張開福

(湖南省農(nóng)林工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究總院， 湖南 長沙 410007)

為遏制2008年南方嚴(yán)重冰雪災(zāi)害所造成的森林生態(tài)系統(tǒng)逆向演替趨勢，在當(dāng)年湖南省冰災(zāi)的重災(zāi)區(qū)，通過引進(jìn)和采用新的森林經(jīng)營模式[1]，使森林資源盡快得到增加和提升，進(jìn)而提高生物多樣性，改善和優(yōu)化森林生態(tài)體系[2]，充分發(fā)揮森林的生態(tài)價值，保護(hù)湖南生態(tài)安全[1]。世界銀行貸款湖南省森林恢復(fù)和發(fā)展項(xiàng)目(以下簡稱“項(xiàng)目”)于2013年啟動實(shí)施[3]，共涉及湖南省22個縣(市、區(qū))，項(xiàng)目總建設(shè)規(guī)模58860.0 hm2，涉及8個森林經(jīng)營模型。2014年度項(xiàng)目竣工面積21965.9 hm2。

項(xiàng)目基線碳匯研究是對該項(xiàng)目2014年度營造林的固碳效益進(jìn)行基線碳匯進(jìn)行調(diào)查研究，測定和計(jì)量項(xiàng)目的基線碳儲量、項(xiàng)目邊界內(nèi)溫室氣體排放、碳泄漏等數(shù)據(jù)，采取固定標(biāo)準(zhǔn)地的連續(xù)測定方法測定項(xiàng)目區(qū)的碳儲量、碳排放等，為項(xiàng)目的定期碳儲量變化監(jiān)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究方法

1.1 分層

為提高生物量測算的精度，采取分層抽樣法調(diào)查研究生物量。分層分為事前分層和事后分層。其中，事前分層又分為事前基線分層和事前項(xiàng)目分層，事前分層監(jiān)測是2014年碳匯監(jiān)測基線調(diào)查的主要目標(biāo)。事前基線分層主要根據(jù)起源、齡組和地類進(jìn)行分層[4]，共分4層(見表1)。

表1 事前基線分層表Tab.1 The baseline hierarchical table before the investigation事前基線碳層編號起源齡組地類適宜項(xiàng)目經(jīng)營的模型BSL-1人工林幼齡林無立木林地或疏林地TSP1、TSP2、TSP3、TSP4(混交林造林型)BSL-2人工林中齡林疏林地TSP5、TSP6(混交林補(bǔ)植型)BSL-3人工林幼齡林、中齡林竹林地TSP7(竹喬混交林型)BSL-4天然林幼齡林疏林地或無立木林地TSP8(人工促進(jìn)天然更新型)

事前項(xiàng)目分層主要以森林經(jīng)營模式、優(yōu)勢樹種做為主要指標(biāo)，共分14層(見表2)。

表2 事前項(xiàng)目分層表Tab.2 The project hierarchical table before the investigation事前項(xiàng)目碳層編號森林經(jīng)營模型樹種森林經(jīng)營模型號PROJ-1TSP1、針葉樹+一般闊葉樹杉木、檫樹、楓香、櫟木TSP1aPROJ-2TSP1、針葉樹+一般闊葉樹馬尾松、楓樹、木荷、檫樹TSP1b、TPS1c、TSP1dPROJ-3TSP2、針葉樹+珍貴闊葉樹杉木、楠木、楸樹、櫟木TSP2aPROJ-4TSP2、針葉樹+珍貴闊葉樹馬尾松、櫸木、樟樹、櫟木TSP2b、TSP2dPROJ-5TSP2、針葉樹+珍貴闊葉樹柏樹、槐樹、合歡TSP2cPROJ-6TSP2、針葉樹+珍貴闊葉樹以樣地為準(zhǔn)(景觀林)TSP2ePROJ-7TSP3、闊葉樹混交林楓香、合歡、木蓮TSP3a、TSP3bPROJ-8TSP4、珍貴高價值闊葉樹楠木、櫧樹、闊葉樹TSP4a、TSP4bPROJ-9TSP5、補(bǔ)植的針葉樹+一般闊葉樹杉木、檫樹、楓香、櫟木TSP5aPROJ-10TSP5、補(bǔ)植的針葉樹+一般闊葉樹馬尾松、楓香、木荷、檫樹TSP5b、TSP5cPROJ-11TSP6、補(bǔ)植的針葉樹+珍貴闊葉樹杉木、楠木、楸樹、櫟木TSP6aPROJ-12TSP6、補(bǔ)植的針葉樹+珍貴闊葉樹馬尾松、櫸樹、樟樹、櫟木TSP6bPROJ-13TSP7、竹喬混交毛竹、闊葉林TSP7aPROJ-14TSP8、人工促進(jìn)天然更新以樣地為準(zhǔn)(近自然闊葉樹林)TSP8a

1.2 標(biāo)準(zhǔn)地布設(shè)

根據(jù)2014年度世行森林恢復(fù)與發(fā)展項(xiàng)目縣竣工小班情況，先以森林經(jīng)營模型進(jìn)行分層，再以優(yōu)勢樹種進(jìn)行分層，每個分層布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地，共布設(shè)48個固定標(biāo)準(zhǔn)地、48個基線標(biāo)準(zhǔn)地。選擇有地區(qū)特性的岳陽縣、新邵縣、寧鄉(xiāng)市、資興市、金洞管理區(qū)、麻陽縣等6個縣(市、區(qū))中，且有代表性的項(xiàng)目竣工小班。

固定標(biāo)準(zhǔn)地(基線標(biāo)準(zhǔn)地)：喬木層調(diào)查樣方為25.82 m× 25.82 m，灌木層調(diào)查樣方為2 m×2 m，草本層調(diào)查樣方為1 m×1 m。

1.3 調(diào)查

1.3.1 調(diào)查內(nèi)容 調(diào)查研究在基線標(biāo)準(zhǔn)地和固定標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行。調(diào)查的內(nèi)容主要有[5]：

(1)固定標(biāo)準(zhǔn)地(基線標(biāo)準(zhǔn)地)：優(yōu)勢樹種、起源、郁閉度、齡組、林齡、胸徑、平均樹高，草本優(yōu)勢種、草本覆蓋度、草本高度，枯落物厚度等。

(2)施肥：肥料種類、肥料含氮量、平均施用量、施用面積、施用時間等。

(3)營造林活動：使用機(jī)械種類、燃油種類、單位耗油量、作業(yè)時間、耗油量、運(yùn)輸距離等。

1.3.2 計(jì)量

(1)基線碳匯：在對基線碳儲量變化進(jìn)行計(jì)量時，可設(shè)定土壤有機(jī)碳[6]、枯枝落葉和枯死木三類碳庫處于平衡狀態(tài)，其碳儲量沒有變化[7]。從而只需考慮項(xiàng)目造林小班內(nèi)現(xiàn)有零星散木生長引起的地上生物量和地下生物量，及碳庫中的碳儲量變化[8]。

(2)固定碳儲量：由于本項(xiàng)目不準(zhǔn)全墾煉山整地，土壤有機(jī)碳、枯落物和枯死木碳庫不會出現(xiàn)長期下降情況。在事前計(jì)量碳儲量變化時，可不考慮土壤有機(jī)碳、枯落物和枯死木碳庫，只涉及地上生物量和地下生物量碳庫，測算項(xiàng)目實(shí)施后的不同碳層、不同造林樹種和造林時間林分的地上生物量和地下生物量[9]，及碳庫中的碳儲量。

(3)邊界內(nèi)溫室氣體排放：邊界內(nèi)溫室氣體排放是由人類活動造成，項(xiàng)目邊界內(nèi)溫室氣體排放的事前計(jì)量[10]，只考慮施用氮肥引起的N2O排放和生產(chǎn)中使用生產(chǎn)機(jī)具產(chǎn)生的CO2排放[11]。

(4)碳排放/碳泄漏：項(xiàng)目碳泄漏主要是汽車等燃油機(jī)具所造成的CO2排放。通過對固定標(biāo)準(zhǔn)地所在小班造林活動情況等進(jìn)行調(diào)查。

(5)經(jīng)營模型碳儲量/碳匯量：根據(jù)事前項(xiàng)目分層，按項(xiàng)目要求分別測算各模型的碳儲量/碳匯量。重組事前項(xiàng)目分層計(jì)算碳儲量/碳匯量，以經(jīng)營模型大類分層統(tǒng)計(jì)碳儲量/碳匯量情況，分別計(jì)算出平均1hm2施肥產(chǎn)生的排放量、邊界內(nèi)燃油排放量以及喬木層、灌木草本的平均碳儲量。

(6)優(yōu)勢樹種碳儲量/碳匯量：根據(jù)項(xiàng)目要求分別測算按優(yōu)勢樹種分的碳儲量/碳匯量，對標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查數(shù)據(jù)按優(yōu)勢樹種進(jìn)行分組，分別計(jì)算出各優(yōu)勢樹種的平均1hm2施肥產(chǎn)生的排放量、邊界內(nèi)燃油排放量以及喬木層、灌木層、草本層的平均碳儲量。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地

2.1.1 基線碳匯、固定碳儲量、邊界內(nèi)溫室氣體排放、碳排放/碳泄漏單位計(jì)量結(jié)果 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查與計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)單位面積基線碳儲量為5.764 7 t·hm-2，項(xiàng)目區(qū)單位固定碳儲量為5.855 0 t·hm-2，項(xiàng)目內(nèi)溫室氣體排放量總計(jì)15.757 3 t·hm-2，項(xiàng)目邊界外年泄漏15.760 0 t·hm-2。由于營造林生產(chǎn)活動涉及影響因素很多[12]，項(xiàng)目碳儲量變化需要通過下次監(jiān)測才能得出。

表3 基線碳匯、固定碳儲量、邊界內(nèi)溫室氣體排放、碳排放/碳泄漏單位計(jì)量表 Tab.3 The measurement of baseline carbon sink, fixed carbon storage, greenhouse gas emission within the boundary, carbon e-mission and carbon leakage unit(t·hm-2)項(xiàng)目計(jì)量名稱基線碳匯固定碳儲量邊界內(nèi)溫室氣體排放碳排放/碳泄漏小計(jì)地上部分地下部分小計(jì)地上部分地下部分小計(jì)汽油排放燃油排放小計(jì)標(biāo)準(zhǔn)地類型基線標(biāo)準(zhǔn)地固定標(biāo)準(zhǔn)地固定標(biāo)準(zhǔn)地固定標(biāo)準(zhǔn)地結(jié)果5.764 74.412 01.352 75.855 04.552 31.302 715.757 32.775 212.982 115.760 0

2.1.2 經(jīng)營模型碳儲量/碳匯量單位計(jì)量結(jié)果 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查與計(jì)算，項(xiàng)目各經(jīng)營模型碳儲量/碳匯量單位計(jì)量結(jié)果詳見表4。

表4 固定標(biāo)準(zhǔn)地按模型分的單位碳儲量/碳匯量表Tab.4 Carbon storage and carbon sink of scale by model in a fixed standard land (t·hm-2)模型號氮量CO2排放量邊界內(nèi)CO2排放量運(yùn)輸CO2排放量喬木層碳儲量灌木層碳儲量草本層碳儲量TSP16.466 8111.059 834.946 90.252 80.039 70.488 3TSP20.519 5227.012 05.721 91.632 60.086 10.260 7TSP31.315 30.000 046.145 20.491 50.026 80.569 2TSP40.524 0586.682 710.412 60.128 40.009 50.346 9TSP50.757 092.165 78.066 95.137 90.081 20.719 7TSP60.485 6293.581 56.307 412.842 30.311 20.383 9TSP70.236 80.000 04.754 118.951 00.093 60.104 6TSP81.183 80.000 08.664 33.364 30.180 40.337 5

2.1.3 優(yōu)勢樹種碳儲量/碳匯量單位計(jì)量結(jié)果 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查與計(jì)算，項(xiàng)目各優(yōu)勢樹種碳儲量/碳匯量單位計(jì)量結(jié)果詳見表5。

表5 固定標(biāo)準(zhǔn)地不同優(yōu)勢樹種的碳儲量/碳匯量表Tab.5 Carbon storage and carbon sink of different dominant tree species in fixed standard land(t·hm-2)樹種氮量CO2排放量邊界內(nèi)CO2排放量運(yùn)輸CO2排放量喬木層碳儲量灌木層碳儲量草本層碳儲量柏木0.077 969.435 10.855 20.500 00.012 40.373 3闊葉樹0.420 067.875 720.325 70.661 30.112 60.382 8杉木0.103 825.384 72.558 82.898 80.105 30.386 5馬尾松1.919 76.336 811.680 37.961 20.157 50.483 1毛竹0.022 30.000 00.369 418.951 00.093 60.104 6

2.2 項(xiàng)目區(qū)

2.2.1 碳儲量 森林是一種動態(tài)平衡生態(tài)系統(tǒng)，隨著項(xiàng)目實(shí)施的不斷推進(jìn)，各林分林木的樹高、胸徑、樹冠、樹根將不斷變化，數(shù)量不斷增長，碳含量不斷提高，需要定期或長期才能對項(xiàng)目的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行一個完整評價[13]。此次基線監(jiān)測是后期項(xiàng)目期內(nèi)碳匯監(jiān)測的基礎(chǔ)，也是計(jì)量碳排放、碳儲量變化的重要參考。經(jīng)計(jì)算，2014年項(xiàng)目區(qū)總活立生物碳儲量為81397 t(地上部分61541 t，地下部分19856 t)，其中：喬木層碳儲量為69557 t(地上生物量碳儲量為56063 t，地下生物量碳儲量為13494 t)；灌木層碳儲量為1950 t，(地上生物量碳儲量為1423 t，地下生物量碳儲量為527 t)；草本層生物量碳儲量為9891 t(地上生物量碳儲量為4055 t，地下生物量碳儲量為5836 t)(見表6)。

2.2.2 碳排放 項(xiàng)目邊界內(nèi)外的碳排放或碳泄漏，主要由于使用燃油等造成。根據(jù)調(diào)查，項(xiàng)目造林地整地方式主要有挖掘機(jī)整地和人工整地兩種；防火林帶施工采用推土機(jī)進(jìn)行[14]；項(xiàng)目區(qū)苗木運(yùn)輸主要有外地調(diào)運(yùn)和本地購進(jìn)，部分小班所用苗木還需要進(jìn)行人工二次搬運(yùn)。經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目邊界內(nèi)使用燃?xì)鈾C(jī)具引起的CO2的排放量為2991788 t，項(xiàng)目邊界外使用運(yùn)輸機(jī)具引起的CO2的排放量為408718t(見表6)，合計(jì)CO2排放量為3400506 t。

表6 項(xiàng)目區(qū)分模型的碳儲量/碳匯量Tab.6 Carbon storage and carbon sink of project in differentiation modelt模型號氮量CO2排放量邊界內(nèi)CO2排放量泄漏CO2排放量喬木層碳儲量灌木層碳儲量草本層碳儲量TSP155 500953 138299 9212 1693414 190TSP22 4341 063 58726 8087 6494031 221TSP3457016 0451719198TSP4187209 4463 717463124TSP53 001365 30931 97420 3643222 853TSP6662400 3078 60017 511424523TSP718303 68014 6687281TSP82 455017 9726 978374700合計(jì)64 8792 991 788408 71869 5571 9509 891

為減少項(xiàng)目造林CO2的泄漏與排放，育苗地應(yīng)建在離項(xiàng)目造林地最近區(qū)域，以便就近育苗，隨起隨栽。少用或不用運(yùn)輸機(jī)具進(jìn)行苗木運(yùn)輸，從而減少CO2的泄漏與排放，整地不要進(jìn)行深墾，盡量減少對項(xiàng)目造林的人工干預(yù)措施，施肥以有機(jī)肥為主，少施或不施氮肥，加強(qiáng)對項(xiàng)目造林地林木的管護(hù)，促進(jìn)林木生長，提高森林及土壤對碳的吸納和存儲能力[15]，從而促使森林及土壤碳儲量的不斷增加。

3 結(jié)論與討論

森林是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，在固定大氣CO2及全球氣候變化中有著非常積極的作用。森林碳儲量與森林生物量成正相關(guān)，即森林生物量越大，碳儲量越高。影響森林碳儲量的因素很多，包括自然條件、人類活動、林分狀況等。因此，要提高森林碳儲量，必須從增加森林生物量考慮，如選擇有利于林木生長的地段開展造林活動，采用吸納CO2能力強(qiáng)的樹種進(jìn)行造林；加強(qiáng)對造林地?fù)嵊芾?，促進(jìn)林木生長；積極營造混交林，減少有害生物的危害；盡量降低人為活動干擾和使用運(yùn)輸?shù)热加蜋C(jī)具，減少碳排放等。

加強(qiáng)碳匯監(jiān)測是今后森林碳匯工作的重要內(nèi)容之一。森林碳儲量是處于一個不斷變化的過程，因此，要定期進(jìn)行森林碳匯的調(diào)查監(jiān)測，掌握森林碳匯及其變化規(guī)律，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。同時，不斷加大科技投入，對森林碳匯技術(shù)課題進(jìn)行研究攻關(guān)，包括營造林與管理技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)與方法等。