農林交錯地區(qū)森林碳儲量估算
——以中牟縣為例

黃新峰，孫紅召，王巧玲，馮東陽，鄭旭東

(1.河南省林業(yè)調查規(guī)劃院，鄭州 450045；2.濟源市林業(yè)局，河南 濟源 454650)

農林交錯地區(qū)森林碳儲量估算
——以中牟縣為例

黃新峰1，孫紅召1，王巧玲1，馮東陽1，鄭旭東2

(1.河南省林業(yè)調查規(guī)劃院，鄭州 450045；2.濟源市林業(yè)局，河南 濟源 454650)

為了估算中牟縣森林碳儲量，使用IPCC方法，采用經修正的生物量轉換參數，區(qū)分片林和林帶計算碳儲量。結果表明：中牟縣森林地上部分碳儲量為32.62萬t；而采用不加修正的參數估算林帶碳儲量時，森林總碳儲量為31.60萬t，造成1.02萬t的差異，占森林總碳儲量的3.1%，因此，區(qū)分片林和林帶來計算農林交錯區(qū)森林的碳儲量是有必要的。

碳儲量；片林；林帶；IPCC；農林交錯地區(qū)；中牟縣

森林碳儲量占整個陸地植被碳儲量的80 %以上，是陸地上最大的碳庫。森林在調節(jié)全球碳平衡、減緩大氣CO2等溫室氣體濃度上升以及維護全球氣候穩(wěn)定等方面具有不可替代的作用[1-3]。對森林的碳匯功能進行科學估算，能夠更好地了解區(qū)域森林在應對氣候變化中的作用、為制定區(qū)域發(fā)展規(guī)劃和開展應對氣候變化統計核算工作提供基礎支撐和數據支持[4-5]。

我國農林交錯地區(qū)的森林主要分為片林(patch forests)和林帶(shelterbelt forests)兩種類型。片林是呈片狀分布的林分；林帶指栽植在溝河路渠兩側，呈條帶裝分布的森林，依托溝河路渠形成，這類森林往往成行栽植，密度較低，其生長狀態(tài)接近于孤立木，樹冠較大，與片林中的樹木形態(tài)不同。

許多學者使用IPCC方法估算了不同地域的森林碳儲量[6-7]，但是使用此方法估算林帶生物量將會產生較大偏差。Zhou等[8]的研究表明，使用計算片林生物量的參數來估算林帶生物量會造成低估，必須對參數進行適當修正才能用于林帶生物量的估算。因此，在估算森林生物量及碳儲量時，將森林區(qū)分為片林和林帶是較為科學的。

本研究以華北平原地區(qū)的中牟縣為例，將森林區(qū)分為片林和林帶兩種森林類型，參考IPCC方法來估算森林的碳儲量。

1 研究地概況

中牟縣位于34°26′—34°56′N、113°46′—114°12′E之間，地處華北平原的西部，河南省中部，隸屬鄭州市，總面積1 406 km2。

中牟縣屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，降水適中，雨熱同季。春季干旱多風沙，全年平均氣溫14.2 ℃，夏季最高月氣溫平均27.3 ℃，冬季最低月平均氣溫為0 ℃,無霜期206 d，日照時數2 368.4 h，年降雨量699.8 mm，6—8月降水占全年降水量的56%；屬豫東黃河沖積平原，分布有少量沙丘，整個地勢西高東低，平均海拔78.1 m，土壤為風沙土，人類開墾活動頻繁，森林分布較為零散，主要以片林和林帶構成。全年農耕期為309 d，作物活躍生長期為217 d，有利于多種植物生長，2015年中牟縣糧食種植面積3.12萬hm2[9]。

2 數據與方法

2.1 數據來源及處理

中牟縣在2013年開展了森林生態(tài)城建設，對全縣的森林和林地進行了詳細調查，并進行了小班區(qū)劃。調查并記錄了每個小班的優(yōu)勢樹種、平均年齡、平均密度、平均胸徑等信息；對經濟林調查優(yōu)勢樹種、生產階段、株行距、生長勢等信息。本研究以此成果數據為基礎進行計算分析。為了計算方便并且與資料中的樹種相對應，將全部森林小班涉及的喬木樹種進行歸類簡化，樹種面積占比不足0.1%的小班合并為一個樹種，以面積占比最高的樹種命名。按照河南省第八次森林資源清查操作細則[10]中的齡組劃分標準，將全部用材林小班劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林。通過一元材積公式計算單株材積，然后與小班株數相乘得到小班的蓄積。所有小班數據以矢量圖形式保存在ArcGIS Geodatabase數據庫中。同一樹種、同一齡組的小班蓄積累加得到該樹種對應齡組的總蓄積。森林生態(tài)城調查結果顯示，2013年中牟縣森林面積1.51萬hm2，森林覆蓋率11%，森林蓄積105.1萬m3。

2.2 方法

將森林分為用材樹種片林(patch forests)、用材樹種林帶(shelterbelt forests)和經濟林(economic forests)三種類型來分別計算各自碳儲量。

2.2.1 用材樹種片林碳儲量計算方法

按照IPCC方法，計算用材林碳儲量需要有4個參數，森林蓄積、生物量轉換參數BEF、木材密度和碳含量。分優(yōu)勢樹種和齡組的森林蓄積可以通過匯總小班蓄積得到。生物量轉換參數BEF、木材密度和碳含量采用IPCC方法提供的參數[11]，見表1。

表1 用材樹種生物量轉換參數類型優(yōu)勢樹種BEF1BEF2BEF3楊樹1 4461 4961 369刺槐1 6741 7991 543片林柏木1 6672 3001 382泡桐1 5891 8111 519軟闊1 6711 6711 671柳樹1 6191 8371 333林帶楊樹1 73521 79521 6428BEF4BEF5木材密度/(t/m3)碳含量1 3901 4600 3780 4961 1721 3680 5980 4971 4591 2450 4780 5101 4681 3510 4430 4701 6711 6710 4430 4851 5851 5850 4430 4851 66801 75200 3780 496注：BEF1～BEF5分別為對應樹種幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林的生物量轉換參數。

用材樹種片林碳儲量采用式1計算。

(1)

式中，CSp為用材樹種片林碳儲量；i取1，2，3，4，5和6分別代表6個主要用材樹種；j取1，2，3，4和5分別代表幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林；Vi,j表示用材樹種i的第j齡組林分蓄積；BEFi,j表示用材樹種i的第j齡組林分的生物量轉換因子；Di表示用材樹種i的木材密度；Ei為用材樹種i的碳含量。

為了保持比較的一致性，文中所指碳儲量均指地上部分，均不含地下部分。

2.2.2 林帶碳儲量計算方法

根據zhou等[8]的研究結果，將片林生物量轉換系數BEF乘以常數1.2，作為林帶的生物量轉系數。林帶的生物量轉換參數BEF、木材密度及碳含量見表1。用材樹種林帶碳儲量采用式(2)計算。

(2)

式中，CSb為用材樹種林帶碳儲量；Vm，BEFm分別代表林帶第m齡組的蓄積和生物量轉換參數；Db、Eb分別代表木材密度和碳含量。

2.2.3 經濟林儲量計算方法

經濟林生物量采用平均生物量法。經濟林單位面積生物量Me取29.35 t/hm2，碳含量Ee取0.5[11]。經濟林碳儲量采用式(3)計算。

CSe=Se×Me×Ee

(3)

式中，CSe為經濟林碳儲量；Se，Me，Ee分別代表經濟林總面積、單位面積生物量和碳含量。

2.2.4 森林總碳儲量

森林總碳儲量采用式(4)計算。

CSt=CSp+CSb+CSe

(4)

3 結果與分析

3.1 用材樹種片林碳儲量

用材樹種片林碳儲量為25.05萬t。從樹種結構來看，楊樹碳儲量為21.36萬t，占比最高，達到85.3%；其余樹種碳儲量由大到小依次為刺槐3.15萬t、柏木0.35萬t、泡桐0.08萬t、軟闊0.08萬t和柳樹0.03萬t，見表2。

表2 用材樹種片林碳儲量優(yōu)勢樹種CSp/tA1A2A3A4A5合計比例/%楊樹3163 4155263 530651 320095 14449 3213622 785 3刺槐372 95066 210601 34105 311333 131478 812 6柏木11 92235 0955 236 4241 33479 81 4泡桐—164 0361 548 2271 4845 10 3軟闊2 8610 76 6101 791 9813 70 3柳樹—64 1——240 4304 50 1合計3551 0163403 542575 924386 716627 4250544 6100 0注：A1～A5分別代表幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林；“—”代表無對應項數值。

從齡組結構來看，中齡林碳儲量最大，為16.34萬t，占比達到65.2 %；分樹種和齡組來看，楊樹中齡林碳儲量占比最大，刺槐過熟林碳儲量占比最大，柏木中齡林碳儲量占比最高，泡桐近熟林碳儲量占比最高，軟闊以中齡林碳儲量占比最高，柳樹以過熟林碳儲量占比最高。

3.2 用材樹種林帶碳儲量

林帶樹種主要為楊樹。林帶碳儲量為6.15萬t。

3.3 經濟林碳儲量

經濟林碳儲量占比較高的樹種有7個樹種，碳儲量最高的為桃樹(0.52萬t)，占比為36.6 %；其余樹種碳儲量由大到小依次為棗樹0.25萬t、杏樹0.23萬t、梨樹0.21萬t、蘋果0.11萬t、柿樹0.07萬t和核桃0.03萬t。經濟林總碳儲量為1.42萬t。

3.4 總碳儲量

中牟縣森林總碳儲量為32.62萬t。其中，用材樹種片林碳儲量為25.05萬t，占總量的76.8 %；用材樹種林帶碳儲量為6.15萬t，占總量的18.9 %；經濟林碳儲量為1.42萬t，占總量的4.4 %。

4 結論與討論

本研究使用IPCC方法，采用經修正的生物量轉換參數，區(qū)分片林和林帶的方法，估算出中牟縣的森林碳儲量為32.62萬t。

如果不區(qū)分片林和林帶，即生物量轉換參數未做修正時，森林總碳儲量為31.60萬t。相對于區(qū)分片林和林帶情況下森林碳儲量少了1.02萬t，占比為3.1%，這表明，不區(qū)分片林和林帶，采用單一的參數估算碳儲量將造成嚴重的低估。

林帶廣泛分布于農林交錯地區(qū)，是我國華北黃淮海平原重要的森林類型[12]，既有防風固沙、減輕自然災害的作用，又有庇護農田的功能，同時還是獨特的森林景觀[12-14]。這類森林的碳儲量在總量中占有較高的比重，在估算碳儲量時有必要進行區(qū)分，否則將會造成碳儲量的低估。因此，將林帶區(qū)分出來，進行碳儲量估算，有利于提高整個森林生態(tài)系統碳儲量的估算，可為生態(tài)建設決策提供有利支撐。

[3]王斌，楊校生. 4種典型地帶性森林生態(tài)系統碳含量與碳密度比較[J].湖南農業(yè)大學學報：自然科學版，2010(4)：464-469.

[4]張鵬超，張一平，楊國平，等.哀牢山亞熱帶常綠闊葉林喬木碳儲量及固碳增量[J].生態(tài)學雜志， 2010(6)：1047-1053.

[5]續(xù)珊珊，賈利.黑龍江省森工國有林區(qū)森林碳儲量分析[J].林業(yè)經濟問題，2010(1)：47-51.

[6]李?？?，雷淵才，曾偉生.基于森林清查資料的中國森林植被碳儲量[J].林業(yè)科學，2011, 47(7)：7-12.

[7]鄭旭東，任筱霞，黃新峰，等.鞏義森林的碳儲量和碳密度[J].河南林業(yè)科技，2016(03)：4-6.

[8]Zhou X, Schoeneberger MM, Brandle JR,etal.Analyzing the Uncertainties in Use of Forest-Derived Biomass Equations for Open-Grown Trees in Agricultural Land.[J].Forest Science，2015,61(1):144-161.

[9]鄭州市統計局.中牟縣2015年經濟運行分析[DB/OL].(2016-02-16)[2016-05-16].http://tjj.zhengzhou.gov.cn/fxtj/217585.jhtml.

[10]河南省林業(yè)廳. 河南省第八次森林資源清查操作細則[R].鄭州：河南省林業(yè)廳，2013：36-37.

[11]國家發(fā)展改革委應對氣候變化司. 2005中國溫室氣體清單研究[M].北京：中國環(huán)境科學出版社, 2014.

[12]孟平，張勁松，樊巍.中國復合農林業(yè)研究[M].北京：中國林業(yè)出版社,2003.

[13]朱廷曜.農田防護林生態(tài)工程學[M].北京：中國林業(yè)出版社,2001.

[14]梁寶君.三北農田防護林建設與更新改造[M].北京：中國林業(yè)出版社,2007.

EstimationofForestCarbonStorageinAgroforestryRegion: a Case Study of Zhongmu County

HUANG Xinfeng1，SUN Hongzhao1，WANG Qiaoling1，FENG Dongyang1，ZHENG Xudong2

(1.Henan Provincial Academy of Forest Inventory and Planning，Zhengzhou 450045，Henan，China；2.Forestry Bureau of Jiyuan，Jiyuan 454650，Henan，China)

Adopting the IPCC method and the amended biomass expansion factors (BEF),differentiating between patch forests and shelterbelt forests, the forest carbon storage of Zhongmu county was estimated.The results showed that the aboveground forest carbon storage was 3 262 00 t.While using the unmodified biomass expansion factors, the total carbon storage was 316 000 t,which was underestimated with 10 200 t, accounting for 3.1% of the total forest carbon storage. Therefore, distinguishing shelterbelt forests from patch forests was necessary as estimating forest carbon storage in agroforestry region.

carbon storage；patch forests；shelterbelt forests；IPCC；agroforestry region；Zhongmu county

2017—03—05

黃新峰(1978—)，男，河南洛陽市人。研究方向為森林經營管理和林業(yè)碳匯計量。

S 718.55+6

A

1003—6075(2017)02—0055—04

10.16166/j.cnki.cn43—1095.2017.02.013