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      陜西省森林植被碳儲量時空動態(tài)變化

      2018-06-20 07:24:22徐娟娟張文靜
      陜西氣象 2018年3期
      關鍵詞:清查儲量林區(qū)

      郝 麗,徐娟娟,翟 園,張文靜

      (1.陜西省氣候中心,西安 710014;2.陜西省氣象臺,西安 710014;3.西安市氣象局,西安 710016)

      森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,在減緩溫室效應、維持全球碳平衡中發(fā)揮極其重要的作用[1]。森林碳儲量問題已成為相關領域學者們的研究熱點,精確估算森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量,對評價森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能和經(jīng)濟效益具有重大意義。

      陜西省地處我國西北地區(qū)東部的黃河中游,屬大陸性季風氣候,從南向北分布有北亞熱帶、暖溫帶、中溫帶三個氣候帶,有濕潤、半濕潤、半干旱甚至干旱等多種氣候類型。獨特的氣候特征反映在植被分帶上,由南到北有北亞熱帶常綠落葉闊葉林地帶、暖溫帶落葉闊葉林地帶、森林草原地帶、溫帶草原地帶,主要分布在秦巴山區(qū)、關山、黃龍山和橋山[2]。國內(nèi)學者對陜西森林碳循環(huán)和碳儲量方面做了大量工作,但大多局限于森林吸收二氧化碳的估算,進行空間分布和動態(tài)對比研究的相對較少[3-5]。為此,使用IPCC(政府間氣候變化專門委員會)推薦的碳儲量計算方法,研究陜西省近30年森林碳儲量、碳密度的時空變化特征,研究結果對于陜西省開展森林碳匯問題的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

      1 資料來源和研究方法

      1.1 資料來源

      森林資源清查一般每5年進行一次,以省為單位,根據(jù)系統(tǒng)抽樣原理,通過對固定樣地進行定期復查實現(xiàn)連續(xù)觀測從而達到掌握森林資源消長動態(tài),全面了解森林資源現(xiàn)狀的目的。陜西省森林資源連續(xù)清查體系于1978—1979年建立,采用系統(tǒng)抽樣方法,以品字形8 km×4 km間距機械布點構成抽樣體系框架,共布設固定樣地6 440個,樣地形狀為正方形,面積0.08 hm2。體系建立后,分別于1987、1990、1994、1999、2004、2009年和2014年進行了7次復查。歷次復查,總體劃分、樣地的布設方法、數(shù)量、現(xiàn)狀和大小一直保持穩(wěn)定,僅樣木固定、調查內(nèi)容有所變化和增加。

      所使用的森林資源數(shù)據(jù)是陜西省第1至第7次森林資源連續(xù)清查成果,包括陜西省及各地市區(qū)分樹種和齡級的面積和蓄積量。

      1.2 研究方法

      目前,推算區(qū)域尺度森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的方法,歸納起來主要有樣地清單法、生物量轉換因子法、箱式法、模型模擬法以及遙感估算法等,比較流行的是生物量轉換因子法。在對各種估算方法比較分析的基礎上,結合學科性質,采用生物量轉換因子法中的IPCC方法估算森林碳儲量[6]。IPCC法是以森林蓄積、木材密度、生物量轉換因子和根莖比等為參數(shù),建立材積源生物量模型,指導各國開展森林生物量估算的方法[7]。IPCC法比較穩(wěn)定,像一個標準,可以通過適當?shù)淖儞Q,在較大的范圍內(nèi)使用。其基本公式為

      (1)

      式中:C為森林碳儲量,單位為t;Vi為第i個樹種的森林蓄積量,單位為m3,數(shù)據(jù)來源于陜西省歷次森林清查數(shù)據(jù);Di為第i個樹種的基本木材密度,單位為t/m3;Bi為第i個樹種的樹干生物量轉換為地上部生物量的生物量擴展因子,無量綱;Ri為第i個樹種的地下生物量與地上生物量的比值,無量綱;Ci為第i個樹種的生物量含碳率。不同樹種的基本木材密度、生物量擴展因子、地下生物量與地上生物量的比值均采用《2005中國溫室氣體清單研究》[8]中的推薦值。

      2 結果分析

      2.1 碳儲量和碳密度的時間變化

      根據(jù)陜西省7次森林清查資料計算了歷次森林碳儲量和碳密度,由圖1和表1可以看出,陜西省森林資源總體呈現(xiàn)出總量增加、質量提高的發(fā)展態(tài)勢。主要體現(xiàn)在:一是森林面積增加,從20世紀80年代后期到2014年陜西省森林面積由4.35×106hm2增加到7.07×106hm2,凈增2.72×106hm2;二是森林資源總量增加,從20世紀80年代后期到2014年陜西省森林蓄積量由2.59×108m3增加到4.79×108m3,凈增2.20×108m3,歷次森林蓄積量凈增量由2.04×107m3增加到8.27×107m3,森林蓄積量增長速度加快;三是森林質量有所提高,喬木林每公頃蓄積量由1987的59.54 m3/hm2增加到67.69 m3/hm2。

      圖1 陜西省7次森林蓄積量和質量清查結果

      表1 陜西省森林碳儲量和碳匯動態(tài)變化

      近30年陜西省森林碳儲量顯著增加,由1987年1.21×108t增加到2014年2.38×108t,凈增1.17×108t。森林碳儲量呈現(xiàn)出先緩慢上升后急速上升的特點,其中20世紀80年代后期至1999年(第1次至第4次清查期間)碳儲量由1.21×108t增加到1.53×108t,凈增加3.17×107t,年均增長率1.95%;1999—2014年(第4次至第7次清查期間)森林碳儲量增長率最高,碳儲量凈增8.55×107t,年均增長率達3.53%。1987—2014年凈碳匯量為1.17×108t,年均碳匯量為4.33×106t,森林碳增匯主要集中在2004—2014年間,這期間森林凈碳匯量為7.06×107t,對森林總碳匯的貢獻為60.28%,近30年森林碳匯量呈現(xiàn)先降低后升高的“V型”特征,碳匯最小值出現(xiàn)在第4次清查期間,最大值出現(xiàn)在第7次森林清查期[9]。從森林碳密度的狀況看,陜西省森林平均碳密度介于25~34 t/hm2,遠低于全國平均水平(41 t/hm2)。從20世紀80年代后期到2014年陜西省森林平均碳密度由27.92 t/hm2增至33.73 t/hm2,凈增5.81 t/hm2,80年代后期碳密度先上升,隨后緩緩下降,到2004年降至最低,后又呈快速增長特征。其中第5次與第6次清查期間碳密度增長最明顯,凈增加5.91 t/hm2。

      2.2 碳儲量和碳密度的空間分布

      從2014年陜西省森林植被碳儲量的空間分布狀況看(圖2),陜西森林碳儲量具有明顯的地帶性分布特點,呈現(xiàn)出陜南秦巴山地高,陜北高原和關中平原低的特征。森林碳儲量主要分布在秦巴山林區(qū)、關山林區(qū)、黃龍山林區(qū)和橋山林區(qū),對應行政管轄區(qū)為漢中、安康、商洛、寶雞和延安,其碳儲量占全省碳儲量的87.6%。其中,處于秦巴山林區(qū)的漢中森林碳儲量最大,為7.06×107t,占全省碳儲量的29.6%;其次為延安,其管轄區(qū)涉及黃龍山林區(qū)和橋山林區(qū),對應碳儲量占全省碳儲量的17.66%;安康、寶雞和商洛的森林碳儲量也較大,對應碳儲量分別占全省碳儲量的16.42%、13.4%和10.52%。處于關中平原的西安、渭南、銅川、咸陽碳儲量較小,分別占全省碳儲量的7.36%、1.49%、1.17%和1.5%;位于陜西省最北部的榆林,碳儲量最小,為2.11×106t,占全省碳儲量的0.88%。陜西省森林植被碳密度介于18.22~50.4 t/hm2(圖3),其中西安最大,漢中和寶雞次之,榆林最低。西安、漢中和寶雞的碳密度高于全省平均碳密度(33.73 t/hm2),其余各地區(qū)的碳密度均低于全省平均水平,而碳儲量占比較大的延安和安康碳密度分別為30.08 t/hm2和28.04 t/hm2,這是由于這兩地區(qū)的中、幼齡林所占面積過大,森林質量較低造成對應的碳密度較低。

      從各地區(qū)的森林碳儲量變化(圖4、圖5)看,均呈現(xiàn)逐漸增大趨勢,其中漢中、延安、安康和寶雞碳儲量變化較大,其余各地區(qū)變化不明顯。從各地區(qū)碳密度的變化看,各地區(qū)碳密度均呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢,其中,榆林、咸陽和渭南均是2009—2013年碳密度最低,其余地市均在2004—2008年碳密度最低。

      圖2 2014年陜西省森林碳儲量的空間分布

      圖3 2014年陜西省森林碳密度的空間分布

      圖4 陜西省10地市森林碳儲量變化

      圖5 陜西省10地市森林碳密度變化

      3 結論

      基于陜西省第1次至第7次森林資源清查數(shù)據(jù),采用IPCC推薦的碳儲量計算方法,研究陜西省近30年森林碳儲量、碳密度的時空變化特征。

      (1)陜西省森林資源總體呈現(xiàn)出總量增加、質量提高的發(fā)展趨勢。近30年陜西省森林碳儲量顯著增加,由1987年1.21×108t增加到2014年2.38×108t,凈增1.17×108t,森林碳儲量呈現(xiàn)出先緩慢上升后急速上升特點。森林碳增匯主要集中在2004—2014年間,凈碳匯量為7.06×107t,近30年森林碳匯量呈現(xiàn)先降低后升高的“V型”特征,森林平均碳密度介于25~34 t/hm2,遠低于全國平均水平。

      (2)陜西森林碳儲量具有明顯的地帶性分布特點,呈現(xiàn)出陜南秦巴山地高,陜北高原和關中平原低的特征。主要分布在秦巴山林區(qū)、關山林區(qū)、黃龍山林區(qū)和橋山林區(qū),其中漢中森林碳儲量最大,其次為延安,榆林最小。陜西省森林植被碳密度介于18.22~50.4 t/hm2,其中,西安最大,漢中和寶雞次之,榆林最低。從各地區(qū)的森林碳儲量變化看,均呈現(xiàn)逐漸增大趨勢,其中漢中、延安、安康和寶雞碳儲量變化較大,其余各地區(qū)變化不明顯。

      參考文獻:

      [1] 續(xù)珊珊.中國森林碳匯問題研究:以黑龍江森工國有林區(qū)為例[M].北京:經(jīng)濟科學出版社,2010:5-6.

      [2] 杜繼穩(wěn),候明全,梁生俊,等.陜西省短期天氣預報技術手冊[M].北京:氣象出版社,2007:12-13.

      [3] 馬琪,劉康,張慧.陜西省森林植被碳儲量及其空間分布[J].資源科學,2012,34(9):1781-1789.

      [4] 崔高陽,陳云明,曹揚,等.陜西省森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分布格局分析[J].植物生態(tài)學報,2015,39(4):333-342.

      [5] 郝麗,孫嫻,張文靜,等.陜西省溫室氣體排放清單研究[J].陜西氣象,2016(2):5-9.

      [6] 鄧蕾,上官周平.基于森林資源清查資料的森林碳儲量計量方法[J].水土保持通報,2011,31(6):143-147.

      [7] 王效科,馮宗煒,歐陽志云.中國森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳儲量和碳密度研究[J].應用生態(tài)學報, 2001,12(1):13-16.

      [8] 國家發(fā)展和改革委員會應對氣候變化司.2005中國溫室氣體清單研究[M].北京:中國環(huán)境出版社,2014:303-312.

      [9] 郝麗,徐娟娟,翟園,等.近30 a陜西省森林植被碳儲量及其動態(tài)變化[J].干旱區(qū)研究,2017,34(5):1056-1062.

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