辽宁省乔木林的碳储量和碳密度研究

李宁

（辽宁省林业调查规划监测院，沈阳 110122）

0 引言

近一个世纪以来，人类大量使用矿物燃料，排放CO2等温室气体，导致全球气候发生了明显的变化[1]。森林系统是应对气候变化的一个关键因素，增加森林碳汇能力与降低二氧化碳排放是减缓气候变化的重要方面[2]。准确估算森林碳储量和碳密度对于研究森林在区域和全球碳循环中所起的作用有着十分重要的意义[3]。森林碳循环不仅是全球生态学的核心研究内容之一，也是国际社会广泛关注的焦点[4]。

目前基于森林资源数据计算森林碳储量的方法比较成熟[5-10]。由于森林固碳本身的复杂性，未来通过森林固碳能够抵消工业碳排放的情况往往并不清楚[11-19]。本研究基于辽宁省森林资源“一张图”数据对乔木林的碳储量和碳密度进行研究，针对不同的林种中不同林龄组、不同林龄中不同林种进行分析，对这其碳特征值进行估算，进而对辽宁省森林资源的固碳能力进行分析，以期为生产实践中森林经营管理、环境保护政策的提出等提供数据支撑。

1 研究区概况

辽宁省地处中国东北地区南部，介于东经118°53′—125°46′、北纬 38°43′—43°26′之间，南北跨 7 个纬度、2个热量带。辽宁省南北宽约530 km，东西长约574 km，陆地总面积14.75万km2，占全国的1.5%；其中，山地面积8.72万km2，占59.8%；平地面积4.87万km2，占33.4%；水域面积1万km2，占6.8%；海域面积15.02万km2，其中渤海部分7.83万km2、北黄海7.19万km2。东部紧邻鸭绿江，与朝鲜半岛相望，西北与内蒙古自治区接壤，西南与河北省毗邻，北部和东北部与吉林省相邻。境内东西两侧为低山丘陵区，中部为辽河中下游平原区。南邻黄海和渤海，海岸线总长度为2920 km，占全国的11.5%。东起丹东，经鸭绿江沿黄海岸至大连旅顺口区，再延渤海岸经辽东湾直至西部葫芦岛。

辽宁省为长白、华北与蒙古植物区系交织地带，森林植物种类丰富，植被生长茂盛，是适合培育森林的地区。截至2017年年底，全省森林面积616.61万hm2，森林覆盖率41.66%。林分蓄积量为32838.13万m3。全省主要优势树种组有408种，分布63科137属，其中乔木树种有250多种。本次调查根据辽宁地区主要树种的乔木种类，按照植物科属特征，将全省乔木林的树种划分为20个树种组。

2 材料与方法

2.1 数据来源

数据来源于全国森林资源“一张图”数据辽宁省部分。该数据是国家林草局发布的森林资源数据，由于本课题开始的年度是2017年，在核算中选用了该年度的数据。本年度数据与目前发布的最新的数据稍有差异但是差异不大，特别是林种和林龄组比例上差异很小，用2017年数据对森林资源碳汇情况进行估算和分析，在一定程度上还是能够反映当前辽宁省森林资源碳汇情况的。

2.2 生物量的估测

森林生物量的估测方法有很多种，包括蓄积量与生物量的模型、相对生长模型、胸径树高生长模型、平均生物量估算法。对于乔木林，笔者选择了生物量-蓄积量的模型。森林蓄积量是森林生长的立地条件、气候条件、林龄及其他因素的综合反映[5]，通过对大量森林实测生物量与蓄积量的研究发现，二者之间存在良好的回归关系[5]。

采用生物量-蓄积量转换模型法对乔木林及疏林的生物量进行估算，如式(1)。

式中，B表示生物量，V表示蓄积量，a、b为参数，采用的是全国统一的参数[5,20-21]。各优势树种组的a、b参数见表1，对没有明确生物量-蓄积转换模型的树种采用近似树种参数代替。

表1 优势树种生物量方程

2.3 森林植被碳储量和碳密度的估算

目前国内外关于森林碳储量的估算通常采用森林生物量乘以含碳系数推算而得[7,10]。含碳系数普遍采用0.45或0.5，但由于不同植被类型的树种组成、年龄和种群结构不同，含碳系数也有所差异，仅采用固定含碳系数会使技术路线精确度降低。因此，本研究中森林碳储量以国家林业局印发的《造林项目碳汇计量监测指南》以及前人已有研究成果中各树种组含碳率为依据进行测算，没有测算过含碳率的采用0.5计算。在计算出碳储量后，计算单位面积的碳储量，得出森林植被碳密度[式(2)]。

3 结果与分析

将数据按照优势树种组、林种和龄组划分归纳，按照不同的林种中不同龄组的每种树种组蓄积数据对照相应的树种生物量回归方程，计算出树种生物量，按照生物量到碳储量的转换率计算出不同林种碳储量，以碳储量为基础估算碳密度，并对不同林种和龄组的碳密度进行比较分析。

3.1 乔木林的碳储量研究分析

按照乔木林不同林种的不同龄组碳储量值进行估算，进一步分析碳密度特征。由于乔木林种涉及到的乔木经济林植株比较矮，胸径没有达到计算材积的水平，也没有分不同的林龄组，因此不对经济林进行统计。

通过对乔木林种不同林种与龄组的碳储量（表2）分析可以得出，乔木林的碳储量为126432258 t，防护林碳储量64448367 t、特种用途林3500478 t、用材林55895964 t、薪 碳 林 2587449 t；幼 龄 林 碳 储 量22105492 t、中龄林 36676540 t、近熟林 28255770 t、成熟林32860171 t、过熟林6534286 t；防护林中龄林的碳储量值最大为18196621 t。特种用途林成熟林的碳储量值最大为1441796 t。用材林的中龄林的碳储量值最大为17547856 t。薪炭林的幼龄林碳储量值最大为1593133 t。

表2 乔木林不同林种与龄组的碳储量、面积表

幼龄林中防护林的碳储量最高为11548804 t，中龄林中防护林的碳储量最高18196621 t，近熟林、成熟林和过熟林也是防护林的碳储量最高。

为了方便比较林种和龄组的碳储量关系，对碳储量值和面积分林种进行权重（同林种中不同林龄组碳储量和面积百分比）计算（表3）。防护林中中龄林碳储量权重最大，面积权重幼龄林最大。特种用途林中成熟林的碳储量权重最大，面积权重成熟林最大。用材林中中龄林的碳储量权重最大，面积权重是幼龄林最大。薪炭林中幼龄林的权重最大，面积权重也是幼龄林最大。

表3 乔木林不同林种与龄组的碳储量、面积权重表

3.2 乔木林碳密度研究与分析

分别对碳储量值和面积进行计算，进一步分析碳密度。准确了解森林碳密度的分布格局及其影响因子，对于了解不同生态系统中植被的碳存储能力、判定碳汇、制定缓解全球变化的合理政策措施有重要意义[11]。

3.2.1 不同起源的乔木林碳密度分析

（1）天然林各林种与龄组综合的研究。通过对天然林不同林种与龄组的碳密度分析（表4）可以得出，防护林中龄林的碳密度值最大为28.7 t/hm2，按照碳密度值排序为中龄林＞过熟林＞近熟林＞成熟林＞幼龄林。特种用途林成熟林的碳密度值最大为30.2 t/hm2，按照碳密度值排序为成熟林＞过熟林＞近熟林＞中龄林＞幼龄林。用材林的近熟林的碳密度值最大为54.3 t/hm2，按照碳储量值排序为近熟林＞中龄林＞成熟林＞过熟林＞幼龄林。薪炭林的成熟林的碳密度最大为15.4 t/hm2，按照碳密度值排序为成熟林＞过熟林＞近熟林＞中龄林＞幼龄林。5个龄组中除过熟林是特种用途林碳密度最大外，其他龄组都是用材林碳密度最大。

表4 天然林各林种中不同龄组的碳密度表 t/hm2

（2）人工林各林种与林龄组综合的研究。通过对人工林不同林种与龄组的碳密度分析（表5）可以得出，防护林过熟林的碳密度值最大为62.7 t/hm2，按照碳密度值排序为过熟林＞成熟林＞近熟林＞中龄林＞幼龄林。特种用途林过熟林的碳密度值最大为48.1 t/hm2，按照碳密度值排序为过熟林＞成熟林＞近熟林＞中龄林＞幼龄林。用材林的碳密度值最大为过熟林85.3 t/hm2，按照碳密度值排序为过熟林＞成熟林＞近熟林＞中龄林＞幼龄林。薪炭林的碳密度值最大为成熟林86.6 t/hm2，按照碳密度值排序为成熟林＞过熟林＞近熟林＞中龄林＞幼龄林。各龄组中除成熟林外其他龄组都是用材林碳密度最大，成熟林是薪碳林碳密度最大。

表5 人工林各林种种不同龄组的碳密度表 t/hm2

3.2.2 不分起源的乔木林碳密度研究与分析 通过对乔木林不各林种的不同龄组的碳密度分析（表6）可以得出，防护林过熟林的碳密度值最大为31.1 t/hm2，按照碳密度值排序为过熟林＞中龄林＞近熟林＞成熟林＞幼龄林；特种用途林过熟林的碳密度值最大为38.8 t/hm2，按照碳密度值排序为过熟林＞成熟林＞中龄林＞近熟林＞幼龄林；用材林的碳密度值最大为近熟林49.6t/hm2，按照碳密度值排序为近熟林＞中龄林＞成熟林＞过熟林＞幼龄林；薪炭林的碳密度值最大为中龄林21.9 t/hm2，按照碳密度值排序为中龄林＞成熟林＞过熟林＞幼龄林＞近熟林。

表6 乔木林不同林种与龄组的碳密度表 t/hm2

通过对乔木林各龄组的不同林种碳密度分析可以得出，幼龄林中用材林碳密度最高为18.32 t/hm2，碳密度排序为用材林＞特种用材林＞防护林＞薪碳林；中龄林中用材林碳密度最高为45.13 t/hm2，碳密度排序为用材林＞防护林＞特种用材林＞薪碳林；近熟林中用材林碳密度最高为49.63 t/hm2，碳密度排序为用材林＞特种用材林＞防护林＞薪碳林；成熟林中用材林碳密度最高为43.87 t/hm2，碳密度排序为用材林＞特种用材林＞防护林＞薪碳林；过熟林中特种用途林碳密度最高为38.83 t/hm2，碳密度排序为特种用材林＞防护林＞用材林＞薪碳林。

4 结论

通过对森林资源数据按林种、龄组进行分类统计，应用蓄积量-生物量转换模型计算生物量，进一步估测出碳储量和碳密度。乔木林的碳储量为126432258 t，防护林中中龄林碳储量权重最大，面积权重幼龄林最大。特种用途林中成熟林的碳储量权重最大，面积权重成熟林最大。用材林中中龄林的碳储量权重最大，面积权重幼龄林最大。薪炭林中幼龄林的权重最大，面积权重也是幼龄林最大。幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林都是防护林的碳储量最高。

天然林中，特种用途林和薪碳林成熟林碳密度最大，防护林中龄林碳密度最大，用材林近熟林碳密度最大；5个龄组中除过熟林是特种用途林碳密度最大外，其他龄组都是用材林碳密度最大。人工林中，防护林、特种用途林、用材林的碳密度值都是过熟林最大，只有薪炭林的碳密度值为成熟林最大；各龄组中除成熟林外其他龄组都是用材林碳密度最大，成熟林是薪碳林碳密度最大。

防护林中过熟林的碳密度值最大为31.1 t/hm2。特种用途林中过熟林的碳密度值最大为38.83 t/hm2。用材林的碳密度值最大为近熟林49.6 t/hm2。薪炭林的碳密度值最大为中龄林21.9 t/hm2。幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林中都是用材林的碳密度最大，过熟林则是特种用途林碳密度最大。

通过上述分析可以看出，辽宁省用材林的碳汇能力较强，加大造林力度能够较快提高森林碳汇功能。本研究可为生产实践中森林经营管理、环境保护政策的提出等提供数据支撑。

5 讨论

（1）对比前人研究，本研究进一步证实了目前利用生物量-蓄积量的方法计算碳储量和碳密度是正确有效的。同时本研究着重对不同林种、不同林龄组碳密度进行对比分析，能够反映出碳储量和碳密度更高、碳汇能力更强的林种-林龄组组合。

（2）需要说明的问题。本研究运用的生物量-蓄积量模型是全国通用的，与本地区的树种实际生物量有一定的差异。如果能够构建符合辽宁省森林情况的模型进行，研究结果将更符合实际。此外，本研究运用的是2017年的数据，虽然能够反映目前辽宁森林的情况，但是较最新数据还是存在一定的差异。