青岛市主要树种含碳量及森林生态系统碳储量变化分析

2022-06-24赵芸赵文涛杨宁齐明霞闫然逄晨

林业科技 2022年3期

赵芸　赵文涛　杨宁　齐明霞　闫然　逄晨

摘要：基于实测的青岛市7个主要树种各组分的含碳量，以青岛市森林资源二类调查数据和森林资源管理“一张图”数据为基础，依据森林碳储量的计算方法，对青岛市森林生态系统不同时段的碳储量进行计算。结果表明：含碳量最高的树木组分为树叶，针叶树种的平均含碳量高于阔叶树种，各树种平均含碳量在0.5左右;青岛市森林生态系统碳储量总量大，增长速度明显。

关键词：青岛市; 樹种含碳量; 森林生态系统碳储量

中图分类号： S 718. 55 文献标识码： A 文章编号：1001 - 9499（2022）03 - 0054 - 04

随着CO2等温室气体排放量的逐年增加，其所产生的影响已对人类社会造成严重威胁。为此，世界各国正以全球协约的方式减排温室气体，我国也在第七十五届联合国大会中提出CO2排放量要力争于2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和。相对于工业减排，森林固碳成本低且具有多种生态功能，是世界各国应对气候变化的重要方法之一。森林作为陆地生态系统重要的组成部分，每年固定的碳约占整个陆地生态系统的2/3，在减缓温室效应、调节全球碳平衡等方面具有极其重要的作用。目前，森林生态系统与碳循环的关系已成为研究热点，尤其在当下，国家生态文明建设整体布局纳入“碳达峰、碳中和”的新概念，并在此后将全面推行绿色低碳循环经济发展，也对林业发展和生态建设提出了更高的要求。青岛作为我国北方重要的海滨城市，是同纬度地区中植物种类最多、组成植被建群种最多的地区，在森林生态系统碳循环和应对区域气候变暖过程中发挥着重要作用。

目前，森林碳储量测算方法主要有生物量法、蓄积量法、生物量清单法、微气象学法、箱式法、模型模拟法以及稳定性同位素法等。本文通过干烧法测定了青岛市7类主要树种各器官及根围土壤含碳量，并通过蓄积法对青岛市森林生态系统碳储量进行了计算，以期为青岛市森林经营与科学管理、GEP核算和森林贡献分析以及生态价值实现机制提供基础数据，对促进区域应对气候变化和实现绿色低碳发展具有重要意义。

1 研究区概况

青岛地处山东半岛东南部，位于119°30′ ～ 121°00′E、35°35′～37°09′N，属温带季风气候，土壤主要有棕壤、砂姜黑土、潮土、褐土、盐土。地带性植被为暖温带落叶阔叶林，原生树种以赤松（Pinus densiflora）、栎类为主，由于国外树种的大量引进，目前构成青岛森林植物群落的主要树种有赤松、黑松（Pinus thunbergii）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、栎类、杨属、榆属等。截至2020年底，全市共有森林面积21.5万hm2，森林覆盖率为19.04%。

2 材料与方法

2. 1 试验材料

选取黑松、赤松、杨树（Populus L.）、刺槐、麻栎（Quercus acutissima）、泡桐（Paulownia fortunei）、火炬松（Pinus taeda）等7个树种，在崂山区、西海岸新区、即墨区、平度市等地选点选材，分别对树叶、树枝、树干、树根和根围土壤进行样本采集。每个树种约3株平行个体，每种平行个体先测定胸径（D）和树高（H），分树叶、树枝、树干、树根（直径>2.0 mm）和根围土壤收集样品并测量鲜重后，取鲜重质量20%的混合样品（约200 g）带回实验室分析。

2. 2 研究方法

2. 2. 1 含碳量测定

采用干烧法对样品的含碳量进行测定，首先将各个样品放到恒温干燥箱内，温度调为85 ℃，烘干48 h以上至恒重后，取出测其干重，将烘干的样品粉碎后过200目筛装瓶待测。在样品分析前，将其再次放入85 ℃的恒温干燥箱内烘24 h，之后用德国Elementar Vario EL元素分析仪进行测定含碳量。

2. 2. 2 森林生态系统碳储量计算

根据青岛市1990、2000、2010年森林资源二类调查数据和2020年森林资源管理“一张图”数据，分别计算青岛市1990、2000、2010年和2020年青岛市森林生态系统碳储量，森林生态系统碳储量包含林木固碳、林下植物固碳量和林地固碳量，采用蓄积法计算，公式如下：

TCF=Si×Ci+α×Si×Ci+β×Si×Ci

Ci=Vi×δ×ρ×γ

式中，TCF为森林生态系统碳储量，包括林木固碳量、林下植物固碳量和林地固碳量;Si为第i类森林的面积;Ci为第类i森林类型的碳密度;Vi为第i类森林单位面积蓄积量;α为林下植物碳转换系数;β为林地碳转换系数;δ为生物量扩大系数;ρ为生物量蓄积转换成生物干物质质量系数，即容积密度;γ为将生物干物质质量转换成固碳量的系数，即含碳率。

参数取值按照政府间气候变化专门委员会（IPCC）的默认参数值取值，林下植物固碳量换算系数α取0.195;林地固碳量转换系数β取1.244;森林资源蓄积扩大系数δ取1.90;容积密度ρ一般取0.45～0.5 t/m3，本文取0.5 t/m3;含碳率γ采用本研究实验室实测结果。

2. 2. 3 数据处理

运用Arcgis10.6、Excel2016和SPSS19.0软件对数据进行处理，采用单因素方差分析（one-way ANOVA）进行平均值间的比较（α = 0.05），采用邓肯多重范围检验（Duncan’s multiple range test）进行多重比较。

3 结果与分析

3. 1 青岛市主要树种各组分含碳量

由表1可知，7种乔木树种不同部位、土壤中的含碳量呈显著差异（p<0.05）。树干中的含碳量表现为：赤松>黑松>火炬松>麻栎>杨树>刺槐>泡桐;树枝中的含碳量表现为：赤松>黑松>火炬松>泡桐>麻栎>刺槐>杨树;树根中的含碳量表现为：赤松>黑松>麻栎>杨树>火炬松>泡桐>刺槐;树叶中的含碳量表现为：赤松>黑松>麻栎>泡桐>火炬松>杨树>刺槐;树种平均含碳量表现为：赤松>黑松>麻栎>火炬松>刺槐>泡桐>杨树;根围土壤中的含碳量表现为：泡桐>刺槐>麻栎>杨树>火炬松>赤松>黑松。

7种树种中，针叶树种（赤松、黑松、火炬松）的平均含碳量要高于阔叶树种（刺槐、泡桐、杨树）。从各部分来看，树干中含碳量最高的赤松是含碳量最低的泡桐的1.40倍;树枝中的含碳量赤松最高，杨树最低，为杨树的1.28倍;树根中赤松含量最高，刺槐最低，为刺槐的1.29倍;树叶中赤松为最高，刺槐最低，为刺槐的1.28倍。土壤中泡桐含碳量最高，黑松最低，为黑松的14.71倍。分析原因，可能是因为针叶树叶寿命长，均在1年以上，且大多数研究表明，针叶人工林的凋落物总量小于阔叶人工林，其光合作用时间长，凋落物少，因而碳积累量多;而阔叶树叶寿命短，只有一个生长季，冬季全部脱落，光合作用时间相对较短，凋落物多，因而碳积累量少。

在区域和国家的森林生态系统碳储量的计算中，国内外研究者大多采用0.5作为所有森林类型的平均含碳率，也有采用0.45作为平均含碳率。从本实验的7个树种平均含碳量可以看出，各数值分布于0.4～0.6，大部分在0.5左右，因此，可以0.5作为系数进行估算的依据。但各树种之间呈显著差异（p<0.05），而且树干、树枝、叶等部位均呈显著差异（p<0.05），因此之后的森林生态系统碳储量计算将以实际测量数据为系数。

3. 2 青岛市1990～2020年森林生态系统碳储量的动态变化

根据碳储量公式计算得到青岛市1990、2000、2010年和2020年的以7种主要树种为优势树种的各森林类型的总林木蓄积量、林木固碳量、林下植物固碳量、林地固碳量以及森林总碳储量。

根据表2和表3可知，青岛市林地林木总蓄积、森林碳储量不断增长，1990年青岛市林木总蓄积量约为320.3万m3，森林碳储量约为326.5万t;2000年青岛市林木总蓄积量约为359.4万m3，森林碳储量约为416.4万t，较1990年增加约89.9万t，年均增长率为2.74%;2010年青岛市林木总蓄积量约为680.3万m3，森林碳储量约为691.9万t，较2000年增加约275.5万t，年均增长率为5.80%;2020年青岛市林木总蓄积量约为1060.08万m3，森林碳储量约为1228.1万t，较2010年增加约522.1万t，年均增长率为6.58%。因此，青岛市森林碳储量增加量与年均增长率最大的时间段在2010～

2020年，这与山东省广泛开展造林绿化工程以及青岛市开展“绿满青岛”国土绿化行动等大规模造林绿化工程有关，森林面积增加，森林蓄积量变大，进而导致森林碳储量大幅提高。

3. 3 碳储量在不同林分中的比例及变化

由表4可知，构成青岛市森林生态系统碳储量的主体在2010年之前主要为黑松林、杨树林和刺槐林，占青岛市森林生态系统碳储量总量的75%～ 89%。而在2010年之后则为黑松林、杨树林和其他森林类型，约占青岛市森林生态系统碳储量总量的95%左右。随着时间的变化，只有杨树林的碳储量在不断增加，这与杨树林作为用材树种栽植面积大，生长速度快有关;刺槐林的碳储量在不断降低，这与刺槐作为国外引进树种被逐渐淘汰以及自身衰退有关;而黑松林在2010年之前一直呈上升趋势，在2010年之后比例则有所降低，分析原因主要与森林经营理念的转变有关，过去黑松由于其耐干旱瘠薄的特性被广泛应用于荒山造林，而近年来青岛市提倡采用优良的乡土树种营造复层混交林且有大量的黑松純林被改造提升，导致黑松的栽植面积有所下降，其碳储量增速降低。

4 结论与讨论

4. 1 通过分析青岛市7类主要树种的含碳量可知：一是针叶树种含碳量明显高于阔叶树种，这与马俊清、李左玉[ 17 ]等研究结果一致，分析原因可能是由于暖温带针叶树光合作用时间长，而阔叶树光合作用时间短有关;二是可以得到各树种的平均含碳率在0.5左右，与国内外研究者大多采用0.5作为所有森林类型的平均含碳率一致;三是树木各器官含碳量由大到小顺序为树叶>树枝>树干>树根。

4. 2 通过计算青岛市1990、2000、2010年以及2020年的森林生态系统碳储量可知青岛市森林蓄积量自1990～2020年增长趋势明显，由320.30万m3增长到1 060.08万m3，年均增长23.47万m3，年均增长率为4.2%;林木固碳量自1990～2020年增长趋势明显，由133.89万t增长到406.35万t，年增长率为2.9%;森林生态系统碳储量自1990～2020年增长明显，由326.55万t增长到1 228.13万t，年均增长30.05万t，年均增长率为4.7%，增速明显。

总体来看，青岛市森林生态系统碳储量较大，具有较强的固碳能力。目前，青岛市乔木林龄组以中幼龄林为主，面积占比超过60%，随着青岛市公园城市的建设以及森林质量精准提升工程的开展，青岛市林业将进入高质量发展阶段，林分密度和龄组结构将更加合理，林分的生长空间得到改善，近、成熟林比例不断增加，森林生产力和森林蓄积量将得到显著提高，森林生态系统固碳能力不断增强。

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