五指山市森林植被碳储量空间分布特征

孟 伟，杜 燕

(1.贵州林业勘察设计有限公司，贵州 贵阳 550000；2.贵州省清镇市生态文明建设局，贵州 清镇 551400)

五指山市森林植被碳储量空间分布特征

孟 伟1，杜 燕2

(1.贵州林业勘察设计有限公司，贵州 贵阳 550000；2.贵州省清镇市生态文明建设局，贵州 清镇 551400)

依据五指山市2010年森林资源二类调查数据，运用生物量换算因子连续函数法估算五指山市森林植被碳储量，借助地理信息系统技术分析其空间分布特征。结果表明：五指山市森林植被总碳储量6060938.32 t，平均碳密度52.22 t·hm-2；各乡镇、林场、农场和自然保护区的森林碳储量与面积大小不成正比；乔木林碳密度分布规律为：水土保持林>国防林>水源涵养林>自然保护林>一般用材林>林化工业原料林>短轮伐期用材林>药用林>果树林>食用原料林；樟树林>杂木林>阔叶混交林>松类>杉木林>热带林>桉树林；天然林>人工林；过熟林>近熟林>成熟林>中龄林>幼龄林；高郁闭度>中郁闭度>低郁闭度；自然度Ⅱ级>Ⅰ级>Ⅲ级>Ⅳ级>Ⅴ级。

森林植被；碳储量；分布特征；五指山市

工业革命以来，人类活动愈加频繁，第二产业迅速发展，使得空气中CO2含量急剧增加，打破了全球碳循环平衡，进而引起的全球变暖问题已备受关注[1-2]，如何减缓或适应全球气候变化成为21世纪世界各国和科学家们最为关注的全球性生态与环境科学问题。森林是陆地生态系统的主体，每年固定的碳约占整个陆地生态系统的一半以上，在全球气候变化中扮演着源、库、汇的作用，在应对气候变化中具有减缓和适应双重功能，因此森林固碳能力是评价全球大气碳收支的重要参数[3-7]。

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；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，海南势必将进一步加大城市化、工业化的步伐，大量外来游客的进入已然给当地的生态环境带来了明显的负面影响。在新形势下合理地开发和利用自然资源，减少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，也是建设生态省的关键内容。

森林植被碳储量包括林木碳储量和林下植被碳储量，森林资源包括乔木林、灌木林、经济林、竹林、疏林、散生木和四旁树等资源。2010年五指山市森林资源二类调查数据中，林下植被数据甚少，故本文森林植被碳储量以林木碳储量为主。

1 材料与方法

1.1 数据来源

以五指山市2010年森林资源二类调查数据为基础，数据格式为 shapefile 文件，包括属性数据和空间数据；以小班为单元，属性包括地类、林种、优势树种、龄组、起源、林龄、郁闭度、可及度、自然度、蓄积量等详细信息，以及2008—2010年五指山市统计年鉴资料。

1.2 研究方法

1.2.1 生物量 依据海南省五指山市森林资源二类调查数据情况，将研究区内的森林植被分为：乔木林、疏林、散生木、四旁树、竹林、灌木林和经济林7种类型，其中灌木林不包括乔木林下的灌木。乔木林、散生木、四旁树生物量的计算采用方精云等[8-9]提出的生物量换算因子连续函数法；竹林、灌木林和经济林采用非转换方程法；林下层生物量采用李意德等[10]对尖峰岭原始林、天然更新林生物量的实测资料所推算出乔木层与林下层生物量的比例关系式。

1)乔木林生物量：采用目前国内最常用的林分生物量估算方法即生物量换算因子连续函数法。①将五指山市林分类型分为：杉木、柏木、桉树、樟树、阔叶混交林、杂木/硬阔林、松类、柳杉类、热带林，竹林、经济林和灌木林；②利用ArcGIS平台，统计各林分类型的蓄积与面积；③代入生物量—蓄积量转换模型计算单位面积蓄积量，各林分生物量等于相对应的单位面积蓄积量与林分面积的乘积。计算公式为：B=aV+b；B林=B×A。式中：B为单位面积生物量(t·hm-2)；V为相对应的单位面积蓄积量(m3·hm-2)；B林为某一林分总生物量(t)；A为相对应的林分面积(hm2)；a和b为转换因子参数。

2)疏林、散生木和四旁树生物量：该区森林资源调查统计数据显示，区内无疏林地；散生蓄积直接加入到小班蓄积进行计算；四旁树多以阔叶树种为主，因此四旁树生物量以阔叶混交林进行计算。

3)竹林生物量：竹林在森林资源调查时以株数为计量单位进行统计，因此采用全国竹林的平均胸径来计算单株的生物量，即取22.5 kg·株-1进行计算。

4)经济林生物量：该区经济林主要为果树林和油料林2大类。经济林生物量取23.7 t·hm-2作为单位面积生物量进行计算。

5)灌木林生物量：由于灌木林在森林资源调查中不以蓄积量作为计量单位的，因此采用单位面积生物量即19.76 t·hm-2进行计算。

1.2.2 碳储量与碳密度 某树种的碳储量等于该树种的生物量与其含碳系数的乘积，含碳系数为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[11]。碳密度为单位面积上碳储量的含量。

2 结果与分析

2.1 基于小班尺度的森林植被碳储量及碳密度分布特征

依据海南省五指山市森林资源二类调查数据，该区共有13778个小班，总面积116054.78 hm2，总碳储量6060938.32 t，全区平均碳密度52.22 t·hm-2，与8 a前海南省森林平均碳密度(32.59 t·hm-2)[12]相比，五指山市森林碳密度有所增大，详见表1、图1。

由表1可以看出，全市碳储量分布不均匀，分散程度较大，小班碳密度与小班碳储量呈正相关关系，即随着小班碳储量的增大，碳密度不断增大，小班个数逐渐减少，面积逐渐增大，说明该区碳储量主要集中于大面积的森林中。其林分质量较好，森林结构完整，林相整齐有利于碳储量的积累。

表1 全市森林植被碳储量及碳密度分段分布

2.2 不同区域森林植被碳储量及碳密度分布特征

五指山市有冲山镇、南圣镇、畅好农场等11个乡镇、场、自然保护区组成，其分布特征见表2。

冲山镇、畅好乡、毛阳镇和南圣镇的森林碳储量约占该市森林碳储量的50%，番阳镇碳储量最低。碳密度从大到小依次为五指山国家自然保护区>通什林场>畅好乡>毛瑞林场>畅好农场>番阳镇(鹦哥岭)>毛阳镇(鹦哥岭)>冲山镇>水满乡>南圣镇>毛道乡>番阳镇>毛阳镇。这是由于五指山国家自然保护区的森林具有典型的热带雨林特征，是我国热带地区面积最大的热带原始森林之一，具有森林组成种类复杂、群落结构发育良好、层间植物丰富的特征；通什林场和毛瑞林场属于事业编制的行政单位，拥有一批比较专业的林业技术人员和森林管护人员，林分质量较高；毛阳镇、番阳镇位于五指山市西北部，以种植粮食作物、芒果、荔枝、龙眼等热带经济水果为主，使得该区原始热带森林面积减少，人为破坏较为严重，林分质量不高，所以呈现碳密度不高的现象。

2.3 不同林种森林植被碳储量及碳密度分布特征

目前五指山市林种包含水源涵养林、水土保持林、国防林、自然保护林、短轮伐期用材林、一般用材林、果树林、食用原料林、林化工业原料林和药用林等10大亚林种，各林种的碳储量及碳密度分布情况见表3。

表2 不同区域森林碳储量及碳密度分布

五指山市森林碳储量大多数集中在生态公益林，占总碳储量的82.42%，药用林、食用原料林和果树林碳储量最小，仅占0.02%左右。碳储量从大到小依次为水源涵养林>水土保持林>自然保护林>林化工业原料林>一般用材林>短轮伐期用材林>国防林>果树林>药用林>食用原料林；生态公益林的碳密度远远大于商品林，其中水土保持林的碳密度最大，为78.02 t·hm-2，其次是国防林，为76.43 t·hm-2，水源涵养林71.26 t·hm-2、自然保护林68.32 t·hm-2，一般用材林和林化工业原料林的碳密度处于中等，果树林和食用原料林的碳密度最小，不到0.3 t·hm-2。

表3 不同林种森林植被碳储量及碳密度分布

五指山市处于海南省第二大河——昌化江的中上游，水源涵养林面积较大，碳密度较高；辖区内有五指山国家自然保护区和鹦哥岭省级自然保护区，区内森林大多数为自然保护林，且两处自然保护区是我国原始热带雨林保存最完好、面积最大的自然保护区，又是海南5条河流的发源地，被誉为“海南的肺”，区内森林成片，生长茂密，种类繁多，群落层次多而复杂，故碳储量和碳密度都较高。一般用材林和林化工业原料林也表现出较高的碳密度，这是由于此类森林多数集中在毛瑞林场、畅好农场以及通什林场内，林木多数以生产商品林为经营目的，有着较好的种植模式和管理经验，因此碳密度较高。五指山市内的药用林和果树林多以芒果、荔枝龙眼为主，这些树种的种植密度不大，树形不高，含碳量较低，碳密度不大；且在估算其碳储量时是按照每公顷的生物量进行计算的，对其结果有一定的影响。

2.4 不同森林类型碳储量及碳密度分布特征

五指山市植被类型包含乔木林、灌木林、经济林和竹林。由于海南的多数经济树种如板栗、芒果、荔枝、龙眼、椰子、槟榔、腰果、杨桃、菠萝蜜、棕榈和橡胶都为乔木经济林，在统计分析时将其纳入热带林。其碳储量和碳密度分布情况见表4。

乔木林植被碳储量是五指山市森林植被的主要碳库，其中阔叶混交林占森林植被总面积的63.55%，碳储量占森林植被总碳储量的78.15%；其次是热带林，碳储量占总碳储量的13.82%，且小部分碳分散在杂木林、松类、桉树林、杉木林、柳树、楝树、樟树以及柏木林中。五指山市森林以热带雨林为主，其林分类型多为阔叶混交林，林分质量较好，是该区的主要碳库，碳密度较高。五指山市又广泛种植荔枝、龙眼、芒果、菠萝蜜、橡胶等热带乔木经济林，本文在进行数据统计分析时，将其纳入热带林木范围内，因此该区显示有一定量的热带林碳储量，由于经济林木以收获热带水果为目的，林分密度较低，人为干扰程度大，故其碳密度较低。

表4 不同森林类型森林碳储量及碳密度分布

2.5 不同起源植被森林碳储量及碳密度分布

五指山市森林起源方式包含天然林和人工林2种，不含飞播林。自然保护区以及河流两岸的森林植被以天然林为主，商品林以及热带水果乔木经济林以人工林为主，其碳储量与碳密度具体见表5。

表5 不同起源森林植被碳储量及碳密度分布

五指山市天然林、人工林碳储量分别占总碳储量的67.07%、32.93%(经济林、灌木林和竹林的碳储量之和不足0.01%)，碳密度分别为74.38、41.06 t·hm-2，天然林的碳密度远高于人工林。天然林的林分类型全部为阔叶混交林。人工林的林分类型以热带林为主；柏木和樟树的碳密度相对最大，其次是杂木林，阔叶混交林、柳楝类、松类、杉木和热带林之间的碳密度相差不大，接近于人工林平均碳密度，桉树林碳密度最小。由于研究区内的2处自然保护区和流域两岸的森林多数为热带雨林，以天然林为主，故其林分类型为阔叶混交林，且碳密度较高。该区人工林以芒果、荔枝、橡胶、龙眼等热带水果乔木经济林为主，面积较大，储碳较多；柏木和樟树为用材树种，经营管理较好，林分生长势强，林分质量高，具有较高的碳密度；五指山当地的桉树一般生长周期较长，且树形细长，平均胸径较小，林分质量较差，故其碳密度不高。

2.6 不同龄组森林植被碳储量及碳密度分布

林龄结构是否合理，直接影响着森林资源结构、森林生态功能以及森林碳储量的潜力，五指山市各龄组碳储量以及碳密度情况见表6。

表6 不同龄组乔木林碳储量及碳密度分布

由表6可知，五指山市乔木林碳储量按龄组划分由大到小依次是中龄林、成熟林、近熟林、幼龄林和过熟林。碳密度表现为明显的差异，即随着林龄的增加而增大的趋势，与国内外许多学者研究结果一致，过熟林碳密度最大，约是幼龄林的11倍，说明在林龄未达到成熟前，其碳密度有增大的趋势，随着森林的生长，固碳能力将不断提高。该区乔木林碳储量主要集中于中龄林、近熟林和成熟林中，碳密度随着林龄的增大而增大，且该区幼龄林和中龄林的面积占总面积的一半以上，因此，在经营管理过程中，加强中、幼龄林的抚育，可以在很大程度上提高五指山市的森林碳汇功能。

2.7 不同郁闭度森林植被碳储量及碳密度分布

郁闭度是森林资源调查中的一个重要因子，是反映林分结构和林分密度的主要指标，是确定抚育间伐强度的重要依据。各郁闭度等级乔木林碳储量及碳密度情况见表7。

表7 不同郁闭度乔木林碳储量及碳密度分布

由表7可以看出，五指山市以中、密郁闭度的林分为主要碳库，说明碳储量与面积、郁闭度呈正相关关系，即随着面积和郁闭度的增大，碳储量逐渐增大。就不同郁闭度的林分类型而言，均以阔叶混交林的碳储量为最大。因此，对该区阔叶混交林的保护，尤其是对低郁闭度的阔叶混交林进行抚育管理，将会进一步增加该区的碳汇服务功能和储碳能力。

2.8 不同自然度森林植被碳储量及碳密度分布

自然度是指现实森林类型与地带性原始顶级森林类型的差异程度，或次生森林类型位于演替中的阶段，主要以人为干扰程度的大小进行划分：原始或基本无人为干扰的为Ⅰ级；有明显人为干扰，采伐强度不超过10%的为Ⅱ级；人为干扰很大，采伐强度10%～30%的为Ⅲ级；人为干扰很大，采伐强度30%～70%，主林层几乎不存在的为Ⅳ级；人为干扰强度极大且持续，经常性采伐的为Ⅴ级。五指山市不同自然度等级乔木林碳储量及碳密度分布情况见表8。

表8 不同自然度乔木林碳储量及碳密度分布

由表8可知，64.65%的碳储存于Ⅱ级自然度森林中，Ⅴ级最小，仅占乔木林总碳储量的0.21%。各等级的碳密度之间存在明显差异，Ⅱ级最大，其次是Ⅰ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级，其中碳密度最大的Ⅱ级是最小Ⅴ级的6.7倍，悬殊较大，说明人为干扰程度或者采伐强度对碳密度影响较大，人为干扰程度或者采伐强度越大，碳密度就越小；然而Ⅰ级的碳密度小于Ⅱ级的碳密度，说明适当的人为干扰(卫生伐等抚育措施)有利于碳密度的增加。

3 结论与讨论

1)2010年五指山市森林植被总面积116054.78 hm2，总碳储量6060938.32 t，全区平均碳密度52.22 t·hm-2。区域森林碳储量分布与面积大小不成正比，全市约50%的森林碳储量分布在冲山镇、畅好乡、毛阳镇和南圣镇，自然保护区、林场的碳密度明显高于其它乡镇；82.42%的森林碳储量集中在生态公益林，其中水土保持林的碳密度最大，果树林和食用原料林的碳密度最小；乔木林碳储量为该区森林植被的主要碳库，灌木林、经济林和竹林的碳储量甚小；天然林的碳储量约是人工林的2倍，碳密度优于人工林；中龄林、成熟林和近熟林的碳储量较大，占总碳储量的92.57%，碳密度随着林龄增加而增大，说明在林龄未达到成熟前，其碳密度有增大的趋势，随着森林的生长，固碳能力将不断提高；碳密度随郁闭度的增大而增大，且不同郁闭度之间差异较大；各自然度等级中，Ⅱ级碳密度最大，其次是Ⅰ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级，可见，适当的人为干扰有助于碳的储存。

2)2010年五指山全市森林平均碳密度52.22 t·hm-2，与8 a前海南省森林平均碳密度(32.59 t·hm-2)相比有所增大，说明封山育林、生态公益林保护等工程的实施有利于森林碳储量的增加，建议当地政府部门加大对中幼林的抚育力度，加强生态公益林保护强度和执法力度，合理经营森林资源，以提高城市森林碳汇潜力。

3)生物量换算因子连续函数法是目前运用最普遍的碳储量估算方法，对常见乔木树种较为适用，海南省多为热带林木和乔木经济林，目前缺乏乔木经济林如荔枝、龙眼、橡胶等的生物量模型，本文在进行统计分析时，将乔木经济林纳入了热带林木范畴，可能对统计结果会有一定的影响。

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Spatial Distribution of Forest Vegetation Carbon Storage in Wuzhishan City，China

MENG Wei，DU Yan

(1.GuizhouForestrySurveyandDesignCo.，Ltd.，Guiyang550000，Guizhou，China；2.EcologcalcivilizationconstructionbureauofQingzhenCityinGuizhouprovince，Qingzhen551400，Guizhou，China)

In this paper，based on Wuzhishan 2010 Forest Resource Inventory data，using the amount of conversion factor function estimates Wuzhishan forest carbon storage，using GIS analyze the spatial distribution.The results show that the number of total carbon storage is 6060938.32 t，the average carbon density is 52.22 t·hm-2.The storage，township，farms and nature reserves，is not proportional with the area.Arbor carbon density distribution is that Water Conservation Forest>Defense Lin>Water Conservation Forest>Conservation forest>General Wood>Forest chemical raw material forest>Short Rotation Timber>Medicinal Forest>Fruit trees>Consumption of raw material forest，Camphor forest>mixed forest>broadleaf forest>coniferous>Chinese fir>tropical forest>Eucalyptus，Natural>Plantation，mature forest>nearly mature forest>mature forest>middle-aged forest>young forest，Dense canopy closure>in canopy density>sparse canopy closure，naturalness Ⅱ>naturalness Ⅰ>naturalness Ⅲ>naturalness Ⅳ>naturalness Ⅴ.

forest vegetation；carbon stocks；distribution character；Wuzhishan City

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.02.003

2015-06-24；

2015-08-01

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(1987—)，男，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与森林可持续经营方面的研究。E-mail：641816613@qq.com。

S718.5

A

1002-7351(2016)02-0014-07