基于IPCC法估算森林植被储碳量技术研究

张立民 任军 吕梦燕 王晓娜 毛赫

摘 要：森林是陆地生态系统的主体，是陆地上最大的储碳库，是重要的碳源和碳汇。估算森林植被碳储量，有助于编制温室气体清单，体现林业在应对气候变化中的重要作用。主要介绍了基于IPCC法对森林植被碳储量进行监测和评估的技术。

关键词：IPCC;估算;森林植被;碳储量

文章编号：1004-7026（2019）23-0077-03         中国图书分类号：S718.5        文献标志码：A

全球气候变化是当今社会亟待解决的重大生态环境问题之一，是全球面临的重大挑战，导致全球气候变化的主要因素是温室气体增加[1]。因为CO2浓度快速上升引起的温室效应，造成森林锐减、土地退化、环境污染、生物多样性减少等严重生态问题。全球和区域碳循环已成为全球变化研究和宏观生态学的核心研究内容之一[2]。

陆地生态系统的主体是森林，因此森林是最大的陆地碳储库。科学合理计量与监测林业碳汇及其动态变化，已成为应对全球气候变化工作的迫切需要。《IPCC土地利用、土地利用变化和林业（LULUCF）优良做法指南》和《2006年IPCC国家温室气体清单指南》为计量林业相关活动导的温室气体源/汇变化提供了技术指导。

估算森林植被单位面积生物量是通过蓄积量与生物量之间关系获得的，再通过查阅各种近期文献资料取得乔木林各树种消耗率和生长率，估算出森林植被碳密度、碳储量和年固碳量，开展此技术研究的依据是IPCC清单法[3]。

1  估算参数的涵义和获得方法

森林碳汇评估中所用到的基本木材密度（SVD）、生物量转化系数（BEF）、灌木林和经济林平均单位面积生物量、含碳率（CF）等参数，主要查阅2000年以来国内外森林生物量和碳储量等研究成果基础上发表的一系列相关文献资料，并结合森林资源分布、特征等实际情况，在文献资料的系统总结、归纳整理的基础上获得的[4-5]。

1.1  树干材积密度（SVD）

各树种（组）的SVD主要通过文献查询获得，而针叶混取针叶树的平均值、针阔混取全部树种的平均值、阔叶混取硬阔和软阔的平均值。SVD则根据各优势树种（组）蓄积量占全省乔木林总蓄积量的权重进行加权平均而得到。

1.2  生物量转化系数（BEF）

BEF值主要根据收集公开发表的有关生物量和生产力文献，计算生物量的扩展系数，分别获得某一优势树种（组）各龄级的BEF，再根据这一优势树种（组）各龄级蓄积量的权重，进行加权平均，确定某一优势树种（组）的BEF。BEF则根据各优势树种（组）蓄积量占全省乔木林总蓄积量的权重进行加权平均而得到。

1.3   经济林、灌木林平均单位面积生物量

由于森林资源清查资料无法确定灌木林的种类、蓄积等数据，而获得区域的实际测定数据工作量比较大，实际测定周期较长。

因此，建议采用《省级温室气体清单编制指南（试行）》提供的参考值，即经济林为35.21 t/hm2、灌木林为17.99 t/hm2，估算经济林、灌木林平均单位面积生物量。

1.4  含碳率（CF）

通常情况下，国际上含碳系数为0.45～0.55。我国学者采用化学分析法、热分析法、元素分析仪等方法，对部分森林群落组成树种含碳系数进行了研究测定，见公式（1）。

式中：CF为含碳率;WS为纤维素含量（%）;Wf为半纤维素含量（%）;Wl为木质素含量（%）。

2   森林植被碳储量估算方法

森林植被总碳储量包括乔木层（林分）碳储量，散生木、四旁树、疏林碳储量和灌木林（含未成林地林木）、经济林、林下灌草层碳储量，见公式（2）。

式中：C森林为森林总碳储量（t）;C乔为乔木层总碳储量（t）;C散四疏为四旁树、散生木、疏林总碳储量（t）;C灌/经为经济林、灌木林、林下灌木层总碳储量（t）;C灌草层为林下草本层和灌木层总碳储量（t）。

2.1  乔木林碳储量

森林碳汇的计量方法不同，核算结果也不同，差异很大。

乔木林碳储量（C乔）的具体估算方法是：利用某一林分类型（按优势树种（组）计）生物量（包括叶果实、根、枝、干等）与树干生物量的比值得到生物量转换系数（BEF），BEF乘以树干材积密度（SVD），再乘以该林分类型的总蓄积量，即可得到该类型森林的总生物量。通过上述方法获得某一乔木林林分类型总生物量后，再乘以该林分类型（按优势树种（组）计）的含碳率（CF），可得到该乔木林林分类型的总碳储量，各林分类型总碳储量累加即为乔木林的总碳储量。见公式（3）。

式中：Vi为乔木林第i树种（组）蓄积量（m3）;SVDi为乔木林第i树种（组）的基本木材密度（t/m3）;BEF全林i为全林生與树干生物量的比值（无量纲）;i为乔木林优势树种（组），i=1，2，3，……，n。

2.2  散生木、四旁树、疏林（简称“散四疏”）碳储量

对于森林清查资料很难确定散四疏的树木种类，因此在计算中，生物量转换系数（BEF）和树干材积密度（SVD）以各优势树种（组）的加权平均值代替，含碳率（CF）按IPCC（政府间气候变化专门委员会）推荐的平均值0.5计算。

散四疏总碳储量为散四疏总蓄积乘以生物量转换系数（BEF）的加权平均值和树干材积密度（SVD）的加权平均值，再乘以含碳率（CF）0.5即可，见下式。

式中：V散四疏为散生木、四旁树、疏林的总蓄积量（m3）;SVD为树干材积密度的加权平均值（t/m3）;BEF全林为全林生物量转换系数的加权平均值。

2.3   灌木林、经济林碳储量

通过灌木林、经济林总面积乘以灌木林平均单位面积生物量，再乘以0.5（IPCC推荐的灌木林、经济林含碳率平均值）即可获得，其中，灌木林、经济林面积通过森林资源档案数据可以查询，见下式。

式中：C灌/经为总碳贮量（万t）;A灌/经为面积（hm2）;B灌/经为灌木林、经济林单位面积生物量，分别为35.21 t/hm2、17.991 t/hm2。

2.4   林下灌木层、草本层碳储量

林下灌木层碳储量测算方法为：通过标准地法获得各林型不同林龄林分林下灌木层的单位面积生物量（测算方法见下文），乘以该林分面积，再乘以含碳率0.5（IPCC推荐的灌木林含碳率平均值）即可获得，见下式。

式中：C下灌木为林下灌木层生物量碳贮量（万t碳）;Ai，j为乔木林第i树种（组）第j林龄（组）林分总面积（hm2）;Bi，j为乔木林第i树种（组）第j林龄（组）林下灌木层平均单位面积蓄积量（t/hm2）;i为乔木林优势树种（组），i=1，2，3，… …，n;j为各林分的林龄（组），j=1，2，3，4，5。

林下草本层碳储量测算方法为：通过标准地法获得各林型不同林龄林分林下草本层的单位面积有机碳含量（测定方法见下文），再乘该林分林下的总面积即可获得，见下式。

式中：C下草为林下草本层生物量碳贮量（万t碳）;Ai，j为乔木林第i树种（组）第j林龄（组）林分总面积（hm2）;GOCi，j为乔木林第i树种（组）第j林龄（组）林下草本层单位面积有机碳含量（t/hm2）;i为乔木林优势树种（组），i=1，2，3，… …，n;j为各林分的林龄（组），j=1，2，3，4，5。

林下灌木层和草本层碳储量之和即为林下灌草层总碳储量，见下式。

3   森林植被碳储量变化估算方法

森林植被碳储量变化只考虑了灌木林、经济林、乔木林、散四疏碳储量增减，而没有考虑林下灌草层碳储量的变化，见下式。

式中：△C森林为森林碳储量变化（t）;△C散四疏为散生木、四旁树、疏林碳吸收（t）;△C乔为乔木林碳吸收（t）;△C灌/经为灌木林、经济林储碳量变化（t）;△C消耗为活立木消耗碳排放（t）。

3.1   乔木林生长碳吸收

各优势树种蓄积量、年总生长率（R乔木）通过森林资源清查数据取得;各优势树种的BEF全林和SVD是通过文献资料获得，见下式。

式中：GRi为乔木林第i树种（组）蓄积量年生长率（%）。

3.2  散生木、四旁树、疏林生长碳吸收

活立木蓄积量年生长率（GR林木）和散四疏总蓄积量（V散四疏）通过森林资源清查数据获得，各优势树种的加权平均值代替SVD和BEF，见下式。

式中：GR林木为活立木蓄积量年生长率（%）。

3.3  灌木林、经济林生物量碳贮量变化

灌木林、经济林主要根据单位面积生物量和灌木林、经济林面积变化来估算碳贮量变化，见下式。

式中：△C灌/经为碳贮量变化（万t）;△A灌/经为灌木林、经济林面积年变化（hm2）。

3.4  活立木消耗碳排放

包括散生木、四旁树、疏林的活立木总蓄积量（V活立木）由森林资源清查数据获得，见公式（15）～（16）。

式中：CR总为活立木蓄积量年总消耗率（%）;CR采伐为活立木蓄积量年采伐消耗率（%）;CR消耗为活立木蓄积量年枯损消耗率（%）。

4  森林植被碳储量变化估算方法的不确定性

任何一种估算森林生态系统碳库及其储量的方法都会存在系统和随机误差，误差可能来源于3个方面，即小范围样地数据推算到区域、原始数据本身和转换因子。对于这些误差，有的可以量化，有的很难量化。通过地面调查数据积累和选用行之有效的方法，可以尽量减少森林碳储量估算中的误差。

参考文献：

[1]孙文，任军，林玉梅，等.吉林西部森林植被碳汇功能的研究[J].吉林林业科技，2013，42（2）：14-16.

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

[3]IPCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories[M].UK：Cambridge University Press，2006.

[4]徐新良，曹明奎，李克讓.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（6）：1-10.

[5]赵明伟，岳天祥，赵娜，等.基于HASM的中国森林植被碳储量空间分布模拟[J].地理学报，2013（9）：1212-1224.

（编辑：季  鑫）