江西省婺源县森林碳储量及碳汇潜力分析

江西省婺源县森林碳储量及碳汇潜力分析

1森林生物量和碳储量的自然变化2009年11月，国务院常务会议决定：“到2020年，中国单位gdp的二氧化碳排放量比2005年（基准年）低40%45%。作为限制因素，纳入经济和社会发展中长期计划，制定相应的国内统计数据、监测和评估方法。”。森林生态系统作为陆地生态系统的主体,森林碳库在全球碳循环、减缓气候变化、维护全球气候系统等方面具有不可替代的作用。森林生态系统植被所固定的碳量约占陆地植被总固碳量的82.5%,但是各地域的森林碳汇量根据森林总生物量的不同而存在差异,准确地估算森林生态系统的固碳现状,不仅是应对气候变化的需要,也对森林经营和管理、促进森林生态系统的碳增汇均具有重要意义,同时碳储量及其变化也是土地利用变化和林业温室气体排放清单的编制基础。森林生物量及其变化的准确估算是核算碳贮量及其变化的数据基础。通常,森林生物量可通过收获法和利用生物量模型等估算得到。虽然收获法精确度高,但是直接测量对生态系统的破坏性大,而且需要大量的人力物力和时间。因此目前常用的是利用生物量模型估算森林生物量,其中生物量-蓄积量模型和生物量估算参数在大尺度森林生物量的估算中得到广泛应用。国内的学者们在生物量和碳储量方面做了很多研究,但是对江西省的森林碳汇潜力研究的还不够透彻。江西省婺源县位于江西省东北部,曾被评为“中国最美乡村”,其森林覆盖率达82%。本研究以第6次(2003年)森林资源清查数据为基础,对婺源县森林碳储量进行估算,并对其碳汇潜力进行分析,以便进一步完善江西省森林碳汇数据库。2林种及用材林情况研究区域为江西省婺源县,经纬度为117°833’E,29°25’N,总面积300290.3hm2,属于典型的亚热带气候区,年均温16.7℃,年降水量1847.9mm。据2002年二类森林资源调查数据,全县30万hm2的土地面积中有森林22.29万hm2,其中天然林16.87万hm2;森林活立木蓄积1009.6万m3,其中天然林蓄积770万m3,森林覆盖率达82%。森林面积232412.4hm2(包括灌木类经济林),按二级林种划分如下:防护林51777.1hm2,占22.3%;特用林12365.5hm2,占5.3%;用材林为155569.5hm2,占66.9%;薪炭林2975.4hm2,占1.3%;经济林9549.4hm2(其中乔木类经济林175.5hm2,灌木类经济林9356.9hm2),占4.2%。全县活立木蓄积量10096403m3(界内9841658m3,界外254745m3),其中,森林蓄积9921788m3,占98.27%,疏林地蓄积2485m3,占0.02%;散生木蓄积125057m3,占1.24%;四旁树蓄积47073m3,占0.47%。全县毛竹蓄积量1913.8006万株,其中:森林毛竹1911.5877万株,散生毛竹2.2129万株。按林种划分,用材林7378100m3,占74.36%,防护林1783755m3,占17.98%,特用林696746m3,占7.02%,薪炭林63061m3,占0.64%,果树林126m3,占0.002%;按优势树种划分,杉木3317903m3,马尾松1403390m3,硬阔5021678m3,软阔27114m3,国外松151703m3。3林分下生物量的计算根据我国森林的定义,我国森林包括林分、经济林和竹林,此外,林分还包括散生木、疏林和四旁树。每一类型还又包括地上生物量和地下生物量。式(1)、(2)中:CAB和CBB分别为地上和地下生物质碳储量,t碳;CAB,F和CBB,F分别为林分地上和地下生物质碳储量,t碳;CAB,E和CBB,E分别为经济林地上和地下生物质碳储量,t碳;CAB,B和CBB,B分别竹林地上和地下生物质碳储量,t碳。CAB,S和CBB,S分别为疏林、散生木和四旁树地上和地下生物质碳储量,t碳。3.1第三系树木木材密度三大到地上生物量3.式中:i为树种数,全国森林资源普查树种共37种;j为5个龄级,即幼林、中幼林、近熟林、成熟林和过熟林;Vij为第i树种、j龄级蓄积量,m3;WDi为第i树种木材密度,t.d.m/m3(吨干物质/立方米,下同);BEFij为第i树种、j龄级树干生物量到地上生物量的扩展系数;CFi,AB为i树种地上部分含碳率tC/t.d.m(吨碳/吨干物质,下同);CFi,BB为第i树种地下部分含碳率tC/t.d.m;BAB,ij为第i树种组、j龄级生物量,t.d.m;Rij为第i树种、j龄级根茎比,t.d.m/t.d.m。3.2林分密度积分量和根比为5.式中:为疏林、散生木和四旁树蓄积量,m3;为根据林分各树种蓄积加权平均的木材密度,t.d.m/m3;为根据林分各树种蓄积加权平均的树干生物量到地上生物量的扩展系数,t.d.m/t.d.m;为根据林分各树种蓄积加权平均的根茎比,t.d.m/t.d.m;和分别为各树种林分地上和地下部分平均含碳率,tC/t.d.m。3.3竹林生物量英ab式中:CAB,B和CBB,B分别为竹林地上和地下生物量碳储量,tC(吨碳);Bi,AB和Bi,BB分别为竹林单位面积地上和地下生物量,t.d.m/hm2;Ai为竹林面积,hm2;CFB为竹林含碳率,tC/t.d.m;i代表竹林种类,本估算分为毛竹和其他竹类两类。3.4造林单位面积生物量英水面式中:CAB,E和CBB,E分别为经济林地上和地下生物量碳储量,tC;BE,AB和BE,BB分别为经济林单位面积地上和地下生物量,t.d.m/hm2;AE为经济林面积,hm2;CFAB和CFBB分别为各树种林分地上和地下部分平均含碳率,tC/t.d.m。3.5碳储量和碳储量的关系式中ΔC为碳汇潜力,万t二氧化碳当量,CAB和CBB分别为地上和地下碳储量,万t碳,GR为年净生长率,k为碳的二氧化碳当量系数,等于44/12。4结果与讨论4.1森林碳汇潜力根据第6次(1999—2003年)森林资源清查数据,对江西省的林业普查数据进行了对比分析。在此次林业普查中,划为用材林的竹林面积9213.4hm2,划为防护林的竹林面积1966.2hm2,划为特用林的竹林面积698.1hm2。经济林总面积9549.4hm2,其中以油料类经济林最大,占37.3%,但总面积仅占全县森林面积的4.2%,其蓄积量很小,因此本文不予计算,主要计算占有绝对优势的林分。婺源县的林分以用材林和防护林为主,分别占近74.36%和17.98%,而在用材林和防护林中,杉木林和硬阔林为主要树种。婺源县的森林中幼龄林占17.19%,中龄林占51.10%,近熟林占18.48%,成熟林占12.32%,过熟林占0.91%,而优势树种中用材林和防护林的树龄主要为幼龄和中龄。森林碳汇潜力与森林蓄积量、树种、林龄等因素有关。研究表明,处于生长旺盛时期的中幼龄林具有较强的固碳能力和固碳潜力,成熟的森林碳储量达到最大值,而后续固碳的能力几乎为零,固碳能力主要体现在幼龄林、中龄林和近熟林储蓄量上,因此婺源县的森林蓄积量和年轻的林龄结构说明婺源县具有极大的碳汇潜力。4.2木材密度、比、木材密度等参数的测定森林碳存储量计算主要基于蓄积量,并结合生物转换量、含碳率、根茎比、木材密度等参数。根据此次森林检测数据,得出各林种、树种的相关计量参数,由于经济林、竹林、散生木、四旁树、疏林地的蓄积量较低,本文主要针对优势树种的森林碳储量进行计算分析,计算过程如下:4.2.1杉木碳储量将以上参数代入公式(3)、(4)、(5)计算得出杉木幼龄林碳存储量37537.22t碳,中龄林碳存储量183185.42t碳,近熟林碳存储量69566.75t碳,成熟林碳存储量47287.02t碳,过熟林碳存储量2312.01t碳,则杉木的碳储量为33.99万t碳。4.2.2杉木碳储量将以上参数代入公式(3)、(4、(5)计算得出松木幼龄林碳存储量51093.82t碳,中龄林碳存储量157086.24t碳,近熟林碳存储量54797.78t碳,成熟林碳存储量49440.32t碳,过熟林碳存储量8688.02t碳,则松木的碳储量为32.11万t碳。4.2.3碳储量和碳储量将以上参数代入公式(3)、(4)、(5)计算得出硬阔林幼龄林碳存储量203598.39t碳,中龄林碳存储量617260.00t碳,近熟林碳存储量222665.82t碳,成熟林碳存储量167093.80t碳,过熟林碳存储量9665.06t碳,则硬阔的碳储量为122.03万t碳。4.2.4碳的存储量将以上参数代入公式(3)、(4)、(5)计算得出软阔林幼龄林碳存储量1030.45t碳,中龄林碳存储量3690.02t碳,近熟林碳存储量1408.73t碳,成熟林碳存储量1032.81t碳,过熟林碳存储量51.91t碳,则软阔的碳储量为0.72万t碳。因此,汇总四类主要树种的碳存储量,可得婺源县林分(优势树种)总碳存储量为188.85万t碳。4.3森林生长量调查森林碳汇潜力主要依靠其生长率即产生的生长量进行评估。森林只有新增蓄积和新增加的叶、茎、根才能形成新的碳汇,成熟林和过熟林本身年生长量有限或者零生长,碳汇增加量有限。因此,从固碳机制而言,森林的生长量比蓄积量更重要。通过本次二类森林资源调查,以婺源县固定样地为样本单元,测检30361根两期复位保留木的前后期胸径对应值计算和分析,得到了婺源县各主要树种的林木年平均生长量和生长率。按照蓄积量加权平均计算,婺源县林木年平均生长率11.77%,年平均总生长量1160237m3。根据本次二类森调固定样地调查,通过电算测定全县林木年平均枯损量23470m3,枯损率0.24%。因此,扣除枯损量,婺源县的林木平均净生长量是1136766m3,净生长率为11.53%。婺源县的年固碳量,即碳汇潜力计算如下:4.3.1碳的碳汇潜力将杉木碳存储量与对应的净生长率(见表1)相乘,计算得出杉木幼龄林碳汇量5161.37t碳,中龄林碳汇潜力24070.56t碳,近熟林碳汇潜力8055.83t碳,成熟林碳汇潜力4648.31t碳,过熟林碳汇潜力23.12t碳,累计得杉木的年碳汇潜力为4.20万t碳,折合为15.40万t二氧化碳当量。4.3.2碳汇潜力的计算将松木碳存储量与对应的生长率(见表2)相乘,计算得出幼龄林碳汇潜力7311.53t碳,中龄林碳汇潜力19698.61t碳,近熟林碳汇潜力5841.44t碳,成熟林碳汇潜力4607.84t碳,过熟林碳汇潜力86.88t碳,累计得松木的年碳汇潜力为3.75万t碳,折合为13.75万t二氧化碳当量。4.3.3碳汇潜力分析将硬阔林碳存储量与对应的生长率(见表3)相乘,计算得出硬阔林幼龄林碳汇潜力25225.84t碳,中龄林碳汇潜力66664.08t碳,近熟林碳汇潜力22600.58t碳,成熟林碳汇潜力15606.56t碳,过熟林碳汇潜力96.65t碳,累计得硬阔的年碳汇潜力为13.02万t碳,折合为47.74万t二氧化碳当量。4.3.4碳汇潜力分析将软阔林碳存储量与对应的生长率(见表4)相乘,计算得出软阔林幼龄林碳汇潜力146.94t碳,中龄林碳汇潜力483.39t碳,近熟林碳汇潜力197.50t碳,成熟林碳汇潜力122.49t碳,过熟林碳汇潜力0.52t碳,累计得软阔的年碳汇潜力为0.11万t碳。折合为0.40万t二氧化碳当量。4.3.5散生木、四旁树、疏林地生物质碳汇潜力根据此次森林调查数据,散生木年平均生长量55429m3,生长率12.07%;四旁树年平均生长量14863m3,生长率10.61%,生物量转化系数BEF的加权平均值取0.49,木材密度WD加权平均值取0.48,根茎比R加权平均值取0.22,含碳率取0.50,代入式(6)和式(7),则散生木、四旁树、疏林地生物质碳汇潜力为0.83万t碳,折合为3.04万t二氧化碳当量。5降低水生长量,提高碳汇潜力根据本次二类森林资源调查结果,综合江西省婺源县的森林优势树种、林龄结构、年生长率等参数进行理论计算,得出了江西省婺源县森林碳储