基于森林资源清查资料的河南省森林碳储量及其经济价值研究

摘要：利用2008年全国第七次森林资源清查主要数据，建立不同森林类型生物量与蓄积量之间的回归方程，对河南省森林植被的碳储量、碳密度及其碳汇经济价值进行了估算。结果表明，①2008年全省森林总碳储量约为8 090.72万t，主要分布在乔木林中，占86.22%；森林平均碳密度约为20.00 t/hm2，远小于全国平均值；②阔叶林是全省乔木林碳储量的主要贡献者，碳储量约为5 584.44万t；杨树和栎类作为主要的两个优势树种，二者碳储量占阔叶林的86.22%；③全省乔木林碳储量主要集中于幼龄林和中龄林中，占全省乔木林碳储量的81.74%；从起源来看，人工林碳储量占55.26%，且固碳潜力巨大，将是河南省森林碳储量的主体；④河南省全部森林碳汇经济价值约为220.63亿元，其中，乔木林为190.24亿元，主要源于杨树和栎类的贡献。

关键词： 碳储量；生物量转换因子；碳密度；经济价值；森林清查资料；河南省

中图分类号：S718.52 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）06-1612-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.061

森林作为陆地生态系统的主体，其碳储量占全球陆地植被总碳储量的85%～90%，且与其他陆地生态系统相比，森林生态系统具有较高生产力，每年固定碳量约占整个陆地生态系统的2/3，因此森林在调节全球碳平衡、缓解大气中CO2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]。

森林碳储量作为研究森林与大气间碳交换的基本参数[4]，只有准确估算了森林植被的生物量和碳储量，才能进一步探究森林在区域和全球碳循环中所起的作用。河南省曾是一个森林资源较少的省份，但自“十一五”以来，在一大批国家林业重点工程和省级林业重点生态工程的推动下，河南省林业建设进入了一个快速发展期，森林面积大幅度增加，并在改善全省区域生态环境、维持区域碳平衡等方面发挥了重要作用。在以往研究中，学者们针对我国不同省份的森林碳储量分别进行了研究[4-7]，并有学者针对河南省森林碳储量问题进行了相关研究[8，9]，但其研究结果主要反映的是河南省乔木林的碳储量及其动态变化，并未考虑其他森林植被类型，造成估算结果偏低，不能准确反映河南省全部森林植被的真实固碳能力。为此，本研究利用全国第七次森林资源清查数据，对河南省森林碳储量及其碳汇价值进行了估算，以期为今后评价全省森林植被CDM碳汇功能、计算绿色GDP以及建立森林碳生态效益补偿机制提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

河南省位于黄河中下游，北纬31°23′-36°22′、东经110°21′-116°39′，总面积16.7万km2，其中山地、丘陵、平原面积分别占全省总面积的26.3%、18.0%、55.7%。河南省具有北亚热带向暖温带过渡的大陆性季风气候特点，年均气温为12.8～15.5 ℃，年均降雨量为784.8 mm。区域内森林植被地带性规律明显，淮河流域以北是落叶阔叶林，淮河流域以南为常绿阔叶与落叶阔叶混交林[10]。

1.2 数据来源

本研究所用数据来源于全国第七次（2008年）森林资源清查资料，资料中包括河南省各类林分资源的不同龄组、面积和蓄积量，以及经济林、灌木林、疏林和竹林的面积等数据。

1.3 研究方法

1.3.1 森林生物量的估算 森林碳储量的估算是以森林生物量为基础的。本研究运用生物量换算因子连续函数法推算林分生物量或碳储量，再根据文献报道推算经济林、疏林和灌木林、竹林生物量的相关资料估算其碳储量。

1）林分生物量的估算。目前估算区域尺度的林分生物量方法有3种，平均生物量法、生物量扩展因子法和生物量换算因子连续函数法。其中，生物量换算因子连续函数法是一种适用于我国且能很好地利用我国森林资源清查资料，更准确估算生物量的方法。本研究采用方精云等[11，12]建立的各个林分类型生物量与蓄积量之间的回归方程来估算河南省各林分的生物量，计算公式如下：

B=aV+b （1）

式中，B为每公顷生物量，V为每公顷蓄积量，a和b为计算参数。不同树种的计算参数见表1[9，12，13]。

2）经济林生物量的估算。有关经济林生物量计算方法的研究较少，通常采用平均生物量密度23.7 t/hm2来计算经济林生物量[13]。由于森林资源清查数据仅提供了经济林的面积数据，因此本研究沿用此方法。

3）疏林、灌木林生物量的估算。由于全国森林资源清查数据中只提供了疏林、灌木林的面积。因此，疏林、灌木林的生物量利用我国秦岭淮河以北的疏林、灌木林平均生物量值13.14 t/hm2[13]来进行估算。

4）竹林生物量的估算。森林资源清查数据提供了毛竹和杂竹的面积数据，对于竹林生物量的估算采用郭兆迪等[3]的研究结果，即毛竹和杂竹的平均生物量密度分别为81.9和53.1 t/hm2。

1.3.2 碳储量及碳密度的计算 森林碳储量由生物量乘以碳转换系数得到。由于不同植被类型，其树种组成、年龄和种群结构不同，碳转化系数也存在不同[14]，国际上常用的转化系数为0.45～0.50。根据李海奎等[15]的研究结果，不同树种的碳转换系数为柏木0.503 4、黑松0.514 6、油松0.520 7、馬尾松0.459 6、杉木0.520 1、栎类0.500 4、硬阔类0.483 4、杨树0.495 6、泡桐0.469 5、阔叶混交林0.490 0、针叶混交林0.510 1、针阔混交林0.497 8，其他种类采用0.500 0。计算的森林植被碳储量未包括林下草本层，凋落物层及林木根系等碳储量。碳密度是指单位面积碳储量。

1.3.3 碳汇经济价值估算 森林碳汇经济价值的评价参数主要是指碳汇价格，其单位是元/t。森林碳汇价格的估算方法主要有人工固定CO2成本法、造林成本法、碳税法等，采用不同方法估算出的价值相差较大，目前尚缺乏公认的评估森林生态系统固定CO2经济价值的方法。本研究采用造林成本法，即按272.7元/t（碳）来估算河南省森林植被的碳汇经济价值[8]。

2 结果与分析

2.1 河南省森林植被总碳储量

河南省森林植被的总碳储量为8 090.72万t（表2），其中，乔木林（包括针叶林、阔叶林和混交林）碳储量6 976.12万t，占86.22%；经济林605.89万t，占7.49%；疏林、灌木林446.04万t，占5.51%；竹林62.67万t，占0.78%。可见，乔木林在全省森林吸收CO2、释放氧气、维护区域碳氧平衡中起着最重要的作用。从碳密度来看，河南省森林植被的平均碳密度为20.00 t/hm2，远小于全国森林的平均碳密度33.63 t/hm2[16]，而与山西省森林平均碳密度23.76 t/hm2相差不大[6]。其中，竹林的平均碳密度较大，为29.84 t/hm2；乔木林和经济林次之，分别为24.62 t/hm2和11.85 t/hm2；灌木林最小，为6.57 t/hm2。

2.2 河南省林分碳储量分析

河南省林分总面积为283.36万hm2，占全省森林总面积的70.06%，林分蓄积量12 936.12万m3，总生物量为14 078.68万t，碳储量为6 976.12万t（表3），占全国同期林分碳储量的1.08%[3]。林分平均碳密度为24.62 t/hm2，比2003年全省林分平均碳密度23.64 t/hm2略微有所增加，但仍远小于全国和世界林分碳密度的平均值（全国为42.82 t/hm2[16]，世界为86.00 t/hm2[1]）。特别说明，林分不同于森林，主要是指乔木林。

2.2.1 河南省不同林分类型的碳储量及碳密度 林分类型不同，其碳储量和碳密度存在着很大差异[1]。河南省针叶林总碳储量为534.65万t，占林分总碳储量的7.66%，其主要集中在柏木、油松和马尾松3个优势树种，分别为177.78万t、130.18万t和126.94万t，三者占全部针叶林碳储量的81.34%；阔叶林为5 584.44万t，占总量的80.05%，其主要集中在栎类和杨树两个优势树种，分别为2 251.16万t和2 563.89万t，二者占全部阔叶林碳储量的86.22%；混交林为857.03万t，占总量的12.29%，其主要来自于阔叶混交林。说明河南省碳储量主要集中在阔叶林，同其面积最大一致。

在3种林分类型中，混交林的平均碳密度最大，为26.35 t/hm2，其次为阔叶林，为25.59 t/hm2，最小的为针叶林，为16.41 t/hm2。各优势树种碳密度差异较大，介于8.46～29.73 t/hm2之间；最大是柏木，最小为马尾松，都属于针叶林。高于全省平均碳密度的有黑松、火炬松、柏木、栎类、杨树、阔叶混交林和针阔混交林。

2.2.2 河南省不同龄组林分的碳储量及碳密度 森林的碳储量与森林的年龄组成密切相关。表4列出了河南省不同龄组林分的碳储量及碳密度。从表4可以看出，全省不同龄组的林分碳储量由大到小依次为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林，碳储量主要集中于幼龄林和中龄林中，其总面积占全省林分面积的89.74%，碳储量占全省林分碳储量的81.74%。近熟林、成熟林及过熟林在全省内的分布面积很小，占10.26%，其碳储量却占18.26%。与其所占的面积相比，近熟林、成熟林及过熟林的碳储量要高于幼、中齡林，这是由于幼、中龄林的碳密度远低于成熟林的碳密度。同时，还可以看出，林龄组与碳密度几乎呈正相关（成熟林碳密度略微有所降低），表现为林龄越大，对应龄组的碳密度越高，这与其他学者的研究结果几乎一致[1，7，17]。所以，导致河南省森林碳储量偏低的一个重要原因是幼、中龄林所占面积过大。

2.2.3 河南省不同起源林分的碳储量及碳密度 起源不同，林分的碳储量也不同。河南省天然林碳储量为3 121.00万t，占全省总碳储量的44.74%；人工林碳储量为3 855.12万t，占55.26%。从发展趋势上来看，人工林将是河南省森林碳储量的主体（表4）。

从林龄组来看，天然林各龄组的平均碳密度均大于人工林，且天然林的碳密度与林龄组结果呈正相关，而人工林则是近熟林的碳密度最高（表4），这与马琪等[7]在陕西省的研究结果一致。天然林和人工林都主要集中在面积比重较大的幼、中龄林中，碳储量分别占83.68%和80.18%。

从林分类型来看，在可进行比较的类型中除松树林和软阔林外，天然林各优势树种碳密度均大于人工林（图1）。天然林中，硬阔林（包括栎类和其他硬阔类）的碳储量最大，为2 412.90万t，占天然林总碳储量的77.31%；人工林中，软阔林（包括杨树、泡桐和其他软阔类）碳储量最大，为2 726.39万t，占人工林总碳储量的70.72%（表5）。在所有林分类型中，碳储量以杨树林最大，为2 563.89万t（表1），占全省林分总碳储量的36.75%，杨树林全部属于人工林，且大部分处于幼、中龄期，其固碳潜力巨大。因此，杨树将在河南省人工林固碳过程中起主导作用。

2.3 河南省森林碳汇经济价值估算

根据森林资源清查资料计算统计结果，按照造林成本法计算得出河南省全部森林碳汇经济价值为220.63亿元，其中，乔木林为190.24亿元，经济林为16.52亿元，疏林、灌木林为12.16亿元，竹林为1.71亿元。乔木林中，碳汇经济价值主要集中在杨树和栎类中，分别为69.92亿元和61.39亿元。

3 讨论与结论

作为全球陆地生态系统最大的碳库，森林在抑制全球温室气体浓度上升中发挥着重要作用，其碳储量的变化是判定森林是大气CO2“源”或“汇”的重要依据[18]。河南省2008年森林总碳储量约为8 090.72万t，其中乔木林碳储量6 976.12万t，占86.22%；而2003年全省乔木林碳储量仅为4 673.43万t[9]，5年间增加了2 302.69万t，碳储量的大幅度增加与同时期全省大范围实施植树造林、建设林业生态省，森林面积不断扩大有关。虽然全省森林碳储量在不断增加，但占全国同期森林碳储量的比重仍然很小，仅为1.49%[16]。全省森林植被平均碳密度为20.00 t/hm2，远小于全国平均值33.63 t/hm2[16]。幼、中龄林所占面积过大，森林发育水平较低是导致河南省森林平均碳密度偏低的主要原因之一。对于大多数森林植被来说，随着林龄级的增长，植被碳贮存密度会不断增加，过熟林时达到最大[19]。这说明，随着林龄的增长，河南省森林生态系统中占较大比重的幼、中龄林将会表现出很强的固碳能力。

从森林起源来看，2008年全省人工林碳储量达到3 855.12万t，占乔木林碳储量的55.26%；而在人工林中，杨树林碳储量最大，达到了2 563.89万t。因此，人工林，特别是杨树林将会对今后该省森林固碳起主导作用。但目前全省人工林普遍存在树种结构单一、纯林面积过大、生产力低下、病虫害严重等问题[20]，致使全省森林固碳能力低于全国平均水平。因此，今后应选取合适树种构建人工混交林，提高人工林经营管理水平，将有利于增强全省森林植被碳汇功能。

参考文献：

[1] 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）：734-739.

[2] LAL R. Forest soils and carbon sequestration[J]. Forest Ecology & Management，2005，220（3）： 242-258.

[3] 郭兆迪，胡会峰，李 品，等.1977-2008年中国森林生物量碳汇的时空变化[J].中国科学：生命科学，2013，43（5）：421-431.

[4] 李 鑫，欧阳勋志，刘琪璟.江西省2001-2005年森林植被碳储量及区域分布特征[J].自然资源学报，2011，26（4）：655-665.

[5] 王 磊，丁晶晶，季永華，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（自然科学版），2010，34（2）：1-5.

[6] 卢景龙，梁守伦，刘 菊.山西省森林植被生物量和碳储量估算研究[J].中国农学通报，2012，28（31）：51-56.

[7] 马 琪，刘 康，张 慧.陕西省森林植被碳储量及其空间分布[J].资源科学，2012，34（9）：1781-1789.

[8] 贾松伟.河南省乔木林碳储量动态变化及其碳汇经济价值估算[J].河南农业科学，2014，43（5）：149-153.

[9] 光增云.河南森林植被的碳储量研究[J].地域研究与开发，2007，26（1）：76-79.

[10] 《河南森林》编辑委员会.河南森林[M].北京：中国林业出版社，2000.

[11] 方精云，陈安平，赵淑清，等.中国森林生物量的估算：对Fang等Science一文（Science， 2001， 291：2320～2322）的若干说明[J].植物生态学报，2002， 26（2）：243-249.

[12] FANG J Y， CHEN A P， PENG C H. Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J]. Science， 2001， 292： 2320-2323.

[13] 方精云，刘国华，徐嵩龄.我国森林植被的生物量和净生产量[J].生态学报，1996，16（5）：497-508.

[14] LAMLOM S H， SAVIDGE R A. A reassessment of carbon content in wood： Variation within and between 41 North American species[J]. Biomass and Bioenergy， 2003， 25（4）： 381-388.

[15] 李海奎，雷渊才.中国森林植被生物量和碳储量评估[M].北京：中国林业出版社，2010.

[16] 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.

[17] 王效科，冯宗炜，欧阳志云.中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究[J].应用生态学报，2001，12（1）：13-16.

[18] 于贵瑞.全球变化与陆地生态系统碳循环和碳蓄积[M].北京：气象出版社，2003.

[19] 王效科，冯宗炜.中国森林生态系统植物固定大气碳的潜力[J].生态学杂志，2000，19（4）：72-76.

[20] 李大银.提高河南省人工林分质量探讨[J].河南林业科技，2005，25（3）：34-36.