云南省森林植被碳储量及其近10年动态变化

裴艳辉，李江

(云南省林业科学院，650204，昆明)

云南省森林植被碳储量及其近10年动态变化

裴艳辉，李江†

(云南省林业科学院，650204，昆明)

根据云南省第3次(1992—1997年)和第5次(2002—2007年)森林资源连续清查数据资料，采用生物量转换因子连续函数法，对云南省森林植被的碳储量、碳密度及其动态变化进行了分析研究。结果显示：近10年来云南省森林总碳储量由1997年的679.10 Tg(1 Tg=1012g)增长为2007年的884.11 Tg，年增长率为2.67%;乔木林的碳密度由1997年的46.80mg/hm2(1mg=106g)，增长为2007年的50.58mg/hm2，高于全国的平均碳密度水平。云南省森林以幼、中龄林为主，占全省森林面积的65%以上，说明云南省森林植被具有巨大的固碳潜力。

森林;碳储量;碳密度;动态变化;云南省

森林作为陆地生态系统的主体，对维持陆地生态平衡、保护生态安全、防止生态危机起着决定性的作用。森林生态系统的面积虽然只占全球非冰表面的40%，但其生物量约占陆地生物量的90%，其土壤碳储量约占全球土壤碳储量的73%，在陆地植被的碳库中起着主导作用［1］。森林系统对吸收CO2等温室气体、减缓气候变化等具有直接的作用，在减缓全球气候变化中有着不可替代的地位和作用［2-3］。森林植被生物量是森林固碳能力的重要指标，是估算森林碳汇量的基础，准确估算区域森林植被生物量对研究陆地生态系统的生产力和碳循环，评估森林的碳汇功能意义重大。森林碳汇的研究涉及宽广的时空尺度和森林生态系统的内部联系，所以对森林碳汇量的研究仍然存在着不确定因素，小范围林地采用抽样方法获得的数据是可靠的;但当运用到区域或国家尺度的森林时，存在较大的误差。采用森林资源连续清查成果资料进行生物量和碳储量的估算，数据系统可靠，尺度统一，是较好的省级尺度生物量研究方法［4-5］。

云南省是我国重要的林区，云南省森林是我国森林碳库的重要组成，准确测算云南省森林的植被碳储量具有重要的理论和现实意义。笔者利用云南省森林资源1992—1997年第3次和2002—2007年的第5次连续清查材料，研究和估算云南省森林植被碳储量和碳密度及其动态变化，为评估云南省森林的碳汇贡献和提高森林的碳汇功能提供省级尺度的数据支持。

1 资料来源与研究方法

1.1 云南省概况

云南省位于 E 97°31'39″～106°11'47″，N 21°8'32″～29°15'8″，是青藏高原的南延部分，属低纬高原。云南省土地总面积为3 826.44万hm2，其中山地面积占全省总面积的84%，高原面积占9.9%。云南省所处的纬度较低，其气候深受印度洋西南季气和西风环流季节交替的影响，具有浓厚的南亚季风气候特色，干、湿季分明而年温差较小。云南省的森林植被在气候条件和地形地貌的共同作用下，形成了复杂多样的自然特色。从南到北依次出现，热带北缘雨林、季节雨林带，南亚热带季风常绿阔叶林、思茅松(Pinus kesiya)林带，中亚热带和北亚热带半温性常绿阔叶林、云南松(Pinus yunnanensis)林带，寒温性针叶林带。在不同的森林植被带内有各自的山地森林分布的垂直带。

云南省是全国的4大林区之一，全省现有森林面积1 817.73万hm2，森林覆盖率为47.50%，活立木蓄积量17亿1 217万m3，其中森林蓄积15亿5 380万m3，占90.75%。云南是山区省，森林在防止土壤冲刷、保持生态平衡、改善农业生产条件方面起着重要作用。全国有高等植物近3万种，云南有1.7万种，是中国植物种类最多的省份①2002—2007年云南省第5次森林资源连续清查数据。。

1.2 资料来源

本文采用的基本资料为1992—1997年第3次和2002—2007年第5次的云南省森林资源连续清查数据和档案材料。云南省森林资源连续清查作为全国森林资源监测体系的重要组成部分，也是云南省森林资源地方监测体系，它是掌握云南省宏观森林资源现状及消长动态，制订和调整林业方针政策、规划、计划的重要依据。清查数据包括样地库、样木库数据、遥感判读卡片和数据库、复查成果统计表和有关专题图件等。

1.3 研究方法

1.3.1 森林生物量估算

1)森林生物量是森林在一定时空范围内生物个体或群体的有机质量，通常用干物质来表示。目前常用的森林生物量估算方法有平均生物量法、生物量转换因子法和生物量转换因子连续函数法。平均生物量是指基于野外实测样地的平均生物量与该类型森林面积来求取森林生物量的方法，由于实测资料的取样点较少，所以估算的森林生物量偏大。生物量转换因子法(biomass expansion factor)又叫材积源生物量法，是利用生物量转换因子的平均值乘以该森林类型的总蓄积量得到该类型森林的总生物量的方法，由于某森林类型的林分生物量与木材材积比值fBEF是随着林龄、立地、林分状况等不同而变化，该方法采用常数的生物量转换因子，不能准确估算森林生物量。生物量转换因子连续函数法是将单一不变的生物量平均转换因子改为分龄级的转换因子，该方法能够利用我国的森林资源清查资料，更加准确地估算区域尺度的森林生物量［6］。1996年方精云等［7-9］基于全国各地生物量和蓄积量的758组研究数据，建立了生物量与蓄积量回归方程及21个优势树种的计算参数，2001年通过充实和完善，对计算参数又进行了修订，实现了由样地调查向区域推算的尺度转换，为推算区域尺度的森林生物量提供了理论基础和合理方法。

本文采用生物量转换因子连续函数法计算乔木林生物量，该方法利用式(1)表示fBEF与林分材积之间的关系，由于林分材积综合反映了林龄、立地、林分密度、林分状况等因素的变化，将其作为换算因子的函数可以表示fBEF的连续变化，林分材积(x/m3)与fBEF的关系为

式中a，b为常数，按照树种的不同而变化(表1［8］)。这一关系符合生物的相关生长(Allometry)理论，适合于所有的森林类型，具有普遍性［9］。

某种林分的生物量(y/Mg)(地上生物量)由该林分的面积(A/hm2)、蓄积量(x/(m3/hm2))和所对应的换算因子(fBEF)相乘得到，即

表1 云南省主要林分类型生物量换算因子方程系数Tab．1 Parameters used to calculate fBEFformain froest stand types in Yunnan Province

某种林分的面积和蓄积量取自于云南省的森林资源清查资料。利用生物量与蓄积量以及生物量关系，就可以计算出云南省各类森林的总生物量以及平均生物量。

2)经济林和竹林生物量估算。云南省的经济林按面积大小依次为饮料林、果树林、工业原料林、食用油料林以及其他经济林。本研究中云南省经济林的生物量按相关研究取平均生物量23.7 t/hm2［2］。

云南省竹类植物资源极为丰富，其竹种资源和天然竹林资源均居全国首位，大多数竹种能形成较大面积的天然竹林或竹木混交林，还有一定面积的人工竹林或四旁竹林，本研究中云南竹林生物量按相关研究取平均值22.5 kg/株计算［2］。

1.3.2 疏林、灌木林生物量的估算 云南省属于秦岭淮河以南地区，根据方精云等［2］的相关研究，本研究中云南疏林和灌木林的平均生物量取19.76 t/hm2，而总生物量由平均生物量和总面积求得。

1.3.3 植物含碳率 在植物碳储量研究中，国内外研究者大多采用 0.5［1，4，7，10-11］，也有采用平均含碳率取0.45［12-13］。只有少数研究根据不同森林类型采用不同的含碳量［14-15］。本文选择含碳率取固定值0.5。

1.3.4 植被碳储量和碳密度的计算 森林植被碳储量由乔木层、灌木层、草本层和枯落物层的碳储量组成，本文计算的森林植被碳储量包括乔木林、灌木林、经济林以及竹林地上部分碳储量，各层的生物量与含碳量乘积即为碳储量，单位面积的碳储量即为碳密度。

2 结果与分析

2.1 森林植被碳储量

根据云南省1992—1997年第3次和2002—2007年第5次森林资源清查资料，采用上述生物量计算方法所得的同期云南省森林植被碳储量结果见表2，1997—2007年间云南省森林碳储量由679.10 Tg增长到884.11 Tg，年均增长20.51 Tg，年增长率为2.67%。森林碳储量的增加源于以下几个因素：首先是森林面积的增长，该期内云南省森林面积由1 815.58万hm2增长为2 130.60万hm2，年均增长率为1.61%;其次是森林质量有了较大的提高，单位面积蓄积由78.43m3/hm2提高到80.36m3/hm2，年增长率为0.24%，相应同期的蓄积量增长率为1.86%，云南省森林发挥了较好的碳汇作用。

在森林碳储量的组成中，乔木林的碳储量比例由1997年的80.16%上升为2007年的84.25%，年增长率为3.19%，其余各类植被的碳储量比例均有所下降，灌木林的碳储量比例由11.85%下降到9.72%，经济林的碳储量比例由3.33%下降至2.92%，疏林地由2.90%下降至1.16%，竹林由1.14%下降至0.76%，乔木林在森林碳库中的地位越来越重要。这表明云南省近年来通过退耕还林、长江防护林体系建设、中低产林改造等生态工程的实施，森林资源得到有效的保护和提高，疏林地和无林地等通过实施封山育林或自然演变而成为乔木林或灌木林后，在增加林分的面积和蓄积量的同时，全省的森林碳储量有了明显的提高。

表2 云南省主要森林植被碳储量Tab．2 Carbon storage ofmain forest vegetations in Yunnan Province

2.2 乔木林分的碳储量、碳密度及其动态变化

根据云南省2次清查资料中乔木林分的蓄积量、面积的数据，计算出乔木林的碳储量(表3)。云南省乔木林的碳储量由1997年的544.36 Tg增加至2007年的 744.92 Tg，年均增长率高达 3.19%。1997年云南省乔木林分的碳储量主要集中在栎类(39.66%)、杂木(15.53%)、云南松(9.83%)、云冷杉(8.96%)和硬阔类(7.40%)，而2007年云南省各森林类型碳储量主要集中在阔叶混(27.90%)、栎类(21.96%)、针阔混(9.96%)、软阔(7.95%)和云南松(7.53%)5类优势树种。碳储量主要组成树种有所变化，主要是因为第5次清查时调整了不同森林类型的标准，增加了针叶混、针阔混、阔叶混的分类，取消了杂木的分类。

在不同的时期的乔木林中，1997年和2007年阔叶林的面积均占森林总面积的50%，其碳储量分别占同期森林碳储量的69.84%和65.41%，其碳密度略有上升，在2个时期分别为65.27mg/hm2和65.63mg/hm2。1997年针叶林的面积占森林总面积的49.59%，2007年下降至39.72%，其碳储量比例由1997年的30.16%下降至2007年的24.63%。针叶林的碳密度也有所变化，由1997年的28.03mg/hm2升至2007年的31.36mg/hm2。2007年调查新增类型针阔混的面积占总面积的9.87%，其碳储量占同期森林碳储量的9.96%。云南省阔叶林的碳储量远高于针叶林和针阔混交林，阔叶林在云南省森林碳库中发挥着重要的地位，在以后的森林经营中应给予更多的重视。

云南省乔木林平均碳密度从1997年的46.80mg/hm2上升为2007年的50.58mg/hm2。其中云冷杉的碳密度最高，达到了97.79mg/hm2，其他碳密度较高的为阔叶混(78.54mg/hm2)、栎类(73.62mg/hm2)、硬阔(59.18mg/hm2)和桦樟木荷类(58.94mg/hm2)等林分，均超过了全省平均碳密度，在2次调查期间都保持较高水平。云冷杉林属寒温性常绿针叶林亚型，在高海拔地区生长周期长，蓄积量很高导致碳密度高，在生态方面发挥着重要作用。天然林保护工程前，因为具有较高的用材价值，对云冷杉林采伐利用过度，云南现存云冷杉林森林面积少，应积极保护和进行森林恢复。2次调查期间平均碳密度均较小的林分为桉树林分8.83mg/hm2、云南松 19.19mg/hm2、杨树 27.13mg/hm2和杉木25.67mg/hm2，这主要是因为这4种林分均为短周期用材林，生长周期短，采伐频繁，林分多数为幼龄林，导致其蓄积量较小。

2.3 不同龄组乔木林的碳储量组成

1997年和2007年2次云南省森林资源连续清查均显示，云南省乔木林面积中幼龄林和中龄林所占比例最大，幼龄林比例由1997年的37.77%上升至2007年的39.05%，中龄林面积比例基本保持不变为26%(图1)。在2次调查中，蓄积量比例则各龄组相差不大，幼龄林的蓄积比例由13.50%升至16.58%，中龄林的蓄积比例由23.38%降至22.14%，成熟林的蓄积比例由63.12%降至61.29%，中龄林和过熟林较占优势。

图1 1997年和2007年乔木林各龄组的林分面积、蓄积、碳储量所占比例Fig．1 Percentage of stand area，volume and carbon storage of each forest age-class in 1997 and 2007

根据乔木林各优势树种的龄组面积及蓄积，计算得到不同龄级的碳储量和碳密度(表4)，云南省各森林类型的碳储量由1997年的544.34 Tg升至2007年的744.92 Tg。从森林龄级的碳储量分布来看，幼龄林的碳储量占全省森林碳储量的17.53%升至24.87%，中龄林由24.20%略降至23.22%，成熟林由58.28%降至51.92%。

表4 云南省不同时期乔木林分各龄组面积、碳储量和碳密度Tab．4 Stand area，carbon storage and carbon density of each forest age-class in different period in Yunnan Province

2次调查期间中幼、中龄林的碳密度均远低于成熟林，幼龄林的碳密度由21.38mg/hm2升至32.85mg/hm2。幼龄林碳密度增加的主要原因是近年来云南省森林造林技术的提高以及良种使用率的提高。中龄林的碳密度由41.85mg/hm2降至43.79mg/hm2。成熟林的碳密度均为75mg/hm2左右，总体变化不大，基本保持平衡(其中近熟林的碳密度由50.07mg/hm2升至57.70mg/hm2，成熟林的碳密度为74.59mg/hm2升至77.16mg/hm2，过熟林的碳密度高达117.36和109.11mg/hm2)。

3 结论

1)云南省森林(乔木林分)碳密度在全国属于较高的水平。根据2007年森林资源调查结果得到的云南省森林碳密度(50.58mg/hm2)显著高于全国乔木林的碳密度(45.28mg/hm2［16］)，仅低于西藏(102.51mg/hm2［16］)和新疆(70.81mg/hm2［16］) 的森林碳密度，而高于其他省份，如福建省为32.85mg/hm2［17］、江西省 25.38mg/hm2［18］、海南省 32.59mg/hm2［19］和河南省 23.64mg/hm2［20］。

2)云南省森林碳储量在全国森林植被碳库具有重要的地位。云南省作为中国的森林资源大省之一，2007年的主要森林植被碳储量(884.11 Tg)占全国森林植被碳储量(7 811.46 Tg［16］)的11.31%，仅低于黑龙江(11.87%［16］)，云南森林对我国的森林发挥固碳减排作用具有重要的意义。

3)阔叶林是云南省森林碳储量的主要贡献者。阔叶林的面积占云南省森林面积的53.83%，碳储量占同期森林碳储量的63.70%，阔叶林的碳储量远高于针叶林和针阔混交林，云南省阔叶林的平均碳密度高于针叶林的平均碳密度，今后云南省在发展森林碳交易而营造碳汇林时，宜大力发展乡土阔叶林。

4)云南省森林碳储量具有巨大而稳定的增长潜力。本研究显示，1997—2007年期间云南省森林碳储量年均增长20.51 Tg，年增长率为2.67%。云南省森林碳储量增加的主要原因是此期间内云南省年新增造林20万 hm2，森林面积年增长率达到1.62%，此外森林经营水平也不断提高，导致森林质量和碳储量相应的增加。2007年云南省森林中幼、中龄林面积所占比例较高，超过65%，而幼、中龄林的碳密度仅为32.85和43.79mg/hm2，远低于成熟林的75.25mg/hm2。随着林龄结构的改善，森林成熟度不断增加，云南省森林的碳储量和碳密度都将呈稳定的上升趋势。

5)本文对云南省森林碳汇量的估算采用的数据来源于第3次和第5次云南省森林资源连续清查成果，数据系统可靠，尺度统一，这在根本上保证了研究结果的准确性;但研究也存在一些不确定性，较突出的是2007年云南省经济林面积108.93万hm2，占森林面积的5.11%，且种类丰富，而计算经济林的碳储量时所采用的数据为平均生物量，计算存在较大的不确定性。今后应对云南省的经济林及木本油料树种的碳储量开展深入研究。

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Carbon storage of forest vegetation in Yunnan Province and its dynamic change in recent 10 years

Pei Yanhui，Li Jiang
(Yunnan Academy of Forestry，650204，Kunming，China)

Based on the data of 3rd(1992—1997)and 5th(2002—2007)forest resources inventory in Yunnan Province，forest carbon storage，carbon density and its dynamic change in Yunnan Province were analyzed by adopting the biomass expansion factor continuous function.The results were as followed：in recent 10 years the forest carbon storage increased from 679.10 Tg in 1997 to 884.11 Tg in 2007，and the annual growth rate was 2.67%.The carbon density of arboreal forest increased from 46.80mg/hm2in 1997 to 50.58mg/hm2in 2007，higher than the national average level of carbon density.The forest wasmainly young，middle-aged forest in Yunnan Province，its area accounted formore than 65%of the total forests，which showed that forest vegetation in Yunnan Province had great potential to stock carbon.

forest;carbon storage;carbon density;dynamic change;Yunnan Province

2011-11-14

2012-02-13

国家科技支撑计划“小桐子人工林碳汇功能研究”(2007BAD32B02-08);云南低碳发展专项“云南碳汇造林关键技术研究与示范”;国家科技支撑计划“亚热带森林区营林固碳技术研究与示范”(2008BAD95B09);云南省基金项目“云南省林业碳汇量测算与碳汇潜力分析”(2007C240M)

裴艳辉(1975—)，女，硕士，工程师。主要研究方向：森林生态和碳汇。E-mail：eccedo@126.com

†责任作者简介：李江(1972—)，男，博士，副研究员。主要研究方向：林业碳汇和森林培育。E-mail：lijianglyht@yahoo.com.cn

(责任编辑：程 云)