广东省森林碳储量与动态变化1)

王璟睿　仵宏基　孙昕　李明诗　　　魏安世

(南京林业大学、南方林业协同创新中心，南京，210037)　　　　(广东省林业调查规划院)



广东省森林碳储量与动态变化1)

王璟睿仵宏基孙昕李明诗魏安世

(南京林业大学、南方林业协同创新中心，南京，210037)(广东省林业调查规划院)

以广东省1979—2012年森林资源连续清查数据为基础，结合广东省当地分树种生物量扩展因子方程，对广东省近30 a的森林碳储量和碳密度进行估算。结果表明：广东省森林碳储量从1979年的2.766 47×107t增加到2012年的1.673 778×108t，年均增加4.366×106t，年变化率5.45%；平均碳密度从7.57 t/hm2增加到23.01 t/hm2。乔木林对森林碳储量的贡献占据主导地位，其中阔叶林贡献比较突出，且增长较快；在林龄结构上，幼龄林和中龄林面积和碳储量都占有较大比例。

森林资源；碳储量；碳密度；广东省

According to the national forest inventory data collected in Guangdong Province since 1979 to 2012 and the regional and tress species dependent biomass conversion equations, we estimated forest carbon storage and density. The total carbon storage of forests in Guangdong Province was increased continuously from 2.766 47×107to1.673 778×108t, and the annual variability was 5.45%, with an annual increment of 4.366×106t. The carbon density was increased from 7.57 to 23.01 t/hm2. Arbor forest, especially broad-leaved forest played a dominant role, which contributed most to the total forest carbon storage. In terms of age structure, young forests and mid-aged forests occupied a large proportion in area and carbon storage.

森林生态系统是陆地生态系统的主体，也是陆地生态系统最大的碳库，在调节全球碳平衡、减缓大气中CO2等温室气体浓度上升以及维护全球气候等方面具有不可替代的作用[1-3]。因此，森林的固碳能力、碳储量及其空间分布格局和时间动态变化就成了国内外研究的热点。早期森林碳密度的估算是基于大量的实测数据进行的，这种方法只能获得地面有限点的值，且耗时耗力，不能满足大范围森林资源监测的需求。随着研究的进展，有关学者利用生物量和碳储量的关系建立了碳密度估算模型[4]。方精云等[5]结合中国50年的森林资源清查数据及相关统计资料建立了生物量换算因子连续函数，为准碳储量的估计提供了基础。我国的森林资源连续清查数据具有准确、连续、丰富的特点，为估测森林生物量和碳储量提供了有利条件。有关学者结合森林资源连续清查数据，对不同区域的碳储量进行了估算。叶金盛等[6]使用广东省1988—2007年的森林资源连续清查数据，分析了广东省20年间的森林植被碳储量及碳密度的动态变化。郑德祥等[1]利用福建省1998、2003、2008年连续3期的森林清查数据，对福建省森林植被的碳储量和碳密度进行了估算。李海奎[7]等利用第七次森林资源连续清查数据对全国的森林植被的碳储量进行了估算，并分析了中国森林植被碳储量的空间分布特征及各树种对碳储量的贡献程度。除此，学者们还利用连续清查数据对北京[8]、江苏[9]、内蒙古[10]、厦门[11]、深圳[12]等地的碳储量进行了估算，得到了具有参考意义的结果。广东省地处亚热带，森林资源丰富，林业建设不断发展，本文利用森林资源连续清查以来广东省8期连清数据对全省的林地面积、森林碳储量、森林碳密度及不同龄级碳储量分布的动态变化进行分析，以期掌握广东省森林碳储量及碳密度的历史趋势，为广东生态环境建设及广东森林的合理经营提供参考。

1　研究区概况

广东省地处中国大陆南部，地理坐标为北纬20°09～25°31′N，东经109°45′～117°20′E，陆地总面积17.8万km2。属于北温带与热带过渡区，年度气温19～24 ℃，降水充沛，年降水量1 300～2 500 mm。地势北高南低，东西向腹部倾斜，山地、平原、丘陵纵横交错。植物种类繁多，北部南岭地区的典型植被为亚热带山地常绿阔叶林，中部为亚热带常绿季雨林，南部为热带常绿季雨林。主要树种有马尾松(Pinusmassoniana)、湿地松(Pinuselliottii)、杉木(Cunninghamialanceolata)、桉树(EucalyptusrobustaSmith)等。

2　研究方法

本研究以广东省森林资源连续清查数据为基础进行碳储量估算，我国的森林资源连续清查体系为每5年1次，本次采用的基本资料为1979—2012年广东省森林资源连续清查8期数据，数据记载了样地号、横纵坐标、样地类别、地类、土壤名称、林种、优势树种、起源、平均年龄、龄组、平均直径、平均树高、郁闭度、活立木蓄积、散生蓄积、林分蓄积毛竹株数、散生株数、杂竹株数等多项调查因子。

2.1森林生物量估算方法

森林生态系统生物量的测定是实现碳储量估算的基础，森林生物量最终可通过植物干质量有机物中碳所占的比例(即碳转化系数)转化为森林碳储量[13]。因此，在估算森林碳储量时，首先要进行森林生物量的估算。目前关于生物量的估算方法主要有平均生物量法、生物量转换因子法和换算因子连续函数法[1，13]。这些方法由于受到树种或地域差别的限制，往往会有一些误差。本文在生物量的估算上，采用广东省森林资源监测中心提供的各树种生物量扩展因子方程，利用连续清查数据中的的测树因子，分树种推算出样地实测生物量。对于一些没有对应生物量方程的树种，我们选择相近树种的生物量方程代替计算。

杉木：W总=W干+W枝+W叶+W根；

W干=0.340 15×D-0.392 39×H0.408 90×V；

W枝=0.271 40×D1.072 61×H-1.691 57×V；

W叶=0.510 239×D0.690 72×H-1.713 27×V；

W根=0.464 93×D-0.328 02×H-0.281 71×V。

马尾松：W总=W干+W枝+W叶+W根；

W干=0.292 89×D0.146 21×H0.008 952 4×V；

W枝=0.125 32×V；

W叶=0.0796 12×D-0.352 63×H0.015 724×V；

W根=0.484 37×D-0.622 07×H0.029 132×V。

湿地松(适用于其他国外松、杂交松)：

W总=W干+W枝+W叶+W根；

W干=0.200 11×D0.173 698×H0.086 849×V；

W枝=0.019 166×D0.625 01×V；

W叶=0.573 42×D-0.598 91×V；

W根=0.464 93×D-0.610 82×V。

桉树：W总=W干+W枝+W叶+W根；

W干=0.237 19×D0.315 57×H-0.022 517×V；

W枝=0.090 123×D-0.302 67×H0.019 109×V；

W叶=0.052 637×D-0.216 66×H0.014 372×V；

W根=0.155 53×D-0.098 97×H0.007 320 8×V。

阔叶树(藜蒴、速生相思、其它软阔、其它硬阔)：

W总=W干+W枝+W叶+W根；

W干=0.297 00×D0.212 72×H0.046 734×V；

W枝=0.545 41×D-0.274 01×H-0.165 65×V；

W叶=0.225 26×D-0.388 74×H-0.219 25×V；

W根=0.820 322×D-0.396 86×H-0.222 75×V。

毛竹：W总=W干+W枝+W叶+W根；

W干=0.000 096 7×D2.175×N；

W枝=0.000 831 98×D1.177 4×N0.648；

W叶=0.000 509 9×D1.177 4×N0.648；

W根=0.000 024 175×D2.175×N+0.000 335 475×D1.177 4×N0.648。

杂竹：W总=W干+W枝+W叶+W根；

W干=0.001×N×e3.274 82-9.672 4/D；

W枝=0.001×N/(0.685+12.898 3×e-D)；

W叶=0.001×N/(1.056+48.560 9×e-D)；

W根=0.001×N/(0.462+12.851 0×e-D)。

桃金娘：W总=0.844 764×G0.570 41×H0.917 88。

岗松：W总=0.207 84×G0.787 01×H0.550 53。

杂灌(适用于杜鹃、红树林)：W总=0.056 928×G1.254 37×H0.662 068。

竹灌：W总=0.053 834 4×G1.185 18×H0.336 21。

式中：W为单位面积生物量；H为平均树高；D为平均胸径；V为单位面积蓄积量；N为林分密度；e为自然对数的底；G为平均盖度。

2.2碳储量及碳密度的估算

目前，国内外关于森林碳储量的估算通常是用森林生物量乘以生物两种碳元素质量分数(含碳系数)推算而得。本文采用国际上常用的含碳系数为0.5，通过含碳系数实现森林生物量到森林碳储量的转换[6，9]。森林碳储量包括乔木林、经济林、竹林及灌木林的地上及根系部分碳储量，不包括林下灌木层、草本层等的碳储量。

2.3碳储量年变化率

碳储量的年变化率是碳储量动态变化的指标之一，它能很好的反映碳储量年际变化及后续发展趋势。广东省碳储量的年变化率计算公式为：

R=[1/(t2-t1)]ln(A2/A1)。

式中：R为年变化率；A1为起始时间t1的碳储量；A2为终止时间t2的碳储量。

3　结果与分析

3.1广东省林地面积变化分析

由表1可见，1979—2012年来，有林地、灌木林地面积呈总体增加趋势，且增幅明显，这与广东省的林业政策有关。1985年，广东省加强了对林业建设的重视，建立了许多造林绿化的试验点，大力开展造林绿化运动[14]。20世纪90年代以来，广东省营造了大量速生丰产林，并且随着生态公益林工程的推进，全省开展了大规模的封山育林和植树造林运动，许多本土树种也得到了大范围的种植与养护。所以，1988—1997年林业用地面积大幅度增加。1999年广东省开展林业第二次创业，提出了深化森林分类经营改革、强化森林资源管护的目标，为林业生产建设健康稳定的发展提供了基础。1997—2002年全省有林地的面积增加，但林业用地总体面积却在减少，这是由于广州省的城市化进程中，存在林地被占用的情况。2002—2012年间，有林地和林业用地总体都呈上升趋势。主要是由于广东省自2005年起开展了“四江”流域林分改造、绿色通道等项目，以及万村绿、创建林业生态县等活动，并在2011年开始实施以生态景观林带、森林碳汇、森林进城围城3大林业重点生态工程建设，使得广东全省森林面积扩大，森林覆盖率提高[15]。森林面积的增加主要来源有：宜林地、疏林地、残次林地通过人工造林、补植套种、更新改造、封山育林等形式转化为森林；未成林地造林地转化为森林；森林公园、城市绿化等森林进城围城建设增加了非林地中森林的面积[15]。由表2知，1979—2012年广东省乔木林树种的面积变化趋势为：针叶林面积总体减少，混交林面积增加，阔叶林面积大幅增加，特别是桉树面积自2002年以后增幅很大；到2012年，针叶林占全省森林面积的10.96%，阔叶林占全省森林面积的21.91%，混交林占全省森林面积的3.67%，所有乔木林占全省森林面积的36.54%。

表1　广东省林地面积变化　km2

表2　广东省乔木树种面积变化　km2

3.2广东省森林碳储量及碳密度动态变化

根据上文生物量与碳储量的估算方法，基于1979—2012年广东省森林资源连续清查数据和生物量扩展因子方程，估算出广东省近30年来的森林碳储量、碳密度及动态变化(见表3～4)。由表3可知，广东省森林碳储量呈总体上升趋势。从1979—2012年，碳储量总增量为13 971.35×104t，年平均增加436.60×104t，年变化率5.45%。其中，1988年和1997年年变化率最大，分别达到18.00%和10.62%，这与1988—1997年间林业用地面积大幅增加相吻合，也正是由于政府林业政策的调整带来了这样的变化。从林地类型来看，乔木林对碳储量的贡献最大，碳储量平均占森林总碳储量的88%，碳储量总增量达12 311.41×104t，年变化率5.2%。其中针叶林碳储量总增量为1 624.71×104t，年变化率1.91%；每个森林资源连续清查周期所占同期森林总碳储量的比例分别为66.74%、56.68%、48.75%、49.45%、28.99%、28.49%、24.52%、20.74%，平均比例为40.55%，碳储量比例呈逐渐下降趋势；针叶林每个森林资源连续清查周期碳储量相对比例(碳储量占总碳储量比例/面积占森林总面积比例)分别为1.00、1.03、0.96、0.96、0.63、0.64、0.73、0.77，总体呈下降趋势，2002年之后有所回升，8个森林资源连续清查周期平均相对比为0.84。阔叶林碳储量总增量为9 422.19×104t，年变化率9.33%；每个森林资源连续清查周期所占同期森林总碳储量的比例分别为16.41%、23.86%、31.92%、32.10%、41.09%、46.17%、56.21%、59.00%，平均比例为38.34%；阔叶林每个森林资源连续清查周期碳储量相对比分别为1.01、0.93、0.99、1.08、1.56、1.32、1.16、1.09，总体呈上升趋势，2002年之后有所下降，8个森林资源连续清查周期平均相对比为1.14。混交林碳储量总增量为1 264.51×104t，年变化率4.50%；每个森林资源连续清查周期所占同期森林总碳储量的比例分别为13.38%、17.93%、11.09%、13.06%、12.01%、9.84%、9.85%、9.77%，总体呈下降趋势，平均比例为12.11%；混交林每个森林资源连续清查周期碳储量相对比分别为0.99、1.02、0.90、1.01、1.05、0.97、0.93、1.08，总体贡献比较稳定，8个森林资源连续清查周期平均相对比为0.99。由碳储量比例及相对比可见，特别是在近几年，阔叶林对碳储量的贡献大于混交林大于针叶林，为广东省森林碳储量的主要贡献者。且阔叶林的碳储量增幅较大，年变化率高，这主要是由于在生态林的建设中，广东省着力对桉树等本土的阔叶树种进行培育和养护，阔叶树种面积增加，使得阔叶林碳储量增加，森林碳汇能力增长[4]。

表3　广东省各森林类型碳储量　104t

表4显示了广东省各森林类型碳密度的变化，1979—2012年，广东省森林碳密度由7.57 t/hm2增加到23.01 t/hm2，年平均增长率6.36%。其中阔叶林碳密度由7.62 t/hm2增至25.08 t/hm2，针叶林碳密度由7.58 t/hm2增至17.62 t/hm2。阔叶林碳密度自2002年来略有下降，这与新造林有关。到2012年，所有森林类型中碳密度最大的为阔叶混交林，碳密度达35.09 t/hm2，且增幅较大。广东省森林碳密度(23.01 t/hm2)低于全国森林碳密度(41.0 t/hm2)的平均值[16]。

表4　广东省各森林类型碳密度　t·hm-2

3.3广东省森林碳储量龄组结构变化

森林碳储量与森林的年龄结构密切相关，年龄结构的变化将直接影响森林的可持续利用[1，5]。表5～7显示了1979—2012年，广东省不同龄级森林面积、碳储量及碳密度的变化。从面积上看，广东省的幼龄林、近熟林、成熟林和过熟林面积都处于整体增长的态势，幼龄林和近熟林的增幅最大，中龄林面积处于整体下降趋势。同期数据来看，幼龄林及中龄林的面积整体大于近熟林、成熟林和过熟林的面。到2012年，幼龄林及中龄林面积仍占乔木林面积的73.53%。

从乔木龄组碳储量比例来看，幼龄林呈总体下降趋势，近熟林、成熟林和过熟林呈总体上升的趋势，是由于幼龄林与中龄林不断生长，近熟林、成熟林、过熟林的面积增加，因此，碳储量比例也随之增大。但对于碳储量的贡献，幼龄林和中龄林仍处于主导地位，从1979—2012年来看，幼龄林和中龄林的碳储量占乔木林总碳储量的80%以上。近几年，由于幼龄林中龄林面积减小等原因，两者的碳储量比例都有所下降，但到2012年，幼龄林和中龄林仍占总碳储量的63.23%，说明广东省森林碳储量主要分布在幼龄林和中龄林中，这也与叶金盛等[4]的结论相符。

表5　乔木龄组森林面积比例变化　%

表6　乔木龄组森林碳储量比例变化　%

从乔木龄组森林碳密度来看，幼龄林的碳密度为6.66～16.02 t/hm2，中龄林的碳密度为6.26～25.33 t/hm2，近熟林的碳密度为6.18～27.59 t/hm2，成熟林的碳密度为4.56～29.43 t/hm2，过熟林的碳密度为9.78～54.68 t/hm2，过熟林的碳密度远大于其他几个龄组。总体来说，随着森林不断发育成熟，碳汇能力增强，碳密度也在逐渐增加。从同一龄组不同时期来看，各林组的碳密度总体处于增加趋势，说明林分质量在提高，有利于森林的可持续利用。

表7　乔木龄组森林碳密度比例变化　%

4　结论与讨论

森林碳储量的研究越来越成为森林可持续经营管理的重点方向，本文通过对广东省8期森林资源连续清查数据的计算分析得到以下结论：

1979—2012年来，林业用地面积总体增加，有林地、乔木林地面积不断增加；森林碳储量由2 766.47×104t增到16 737.78×104t，净增长13 971.31×104t，年平增长436.60×104t，年变化率5.45%，碳汇作用明显。

乔木林是广东省森林碳储量的主要贡献者，平均比例约占88%。其中阔叶林是碳储量增量的主体，虽然自1979—2012年，阔叶林碳储量平均占广东省森林总碳储量的38.34%，小于针叶林的40.55%，但阔叶林碳储量以9.33%平均年变化率快速增长，到2012年，已占全省森林总碳储量的59.00%，针叶林仅占20.74%，且平均相对比为1.14。混交林30 a碳储量平均占全省森林总碳储量的12.11%，年变化率4.5%，平均相对比0.99。因此，阔叶林碳储量的变化是影响全省森林碳汇的主要因素，也说明生态公益林建设对于碳汇功能的影响。

广东省森林碳密度由1979年的7.57 t/hm2上升到2012年的23.01 t/hm2，平均每年增加0.48 t/hm2。全省森林碳密度一直处于增加的趋势，说明森林质量提高，年龄结构优化，森林经营管理发展较好。但相比于全国[16]和福建[1]、江西[17]等相邻省份，碳密度仍然偏低，说明广东省森林资源还有很大的发展潜力。

幼龄林和中龄林在广东省乔木类森林碳储量中仍占主导地位，但随着近年来森林经营的发展，幼龄林和中龄林面积及碳储量比例都在下降，近熟林、成熟林和过熟林的比例上升。说明近年来广东省造林情况良好，但在森林质量的提高上还有较大的空间，还可以通过合理的经营管理措施和结构优化措施进一步改善森林碳储量的供给结构。

关于广东省碳储量和碳密度的研究与叶金盛等[4]相比，在整体趋势上大致相同，但在结果上，特别是在针叶林的碳储量有一定的出入。这主要是由于在生物量的估算上，本文采用的是根据广东当地树种实际情况发展的生物量扩展因子方程，更适用于对广东省森林碳储量的精确估算，结果更具参考性。在森林碳储量的估算上，本文未包括林下草本层及凋落物层的计算，因此，在未来的研究中，可以对林下草本层及凋落物层进行计算，并能考虑生态系统中的碳与大气水热等通量交换等因子，进一步提高碳储量的估算精度。

[1]郑德祥,廖晓丽,李成伟，等.福建省森林碳储量估算与动态变化分析[J].江西农业大学学报,2013,35(1)：112-116.

[2]CAO M, WOODWARD F I. Net primary and ecosystem production and carbon stocks of terrestrial ecosystems and their response to climate change[J]. Global Change Biology,1998,4(2):185-198.

[3]KRAMER P J. Carbon dioxide concentration, photosynthesis, and dry matter production[J]. BioScience,1981,31(1):29-33.

[4]陈遐林.华北主要森林类型的碳汇功能研究[D].北京:北京林业大学,2003.

[5]方精云,陈安平,赵淑清,等.中国森林生物量的估算:对Fang等Science-(Science,2001,291：2320-2322)的若干说明[J].植物生态学报,2002,26(2):243-249.

[6]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.

[7]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.

[8]樊登星,余新晓,岳永杰,等.北京市森林碳储量及其动态变化[J].北京林业大学学报,2008,30(S2):117-120.

[9]王磊,丁晶晶,季永华,等.江苏省森林碳储量动态变化及其经济价值评价[J].南京林业大学学报,2010,34(2):1-5.

[10]昭日格,岳永杰,姚云峰,等.内蒙古自治区森林碳储量及其动态变化[J].干旱区资源与环境,2011,25(9):80-84.

[11]王大睿.厦门城市森林碳储量和碳密度时空变化特征[J].福建林学院学报,2013,33(1):12-17.

[12]谭一凡,彭友贵,史正军.深圳市森林碳储量及其动态变化[J].西南林业大学学报,2013,33(4):17-24.

[13]续珊珊.森林碳储量估算方法综述[J].林业调查规划,2014,39(6):28-33.

[14]沈文娟.南方人工林森林干扰和恢复遥感监测研究[D].南京:南京林业大学,2014.

[15]黄平.广东省森林资源动态变化分析与评价[J].林业经济问题,2013,33(2):178-182.

[16]方精云,郭兆迪,朴世龙.1981—2000年中国陆地植被碳汇的估算[J].中国科学,2007,37(6):804-812.

[17]王兵,魏文俊.江西省森林碳储量与碳密度研究[J].江西科学,2007,25(6):681-687.

Forest Carbon Storage and Dynamic Change in Guangdong Province//

Wang Jingrui, Wu Hongji, Sun Xin, Li Mingshi

(Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing Forestry University, Nanjing, 210037, P. R. China); Wei Anshi(Guangdong Forestry Survey and Planning Institute)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(1)：18-22，36.

Forest resource; Carbon storage; Carbon density; Guangdong Province

王璟睿，女，1992年5月生，南京林业大学林学院、南方林业协同创新中心，硕士研究生。E-mail：wangjingrui59@sina.com。

李明诗，南京林业大学林学院、南方林业协同创新中心，教授。E-mail：nfulms@aliyun.com。

2015年8月12日。

S718.5

1)林业公益性行业科研专项(201304208)；国家林业局“948”项目(2014-04-25)；国家自然科学基金项目(31270587)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)。

责任编辑：王广建。