西藏人工乔木林碳储量估算

刘金山，张 蓓，陈振雄，索朗旺堆，徐艺文

(1.国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014；2.西藏自治区林业厅，拉萨 850000)

森林生态系统拥有地球上除海洋之外最大的碳库[1，2]，其碳储量约占陆地生态系统碳储量的56%[3]，在维持全球碳平衡中起着举足轻重的作用[4]。第八次全国森林资源清查结果表明，我国人工林面积居世界首位[5，6]。森林碳汇主要来自人工林的贡献[7，8]，人工林在调节全球碳平衡、减缓大气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[9]。持续增长的人工林面积和林分质量的提高对森林发挥固碳增汇功能具有重要意义。在人工林数量、质量双增长的背景下，人工林碳储量估算，对碳循环及碳汇研究具有积极意义。

1 研究区概况

西藏自治区位于祖国的西南边陲，青藏高原西南部，地处78°15′―99°07′E， 26°50′―36°29′N之间，东西长约2020 km，南北宽约1060 km，陆地国境线长约4000 km，土地面积约占全国土地总面积的八分之一，平均海拔4000 m以上，地势高峻，地理位置特殊，素有“世界屋脊”和“地球第三极”之称。

2 研究方法

2.1 数据来源

2012―2013年西藏自治区森林资源规划设计调查数据，包括小班土壤类型、坡位、坡向、坡度、枯枝落叶层厚度、工程类别、林龄、郁闭度，样地地理坐标、单木胸径、平均树高等信息。

2.2 模型和参数

人工林生物量和碳储量估算使用IPCC(2006)推荐的方法:

Bi=Vi·Di·BEFi·(1+Ri)

(1)

式中:Bi为i树种(组)生物量；Vi，Di，BEFi，Ri分别为i树种(组)蓄积量、木材密度、地上部分生物量扩展因子、根茎比。

Ci=Bi·CFi

(2)

式中:Ci为i树种(组)碳储量；CFi为i树种(组)生物量含碳率计量参数采用《中华人民共和国气候变化第二次国家信息通报》“土地利用变化与林业温室气体清单”(2013)和《碳汇造林项目方法学》提供的相关参数(表1)。

表1 人工林分优势树种(组)碳计量参数优势树种BEFD/(Mg /m3)RCF优势树种BEFD/(Mg /m3)RCF冷杉1.3160.3660.1740.500云杉1.7340.3420.2240.521云南松1.6190.4830.1460.511高山松1.6510.4130.2350.501落叶松1.4160.4900.2120.521柏木1.7320.4780.220.510栎类1.3550.6760.2920.500桦木1.4240.5410.2480.491榆树1.6710.5980.6210.497杨树1.4460.3780.2270.496柳树1.8210.4430.2880.485针叶混1.5870.4050.2670.510阔叶混1.5140.4820.2620.490针阔混1.6560.4860.2480.498

3 研究结果

人工乔木林总面积为86909.298 hm2，碳储量为1135812 Mg(表2)。人工乔木林资源中，面积排前15位的优势树种(组)是北京杨、旱柳、藏川杨、新疆杨、竹柳、云杉、阔叶混、沙棘、核桃、银白杨、冷杉、高山松、垂柳、油桐、榆树，面积合计82727.240 hm2，碳储量合计1091135 Mg，分别占人工乔木林面积的95.19%和碳储量的96.07%。上述15个树种(组)尤其是杨树类、柳树类构成了全区人工林的主体，其面积和碳储量的动态变化将直接影响人工林的碳储量和碳汇功能。

不同树种(组)碳密度范围在1.1～29.2 Mg/ hm2之间，不同树种的碳密度差异明显。7个树种(组)的碳密度大于15.0 Mg/ hm2，分别为核桃>垂柳>银白杨>旱柳>藏川杨>高山松>阔叶混；北京杨的碳密度在10.0～14.9 Mg/ hm2之间；沙棘、新疆杨、冷杉、榆树、竹柳、云杉、油桐等7个树种的碳密度小于9.9 Mg/ hm2。除与树种结构有关外，不同树种林龄结构的差异也是影响碳密度的重要原因，碳密度大于15.0 Mg/ hm2的树种多为西藏广泛种植的树种，部分林龄达几十年甚至上百年；而云杉、冷杉、油桐等碳密度低的树种种植时间较短，截至调查时只有幼龄林和中龄林，影响了生物量和碳的累积。这也从另一个方面说明，通过研究不同树种的碳密度从而寻找“高碳累积”树种时，还需将碳密度数据统一到相同的时间范围上，即相同林龄间碳密度的比较。

表2 分树种分龄组林分碳密度和碳储量树种(组)碳密度/(Mg/hm2)幼龄林中龄林近熟林成熟林过熟林碳储量/Mg北京杨1.710.819.834.9 53.1246 541旱柳7.113.236.130.9 37.0320 867藏川杨5.314.227.534.1 48.5214 938新疆杨1.06.114.939.9 26.038 237竹柳1.74.2 8.927.2 6.422 076云杉2.421.316 622阔叶混2.513.424.533.4 42.944 360沙棘7.819.092.420 211核桃5.437.237.280.1116.965 313银白杨1.616.329.838.6 37.432 564冷杉5.85.09 122高山松1.814.042.323 854垂柳6.713.027.479.9 22.731 286油桐0.63.11 433榆树3.314.168.683.4-3 710全区3.711.026.835.0 50.11 135 812

4 讨论与结论

全区人工林平均碳密度为13.1 Mg/ hm2，各龄组的平均碳密度为：幼龄林(3.7 Mg/ hm2)<中龄林(11.0 Mg/ hm2)<近熟林(26.8 Mg/ hm2)<成熟林(35.0 Mg/ hm2)<过熟林(50.1 Mg/ hm2)，各造林树种碳密度从幼龄林到过熟林随着林龄的增加而增加。国家尺度上的碳密度分布情况为幼龄林<中龄林<近熟林<过熟林<成熟林，部分造林树种(如杨树、柳树、落叶松)进入过熟林后，碳密度相比成熟林有所降低[10,11]，这主要是由于过熟林受到人为干扰(如采伐)或自然干扰(如森林病虫害、森林火灾等)的影响较大，致使单位面积蓄积量和碳密度都有所降低[12]。

西藏人工幼龄林、中龄林碳密度低于全国平均值，近熟林、成熟林与全国平均值相当，过熟林远高于全国平均值。西藏人工林种植年限较短，平均林龄仅为12.5 a，幼龄林和中龄林占人工林总面积的75.26%，具有较高的生长潜力和固碳潜力。此外，西藏人工林成熟林到过熟林仍保持持续生长的态势，这与西藏对人工林的保护及较长的生理生长期有关，这也说明人工林将发挥持续的碳汇功能。研究结果可为西藏人工林经营管理及碳汇功能评价提供参考。

就人工乔木林林种结构来看，西藏防护林和特种用途林所占比例要远高于全国平均水平。第八次森林资源连续清查结果表明，全国人工乔木林中，防护林和特种用途林分别占38.2%和3.1%。西藏自治区第二次森林资源规划设计调查数据显示，防护林和特种用途林分别占70%和23%，合计占人工林的93%。可以看出，西藏人工林以发挥生态系统服务功能为主，在涵养水源、保持水土、防风固沙等环境改善与减缓气候变化等方面具有重要作用。从碳库保持及碳汇增加的角度来看，因为采伐等因素移除的生物量较少，人工林生长累积的生物量仍保持在森林生态系统中，碳库积累周期可达数十年甚至上百年。

随着全球气候变化受关注程度的日益增加，人工林作为森林资源的重要组成部分，在维护全球碳平衡和缓解全球气候变化等方面的作用日益凸显。人工林可通过扩大造林面积和人工林的可持续经营增加植被碳储量，并相应增加土壤碳储量[13]。《京都议定书》明确了通过造林、再造林和减少毁林及1990年后发生的森林管理和森林恢复等林业活动获得的碳吸收可用于部分抵消工业和能源利用的温室气体排放[14]。在此背景下，造林再造林和森林可持续经营成为全球气候变化公约框架下固碳减排应对气候变化的重要措施，提高人工林生态系统的碳储量、碳汇潜力已经纳入人工林的经营管理范畴[15]。近年来，西藏通过实施退耕还林工程、重点区域造林工程、高原生态安全屏障建设工程、拉萨市及周边地区造林绿化工程、“一江两河”农业综合开发工程和全民义务植树活动等，人工林资源得到快速发展。根据《西藏自治区第二次森林资源规划设计调查成果报告》显示，相比第一次全区森林资源规划设计调查，人工林资源面积增长了217.24%，近年来的新造林地将逐步成林，人工林中幼龄林的面积大幅增加。为改善森林的树种组成、年龄和空间结构，提高林地生产力和林木生长量，促进森林、林木生长发育，丰富生物多样性，培育健康稳定、优质高效的森林生态系统，充分发挥森林多种功能，西藏自治区规划“十三五”时期森林抚育面积达到18.88万hm2。森林单位面积蓄积量大小是评价森林碳汇量的重要指标，森林抚育是提高森林单位面积蓄积量最有效的经营手段，通过开展森林抚育和可持续经营，能有效提高林地生产力水平和森林质量，增加森林蓄积、森林碳汇，发挥森林生态功能，进而提升应对气候变化的能力。

总体来看，西藏人工林发挥碳汇功能具有几大优势。一是西藏近年来人工林面积增加显著，十余年间人工林资源面积增长了2倍多；二是西藏人工林以中幼林为主，具有较长的生理生长期和较大的碳汇潜力；三是西藏防护林和特种用途林所占比例高，现有人工林林分可保持相当长一段时间，对于保持碳储量、增加碳汇具有重要意义。