五指山市森林碳储量动态变化

孟 伟，雷 杰，刘立武

(1.贵州林业勘察设计有限公司，贵州 贵阳 550003； 2.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004)

五指山市森林碳储量动态变化

孟 伟1，雷 杰1，刘立武2

(1.贵州林业勘察设计有限公司，贵州 贵阳 550003； 2.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004)

以五指山市1993—2008年间4期森林资源连续清查数据为基础，运用生物量换算因子连续函数法估算森林碳储量，借助地理信息系统技术分析其空间分布特征和变化趋势。结果表明：1993—2008年间，五指山市森林碳储量总体分布趋势表现为自然演替→自然演替为主、人为干扰演替为辅→人为干扰演替→人为干扰演替为主、自然演替为辅；碳储量变化趋势为优→良→差→良。随着人们生态意识的加强和海南省各林业工程项目的实施，五指山市森林碳储量将逐步呈现良性发展趋势。

森林；碳储量；动态变化；五指山市

工业革命以来，人类活动加剧，大量的化石燃料得到了前所未有的利用，土地利用变化，使空气中CO2的浓度急剧上升，改变了全球碳循环过程，使得这一动态平衡被打破，这终将演变成国家以及区域乃至全球的各种环境问题，人类在征服和享受来自自然界的胜利的时候，同样也饱尝了由自己所带来的恶果，人类频频受到大自然的惩罚，进而这些问题已经备受全球关注[1-3]。

五指山市属热带季风气候，地处海南省西南部，生态地位十分重要；全市土地总面积112886.7 hm2，林地面积102015.4 hm2，活立木总蓄积9694617 m3，森林覆盖率为86.44%。受自然风险和高强度人类活动的累积影响，海南省已开始出现生物多样性渐失、土地荒漠化等较为明显的生态系统损害与退化现象，森林生态系统受到一定威胁。随着“海南国际旅游岛”战略的深入实施，海南势必进一步加大城市化、工业化的步伐，大量外来游客的涌入已然给当地的生态环境状况带来了明显的负面影响，怎样在新形势的情况下合理的开发和利用自然资源，减轻人类活动对于区域森林生态的安全所产生的巨大压力，确保森林生态安全，促进区域经济的可持续发展以及经济健康协调的发展，是区域在发展的过程中所需要的重要的研究课题，同时也是建设生态省的关键内容。深入研究五指山市森林碳储量空间分布特征和碳汇潜力对确保五指山市经济社会的可持续发展意义重大。

1 材料与方法

1.1 数据来源

五指山市1993、1998、2003、2008年共4期森林资源连续清查数据，有固定样地91个，面积均为0.067 hm2。其中，1993年林地样地61个，1998年林地样地63个，2003年林地样地72个，2008年林地样地77个。

1.2 研究方法

1.2.1 森林碳储量 生物量采用方精云等[4-6]提出的生物量换算因子连续函数法；碳储量等于生物量与其含碳系数的乘积，含碳系数表示每克干物质的碳含量，本研究采用目前国际上常用的、不分树种的含碳系数即转换系数0.5进行计算[7-10]；碳密度表示单位面积上碳储量的含量。

(1)

2 结果与分析

2.1 趋势预测

利用Arcgis的地统计分析模块对4期91个调查样地的碳储量进行探索性分析，结果见图1。由图1可知，1993—2008年间，整体碳储量分布表现为东、西、南、北4端高，中部低。1993年，由东向西，由北向南逐渐递减；1998年南北差异不大，东西两端高，中部低；2003年和2008年变化趋势不明显，均表现为中部较低，两端高，2008年较2003年中部区域波谷幅度有所降低。

2.2 普通克里格插值法预测

2.2.1 模型精度检验 运用变异函数(Semivariogram)对原有几种模型分别进行建模，通过差异结果分析可知，球形模型(Spherical)的精度较高，因此选择球形模型进行各向异性建模。平均值、均方根误差、均方根误差标准值等统计指标。平均值越接近于0，预测值越是无偏的，由于平均值的取值受数据规模的影响，因此考虑均方根误差，该指标越接近于0越好，均方根误差标准值预测误差越接近于1，说明标准误差越精确(表1)。

表1 交叉验证精度

图1 调查样地的碳储量探索性分析

图2 碳储量分布趋势图

2.2.2 预测结果与分析 五指山市森林植被(不含林下植被)1993年、1998年、2003年、2008年的碳储量空间分布趋势见图2。

1993年五指山市森林植被的碳分布不均匀，趋势等高线不平滑、较为分散，呈随机分布状态，且波峰与波谷不明显，趋势较于平缓。总体上看，西部、西北部和西南部含碳量较高，东南区域含碳量较低。分析可知，碳储量较低的区域属于畅好乡、南圣镇和五指山市的镇域和市区所在地；西北部碳储量较高区域为五指山主要山脉-鹦哥岭，此处森林植被良好，人为破坏较低。由此可得，此时五指山市的森林碳呈自然分布趋势，属于自然演替状态，人为干扰的影响尚未凸显。

1998年该市森林碳分布相对集中，西部趋势等高线较为分散，高、低线呈零星状分布，起伏不大，且波峰和波谷不明显，因此该区域内碳含量相差不大；中东部区域趋势等高线较为密集，有明显的波峰和波谷，说明该区域森林碳分布不均匀，相对差异较大。西部、西北部、西南部和东部的碳储量相对较高，所在区域以林区或林场为主；北部和南部碳储量较低，所在区域为人为活动密集区，如市府所在地、畅好乡、南圣镇和毛阳镇。总体上，五指山市森林碳储量分布趋势相对集中，其变化特征由自然演替状态向人为干扰演替转变，人为干扰的影响逐渐凸显。

2003年五指山市的森林碳分布出现了3个波谷和3个波峰，波谷分别位于西北部、东北部和南部，波峰分别位于北部、西部和东部；趋势等高线梯度较为均匀，呈现由中部向四周递增趋势。由此说明五指山市的森林碳储量由中部城区向四周山区逐渐增加。根据五指山市实际地理情况可知，南部最大的一个波谷所处位置为五指山市市区所在地，西北部和东北部的波谷分别为番阳镇和毛阳镇镇域所在地，波谷所在区域内的城市建筑、农田、水域等其他非林地较多，故呈现出森林碳储量较低的现象。总体上，此时五指山市森林碳储量高低区域相对明显，呈有规律递增趋势，其分布特征呈现人为干扰演替分布。

2008年五指山市的森林碳分布趋势等高线较为平缓，出现明显的波峰和波谷，表现出由波谷向波峰递增趋势。波峰分别位于北部、中东部和西南部，所在区域为主要林区或自然保护区，该区森林植被良好，林分质量优良；毛阳镇、番阳镇和市府所在地位于波谷区，森林碳储量较低。总体上，此时五指山市森林碳储量分布较为集中，呈现由边缘山区向人为活动密集区递减趋势，其分布状以人为干扰演替分布为主，零星出现自然演替分布。

综合五指山市1993年、1998年、2003年和2008年4期森林碳储量分布趋势可知，总体分布趋势表现为自然演替→自然演替为主、人为干扰演替为辅→人为干扰演替→人为干扰演替为主、自然演替为辅。2000年以前，碳储量趋势等高线呈随机分布，波峰、波谷不明显，碳储量较低区域位于五指山市市府、畅好乡，毛阳镇和南圣镇镇域所在地，随着时间的推移向西北部蔓延，尤其是毛阳镇镇域1998年森林碳储量较1993年明显减少，中东部和西南部的通什林场和毛瑞林场森林碳储量有所增加。2000以后，森林碳储量呈有规律变化，趋势等高线均匀分布，波峰、波谷较为明显；3处波谷分别位于番阳镇、毛阳镇和市府所在地，低碳储量区域面积较大，波峰分别位于鹦哥岭、英哥岭、白铁岭和番应岭；2008年与2003年相比，波谷和波峰分布区域基本没有变化，趋势等高线有所疏缓，相对碳储量差距有所减小，且3处波谷处碳储量均有所增加，尤其南部波谷市府所在地增幅较大。

分析可得，20世纪末和21世纪初，城市扩张和城镇化建设的加速，森林经营管理粗放，使得森林面积及其质量日益下降，碳储量减少，人为干扰呈现负影响，五指山市区、毛阳镇和番阳镇森林碳储量变化尤为显著；随着人们生活质量的提高和生态意识的提升，森林资源得到了进一步的保护、规划和管理，森林经营方式由粗放型向专业型转变，城镇绿化率有所增大，碳储量有所增加，人为干扰呈现正影响，4期森林碳碳储量概率分布图中不难看出，毛阳镇、番阳镇和市区的森林碳储量由好—良—差—良逐渐过渡。

2.3 空间重分类

本文根据不同时期碳密度的变化范围将其分为30类，各分类段之间的碳密度间隔根据不同时期的变化范围而定，以各碳密度段的平均值作为该区的碳密度值，统计重分类后各类碳密度段的栅格数，并以此计算各分区的面积和碳储量，最后得出五指山市森林植被总碳储量，结果见表2、表3。

表2 1993年、1998年碳储量统计表

表2(续)

*：碳储量、碳密度的单位分别为：t、t·hm-2。下同。

表3 2003年、2008年碳储量统计表

由表2、表3可知，1993年五指山市森林植被总碳储量为4012280.53 t，栅格平均碳密度最小为9.5 t·hm-2、最大为66.5 t·hm-2，多数集中在10类～20类，即27～46 t·hm-2之间；1998年五指山市森林植被总碳储量为4962677.04 t，栅格平均碳密度最小为13.0 t·hm-2、最大为76.0 t·hm-2，第14类即41.5 t·hm-2面积最大，多数集中在中间15类，两端所占比例较小；2003年五指山市森林植被总碳储量为4848516.84 t，栅格平均碳密度最小为10.8 t·hm-2、最大为77.0 t·hm-2，中间10类所占比例较大；2008年五指山市森林植被总碳储量为5348808.70 t，栅格平均碳密度最小为15.0 t·hm-2、最大为73.5 t·hm-2，多数集中在8类～25类，即29～65 t·hm-2之间，成正态分布。整体预测结果表现为1993年<2003年<1998年<2008年，2008年碳储量预测结果与依据2009年森林资源二类调查数据统计结果相近，因此该数据分析结果有较强的可靠性。

3 结论与讨论

依据1993—2008年4期森林资源一类清查数据，地统计分析结果可知，1993年森林碳储量为4012280.53 t，1998年为4962677.04 t，2003年为4848516.84 t，2008年为5348808.70 t；1993—2008年间，五指山市森林碳储量总体分布趋势表现为自然演替→自然演替为主、人为干扰演替为辅→人为干扰演替→人为干扰演替为主、自然演替为辅。毛阳镇、番阳镇、南圣镇和市区所在地的森林碳储量变化较为明显，1993—2003年，碳储量逐年降低，形成较为明显的波谷，到2008年有所改善，波谷范围有所减小，概率等高线有所疏缓，有向良性发展的趋势。该区整体森林碳储量变化趋势为优→良→差→良，随着人们生态意识的加强和海南省各林业工程项目的实施，五指山市森林碳储量将逐步呈现良性发展趋势。

随着计算机技术水平的不断进步和卫星遥感技术的不断发展，3S技术在森林资源监测和碳汇监测中的作用日益突显，如何运用3S技术更加简便、精确的对森林资源和碳汇进行监测、评价，是今后研究的重点，对森林资源的可持续发展有着深远的意义。

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Study on Dynamic Change of Forest Carbon Stock in Wuzhishan City

MENG Wei1，LEI Jie1，LIU Li-wu2

(1.GuizhouForestrySurveyandDesignCo.，Ltd.，Guiyang550003，Guizhou，China； 2.CentralSouthUniversityofForestryandTechnology，Changsha410004，Hunan，China)

By Geographic information systems technology analyzing spatial distribution and change trend；by biomass conversion factor function estimating forest carbon stocks based on four continuous forest inventory data in Wuzhishan city.The results show that：between 1993—2008，Overall distribution trend of forest carbon stocks in Wuzhishan city manifested as natural succession→natural succession-based，human disturbance succession as a supplement→human disturbance succession→human disturbance succession based，natural succession as a supplement；trend of carbon stocks was excellent→good→poor→good.With the rising of ecological awareness and the implementation of various forestry projects in Hainan province，forest carbon stocks in Wuzhishan city will gradually showing positive trends.

forest；carbon stocks；dynamic change；Wuzhishan city

2014-09-18；

2014-10-11

海南省林业厅重点科研项目(海南省五大河流域植被恢复与保护规划研究，LK20118478)

孟伟，男(1987—)，河南宁陵人，贵州林业勘察设计有限公司助理工程师，硕士，从事林业调查规划设计和森林可持续经营方面的工作。E-mail：641816613@qq.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.03.004

S718.55+4.1

A

1002-7351(2015)03-0018-06