基于森林资源一类清查数据的中国森林碳贮量估算

卢妮妮，王新杰，凌 威，徐雪蕾，张 艳

（北京林业大学 林学院，北京 100083）

基于森林资源一类清查数据的中国森林碳贮量估算

卢妮妮，王新杰，凌 威，徐雪蕾，张 艳

（北京林业大学 林学院，北京 100083）

为了解我国森林资源状况，以建国以来森林资源一类清查数据为基础，分析了建国以来我国森林面积、森林蓄积量和森林碳贮量的变化，并估算2020年时的森林状况。结果显示：1）自建国以来，我国森林面积共增加8821万 hm2，森林蓄积量共增加66.21亿 m3。但各区域增量不均衡，西南地区森林面积和蓄积量增量最大，东北地区森林面积增量最小，华东地区森林蓄积量增量最小。我国未来森林面积增长潜力在北方地区。2）建国以来，我国森林共吸收碳225.32×108t，其中人工林碳贮量比例由调查初期的5.3%增加到了16.7%，有较大的碳汇潜力。3）2020年时我国森林面积、蓄积量和碳贮量分别可达20 667万 hm2、188.37亿 m3和344.766 0亿 t，采取科学合理的经营措施可增加我国森林碳贮量。

森林蓄积量估算；森林资源一类清查数据；森林面积；森林蓄积量；森林碳贮量

根据“联合国政府间气候变化专门委员会”（IPCC）预测，到2100年全球温度将上升1.1～6.4 ℃[1]，气候变化将对全球生态系统产生深远的影响。而21世纪以后全球气候变化的主要原因是CO2的排放和累积[2]，森林生态系统贮藏了陆地生态系统中60%以上的有机碳[3]，被认为是研究大气碳交换的关键因子[4]，在缓解全球气候变化中起着重要作用。森林碳贮量的微小变化能够影响大气中的碳元素含量[5]，不同的森林结构直接影响森林的固碳能力[6-7]，实行人工造林，加强森林后续抚育，可有效增加森林面积，提高森林碳汇能力。我国学者从20世纪90年代开始研究全国森林碳贮量，并取得阶段性成果[8-9]。生物量转换因子法[10]和回归模型估计法[11]等被利用于山西、浙江、广东等省的森林碳贮量计算[12-15]，方精云等[16]对中国森林在20世纪后50年代的固碳能力变化进行了分析，认为中国森林对吸收工业社会排放的CO2起到了很大的作用。

我国在2009年哥本哈根气候变化大会前夕承诺“到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳比2005年下降40%～50%”。如何实现这一目标成为我国林业规划和森林经营管理的重点[17-18]。森林资源一类清查以其调查连续、数据面广的优点被认为是估测全国碳贮量的较好途径[19]。基于此，作者以建国以来森林资源一类清查的数据为基础，估算我国2020年时的森林碳贮量，以期为未来我国森林规划和森林经营管理提供理论依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本次计算数据来源于国家林业局官方网站公布的全国8次森林资源一类清查数据。按照中国森林资源分布情况，将我国分为7个区域[20]：东北、华北、西北、西南、华南、华东、华中。针对各区域的主要树种分别计算区域碳贮量及其变化特点，采用数学分析方法分区域估算未来森林碳贮量的变化趋势，从而提高全国性森林碳贮量估算的精度。

1.2 蓄积量年均增长率确定

以数理统计和森林蓄积量分析公式为基础[21-22]，收集建国以来7次森林资源清查数据，以5年为1个单位，计算相邻2个单位森林蓄积量的增长率，并求平均值，以此作为次均森林蓄积量增长率。

式中：i表示7个区域；Ri表示第i个区域的平均森林蓄积增长率（%）；N表示清查次数；VN表示第2～7次全国森林资源一类调查时的蓄积量（m3）。

分别对7个区域进行森林蓄积量变化曲线拟合，得出拟合方程及R2。与线性方程做比较，选择R2大，拟合效果好的方程作为基础方程。

1.3 碳贮量预测

本次分析主要采用以下两种途径估算碳贮量：

（1）以年均森林蓄积量增长率为基准，拟合我国森林蓄积量增长方程，根据森林蓄积量每增加1 m3可以吸收1.83 t CO2[23]，计算森林碳贮量。

式中：F为森林碳贮量；V为森林蓄积量。

（2）以历次调查中各区域的森林碳贮量为基础数据，拟合碳贮量增长方程，并预测未来森林的碳贮量。

分别用以上2种方法估算第8次调查时森林的碳贮量，与实际清查数据进行校核，比较误差值，选用误差较小的方法对2020年森林碳贮量进行估算。

2 结果与分析

2.1 我国森林面积和蓄积量变化特征

根据全国森林资源一类清查数据，将建国以来7次森林清查结果进行统计（见表1和表2）。由表1和统计资料可知，从1973年到2013年，我国森林面积共增加8 821×104hm2，但各区域发展不均衡。森林面积增加量西南地区最大，东北地区最小，极大值较极小值大3 711×104hm2；西南和华北地区的森林面积增量占全国森林面积增量的62%。东北地区在20世纪70年代的建设中供给了大量的森林资源，森林面积在一定阶段内有所减少，截至2008年仍未恢复到1973年时的水平，故东北地区具有一定面积的可利用或者可造林土地，我国未来一定时期内森林面积的增长潜力将在北方地区。西南地区森林蓄积量增加幅度最大，华东地区最小，西南地区森林蓄积量增量占全国增量的44%，比华东地区多增加18.78×108m3，表明我国森林碳贮量主要集中在西南地区。

表1 全国各区域森林面积情况Table 1 Forest area general situations all over China

表2 全国各区域森林蓄积量情况Table 2 Forest volume general situations all over China

总体上，华北和西北区域的森林面积增加率大于森林蓄积量增加率，这是由于西北地区地势辽阔，造林空间大，但受干旱和土地贫瘠的限制，林木生长较慢。华南、华东和华中地区森林蓄积量增长率高于面积增长率，这与东南地区多雨温暖，适宜多种树种生长有关。为适应社会发展对木材的需求，应充分利用东南地区的地理气候条件，培育大径材木。

对我国各区域森林碳贮量进行统计（见表3）。结果表明：中国森林碳贮量由改革开放前的157.32 t减少到70年代末的133.47 t，之后逐渐增加到2008年的244.55 t。其中，西南地区碳贮量增加量最大，占全国碳贮量增量的43%；华东地区碳贮量增量最小，占全国碳贮量增量的4%。这种变化与经济政策、土地利用及人口数量等因素密切相关。我国森林资源在1977～2013年间共吸收碳225.32×108t，年均碳汇总量6.0×108t/a。从整体上看，中国森林的吸存的CO2量仍在增加。这与方精云等[24]的研究结果相同。

表3 全国各区域森林碳贮量情况Table 3 Forest carbon storage general situations all over China

将我国森林划分为天然林和人工林，并统计其面积和碳贮量（见表4）。20世纪70年代至今，天然林对增加碳汇起到明显作用，天然林共积累180.32×108t碳，占森林总碳汇的80%，年均碳汇量4.87×108t，占森林年均碳汇的80.9%。李默然等[25]对贵州黔东南地区不同森林类型碳贮量的研究也证明人工林在碳汇积累方面的重要作用。人工林面积净增80.05×106hm2，占全国森林面积增量的84.7%，这与国家鼓励造林和再造林及退耕还林政策相关。与此同时，人工林碳贮量也由调查初期的2.5×108t增加到2013年的45×108t，净增20多倍，占森林碳贮量的比例也由5.3%增加到了16.7%。人工林面积增长迅速，然而提供的碳汇较少，这主要是由于人工林采伐周期短，且中幼龄林较多[26]。制定合理的林业规划和采取合理的森林经营管理措施能够协调人工林木材供应和碳汇之间的矛盾，如湖南省杉木林碳贮量可通过提高林分单位面积生产力和调整龄组结构来实现[27]。因此，我国人工林碳汇存在巨大潜力。

表4 我国天然林和人工林碳贮量变化Table 4 Forest carbon storage changes of natural and artificial forests in China

2.2 森林面积和蓄积量变化拟合

根据前7次森林资源一类清查数据中森林面积和森林蓄积量，分别通过线性方程、二项式、三项式、四项式、五项式、六项式和区域拟合7种方法建立森林面积和森林蓄积量之间的变化关系，并估算2013年（第8次森林清查）时全国森林面积和森林蓄积量（见表5）。通过比较估算值与实测值之间的相对误差，选用误差较小的拟合方程估算2020年的森林资源情况。第8次森林资源清查实测数据显示，全国森林面积为20 800×104hm2，森林蓄积量为151.37×108m3。

表5 森林面积拟合值与实测值Table 5 Fitting and measured values forest areas in China

通过比较拟合值与实测值之差、R2和方程标准差，得出森林面积的拟合方程以四项式最佳，森林蓄积量的拟合方程以二项式最佳。拟合方程如下。

森林面积拟合方程：

式中：y为森林面积，x为森林生长时间。

森林蓄积量拟合方程：

式中：v为森林蓄积量，x为森林生长时间。

其中森林面积的拟合值与实测值相差为1.82%。森林蓄积量的拟合值与实测值相差为0.05%。以拟合值与实测值之差和方程标准差为衡量标准，得出森林蓄积量的拟合效果较森林面积拟合效果好。这是因为森林面积受人为干扰较大，为不确定变量；而森林蓄积量的变化取决于林木单株的生长，一定程度上存在规律性变化。通过拟合方程可在一定时间段内较为准确地预测森林面积和森林蓄积量的变化。

据此估算2020年时我国森林面积为20 667×104hm2，森林蓄积量为188.27×108m3。

2.3 建国以来森林碳贮量变化及估算

根据前七次森林资源一类清查时的森林蓄积量，建立线性方程，估算得第8次全国森林资源清查时森林蓄积量为151.26×108m3，按（2）式计算第8次全国森林资源清查时森林碳贮量为276.805 8×108t。

根据历次森林资源清查时的森林碳贮量（见表6）拟合变化方程为：

式中：s为全国森林碳贮量，x为森林生长时间。

据此方程估算第8次全国森林资源清查时我国森林碳贮量为276.960 8×108t。

将两种方法估算的森林碳贮量与第8次森林资源清查时的实测值277.007 1×108t比较，发现以方法二估测森林碳贮量更为准确，误差更小。以此方法估算2020年时我国森林碳贮量为344.766 0×108t，较2005年增加了39%。

表6 历次森林资源清查时全国森林碳贮量Table 6 Whole China forest carbon storage of all previous national forest inventory

3 结论与讨论

自建国以来，森林面积共增加8 821×104hm2，森林蓄积量共增加66.21×108m3。但各区域增量不均衡，西南地区森林面积和蓄积量增量最大，东北地区森林面积增量最小，华东地区的蓄积量增量最小，我国未来森林面积的增长潜力在北方地区。中国森林整体起着碳汇作用，建国以来森林共吸收碳225.32×108t，其中人工林的碳贮量比例由调查初期的5.3%增加到了16.7%，人工林具有较大的碳汇潜力。

通过拟合方程试验，估算出2020年时我国森林面积为20 667×104hm2，森林蓄积量为188.37×108m3，森林碳贮量将达到344.766 0×108t。若要达到碳贮量比2005年增加40%～50%的目标，尚需采取科学合理的经营措施以增加我国森林的碳贮量。

作者以全国森林资源一类清查数据为基础，分析了建国以来我国森林面积、森林蓄积量和森林碳贮量的变化，并对2020年时的森林状况作了估算。然而仅以森林生态系统的地上部分为基础，并未计算森林土壤碳贮量，因此笔者建议在未来的全国森林资源清查公报中增加林下土壤理化性质的实测数据，完善我国森林碳贮量资源库。

[1]Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate Change:Report of IPCC Scientific Group[M]. Canada: IPCC, 2007.

[2]张晓华,高 云,祁 悦,等.IPCC第五次评估报告第一工作组主要结论对《联合国气候变化框架公约》进程的影响分析[J].气候变化研究进展,2014,1(1):14-19.

[3]Malhi Y, Baldocchi D D, Jarvis P G. The carbon balance of tropoical temperate and boreal forest[J]. Plant Cell and Environment, 1999, 22(7): 15-40.

[4]Dixon R K,Brown S, Houghton R A, et al. Carbon pools and flux of global forest ecosystem[J]. Science,1994,263(1):85-90.

[5]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.

[6]王忠诚,王淮永,华 华,等.鹰嘴界自然保护区不同森林类型固碳释氧功能研究[J].中南林业科技大学学报, 2013,33(7): 98-101,130.

[7]方精云,刘国华,朱 彪,等.北京东灵山三种温带森林生态系统的碳循环[J].中国科学:地球科学,2006,36(6):533-543.

[8]刘国华,傅伯杰,方精云.中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献[J].生态学报,2000,20(5):733-740.

[9]徐新良,曹明奎,李克让.中国森林生态系统植被碳储量时空动态变化研究[J].地理科学进展,2007,26(6):1-10.

[10]方精云,陈安平.中国森林植被碳库的动态变化及其意义[J].植物学报,2001,43(9):967-973.

[11]李海奎,雷渊才,曾伟生.基于森林清查资料的中国森林植被碳储量[J].林业科学,2011,47(7):7-12.

[12]俞艳霞,张建军,王孟本.山西省森林植被碳储量及其动态变化研究[J].林业资源管理,2008,(6):35-39.

[13]张茂震,王广兴,刘安兴.基于森林资源连续清查资料估算的浙江省森林生物量及生产力[J].林业科学,2009, (9):13-17.

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

[15]周传艳,周国逸,王春林,等.广东省森林植被恢复下的碳储量动态[J].北京林业大学学报,2007,9(2):60-65.

[16]Fang J Y, Chen A P, Peng C H, et al. Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J]. Science,2001, 292(5525): 2320-2322.

[17]张 磊.从哥本哈根会议看全球气候合作前景[J].国际关系学院学报,2010,(4):79-84.

[18]吴水荣,李智勇,于天飞.国际气候变化涉林议题谈判进展及对案提议[J].林业经济,2009,(1):29-34.

[19]Brown S L, Schroeder P E, Kern J S. Spatial distribution of biomass in forests of the eastern USA[J]. Forest Ecology and Management,1999,123:81-90.

[20]雷家富.中国森林资源[M].北京:中国林业出版社,2005.

[21]陈梦雄.森林资源消长预测公式及其分析[J].西北林学院学报,1995,10(4):58-63.

[22]陈希孺.数理统计学教程[M].北京:中国科学技术大学出版社,2009.

[23]IPCC.IPCC特别报告:土地利用、土地利用变化和林业[R].日内瓦:政府间气候变化委员会,2000.

[24]方精云,陈安平.中国森林植被碳库的动态变化及其意义[J].植物学报,2001,43(9):967-973.

[25]李默然,丁贵杰.贵州黔东南主要森林类型碳储量研究[J].中南林业科技大学学报,2013,33(7):119-124.

[26]刘国华,傅伯杰,方精云.中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献[J].生态学报,2000,20(5):733-740.

[27]张胜利,项文化,邓湘雯,等.湖南省2009年杉木林碳贮存量及未来固碳潜力分析[J].中南林业科技大学学报,2014,34(6): 94-99,111.

Estimation of forest carbon storage in China based on data of National Inventory of Forest Resources

LU Ni-ni, WANG Xin-jie, LING Wei, XU Xue-lei, ZHANG Yan
(College of Forestry, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

In order to understand forest resources situation in our country, based on the data of 1-class National Inventory of Forest Resources, the changes of forest area, volume and forest carbon capacity in China since the founding of the People’s Republic of China were analyzed, and the state of forests in 2020 was pre-estimated. The results show that (1) Forest areas increased 88 210 thousand hm2, and forest reserves raised 6.621 billion m3; But the increments in different regions were imbalance, the forest area and reserves increments were the largest in southwest, in northeast area, forest area increment had minimum value, while the forest reserves increment had minimum value in east China; The increasing potential of forest areas will be in the northern China. (2) Since 1973, China forests absorbed carbon 22.532 billion tons, of that, the artificial forest’s absorbed carbon raised to 16.7% from 5.3% and had a major potential.(3) By 2020, all of forest areas, forest reverses and forest carbon storage will reach 206.67 million hm2, 18.837 billion m3and 37.476 6 billion tons respectively. Scientific and reasonable management measures could increase forest carbon capacity in China.

forest volume estimation; forest resources1-class inventory data; forest area; forest reserves, forest carbon storage; China

S717

A

1673-923X(2015)11-0110-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.11.020

2015-01-10

国家“十二五”农村领域科技计划课题（2012BAD22B05）

卢妮妮，硕士研究生

王新杰，副教授；E-mail：xinjiew@bjfu.edu.cn

卢妮妮，王新杰，凌 威，等. 基于森林资源一类清查数据的中国森林碳贮量估算[J].中南林业科技大学学报, 2015,35(11): 110-114.

[本文编校：吴 毅]