廣東省德慶林場(chǎng)喬木林碳儲(chǔ)量與碳密度研究

蘇永新 ，盧紫君 ，曹 誼，葉曉鴻

(1.廣東省德慶林場(chǎng)，廣東 肇慶 526600； 2.廣州沛森園林景觀設(shè)計(jì)有限公司， 廣州 510520)

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，也是陸地上最大的儲(chǔ)碳庫(kù)，在調(diào)節(jié)全球碳循環(huán)和維護(hù)全球氣候穩(wěn)定等方面起著不可替代的作用[1-2]。因此，森林的固碳能力、碳儲(chǔ)量估算及其分布特征等方面的研究已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)?？茖W(xué)評(píng)估區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力和碳儲(chǔ)量分布特征，對(duì)于實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)和固碳增匯具有重要意義[3-4]。廣東省國(guó)有林場(chǎng)改革實(shí)施以來(lái)，林場(chǎng)深入實(shí)施以生態(tài)建設(shè)為主的林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，經(jīng)營(yíng)模式由以木材生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo(hù)森林和提供生態(tài)服務(wù)為主，森林面積不斷增長(zhǎng)，森林質(zhì)量不斷提高，生態(tài)服務(wù)功能不斷增強(qiáng)。為準(zhǔn)確反映森林固碳現(xiàn)狀，揭示生態(tài)服務(wù)潛力，亟需更新省屬國(guó)有林場(chǎng)森林碳儲(chǔ)量和碳密度的評(píng)估結(jié)果。

本文以廣東省德慶林場(chǎng)2018年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用廣東省森林資源監(jiān)測(cè)中心提供的生物量擴(kuò)展因子方程[5-6]，估算林場(chǎng)喬木林的碳儲(chǔ)量與碳密度，探討其不同林分和不同林齡的分布規(guī)律，以期為林場(chǎng)森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能評(píng)估和碳匯造林樹(shù)種的選擇提供參考數(shù)據(jù)，并為后續(xù)的森林經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地概況

廣東省德慶林場(chǎng)位于廣東省西北部，地處粵、桂兩省交界處， 111°22′—112°06′E，23°07′—23°25′N。林場(chǎng)總面積8 753.65 hm2，林業(yè)用地面積8 729.85 hm2，其中喬木林面積為8 184.66 hm2，森林蓄積為685 378 m3，森林覆蓋率為93.5%，森林植被屬南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林，林分類型以桉樹(shù)(Eucalyptusrobusta)、馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)和闊葉混交林為主。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 喬木林碳密度和碳儲(chǔ)量的估算

以廣東省德慶林場(chǎng)2018年森林資源二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行碳密度和碳儲(chǔ)量的估算。森林碳密度是單位面積森林的碳儲(chǔ)量，其計(jì)算方法就是單位面積森林生物量與碳轉(zhuǎn)換系數(shù)的乘積，本文采用的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.5。單位面積生物量的估算采用廣東省森林資源監(jiān)測(cè)中心提供的生物量擴(kuò)展因子方程，利用森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)中各小班的平均胸徑(D)、平均樹(shù)高(H)和單位面積蓄積量(V)等因子，按優(yōu)勢(shì)樹(shù)種分別代入對(duì)應(yīng)的干(Ws)、枝(Wb)、葉(Wl)和根(Wr)的生物量方程中，計(jì)算得到各組分的生物量，然后將各組分的生物量相加獲得各小班的單位面積生物量[7]。主要樹(shù)種生物量計(jì)算公式詳見(jiàn)表1。對(duì)于一些沒(méi)有對(duì)應(yīng)生物量方程的樹(shù)種，則選擇相近樹(shù)種的生物量方程代替計(jì)算。

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和圖表制作，運(yùn)用R軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，同時(shí)對(duì)不同林分和不同林齡的喬木林進(jìn)行碳密度多重比較。

表1 主要樹(shù)種生物量計(jì)算公式 樹(shù)種生物量計(jì)算公式桉樹(shù)Ws=0.237 19×D0.31557×H-0.02252×V;Wb=0.090 123×D-0.30267×H0.019109×V;Wl=0.052 637×D-0.21666×H0.014372×V;Wr=0.155 53×D-0.09897×H0.007321×V馬尾松Ws=0.292 89×D0.14621×H0.008952×V;Wb=0.125 32×V;Wl=0.079 612×D-0.35263×H0.015724×V;Wr=0.484 37×D-0.62207×H0.029132×V杉木W(wǎng)s=0.340 15×D-0.3929×H0.40890×V;Wb=0.271 40×D1.07261×H-1.69157×V;Wl=0.510 239×D0.69072×H-1.71327×V ;Wr=0.464 93×D-0.32802×H-0.28171×V闊葉樹(shù)Ws=0.297 ×D0.21272×H0.046734×V;Wb=0.545 41×D-0.27401×H-0.16565×V;Wl=0.225 26×D-0.38874×H-0.21925×V;Wr=0.820 322×D-0.39686×H-0.22275×V濕地松Ws=0.200 11×D0.173698×H0.086849×V;Wb=0.019 166×D0.62501×V;Wl=0.573 42×D-0.598 91×V;Wr=0.464 93×D-0.610 82×V

3 結(jié)果與分析

3.1 碳儲(chǔ)量和碳密度的總體特征

廣東省德慶林場(chǎng)喬木林的總碳儲(chǔ)量為23.68萬(wàn)t，喬木林的平均碳密度為(38.83±0.83)t/hm2。喬木林的碳密度主要分布在20～60 t/hm2之間(圖1),這個(gè)區(qū)間的小班數(shù)量、面積和碳儲(chǔ)量分別占總數(shù)的68.7%，70.3%和69.4%。與平均碳密度相比，碳密度小于平均值的小班數(shù)量、面積和碳儲(chǔ)量分別為314個(gè)、3 517.08 hm2和86.2×103t；分別占到德慶林場(chǎng)喬木林的55.0%，56.6%和36.4%。表現(xiàn)出小班數(shù)量多、面積比例大，而碳儲(chǔ)量相對(duì)貢獻(xiàn)小的特點(diǎn)。另外，碳密度最小的小班碳密度僅為5.34 t/hm2，最大的可以達(dá)到116.97 t/hm2，總體變異系數(shù)達(dá)到51.2%。

3.2 不同林分碳儲(chǔ)量和碳密度分析

林分碳儲(chǔ)量與其小班數(shù)量和面積密切相關(guān)，不同林分的碳儲(chǔ)量在11 447.3～84 768.7 t之間，差異比較大，其碳儲(chǔ)量大小順序?yàn)殍駱?shù)>馬尾松>杉木>其它>闊葉混交林。桉樹(shù)和馬尾松的小班數(shù)量和面積分別占總數(shù)的67.3%和62.7%以上，其碳儲(chǔ)量之和占喬木林總碳儲(chǔ)量的61.5%，是德慶林場(chǎng)碳儲(chǔ)量的主體。不同林分的碳儲(chǔ)量和碳密度詳見(jiàn)表2。

圖1 廣東省德慶林場(chǎng)不同碳密度的小班數(shù)量、面積和碳儲(chǔ)量比例

表2 廣東省德慶林場(chǎng)喬木林不同林分的碳儲(chǔ)量和碳密度林分類型小班數(shù)量/個(gè)面積/hm2碳儲(chǔ)量/ t平均碳密度/(t/hm2)桉樹(shù)2352 316.5684 768.738.34±1.30 b 馬尾松1491 580.0360 870.338.11±1.32 b 杉木681 020.7044 635.344.68±2.05 ab闊葉混交林51530.1811 447.324.50±2.48 c 其它類68762.5835 090.546.98±2.57 a 注:其它類包括其它硬闊、其它軟闊、針闊混交林、針葉混交林、濕地松和速生相思。

喬木林平均碳密度為(38.83±0.83) t/hm2，其中，其它類的平均碳密度最高，為(46.98±2.57)t/hm2；闊葉混交林的平均碳密度最低，為(24.50±2.48)t/hm2。各類林分碳密度大小順序?yàn)槠渌?杉木>桉樹(shù)>馬尾松>闊葉混交林，與碳儲(chǔ)量的分布趨勢(shì)有所不同。

根據(jù)多重比較的結(jié)果，5個(gè)林分類型中，闊葉混交林的碳密度顯著低于其余4個(gè)林分類型(P<0.05)；其它類的碳密度與桉樹(shù)、馬尾松均存在差異顯著(P<0.05)，而其它類的碳密度與杉木差異不顯著(P>0.05)；杉木與桉樹(shù)、馬尾松三者間的碳密度不存在顯著差異(P>0.05)。造成這種差異的原因是其它類、杉木、桉樹(shù)、馬尾松大多為林齡在10 a以上的林分，胸徑相對(duì)較大，而闊葉混交林多以林齡在10 a以下的小班居多，胸徑相對(duì)較小，單位面積碳儲(chǔ)量較小。

3.3 不同林齡碳儲(chǔ)量和碳密度分析

喬木林的碳儲(chǔ)量與林齡結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其碳儲(chǔ)量主要集中在林齡≤10 a和>10～20 a的林分，以及林齡>20～30 a的林分，三者之和占喬木林總碳儲(chǔ)量的93.2%，其中林齡≤10 a的林分碳儲(chǔ)量最多，占34.6%；而碳儲(chǔ)量最少的是林齡>30 a的林分，僅占6.8%。主要是因?yàn)榈聭c林場(chǎng)喬木林的林齡結(jié)構(gòu)偏年輕；林齡≤10 a，>10～20 a和>20～30 a的林分面積占比達(dá)93.1%以上。

碳密度則是隨著林齡的增加，呈現(xiàn)先迅速增加后逐漸減小的趨勢(shì)，在>10～20 a達(dá)到最大，為49.26 t/hm2；碳密度的最小值出現(xiàn)在林齡≤10 a的林分，為30.90 t/hm2，這與林分正常生長(zhǎng)規(guī)律基本符合。各林分碳密度也呈現(xiàn)出相似的分布趨勢(shì)，詳見(jiàn)圖2。

結(jié)果表明，林齡≤10 a的林分碳密度顯著低于其他林齡(P<0.05)，林分林齡在>10～20 a與>20～30 a間的碳密度也是存在顯著差異(P<0.05)，而林分林齡在>20～30 a和>10～20 a，以及林齡>30 a間的碳密度則無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖2 廣東省德慶林場(chǎng)不同林齡的碳儲(chǔ)量和碳密度

4 結(jié)論與討論

1)廣東德慶林場(chǎng)喬木林總碳儲(chǔ)量為23.68萬(wàn)t，平均碳密度為(38.83±0.83)t/hm2。低于喬木林碳密度總體平均值的小班面積占總面積的56.6%，但碳儲(chǔ)量占比僅為36.4%，表明德慶林場(chǎng)的固碳能力還不強(qiáng)，今后應(yīng)加強(qiáng)林分的撫育更新，提高林地生產(chǎn)力，更好地發(fā)揮喬木林在森林生態(tài)系統(tǒng)中的碳匯功能。

2)喬木林不同林分碳儲(chǔ)量的大小順序?yàn)殍駱?shù)>馬尾松>杉木>其它>闊葉混交林。桉樹(shù)和馬尾松的碳儲(chǔ)量之和占喬木林總碳儲(chǔ)量的61.5%，對(duì)德慶林場(chǎng)喬木林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量有重要貢獻(xiàn)。不同林分碳密度的大小順序?yàn)槠渌?杉木>桉樹(shù)>馬尾松>闊葉混交林，與碳儲(chǔ)量的分布趨勢(shì)有所不同，而且闊葉混交林的碳密度顯著低于其余4個(gè)林分類型。

3)喬木林的碳儲(chǔ)量主要集中在林齡≤10 a，>10～20 a和>20～30a的林分；而林齡>30 a的林分碳儲(chǔ)量最少，僅占6.8%。碳密度則是隨著林齡的增加，呈現(xiàn)先迅速增加后逐漸減小的趨勢(shì)，在>10～20 a達(dá)到最大；而≤10 a的林分碳密度最小，與其他林齡存在較大差異。碳密度在20 a后逐漸減小，究其原因，一是林場(chǎng)的森林經(jīng)營(yíng)水平不高，林分整體質(zhì)量欠佳；二是早期的造林樹(shù)種苗木質(zhì)量較差，隨著林齡的增長(zhǎng)林木個(gè)體死亡數(shù)量增加，林分密度下降。

4)本文采用廣東當(dāng)?shù)氐纳锪繑U(kuò)展因子方程，進(jìn)行喬木林的碳儲(chǔ)量和碳密度估算，結(jié)果精確度較高，具有參考性。但是本文僅對(duì)喬木層進(jìn)行估算，并未包括林下灌木層、草本層、枯枝落葉層和土壤層。因此，在今后的研究中，應(yīng)增加林下灌木層、草本層、枯枝落葉層和土壤層的計(jì)算，進(jìn)一步完善林場(chǎng)級(jí)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和碳密度的估測(cè)。