江西省婺源縣森林碳儲(chǔ)量及碳匯潛力分析

江西省婺源縣森林碳儲(chǔ)量及碳匯潛力分析

1森林生物量和碳儲(chǔ)量的自然變化2009年11月，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議決定：“到2020年，中國(guó)單位gdp的二氧化碳排放量比2005年（基準(zhǔn)年）低40%45%。作為限制因素，納入經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長(zhǎng)期計(jì)劃，制定相應(yīng)的國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)和評(píng)估方法。”。森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,森林碳庫(kù)在全球碳循環(huán)、減緩氣候變化、維護(hù)全球氣候系統(tǒng)等方面具有不可替代的作用。森林生態(tài)系統(tǒng)植被所固定的碳量約占陸地植被總固碳量的82.5%,但是各地域的森林碳匯量根據(jù)森林總生物量的不同而存在差異,準(zhǔn)確地估算森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳現(xiàn)狀,不僅是應(yīng)對(duì)氣候變化的需要,也對(duì)森林經(jīng)營(yíng)和管理、促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳增匯均具有重要意義,同時(shí)碳儲(chǔ)量及其變化也是土地利用變化和林業(yè)溫室氣體排放清單的編制基礎(chǔ)。森林生物量及其變化的準(zhǔn)確估算是核算碳貯量及其變化的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通常,森林生物量可通過收獲法和利用生物量模型等估算得到。雖然收獲法精確度高,但是直接測(cè)量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞性大,而且需要大量的人力物力和時(shí)間。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-蓄積量模型和生物量估算參數(shù)在大尺度森林生物量的估算中得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的學(xué)者們?cè)谏锪亢吞純?chǔ)量方面做了很多研究,但是對(duì)江西省的森林碳匯潛力研究的還不夠透徹。江西省婺源縣位于江西省東北部,曾被評(píng)為“中國(guó)最美鄉(xiāng)村”,其森林覆蓋率達(dá)82%。本研究以第6次(2003年)森林資源清查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)婺源縣森林碳儲(chǔ)量進(jìn)行估算,并對(duì)其碳匯潛力進(jìn)行分析,以便進(jìn)一步完善江西省森林碳匯數(shù)據(jù)庫(kù)。2林種及用材林情況研究區(qū)域?yàn)榻魇℃脑纯h,經(jīng)緯度為117°833’E,29°25’N,總面積300290.3hm2,屬于典型的亞熱帶氣候區(qū),年均溫16.7℃,年降水量1847.9mm。據(jù)2002年二類森林資源調(diào)查數(shù)據(jù),全縣30萬(wàn)hm2的土地面積中有森林22.29萬(wàn)hm2,其中天然林16.87萬(wàn)hm2;森林活立木蓄積1009.6萬(wàn)m3,其中天然林蓄積770萬(wàn)m3,森林覆蓋率達(dá)82%。森林面積232412.4hm2(包括灌木類經(jīng)濟(jì)林),按二級(jí)林種劃分如下:防護(hù)林51777.1hm2,占22.3%;特用林12365.5hm2,占5.3%;用材林為155569.5hm2,占66.9%;薪炭林2975.4hm2,占1.3%;經(jīng)濟(jì)林9549.4hm2(其中喬木類經(jīng)濟(jì)林175.5hm2,灌木類經(jīng)濟(jì)林9356.9hm2),占4.2%。全縣活立木蓄積量10096403m3(界內(nèi)9841658m3,界外254745m3),其中,森林蓄積9921788m3,占98.27%,疏林地蓄積2485m3,占0.02%;散生木蓄積125057m3,占1.24%;四旁樹蓄積47073m3,占0.47%。全縣毛竹蓄積量1913.8006萬(wàn)株,其中:森林毛竹1911.5877萬(wàn)株,散生毛竹2.2129萬(wàn)株。按林種劃分,用材林7378100m3,占74.36%,防護(hù)林1783755m3,占17.98%,特用林696746m3,占7.02%,薪炭林63061m3,占0.64%,果樹林126m3,占0.002%;按優(yōu)勢(shì)樹種劃分,杉木3317903m3,馬尾松1403390m3,硬闊5021678m3,軟闊27114m3,國(guó)外松151703m3。3林分下生物量的計(jì)算根據(jù)我國(guó)森林的定義,我國(guó)森林包括林分、經(jīng)濟(jì)林和竹林,此外,林分還包括散生木、疏林和四旁樹。每一類型還又包括地上生物量和地下生物量。式(1)、(2)中:CAB和CBB分別為地上和地下生物質(zhì)碳儲(chǔ)量,t碳;CAB,F和CBB,F分別為林分地上和地下生物質(zhì)碳儲(chǔ)量,t碳;CAB,E和CBB,E分別為經(jīng)濟(jì)林地上和地下生物質(zhì)碳儲(chǔ)量,t碳;CAB,B和CBB,B分別竹林地上和地下生物質(zhì)碳儲(chǔ)量,t碳。CAB,S和CBB,S分別為疏林、散生木和四旁樹地上和地下生物質(zhì)碳儲(chǔ)量,t碳。3.1第三系樹木木材密度三大到地上生物量3.式中:i為樹種數(shù),全國(guó)森林資源普查樹種共37種;j為5個(gè)齡級(jí),即幼林、中幼林、近熟林、成熟林和過熟林;Vij為第i樹種、j齡級(jí)蓄積量,m3;WDi為第i樹種木材密度,t.d.m/m3(噸干物質(zhì)/立方米,下同);BEFij為第i樹種、j齡級(jí)樹干生物量到地上生物量的擴(kuò)展系數(shù);CFi,AB為i樹種地上部分含碳率tC/t.d.m(噸碳/噸干物質(zhì),下同);CFi,BB為第i樹種地下部分含碳率tC/t.d.m;BAB,ij為第i樹種組、j齡級(jí)生物量,t.d.m;Rij為第i樹種、j齡級(jí)根莖比,t.d.m/t.d.m。3.2林分密度積分量和根比為5.式中:為疏林、散生木和四旁樹蓄積量,m3;為根據(jù)林分各樹種蓄積加權(quán)平均的木材密度,t.d.m/m3;為根據(jù)林分各樹種蓄積加權(quán)平均的樹干生物量到地上生物量的擴(kuò)展系數(shù),t.d.m/t.d.m;為根據(jù)林分各樹種蓄積加權(quán)平均的根莖比,t.d.m/t.d.m;和分別為各樹種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分別為竹林地上和地下生物量碳儲(chǔ)量,tC(噸碳);Bi,AB和Bi,BB分別為竹林單位面積地上和地下生物量,t.d.m/hm2;Ai為竹林面積,hm2;CFB為竹林含碳率,tC/t.d.m;i代表竹林種類,本估算分為毛竹和其他竹類兩類。3.4造林單位面積生物量英水面式中:CAB,E和CBB,E分別為經(jīng)濟(jì)林地上和地下生物量碳儲(chǔ)量,tC;BE,AB和BE,BB分別為經(jīng)濟(jì)林單位面積地上和地下生物量,t.d.m/hm2;AE為經(jīng)濟(jì)林面積,hm2;CFAB和CFBB分別為各樹種林分地上和地下部分平均含碳率,tC/t.d.m。3.5碳儲(chǔ)量和碳儲(chǔ)量的關(guān)系式中ΔC為碳匯潛力,萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量,CAB和CBB分別為地上和地下碳儲(chǔ)量,萬(wàn)t碳,GR為年凈生長(zhǎng)率,k為碳的二氧化碳當(dāng)量系數(shù),等于44/12。4結(jié)果與討論4.1森林碳匯潛力根據(jù)第6次(1999—2003年)森林資源清查數(shù)據(jù),對(duì)江西省的林業(yè)普查數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。在此次林業(yè)普查中,劃為用材林的竹林面積9213.4hm2,劃為防護(hù)林的竹林面積1966.2hm2,劃為特用林的竹林面積698.1hm2。經(jīng)濟(jì)林總面積9549.4hm2,其中以油料類經(jīng)濟(jì)林最大,占37.3%,但總面積僅占全縣森林面積的4.2%,其蓄積量很小,因此本文不予計(jì)算,主要計(jì)算占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的林分。婺源縣的林分以用材林和防護(hù)林為主,分別占近74.36%和17.98%,而在用材林和防護(hù)林中,杉木林和硬闊林為主要樹種。婺源縣的森林中幼齡林占17.19%,中齡林占51.10%,近熟林占18.48%,成熟林占12.32%,過熟林占0.91%,而優(yōu)勢(shì)樹種中用材林和防護(hù)林的樹齡主要為幼齡和中齡。森林碳匯潛力與森林蓄積量、樹種、林齡等因素有關(guān)。研究表明,處于生長(zhǎng)旺盛時(shí)期的中幼齡林具有較強(qiáng)的固碳能力和固碳潛力,成熟的森林碳儲(chǔ)量達(dá)到最大值,而后續(xù)固碳的能力幾乎為零,固碳能力主要體現(xiàn)在幼齡林、中齡林和近熟林儲(chǔ)蓄量上,因此婺源縣的森林蓄積量和年輕的林齡結(jié)構(gòu)說明婺源縣具有極大的碳匯潛力。4.2木材密度、比、木材密度等參數(shù)的測(cè)定森林碳存儲(chǔ)量計(jì)算主要基于蓄積量,并結(jié)合生物轉(zhuǎn)換量、含碳率、根莖比、木材密度等參數(shù)。根據(jù)此次森林檢測(cè)數(shù)據(jù),得出各林種、樹種的相關(guān)計(jì)量參數(shù),由于經(jīng)濟(jì)林、竹林、散生木、四旁樹、疏林地的蓄積量較低,本文主要針對(duì)優(yōu)勢(shì)樹種的森林碳儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)算分析,計(jì)算過程如下:4.2.1杉木碳儲(chǔ)量將以上參數(shù)代入公式(3)、(4)、(5)計(jì)算得出杉木幼齡林碳存儲(chǔ)量37537.22t碳,中齡林碳存儲(chǔ)量183185.42t碳,近熟林碳存儲(chǔ)量69566.75t碳,成熟林碳存儲(chǔ)量47287.02t碳,過熟林碳存儲(chǔ)量2312.01t碳,則杉木的碳儲(chǔ)量為33.99萬(wàn)t碳。4.2.2杉木碳儲(chǔ)量將以上參數(shù)代入公式(3)、(4、(5)計(jì)算得出松木幼齡林碳存儲(chǔ)量51093.82t碳,中齡林碳存儲(chǔ)量157086.24t碳,近熟林碳存儲(chǔ)量54797.78t碳,成熟林碳存儲(chǔ)量49440.32t碳,過熟林碳存儲(chǔ)量8688.02t碳,則松木的碳儲(chǔ)量為32.11萬(wàn)t碳。4.2.3碳儲(chǔ)量和碳儲(chǔ)量將以上參數(shù)代入公式(3)、(4)、(5)計(jì)算得出硬闊林幼齡林碳存儲(chǔ)量203598.39t碳,中齡林碳存儲(chǔ)量617260.00t碳,近熟林碳存儲(chǔ)量222665.82t碳,成熟林碳存儲(chǔ)量167093.80t碳,過熟林碳存儲(chǔ)量9665.06t碳,則硬闊的碳儲(chǔ)量為122.03萬(wàn)t碳。4.2.4碳的存儲(chǔ)量將以上參數(shù)代入公式(3)、(4)、(5)計(jì)算得出軟闊林幼齡林碳存儲(chǔ)量1030.45t碳,中齡林碳存儲(chǔ)量3690.02t碳,近熟林碳存儲(chǔ)量1408.73t碳,成熟林碳存儲(chǔ)量1032.81t碳,過熟林碳存儲(chǔ)量51.91t碳,則軟闊的碳儲(chǔ)量為0.72萬(wàn)t碳。因此,匯總四類主要樹種的碳存儲(chǔ)量,可得婺源縣林分(優(yōu)勢(shì)樹種)總碳存儲(chǔ)量為188.85萬(wàn)t碳。4.3森林生長(zhǎng)量調(diào)查森林碳匯潛力主要依靠其生長(zhǎng)率即產(chǎn)生的生長(zhǎng)量進(jìn)行評(píng)估。森林只有新增蓄積和新增加的葉、莖、根才能形成新的碳匯,成熟林和過熟林本身年生長(zhǎng)量有限或者零生長(zhǎng),碳匯增加量有限。因此,從固碳機(jī)制而言,森林的生長(zhǎng)量比蓄積量更重要。通過本次二類森林資源調(diào)查,以婺源縣固定樣地為樣本單元,測(cè)檢30361根兩期復(fù)位保留木的前后期胸徑對(duì)應(yīng)值計(jì)算和分析,得到了婺源縣各主要樹種的林木年平均生長(zhǎng)量和生長(zhǎng)率。按照蓄積量加權(quán)平均計(jì)算,婺源縣林木年平均生長(zhǎng)率11.77%,年平均總生長(zhǎng)量1160237m3。根據(jù)本次二類森調(diào)固定樣地調(diào)查,通過電算測(cè)定全縣林木年平均枯損量23470m3,枯損率0.24%。因此,扣除枯損量,婺源縣的林木平均凈生長(zhǎng)量是1136766m3,凈生長(zhǎng)率為11.53%。婺源縣的年固碳量,即碳匯潛力計(jì)算如下:4.3.1碳的碳匯潛力將杉木碳存儲(chǔ)量與對(duì)應(yīng)的凈生長(zhǎng)率(見表1)相乘,計(jì)算得出杉木幼齡林碳匯量5161.37t碳,中齡林碳匯潛力24070.56t碳,近熟林碳匯潛力8055.83t碳,成熟林碳匯潛力4648.31t碳,過熟林碳匯潛力23.12t碳,累計(jì)得杉木的年碳匯潛力為4.20萬(wàn)t碳,折合為15.40萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量。4.3.2碳匯潛力的計(jì)算將松木碳存儲(chǔ)量與對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)率(見表2)相乘,計(jì)算得出幼齡林碳匯潛力7311.53t碳,中齡林碳匯潛力19698.61t碳,近熟林碳匯潛力5841.44t碳,成熟林碳匯潛力4607.84t碳,過熟林碳匯潛力86.88t碳,累計(jì)得松木的年碳匯潛力為3.75萬(wàn)t碳,折合為13.75萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量。4.3.3碳匯潛力分析將硬闊林碳存儲(chǔ)量與對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)率(見表3)相乘,計(jì)算得出硬闊林幼齡林碳匯潛力25225.84t碳,中齡林碳匯潛力66664.08t碳,近熟林碳匯潛力22600.58t碳,成熟林碳匯潛力15606.56t碳,過熟林碳匯潛力96.65t碳,累計(jì)得硬闊的年碳匯潛力為13.02萬(wàn)t碳,折合為47.74萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量。4.3.4碳匯潛力分析將軟闊林碳存儲(chǔ)量與對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)率(見表4)相乘,計(jì)算得出軟闊林幼齡林碳匯潛力146.94t碳,中齡林碳匯潛力483.39t碳,近熟林碳匯潛力197.50t碳,成熟林碳匯潛力122.49t碳,過熟林碳匯潛力0.52t碳,累計(jì)得軟闊的年碳匯潛力為0.11萬(wàn)t碳。折合為0.40萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量。4.3.5散生木、四旁樹、疏林地生物質(zhì)碳匯潛力根據(jù)此次森林調(diào)查數(shù)據(jù),散生木年平均生長(zhǎng)量55429m3,生長(zhǎng)率12.07%;四旁樹年平均生長(zhǎng)量14863m3,生長(zhǎng)率10.61%,生物量轉(zhuǎn)化系數(shù)BEF的加權(quán)平均值取0.49,木材密度WD加權(quán)平均值取0.48,根莖比R加權(quán)平均值取0.22,含碳率取0.50,代入式(6)和式(7),則散生木、四旁樹、疏林地生物質(zhì)碳匯潛力為0.83萬(wàn)t碳,折合為3.04萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量。5降低水生長(zhǎng)量,提高碳匯潛力根據(jù)本次二類森林資源調(diào)查結(jié)果,綜合江西省婺源縣的森林優(yōu)勢(shì)樹種、林齡結(jié)構(gòu)、年生長(zhǎng)率等參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算,得出了江西省婺源縣森林碳儲(chǔ)