广东省森林碳汇宏观监测体系探讨

徐期瑚，罗 勇，刘飞鹏，张红爱，杨加志

(广东省林业调查规划院，广州 510520)

广东省森林碳汇宏观监测体系探讨

徐期瑚，罗 勇，刘飞鹏，张红爱，杨加志

(广东省林业调查规划院，广州 510520)

对森林碳库进行宏观监测，是评估森林碳汇功能的重要组成部分，也是提高森林碳汇功能的基础。针对广东省森林碳汇监测研究背景，提出了监测技术路线及主要技术手段，构建广东省森林碳汇宏观监测体系框架，将其分为小班和样地两个监测系统，并对具体内容进行了说明。

森林碳汇；监测；体系

森林生态系统是陆地生态系统的主体，它贮存了陆地生态系统76%～98%的有机碳[1]，是陆地最大的储碳库。森林植物通过光合作用吸收二氧化碳，放出氧气，把大气中的二氧化碳以生物量的形式固定在植被和土壤中；通过植树造林，增加森林面积，直接增加森林碳汇；通过森林抚育等管理措施提高森林质量，增加单位面积森林碳密度，从而增加森林碳汇；另一方面，加强保护力度，减少森林火灾、病虫害、毁林，避免森林由“碳汇”变为“碳源”，从而间接增加碳汇。鉴于森林固碳对于应对气候变化的重要性，以及固碳释氧功能作为森林生态服务功能重要的一部分，随着温室效应和气候变暖的加剧，森林碳汇问题已日益受到国际社会的广泛关注[2]。

1 森林碳汇监测研究背景

进行森林碳汇监测与碳汇量估算，探明我国森林碳储量与碳汇率，对于我国对温室气体减排负责任的国际形象具有重要作用，并为气候谈判提供基础数据。森林碳汇计量与监测需要采用国际上认可的方法，我国有关科研单位和专家也相继开展了有关森林碳汇计量和监测等相关方面的研究[3]，在森林碳汇计量方法和监测方面已经有了一定的科研基础[4]，陈健[5]等对全国森林碳汇监测和计量体系进行了研究。

目前，森林碳汇计量监测大多数只停留在项目级碳汇计量与监测上，项目级碳汇计量与监测已经有较为成熟的方法[6-7]，但对区域级碳汇计量监测未普遍展开，全国林业碳汇计量与监测体系正在建立[8]，反映区域性森林碳汇计量监测成果较少。如果森林碳汇仅仅反映在具体项目中，而不能对区域的碳汇量进行计量监测，则不能反映区域碳汇量的变化，也无法为社会、政府提供碳汇量信息。区域性森林碳汇计量监测目前大多根据固定监测样地所代表的面积对区域及全国的碳汇量进行推算，这对于较大范围的总体估算是可行的，但对于省级以下小区域范围内的碳汇量估算采用此方法误差较大、也不能在实践中操作，迫切需要探寻一种以行政区域为范围估算碳汇量的理论方法，估算省级以下区域森林碳汇量，碳汇监测的重要性和迫切性日益凸显。进一步建立、健全区域森林碳汇计量监测理论、方法与技术体系，研究森林碳汇的时空分布规律及变化的过程，获得真实、准确、可靠的森林碳汇监测数据，对于了解森林储碳情况，掌握森林碳汇功能第一手资料，为区域提供可靠、权威的碳汇计量与监测数据，评估和挖掘碳汇潜力，发展森林碳汇，发挥林业在应对气候变化中的特殊地位和作用具有重要意义。

2 宏观监测体系的设计

广东省森林碳汇宏观监测目标是提供各种需求的森林碳汇量，建立区域森林碳汇监测平台，为省、市、县等各级行政区域提供年度森林碳汇监测结果，为社会公众提供各行政区域范围内的森林碳汇信息。

2.1 监测理论平台

广东省森林碳汇宏观监测理论平台包括三个方面：一是森林资源理论平台，以森林资源为基础进行碳汇计量与监测，碳汇作为森林资源对碳聚积的结果，该理论重点借助国家森林资源连续清查理论成果和省级森林资源二类调查的理论成果；二是森林生态理论平台，森林生态学是研究森林群落与周围环境间相互关系的科学，森林生态学研究森林群落的结构、类型、地理分布特点以及随着时间与环境而变化的演替规律，森林群落吸收二氧化碳和释放氧气的过程，以及森林群落生物量与碳储量等方面，该理论重点借助广东省森林与生态状况年度监测的理论成果；三是森林碳汇计量监测理论平台，目前国际国内都有较系统的森林碳汇监测理论，也有一定的实践基础，广东区域森林碳汇宏观监测依托现有森林碳汇监测理论，并在此基础上进行理论丰富和实践创新。

2.2 监测技术路线

以森林碳汇计量监测相关理论为指导，以国家森林资源连续清查广东省3 685个固定样地以及广东省森林资源130万个地籍小班数据库为基础，以抽样、模型、“3S”、实验和森林资源调查等技术为支撑，通过固定样地调查、森林资源地籍小班遥感及实地验证调查、社会调查、模型预估、实验分析等信息采集方法，建立一个与森林资源“一类”“二类”和“三类”调查相兼容的区域森林碳汇监测体系，森林碳汇监测结果得到验证，实现碳汇计量监测技术框架共用，监测信息共享，为社会大众、政府管理部门提供不同层次的、不同需求的森林碳汇量结果，成为广东社会、政府森林碳汇信息发布平台。

2.3 监测框架设计

区域级碳汇计量监测按空间尺度不同，分为小班监测和样地监测。具体框架设计如图1所示。

2.4 监测主要技术手段

森林碳汇宏观监测体系的主要技术手段包括：

1) 抽样技术。森林碳汇宏观监测包括大量的样地调查和小班调查，如何节约人力物力是个重要的问题，节省人力物力主要通过减少地面调查工作量来实现，但地面工作量的减少必须在保证精度的前提下进行，有效的抽样方法十分重要。

2) 森林资源调查技术。包括样地地面调查、小班地面调查和其他调查，虽然监测中会采用遥感等越来越先进的各种新技术，但森林资源调查技术在相当长的时间内依然是最直接、最精确和最可靠的信息来源，具有不可替代的地位。

3) 遥感技术。遥感数据具有很好的时效性和宏观性以及高性价比的优势，是一种重要的数据来源，“一类”清查、“二类”和“三类”调查中将根据不同情况合理应用。

4) 模型技术。对众多类型数据的量化是森林碳汇计量监测中的重要组成部分，在监测内容中，可实测的部分，需建立实测部分的生物量生长模型；对在实际中无法直接调查和测定的，监测过程中只能通过监测与之相关的其他容易测定的因子，作为辅助变量，采用数学模型加以模拟，实现对这些因子的估测。

图1 广东省森林碳汇宏观监测体系框架图

5) 地理信息系统技术。地理信息系统技术是小班年度森林资源档案更新的基础，可以对森林碳汇数据进行管理、统计和输出。

6) 实验技术。样地、样木调查和建模数据的获取均需实验技术支撑，实验技术是获取建模各类参数和系数的主要手段，如土壤有机碳、土壤含水率，样地植物碳含率、含水率的实验分析测定等。

2.5 监测基本数据项

按照国家森林资源“一类”清查、广东省森林资源“二类”调查、森林资源“三类”调查有关技术要求，根据广东省森林碳汇监测气候带、监测区、分地类、树种(组)、龄组的分层布设样地顺序，考虑到三种类型调查均达到的技术要求，确定广东省森林碳汇计量监测的基本数据项，包括以下5个方面: ①气候带：分为中亚热带、南亚热带和北热带3个气候带； ②监测区：在气候带基础上，分为粤北片区(中亚热带)、粤东片区(南亚热带)、粤西片区(南亚热带)、珠三角区(南亚热带)、雷州半岛区(北热带)； ③地类：在监测区范围内林地，分为乔木林、竹林、疏林地、国家灌木林、其它灌木林、未成林造林地、未成林封育地、苗圃地、采伐迹地、火烧迹地、其它无林地、宜林荒山荒地、宜林沙荒地、其它宜林地； ④树种(组)：对地类中乔木林、疏林地，须再分树种(组)。分为杉木、马尾松、湿地松、国外松、桉树、黧蒴、速生相思、南洋楹、木麻黄、荷木、枫香、台湾相思、其它软阔、其它硬阔、针叶混、针阔混、阔叶混、木本果、食用树种、林化树种、药用树种； ⑤龄组：在树种(组)基础上，再分为幼龄林、中龄林、近成过熟林三个龄级。

3 监测体系组成

广东省森林碳汇宏观监测体系包括两个系统：区域碳汇小班监测系统和区域样地监测系统。

3.1 区域碳汇小班监测系统

区域碳汇监测系统主要内容包括四个方面：

1) 以样地调查为基础建立样地碳库关系模型和参数

根据森林资源“一类”清查样点采用抽样方法来抽取省级碳汇监测样地，通过对碳汇固定样地专项调查，获取广东分气候带、地类、树种(组)、龄组的样地碳库关系模型和参数，主要模型和参数包括：建立乔木层与灌木层、草本层、枯落物层关系模型；建立无乔木层各地类灌木层、草本层、枯落物层生物量模型及参数；获取各地类、树种(组)林地土壤类型的有机碳估算参数。

2) 以样木调查为基础建立主要树种单株生物量生长模型

进行广东主要树种单株林木采样，获取建立广东主要树种森林生物量模型所需的乔木样本数据，测定样品的含水率、碳含率，建立广东主要树种单株生物量生长模型，在森林资源“二类”调查档案中小班单位面积株数、树种比例等数据基础上，拟合出不同乔木层树种生物量生长模型。

3) 基于遥感和GIS技术的年度林地类型面积变化监测

以广东省森林资源“二类”调查档案数据为基础，采用遥感判读与实地验证相结合方式调查。利用两个年度的遥感影像进行对比、检测，提取遥感影像变化信息，在GIS中森林资源档案数据中，确定突变地籍小班，再对突变地籍小班进行实地调查，确定各变化地籍小班的变化类型、范围，统计各林地地类、乔木层树种、龄级等年度面积数据，作为森林碳储量的面积计算基数。

4) 区域森林碳汇监测数据汇总与计算

区域森林碳汇监测碳库包括林木碳库、林下植被碳库、森林枯落物碳库和森林土壤碳库。林木碳库计算包括乔木林中林木碳库和疏林地中林木碳库，采用拟合的乔木层树种生物量生长模型，结合森林资源“二类”调查档案基础数据，计算单位面积乔木层碳储量；通过样地碳库关系模型和参数，计算乔木林、疏林地中的林下植被碳储量、非乔木林疏林地类中的单位面积林下植被碳储量，单位面积森林枯落物碳储量，以及单位面积各类型土壤有机碳含量；通过基于遥感和GIS技术的年度林地监测统计的林地地类、乔木层树种、龄级等年度面积数据，与上述单位面积碳储量相乘，得出林木碳库、林下植被碳库、森林枯落物碳库和森林土壤碳库的碳储量，各年度碳储量变化统计为碳汇量。

3.2 区域碳汇样地监测系统

区域碳汇样地监测是以广东省森林资源“一类”清查3685个样地为基础，在连续清查基础上，以每5年一次的“一类”调查为基期，计算基期森林碳储量；同时，利用清查间隔期进行年度生态监测，根据样地地类、树种、龄级等因子抽取10%连清样地跟踪调查。通过多期连清数据，计算出样地乔木层、下木层、灌木层、草本层生物量模型、各森林类型的碳含率以及枯落物、土壤的碳储量模型；通过样地年度生态监测，确定样地碳储量的变化，推算出全省总体碳汇量，最终估算出全省森林年度总碳储量。

3.3 监测体系的预期成果

监测体系预期成果包括四个方面：一是了解和掌握广东省级以下各级行政区域范围森林碳汇现状及动态变化；二是为社会大众、各级政府管理部门提供不同层次所需要的碳汇监测成果；三是向社会和大众发布监测年度内森林碳汇变化公报；四是通过分析和综合所有的碳汇监测成果，为政府决策部门提供森林碳汇评估报告和相关的技术分析报告。

4 结语和讨论

广东省森林碳汇监测体系主要从森林资源“二类”调查小班监测系统和森林资源“一类”清查样地监测系统两个方面着手进行监测，区域碳汇小班监测系统是区域碳汇监测体系的主要形式，统计计算全省各级行政区域的森林碳汇数据；区域碳汇样地监测系统是区域碳汇监测体系的补充形式，对小班监测体系所产生的全省年度碳汇结果进行验证和修正，丰富森林碳汇的区域监测的途径。该监测体系的建设，将确立广东省森林碳汇宏观监测的框架，提升森林碳汇监测水平。

广东省在森林资源与生态状况监测方面已进行了数年研究和实践，积累了很多经验[9-10]，在森林资源档案更新与生态状况年度监测方面也进行了诸多探索[11]，另外，在国家森林资源“一类”清查多期数据的基础上，广东进行了森林生态系统储碳量等方面的多项研究[12]，这些经验是成功进行下一步工作的基础。本文讨论的是体系的框架结构，尚未涉及具体细节问题，如“一类”清查中样地的分层与抽取方法及统计算法等，需另文进行相关专题的深入探讨。另外，由样地监测系统和小班监测系统分别统计计算的碳储量及碳汇量将会有差异，这些差异属于不同调查体系所产生的系统误差，广东已在森林资源连续清查第七次复查中采用“大样地”遥感区划调查、分析的方法进行了相关探索，有关成果也可应用于森林碳汇宏观监测体系中。

[1] 王效科，冯宗炜.森林生态系统生物量和碳储存量的研究历史[M].北京：中国科学技术出版社，1996.

[2] 魏殿生，徐晋涛，李怒云.造林绿化与气候变化-碳汇问题研究[M].北京：中国林业出版社，2003.

[3] 刘德晶，刁鸣军.我国林业碳汇监测评估工作初探[J].林业资源管理，2005(3)：7-10.

[4] 张小全，陈先刚，武曙红.土地利用变化和林业活动碳贮量变化测定和监测中的方法学问题[J].生态学报，2004，24(9)：2068-2073.

[5] 陈健，朱德海，徐泽鸿，等.全国森林碳汇监测和计量体系的初步研究[J].生态经济，2008(5)：128-132.

[6] Ravindranath N H, Madelene Ostwald.林业碳汇计量[M].李怒云，吕佳，译.北京：中国林业出版社，2009.

[7] 国家林业局应对气候变化和节能减排工作领导小组办公室.中国绿色碳基金造林项目碳汇计量与监测指南[M].北京：中国林业出版社，2008.

[8] 刘金山，张万林，杨传金，等.森林碳库及碳汇监测概述[J].中南林业调查规划，2012，31(1)：61-65.

[9] 林俊钦，邓鉴峰，林寿明，等.森林生态宏观监测系统[M].北京：中国林业出版社，2004.

[10] 王登峰，薛春泉，刘志武，等.广东省森林生态状况监测报告：2002年 [M].北京：中国林业出版社，2004.

[11] 魏安世，肖智慧，黄平，等.基于“3S”的森林资源与生态状况年度监测技术研究[M].北京：中国林业出版社，2010.

[12]叶金盛，佘光辉.广东省森林植被碳储量动态研究[J].南京林业大学学报，2010，34(4)：7-12.

[13] 尹少华,周文朋.湖南省森林碳汇估算与评价[J].中南林业科技大学学报,2013,33(7):136-139,144.

StudyofMacro-MonitoringSystemforForestCarbonSequestrationinGuangDongProvince

XU Qihu,LUO Yong,LIU Feipeng，ZHANG Hongai，YANG Jiazhi

(Guangdong Forestry Survey and PIanning Institute，Guangzhou 510520，Guangdong,China)

Macro-monitoring systm of forestry carbon pools, was an important part for functional assessement of forest carbon sequestration, It also provided the basic data for improving forest carbon sequestration.Based on research background of forest carbon sequestration monitoring, this article discussed the monitoring technical route and main technical methods.A framework of macro-monitoring system for forest carbon sequestration in Guang Dong province was put forward,it Includes forest subcompartment monitoring system and plots monitoring system.Each system was explained in details in this article.

forest carbon sequestration；macro-monitoring；system

2014—01—21

广东省林业科技创新专项“林业碳汇计量监测体系研究”(2012KJCX019-01)。

徐期瑚(1973—)，男，湖北监利人，广东省林业调查规划院高级工程师，硕士，从事森林生态监测及林业生态规划工作。

S 718.55

B

1003—6075(2014)01—0050—04