霧靈山自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務(wù)功能研究

霧靈山自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務(wù)功能研究

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是當前世界的熱點和先鋒。森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用。森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的評估對于森林資源保護、森林可持續(xù)經(jīng)營以及生態(tài)補償有著重要意義,可對森林特別是私有林經(jīng)營與保護提供資金來源,實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境效益雙贏。Costanza等對全球尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進行了分類和評估,估算出全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的年總價值平均為33萬億美元。盡管有學者對該評估工作及結(jié)果存在爭論,但其評估使人們對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有了新的認識,也為今后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估提供了參考。我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估起步于20世紀后期,前期以借鑒國外已有方法為主,研究不同尺度上不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值。固碳釋氧服務(wù)功能是森林生態(tài)系統(tǒng)最重要的服務(wù)功能之一,是指森林生態(tài)系統(tǒng)通過森林植被、土壤動物和微生物固定碳素、釋放氧氣的功能。余新曉等根據(jù)全國第5次森林資源清查資料估算出我國森林生態(tài)系統(tǒng)各項服務(wù)功能中固碳釋氧服務(wù)功能的經(jīng)濟價值最高、為14399.23×108元/年。王兵等估算出2009年我國森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧價值為15593.55億元/年。周玉榮等估算我國主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量為281.16×108t,方精云等估算出我國森林總碳庫由4.3PgC增加到5.9PgC。李?？葘ξ覈止烫?碳儲量及其動態(tài)分布也做了一定的研究工作。森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務(wù)功能價值和森林生產(chǎn)力直接相關(guān),以往研究多以宏觀尺度,采取全球或全國平均值來對大區(qū)域整體價值進行估算,得到的結(jié)果頗有誤差。本研究以霧靈山國家自然保護區(qū)為研究對象,為更準確地評估保護區(qū)森林資源狀況,本研究以《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721—2008)為標準,采用國家行業(yè)規(guī)范統(tǒng)一的公式,在森林資源二類清查資料的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,結(jié)合樣地調(diào)查數(shù)據(jù),通過計算各林分類型生物量與生產(chǎn)力,相對準確地評估了保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務(wù)功能價值,以期為保護區(qū)森林資源價值評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時也為制定科學合理的營林政策提供參考。1材料和方法1.1云南霧靈山范圍和植被類型霧靈山國家自然保護區(qū)位于河北興隆縣境內(nèi),117°17′~117°35′E,40°29′~40°36′N,屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,有明顯的山地氣候特點,年均溫7.6℃,年降水量763mm。在我國植物區(qū)劃上屬華北地區(qū)、東北地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)交匯處,為暖溫帶落葉闊葉林向溫帶針闊混交林過度的林區(qū)。霧靈山海拔高差變化大,溝谷切割強烈,生境復(fù)雜多樣,這些都決定了霧靈山的植被多樣性和復(fù)雜性。自1988年霧靈山升級為國家自然保護區(qū)后,森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過多年的保護,植被類型和物種極為豐富,全區(qū)共有高等植物165科645屬1818種。霧靈山自然保護區(qū)總面積14246.9hm2,林地面積12019hm2,森林覆蓋率達80.3%,主要植被類型有闊葉混交林、針闊混交林、針葉林、灌叢、草甸等。主要樹種有山楊(PopulousdavidianaDude)、油松(Pinupstabuleaformis)、華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr)、白樺(BetulaplatyphyllaSuk)、蒙古櫟(QuercusmongolicaFischerexLedebour)、遼東櫟(Q.liaotungensisKoidz)、云杉(Piceameyeri)、核桃楸(JuglansmandshuricaMaxim)、蒙椴(Tiliamongolica)、華北五角楓(AcermonoMaxim)等。1.2固碳釋氧服務(wù)reg設(shè)計本研究采用最新的國家標準《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721—2008)中計算公式及相應(yīng)參數(shù)計算霧靈山國家自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳釋氧服務(wù)功能價值。1.2.1森林生態(tài)系統(tǒng)劃分與調(diào)查本研究數(shù)據(jù)主要有3個來源:(1)2009年河北省霧靈山森林資源二類清查資料。根據(jù)霧靈山森林資源二類清查資料的分類,將霧靈山國家自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)劃分為三大類別:喬木林、經(jīng)濟林和疏林灌木。其中喬木林主要包括闊雜、山楊、落葉松等,經(jīng)濟林主要有山楂、杏樹、板栗等。由于疏林與灌木林生產(chǎn)力水平接近,為計算方便將二者并總為疏林灌木林。(2)樣地調(diào)查數(shù)據(jù)。在分析處理森林資源二類清查資料的基礎(chǔ)上,于2011年在霧靈山國家自然保護區(qū)內(nèi)選取主要林分類型設(shè)置標準樣地進行森林生物量調(diào)查。(3)我國北方主要森林類型生物量,生產(chǎn)力的研究資料。1.2.2林分凈生產(chǎn)力的計算(1)由于不同林分類型生物量與生產(chǎn)力水平存在差異,本研究以二類清查資料為基礎(chǔ),結(jié)合樣地調(diào)查數(shù)據(jù),將霧靈山國家自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)分為13種主要林分類型,包括闊雜、山楊林、油松林、柞樹林、落葉松林、樺樹林、針雜、核桃楸林、椴樹林、刺槐林、側(cè)柏林、經(jīng)濟林和疏林灌木。依據(jù)材積源驅(qū)動生物量法,利用蓄積量計算出各林分的生物量,從而推算出各林分凈生產(chǎn)力值。其中,大部分優(yōu)勢樹種的森林生產(chǎn)力水平通過查閱文獻獲得。(2)對于經(jīng)濟林生物量的計算研究,目前國內(nèi)可參考借鑒的文獻較少,因此也很難獲得精準的生產(chǎn)力數(shù)據(jù)。根據(jù)國外文獻的研究成果及方精云等的計算結(jié)果,霧靈山經(jīng)濟林的生物量和生產(chǎn)力數(shù)值采用我國經(jīng)濟林生物量和生產(chǎn)力的平均值,即平均生物量為23.7t/hm2,平均生產(chǎn)力采用9.2t/(年·hm2)。(3)根據(jù)國內(nèi)關(guān)于疏林與灌木林生物量和生產(chǎn)力的研究,二者的生物生產(chǎn)力水平接近,因此本研究將疏林與灌木林合并計算,其單位面積生產(chǎn)力水平采取河北省疏林灌木平均生產(chǎn)力值,即由總生產(chǎn)力與總面積比值得到。此外,對于無法確定林地生產(chǎn)力水平的林分類型,本研究采用替代補缺法,采用以往研究成果中與研究地相近經(jīng)緯度相似生境條件下同種林分的凈生產(chǎn)力數(shù)據(jù)進行計算。1.2.3森林固碳釋氧服務(wù)功能計算根據(jù)最新的國家標準《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721—2008),森林固碳釋氧服務(wù)功能的計算采用國家行業(yè)規(guī)范統(tǒng)一的公式(1)、(2)進行計算:式中,G固碳為植被年固碳量(t/年),1.63為計算系數(shù),R碳為CO2中碳的含量、為27.27%,A為林分面積(hm2),B年為林分凈生產(chǎn)力[t/(年·hm2)],下同。1.2.4固碳釋氧服務(wù)功能價值根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721—2008),計算固碳釋氧服務(wù)功能的價值采用公式(3)、(4)進行計算:式中,U固碳為林分年固碳價值(元/年),1.63為計算系數(shù),C碳為固碳價格(元/t)。式中,U釋氧為林分年釋氧價值(元/年),1.19為計算系數(shù),C氧為氧氣價格(元/t)。2結(jié)果與分析2.1不同林分類型單位的蓄積量和總凈生產(chǎn)力應(yīng)以樹從表1可以看出,霧靈山國家自然保護區(qū)各林分類型的平均生物量為13.140~143.364t/hm2,平均凈生產(chǎn)力范圍為3.367~12.478t/年·hm2。在各林分類型中,闊雜林面積最大且顯著高于其他林分,其總蓄積量、總生物量和總凈生產(chǎn)力的值也最大,同時樣地調(diào)查中闊雜林大多樹木較高,冠幅較大,胸徑較粗,林木生長狀況良好。其他林分類型中,山楊、油松、柞樹、落葉松和樺樹林面積相對較大,其余的疏林灌木、經(jīng)濟林、針雜、核桃楸、椴樹和刺槐林面積依次減少,而以側(cè)柏林林分面積最小,其總蓄積量、總生物量和總凈生產(chǎn)力的值也最小(圖1)。除闊雜、經(jīng)濟林和疏林灌木外,其他各林分類型的總蓄積量如圖2所示,由大到小依次為:山楊>落葉松>柞樹>樺樹>油松>針雜>椴樹>核桃楸>刺槐>側(cè)柏,與圖1所示面積大小順序并不完全一致。同時,各林分類型的總生物量,總凈生產(chǎn)力大小順序與對應(yīng)的蓄積量及面積大小順序也存在差異,這與各林分的平均生物量和平均凈生產(chǎn)力值的差異直接相關(guān),主要取決于林分結(jié)構(gòu)、健康狀況等實際生長情況。2.2林分固碳量與單位面積釋氧量從表2可以看出,霧靈山國家自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量為54204.1t/年,單位面積固碳量為3.085t/年·hm2;森林生態(tài)系統(tǒng)釋氧量為145113.0t/年,單位面積釋氧量為10.186t/年·hm2。其中,落葉松林的單位面積固碳量與單位面積釋氧量最多,而側(cè)柏林最少。從圖3和圖4可以看出,闊雜林固碳量與釋氧量均明顯高于其他林分,分別為31496.1、84320.1t/年。此外,各林分類型固碳量由多到少依次為山楊>落葉松>柞樹>樺樹>油松>疏林灌木>經(jīng)濟林>針雜>核桃楸>椴樹>刺槐>側(cè)柏,釋氧量順序與固碳量順序一致。2.3林分類型中的固碳釋氧價值從表3可以看出,霧靈山國家自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳價值總量為6504.490萬元/年,單位面積固碳價值為0.457萬元/(年·hm2);森林生態(tài)系統(tǒng)釋氧價值總量為14511.298萬元/年,單位面積釋氧價值為1.019萬元/年·hm2。保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務(wù)功能總價值為21015.788萬元/年,單位面積固碳釋氧服務(wù)功能價值為1.476萬元/年·hm2。同樣,各林分類型中單位面積固碳價值與單位面積釋氧價值也是落葉松林最高,側(cè)柏林最低。從圖5和圖6可以看出,各林分類型的固碳價值量與釋氧價值量,闊雜林均明顯高于其他林分,分別為3779.534萬元/年和8432.013萬元/年。此外,其他各林分類型固碳價值與釋氧價值量由多到少排列順序相同,依次為山楊>落葉松>柞樹>樺樹>油松>疏林灌木>經(jīng)濟林>針雜>核桃楸>椴樹>刺槐>側(cè)柏。3森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧量計算研究結(jié)果表明,霧靈山國家自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量為54204.1t/年,釋氧量為145113.0t/年。各林分類型中,落葉松林單位面積固碳釋氧量最多,主要是因為其林分質(zhì)量好,凈生產(chǎn)力水平高,固碳釋氧功能強。整個保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積固碳量為3.085t/(年·hm2),單位面積釋氧量為10.186t/(年·hm2)。霧靈山國家自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)各林型年固碳價值與釋氧價值由多到少排列順序一致,依次為闊雜>山楊>落葉松>柞樹>樺樹>油松>疏林灌木>經(jīng)濟林>針雜>核桃楸>椴樹>刺槐>側(cè)柏。固碳釋氧服務(wù)功能總價值為21015.788萬元/年,單位面積年釋氧價值為1.019萬元/(年·hm2)。單位面積年固碳價值為0.457萬元/(年·hm2)。在特定區(qū)域內(nèi),溫度降水等自然條件相似的情況下,森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務(wù)功能的價值主要取決于與森林類型、森林面積以及森林健康狀況。計算各林型生物量數(shù)值時參考徐新良等的北京森林生物量—蓄積量轉(zhuǎn)換模型,其結(jié)果與方精云等研究所得我國各類森林的生物量數(shù)值相比總體較高,具有一定差異,得到的平均生產(chǎn)力8.559t/(年·hm2)高于馮宗煒等研究得出的我國暖溫帶和溫帶森林的生產(chǎn)力平均值為6.89t/(年·hm2),低于世界溫帶落葉林的平均值12t/(年·hm2)。霧靈山國家自然保護區(qū)長年封育保護良好,森林生態(tài)系統(tǒng)植被豐富度和森林覆蓋率都較高,因此,實際的林地生產(chǎn)力水平也相應(yīng)較高,但較世界溫帶落葉林平均水平有差距,主要取決于該區(qū)域森林的組成結(jié)構(gòu),與該研究結(jié)果存在不同程度的一致性。本研究對于森林生產(chǎn)力的確定存在一定誤差。主要來源包括:(1)各林分生產(chǎn)力的計算未能按照主要優(yōu)勢樹種的林齡和林分起源類型進行區(qū)分計算。(2)目前國內(nèi)外對于經(jīng)濟林和疏林灌木生物生產(chǎn)力的研究較少,本研究涉及的經(jīng)濟林的生物量和生產(chǎn)力數(shù)