广东省德庆林场乔木林碳储量与碳密度研究

苏永新 ，卢紫君 ，曹 谊，叶晓鸿

(1.广东省德庆林场，广东 肇庆 526600； 2.广州沛森园林景观设计有限公司， 广州 510520)

森林生态系统是陆地生态系统的主体，也是陆地上最大的储碳库，在调节全球碳循环和维护全球气候稳定等方面起着不可替代的作用[1-2]。因此，森林的固碳能力、碳储量估算及其分布特征等方面的研究已成为国内外研究的热点。科学评估区域森林生态系统的固碳能力和碳储量分布特征，对于实现森林可持续经营和固碳增汇具有重要意义[3-4]。广东省国有林场改革实施以来，林场深入实施以生态建设为主的林业发展战略，经营模式由以木材生产为主转变为保护森林和提供生态服务为主，森林面积不断增长，森林质量不断提高，生态服务功能不断增强。为准确反映森林固碳现状，揭示生态服务潜力，亟需更新省属国有林场森林碳储量和碳密度的评估结果。

本文以广东省德庆林场2018年森林资源二类调查数据为基础，采用广东省森林资源监测中心提供的生物量扩展因子方程[5-6]，估算林场乔木林的碳储量与碳密度，探讨其不同林分和不同林龄的分布规律，以期为林场森林生态系统碳汇功能评估和碳汇造林树种的选择提供参考数据，并为后续的森林经营提供科学依据。

1 研究地概况

广东省德庆林场位于广东省西北部，地处粤、桂两省交界处， 111°22′—112°06′E，23°07′—23°25′N。林场总面积8 753.65 hm2，林业用地面积8 729.85 hm2，其中乔木林面积为8 184.66 hm2，森林蓄积为685 378 m3，森林覆盖率为93.5%，森林植被属南亚热带季风常绿阔叶林，林分类型以桉树(Eucalyptusrobusta)、马尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)和阔叶混交林为主。

2 数据与方法

2.1 乔木林碳密度和碳储量的估算

以广东省德庆林场2018年森林资源二类调查小班数据为基础，进行碳密度和碳储量的估算。森林碳密度是单位面积森林的碳储量，其计算方法就是单位面积森林生物量与碳转换系数的乘积，本文采用的碳转换系数为0.5。单位面积生物量的估算采用广东省森林资源监测中心提供的生物量扩展因子方程，利用森林资源二类调查数据中各小班的平均胸径(D)、平均树高(H)和单位面积蓄积量(V)等因子，按优势树种分别代入对应的干(Ws)、枝(Wb)、叶(Wl)和根(Wr)的生物量方程中，计算得到各组分的生物量，然后将各组分的生物量相加获得各小班的单位面积生物量[7]。主要树种生物量计算公式详见表1。对于一些没有对应生物量方程的树种，则选择相近树种的生物量方程代替计算。

2.2 数据处理与分析

运用Microsoft Excel 2016软件进行数据统计分析和图表制作，运用R软件对数据进行方差分析，同时对不同林分和不同林龄的乔木林进行碳密度多重比较。

表1 主要树种生物量计算公式 树种生物量计算公式桉树Ws=0.237 19×D0.31557×H-0.02252×V;Wb=0.090 123×D-0.30267×H0.019109×V;Wl=0.052 637×D-0.21666×H0.014372×V;Wr=0.155 53×D-0.09897×H0.007321×V马尾松Ws=0.292 89×D0.14621×H0.008952×V;Wb=0.125 32×V;Wl=0.079 612×D-0.35263×H0.015724×V;Wr=0.484 37×D-0.62207×H0.029132×V杉木Ws=0.340 15×D-0.3929×H0.40890×V;Wb=0.271 40×D1.07261×H-1.69157×V;Wl=0.510 239×D0.69072×H-1.71327×V ;Wr=0.464 93×D-0.32802×H-0.28171×V阔叶树Ws=0.297 ×D0.21272×H0.046734×V;Wb=0.545 41×D-0.27401×H-0.16565×V;Wl=0.225 26×D-0.38874×H-0.21925×V;Wr=0.820 322×D-0.39686×H-0.22275×V湿地松Ws=0.200 11×D0.173698×H0.086849×V;Wb=0.019 166×D0.62501×V;Wl=0.573 42×D-0.598 91×V;Wr=0.464 93×D-0.610 82×V

3 结果与分析

3.1 碳储量和碳密度的总体特征

广东省德庆林场乔木林的总碳储量为23.68万t，乔木林的平均碳密度为(38.83±0.83)t/hm2。乔木林的碳密度主要分布在20～60 t/hm2之间(图1),这个区间的小班数量、面积和碳储量分别占总数的68.7%，70.3%和69.4%。与平均碳密度相比，碳密度小于平均值的小班数量、面积和碳储量分别为314个、3 517.08 hm2和86.2×103t；分别占到德庆林场乔木林的55.0%，56.6%和36.4%。表现出小班数量多、面积比例大，而碳储量相对贡献小的特点。另外，碳密度最小的小班碳密度仅为5.34 t/hm2，最大的可以达到116.97 t/hm2，总体变异系数达到51.2%。

3.2 不同林分碳储量和碳密度分析

林分碳储量与其小班数量和面积密切相关，不同林分的碳储量在11 447.3～84 768.7 t之间，差异比较大，其碳储量大小顺序为桉树>马尾松>杉木>其它>阔叶混交林。桉树和马尾松的小班数量和面积分别占总数的67.3%和62.7%以上，其碳储量之和占乔木林总碳储量的61.5%，是德庆林场碳储量的主体。不同林分的碳储量和碳密度详见表2。

图1 广东省德庆林场不同碳密度的小班数量、面积和碳储量比例

表2 广东省德庆林场乔木林不同林分的碳储量和碳密度林分类型小班数量/个面积/hm2碳储量/ t平均碳密度/(t/hm2)桉树2352 316.5684 768.738.34±1.30 b 马尾松1491 580.0360 870.338.11±1.32 b 杉木681 020.7044 635.344.68±2.05 ab阔叶混交林51530.1811 447.324.50±2.48 c 其它类68762.5835 090.546.98±2.57 a 注:其它类包括其它硬阔、其它软阔、针阔混交林、针叶混交林、湿地松和速生相思。

乔木林平均碳密度为(38.83±0.83) t/hm2，其中，其它类的平均碳密度最高，为(46.98±2.57)t/hm2；阔叶混交林的平均碳密度最低，为(24.50±2.48)t/hm2。各类林分碳密度大小顺序为其它>杉木>桉树>马尾松>阔叶混交林，与碳储量的分布趋势有所不同。

根据多重比较的结果，5个林分类型中，阔叶混交林的碳密度显著低于其余4个林分类型(P<0.05)；其它类的碳密度与桉树、马尾松均存在差异显著(P<0.05)，而其它类的碳密度与杉木差异不显著(P>0.05)；杉木与桉树、马尾松三者间的碳密度不存在显著差异(P>0.05)。造成这种差异的原因是其它类、杉木、桉树、马尾松大多为林龄在10 a以上的林分，胸径相对较大，而阔叶混交林多以林龄在10 a以下的小班居多，胸径相对较小，单位面积碳储量较小。

3.3 不同林龄碳储量和碳密度分析

乔木林的碳储量与林龄结构密切相关，其碳储量主要集中在林龄≤10 a和>10～20 a的林分，以及林龄>20～30 a的林分，三者之和占乔木林总碳储量的93.2%，其中林龄≤10 a的林分碳储量最多，占34.6%；而碳储量最少的是林龄>30 a的林分，仅占6.8%。主要是因为德庆林场乔木林的林龄结构偏年轻；林龄≤10 a，>10～20 a和>20～30 a的林分面积占比达93.1%以上。

碳密度则是随着林龄的增加，呈现先迅速增加后逐渐减小的趋势，在>10～20 a达到最大，为49.26 t/hm2；碳密度的最小值出现在林龄≤10 a的林分，为30.90 t/hm2，这与林分正常生长规律基本符合。各林分碳密度也呈现出相似的分布趋势，详见图2。

结果表明，林龄≤10 a的林分碳密度显著低于其他林龄(P<0.05)，林分林龄在>10～20 a与>20～30 a间的碳密度也是存在显著差异(P<0.05)，而林分林龄在>20～30 a和>10～20 a，以及林龄>30 a间的碳密度则无显著差异(P>0.05)。

图2 广东省德庆林场不同林龄的碳储量和碳密度

4 结论与讨论

1)广东德庆林场乔木林总碳储量为23.68万t，平均碳密度为(38.83±0.83)t/hm2。低于乔木林碳密度总体平均值的小班面积占总面积的56.6%，但碳储量占比仅为36.4%，表明德庆林场的固碳能力还不强，今后应加强林分的抚育更新，提高林地生产力，更好地发挥乔木林在森林生态系统中的碳汇功能。

2)乔木林不同林分碳储量的大小顺序为桉树>马尾松>杉木>其它>阔叶混交林。桉树和马尾松的碳储量之和占乔木林总碳储量的61.5%，对德庆林场乔木林生态系统的碳储量有重要贡献。不同林分碳密度的大小顺序为其它>杉木>桉树>马尾松>阔叶混交林，与碳储量的分布趋势有所不同，而且阔叶混交林的碳密度显著低于其余4个林分类型。

3)乔木林的碳储量主要集中在林龄≤10 a，>10～20 a和>20～30a的林分；而林龄>30 a的林分碳储量最少，仅占6.8%。碳密度则是随着林龄的增加，呈现先迅速增加后逐渐减小的趋势，在>10～20 a达到最大；而≤10 a的林分碳密度最小，与其他林龄存在较大差异。碳密度在20 a后逐渐减小，究其原因，一是林场的森林经营水平不高，林分整体质量欠佳；二是早期的造林树种苗木质量较差，随着林龄的增长林木个体死亡数量增加，林分密度下降。

4)本文采用广东当地的生物量扩展因子方程，进行乔木林的碳储量和碳密度估算，结果精确度较高，具有参考性。但是本文仅对乔木层进行估算，并未包括林下灌木层、草本层、枯枝落叶层和土壤层。因此，在今后的研究中，应增加林下灌木层、草本层、枯枝落叶层和土壤层的计算，进一步完善林场级森林生态系统碳储量和碳密度的估测。