计算[3]。碳储密度为碳储量值与面积的比值。

4 结果与分析

4.1 岫岩县天然林各优势树种不同龄组碳储量

经过计算，岫岩县天然林各优势树种不同龄组的碳储量见表2。天然林中柞树碳储量为1772323.22 t，占91.82%，其次为油松82211.68 t，水曲柳64774.50 t。其中柞树幼龄林碳储量为744258.37 t，在各优势树种的各个龄组中碳储量大，说明柞树幼龄林对岫岩地区的天然林碳储量贡献最大。不同龄组从幼龄林到过熟林的碳储量分别为835057.14 t，534332.11 t，231894.64 t，304362.35 t和24596.88 t。碳储量多少的顺序为幼龄林>中龄林>成熟林>近熟林>过熟林。

从碳密度计算结果来看(表3)，天然林不同龄组碳储密度中，成熟林最大，幼龄林最小，其大小顺序为成熟林>近熟林>中龄林>过熟林>幼龄林。

4.2 岫岩县人工林各优势树种不同龄组碳储量

经过计算，岫岩县人工林各优势树种不同龄组的碳储量见表4。人工林中落叶松碳储量为1337310.43 t，占84.94%，其次为刺槐163692.55 t，红松41586.42 t。其中落叶松中龄林碳储量为589542.44 t，在各优势树种的各个龄组中碳储量大，说明落叶松中龄林对岫岩地区的人工林碳储量贡献最大。不同龄组碳储量顺序为中龄林>幼龄林>近熟林>成熟林>过熟林。

表2 岫岩县天然林各优势树种不同龄组碳储量 t

表3 岫岩县天然林不同龄组碳储密度

表4 岫岩县人工林各优势树种不同龄组碳储量 t

人工林碳储密度计算结果见表5。人工林不同龄组碳储密度中，中龄林最大，幼龄林最小，其大小顺序为中龄林>成熟林>幼龄林>近熟林>过熟林。

表5 岫岩县人工林各优势树种不同龄组碳储密度

4.3 岫岩县森林不同龄组碳储量估算

通过对岫岩县天然和人工林生物量和碳储量的估算，得出全县各优势树种不同龄组的碳储量和碳储密度，见表6。碳储量最多的龄组为幼龄林1380343.02 t，最少的是过熟林44540.41 t，其大小顺序为幼龄林>中龄林>成熟林>近熟林>过熟林。碳储密度最大的是中龄林31.95 t/hm2，顺序是中龄林>成熟林>近熟林>过熟林>幼龄林。

表6 岫岩县各优势树种不同龄组碳储量及碳储密度

5 结论

通过计算，天然柞树和人工落叶松对岫岩地区碳储量贡献最大，都远远高于其他树种，各林龄组中最多是幼龄林，龄组结构需要进一步优化。因此在森林经营管理中，落叶松和柞树的经营管理会很大程度地影响该地区的碳储量。结果表明，岫岩县人工林的碳储密度普遍高于天然林。只有人工中龄林的碳储密度达到57.86 t/hm2高于全国平均水平44.91 t/hm2[7],与世界平均水平还有很大的距离，森林质量还需要进一步提高。碳储密度的变化趋势是随年龄增长而增长，这与国内大部分研究的结果一致[8～10]。