甘肃子午岭林区碳储量及其特征

王琼芳，王家兴

（甘肃省林业调查规划院，甘肃 兰州 730020）

二氧化碳等温室气体在大气层中积累造成全球气候变暖，是国际社会公认的全球性环境问题[1-3]。作为陆地生态系统的主体，森林通过光合作用将大气中的二氧化碳固定为生物量[4]，在维护区域生态环境和全球碳平衡方面地位极其重要[5-6]。森林碳汇量的变化直接影响着大气层中二氧化碳浓度，进而影响气候变化和陆地生态平衡，而且森林碳汇抵消二氧化碳排放已成为国际气候公约的重要内容[3]，森林的碳汇功能成为温室气体减排的手段越来越受到人们的重视[7]。研究表明森林碳储量因受到地形、气候、土壤特性、林木种类以及林龄等多种因子影响[8]，树种组成及树龄是影响森林碳储量的重要因素[9]。本研究通过估算乔木林、灌木林、疏林地的碳储量和碳密度，分析不同龄组、起源的乔木林碳储量分布特征，以期为当地森林碳汇功能研究和森林资源经营管理提供基础数据。

1 研究区概况

甘肃子午岭林区位于甘肃省东部。子午岭是泾河东源马莲河与洛河的分水岭，呈西北—东南走向，黄土高原丘陵沟壑地貌，海拔1 212～1 756 m，暖温带半湿润气候。区内年平均气温7.4～8.5℃，年平均降水量500～620 mm；土壤类型主要有褐土、黑垆土、黄绵土、草甸土4种，以褐土分布最广。甘肃子午岭林区植被为暖温带落叶阔叶林区域，天然次生林区，包括温性针叶林、常绿针叶落叶阔叶混交林、落叶阔叶林。林区植被垂直分布不明显，水平分布受地形影响呈现复杂性。较湿润的阴坡、半阴坡分布有山杨、桦木、辽东栎、油松、虎榛子等中生群丛；干旱的阳坡、半阳坡则分布有侧柏、杜梨、榆、山杏、文冠果、狼牙刺、黄背草等旱生中生群丛；干旱瘠薄的梁、峁分布着沙棘、黄蔷薇、胡枝子、艾蒿、绣线菊、马牙草等耐旱群丛。

2 研究方法

研究对象为乔木林、疏林地、灌木林地。数据截至2016年年底，来源于2018年甘肃省林业碳汇计量监测项目。根据《甘肃省2018年土地利用、土地利用变化及林业碳汇计量监测技术方案》，采用生物量扩展因子法（BEF）计算碳储量。乔木林、疏林地碳储量计算公式：

式中，C乔为乔木林、疏林碳储量，i为气候类型，n为气候类型总数，j为优势树种，m为优势树种总数，Aij为林地面积，Vij为蓄积量，BCEFij为蓄积量转换为地上生物量的转化和扩展系数，Rij为树种根茎比，CFij为生物量含碳系数。甘肃子午岭林区优势树种计算参数见表1。

表1 优势树种计算参数

灌木林地、经济林地碳储量计算公式：

式中，C非乔为灌木林、经济林生物量碳储量，Bij为灌木林、经济林生物量密度参数，CFij为生物量含碳系数。

甘肃子午岭林区灌木林、经济林碳储量按照温带大陆性气候区计算。灌木林生物量密度系数11.93 t/hm2，含碳系数0.465 0；经济林生物量密度系数37.48 t/hm2，含碳系数0.470 0。

3 结果与分析

3.1 总碳储量

计算结果显示，在不同的林地类型中，甘肃子午岭林区总碳储量为740.73万t，其中乔木林碳储量最大，灌木林次之，疏林地最小，乔木林与灌木林碳储量占总碳储量的98.37%（表2）。说明甘肃子午岭林区乔木林碳储量处于主要地位，在子午岭碳平衡中作用显著。

甘肃子午岭林区平均碳密度20.85 t/hm2，其中乔木林平均碳密度最大，灌木林平均碳密度略小于疏林地，但占林区总碳储量的比例高于疏林地（表2）。说明在评价子午岭林区碳储量中，灌木有重要意义，加大对灌木林碳储量的研究意义重大。

由表2可见，疏林地碳密度不足乔木林的1/3。说明疏林地碳储量尚有较大提升空间，加强疏林地管理，促进疏林地向乔木林地发展，对于提高甘肃子午岭林区碳汇水平具有重大积极意义。

表2 甘肃子午岭林区总碳储量与平均碳密度

3.2 乔木林碳储量

由表3可以看出，在不同的优势树种中，甘肃子午岭林区阔叶混碳储量最大，为431.60万t，占林区总碳储量的60.45%；栎类次之；白蜡树碳储量最小，仅占总碳储量的0.03%。阔叶混碳储量大，占比高，与其面积大有关。阔叶混、油松、栎类、针阔混4类优势树种的碳储量占总碳储量的91.35%，构成了甘肃子午岭林区碳储量主体。落叶松碳密度最大，为39.34 t/hm2；白桦次之；刺槐碳密度最小，不及落叶松碳密度的1/3。

由表3可以看出，在不同龄组的乔木林中，甘肃子午岭林区中龄林碳储量414.62万t，占总碳储量的58.07%；过熟林碳储量最小，占总碳储量的1.13%。碳储量大小顺序：中龄林＞近熟林＞幼龄林＞成熟林＞过熟林。由此可见，随着中、幼林森林的发展，科学、合理的抚育和管理，子午岭林区有很大的碳储量潜力，碳库将越来越大。碳密度大小顺序：成熟林＞近熟林＞中龄林＞过熟林＞幼龄林。过熟林碳密度低于成熟林，是因为过熟林处于衰退阶段，枯死木增加，碳密度降低。

表3 甘肃子午岭林区乔木林碳储量与碳密度

由表4可以看出，甘肃子午岭林区天然乔木林碳储量594.37万t，占乔木林碳储量的83.24%，碳密度24.35 t/hm2；人工乔木林碳储量119.65万t，占乔木林碳储量的16.76%，碳密度18.48 t/hm2。天然乔木林碳储量是人工林的4.97倍，碳密度是后者的1.3倍。可见，甘肃子午岭林区碳储量以天然林为主，同时人工林在碳平衡方面也具有重要作用。

由表4可以看出，在甘肃子午岭林区，天然林碳储量大的优势树种依次为阔叶混、栎类、针阔混、其他硬阔类，其碳储量合计占天然林碳储量的96.91%，表明子午岭天然林碳储量以阔叶混、栎类、针阔混、其他硬阔类为主。人工林碳储量大的优势树种依次为针阔混、油松、刺槐，其碳储量合计占人工林碳储量的91.50%，表明子午岭人工林碳储量以针阔混、油松、刺槐为主，合理的人工林组成与林龄结构是影响碳汇林业可持续性发展的重要因素。

表4 不同起源的乔木林碳储量、碳密度

4 结论与讨论

甘肃子午岭林区总碳储量740.73万t，平均碳密度20.85 t/hm2，其中乔木林碳储量714.02万t，平均碳密度23.12 t/hm2，乔木林是该林区固碳主体。这与刘艳对辽宁省森林植被碳储量及其动态变化研究中的结果一致[10]。甘肃子午岭林区灌木林碳储量次于乔木林，在该林区碳平衡中贡献不可忽视。

在甘肃子午岭林区，天然乔木林中阔叶混、油松、栎类、针阔混4类优势树种碳储量占总碳储量的91.35%，占据主体地位。科学合理的管理监测，有利于子午岭碳储量的增加。子午岭天然林碳储量高于人工林，因此做好天然林的防护必不可少。人工林中针阔混、油松、刺槐3类优势树种碳储量合计占人工林碳储量的91.50%，人工林在碳储量的贡献方面潜力巨大，在森林培育与经营管理过程中，因地制宜，科学、合理、有序地开展森林经营活动，营造合理的林分结构，加大人工林的面积，对于提高子午岭碳储量具有重要意义[11]。

甘肃子午岭林区碳储量大小顺序：中龄林＞近熟林＞幼龄林＞成熟林＞过熟林，中龄林碳储量占总碳储量的58.07%。目前，该林区中、幼林面积大。随着中、幼林的逐渐成熟发展，加之对其科学、合理的抚育、管理、监测，甘肃子午岭林区有很大的碳储量潜力，碳库将越来越大。碳密度大小顺序：成熟林＞近熟林＞中龄林＞过熟林＞幼龄林，即随着林龄的增加，碳密度逐渐增加，在过熟林时减少，这与李伟在广西省的研究结果的一致[11]，是由于过熟林时枯死木的增加，碳密度降低。