永康市森林碳储量估算研究

任立超，余建国，周世水，徐 梁，施鹏程

(1. 永康市林业技术和种苗推广站，浙江 永康 321300；2.龙游县林场，浙江 龙游 324400；3.开化县林场，浙江 开化 324300；4. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；5.永康市自然资源和规划局，浙江永康 321300)

近年来，对于森林植被碳储量和碳密度的研究主要集中于国家级[1-3]和省级[4-7]研究，近几年对该项目县一级的研究[8-14]也有所增多。永康市地处浙江省中部，森林植被属中亚热带常绿阔叶林，主要植被类型有亚热带针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林、常绿阔叶林、竹林、经济林、灌丛和灌草丛、岩生植被等。永康市作为五金产业集聚群区域，高速的经济发展带来了生态环境的破坏，2018年永康市森林资源二类调查结果显示：全市森林覆盖率为56.62%，低于全省森林覆盖率59.43%。本研究依据森林资源二类调查的基础数据研究和评估永康市森林碳储量和碳密度，旨在为有效保护生态环境，合理利用森林资源，科学制定采伐限额提供理论依据，为全面协调可持续发展，确定永康市新增百万亩国土绿化实施方案提供参考，为推进生态永康建设奠定基础。

1 研究区域和方法

1.1 研究区域

永康市属浙东低山丘陵盆地地貌类型，主要有丘陵、平原和低山，分别占44.3%、 38.7%和17.0%。土壤类型主要有红壤、黄壤、岩性土、潮土和水稻土等5种。 永康市境内河道属钱塘江、瓯江两大流域，主要河道有永康江、南溪、华溪、酥溪等4 条，全市河流总长度1122km。全市建有杨溪、太平、三渡溪三座中型水库，99座小型水库，总库容1.8×108m3。全市拥有木本植物92科283属687种，其中裸子植物9科21属39种，被子植物83科262属648种，全市现有古树名木1535株。主要造林树种有马尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、木荷(Schimasuperba)、樟(Cinnamomumcamphora)、栎类(Quercus)。

1.2 数据来源

本研究的数据基于2018年永康市森林资源二类调查数据，将树种归为马尾松、杉木、其他杉类(柳杉Cryptomeriafortunei、水杉Metasequoiaglyptostroboides)、栎类、木荷、樟硬阔、软阔八类，详见表1。所计算的碳储量和碳密度仅限于乔木层，未包含灌木层和草本层。

按照浙江省森林资源规划设计调查技术操作细则，本研究将乔木层的龄组按照优势树种的平均年龄来确定，分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林。

1.3 生物量计算

我国森林生物量和碳储量的研究始于20世纪70年代后期[5]，目前生物量的估算方法主要有两种：一是利用生物量模型和有关林木测量因子对生物量进行估算；二是利用方精云的生物量与蓄积量的转换系数(BEF)进行推算[14]。本文根据2018年永康市森林资源二类调查数据，采用生物量与蓄积量转换系数法进行全市生物量和碳储量的估算，即：

B=a×V+b

(1)

式中：B为各森林类型单位面积生物量(t·hm-2)；V为各森林类型单位面积蓄积量(m3·hm-2)；a、b分别为相应的生物量和蓄积量转换参数。采用方精云等[15]测算的我国不同森林类型生物量的基本参数作为本文生物量和蓄积量的转换参数，详见表2。竹林利用单株平均生物量与总株数之积估算竹林的生物量，单株平均生物量取22.5 kg[16]；经济林和灌木林采用单位面积生物量乘以总面积，单位面积生物量平均值分别取23.7 t·hm-2、19.76 t·hm-2[16]。

表2 生物量和蓄积量转换模型参数Tab.2 Parameters for transfer equation of forest biomass and volume森林类型ab样本数相关系数马尾松林0.503 4 20.547 0 520.87杉木林0.465 2 19.141 0 900.94其他杉类0.415 8 41.331 8 300.79栎类1.145 3 8.547 3 120.98木荷林、樟林1.035 7 8.059 1 170.89硬阔林1.178 3 2.558 5 170.95软阔林0.475 4 30.603 4 160.92

1.4 碳储量和碳密度计算

本研究基于森林资源二类调查的数据，仅计算乔木层的碳储量，未包括森林生态系统中的枯死木、草本层、枯枝落叶层的碳储量，在得到生物量后，按照目前国际上常用的转换系数0.5[15]，计算植被碳储量。植被碳储量的计算公式如下：

(2)

式中：C为植被碳储量(Mt)；Bji为第j个小班第i个树种的生物量[15](t·hm-2)；Aji为第j个小班第i个树种的面积(hm2)；m为小班个数；n为树种数。

森林植被碳密度即单位面积的碳储量，采用森林植被碳储量除以森林面积[4]。

2 结果与分析

2.1 永康市森林植被碳储量和碳密度分析

永康市森林面积为59415.14hm2，森林蓄积量为3766168m3，单位面积蓄积量为70.51m3·hm-2。根据表2的转换系数和竹林、经济林、灌木林的换算方法，计算出各森林类型的生物量：全市森林生物量为3155.24×103t，单位面积生物量为53.10t·hm-2，乔木层生物量为3063.71×103t，竹林、经济林和灌木林生物量分别为3.14×103、39.37×103、49.02×103t；总碳储量为1577.62×103t，碳密度为26.55t·hm-2(表3)。其中，竹林、经济林和灌木林三者合计仅占全市总生物量的2.90%，因此本研究主要考虑乔木层的生物量和碳储量，按照优势树种进行分类，本研究的乔木层主要包括马尾松林、杉木林、其他杉类、栎类、木荷林、樟林、硬阔林、软阔林。

根据计算，得到不同森林类型的生物量、碳储量、单位面积生物量和碳密度(表3)。马尾松林的碳储量为1275.02×103t显著高于其他类型，占乔木层碳储量的83.23%，其次是栎类林碳储量(70.44×103t C)，占4.60%，再者是木荷林碳储量(67.20×103t C)，占4.39%，此三者占乔木层碳储量的92.19%，是乔木层的主要碳库。可见马尾松林、栎类林、木荷林，尤其是马尾松林在永康市树种组成中具有绝对优势地位，这3种森林类型面积和碳储量的变化将直接影响永康市森林碳储量。

由表3所得：乔木层的碳密度为29.60t·hm-2，略高于李银等[17]的24.65t·hm-2，这与本研究的碳系数均采用0.5存在一定关系。本研究中，木荷林的碳密度最高，为35.52t·hm-2，其他软阔林的碳密度最低，为25.15t·hm-2，根据森林资源二类调查数据显示，永康市的软阔主要以人工的苦楝(Meliaazedarace)、泡桐(Paulowiniafortunei)等速生树种为主，碳密度明显低于硬阔树种。这与徐钊等[18]对江苏省森林植被碳储量的研究和吴文斌等[6]对福建的碳储量的研究结果基本一致。

表3 永康市不同森林类型生物量和碳储量Tab.3Biomass and carbon storage of different vegetation types in Yongkang County森林类型生物量/(×103 t)单位面积生物量/(t·hm-2)碳储量/(×103 t)碳密度/ (t·hm-2)马尾松林2 550.0358.501 275.0229.25杉木林88.9955.3344.5027.67其他杉类3.8367.071.9133.53栎类林140.8965.1070.4432.55木荷林134.4071.0367.2035.52樟林30.2250.4215.1125.21硬阔林89.1667.4144.5833.70软阔林26.1950.3013.0925.15经济林39.3723.7019.6811.85灌木林49.0219.7624.519.88竹林3.140.891.570.45合计3 155.2453.101 577.6226.55

2.2 永康市各森林类型不同龄组碳储量和碳密度

由表4所得：永康市乔木层各龄组碳储量占比从高至低依次为近熟林(49.98%)>中龄林(22.74%)>成熟林(18.35%)>幼龄林(8.06%)>过熟林(0.78%)，可见近熟林、中龄林在碳储量中起主要作用，成熟林与过熟林仅占总碳储量的19.13%，所占比例不高。这一研究结果与赵广琦等[12]对浙江安吉县的研究结果基本一致，这与改革开放前期，浙江省处于经济快速发展期，消耗大量森林资源，后期实施封山育林等措施，更好的保护了全市森林资源存在一定关系，因而碳储量以近熟林和中龄林居多。碳密度随着林龄的增大而增大(表4)，表现为过熟林(35.03 t·hm-2)>近熟林(29.43 t·hm-2)>中龄林(28.12 t·hm-2)>幼龄林(27.21 t·hm-2)，体现随着龄组林龄的增大，森林植被质量的不断提高，碳储能力增强。

表4 永康市不同森林类型各龄组碳储量和碳密度Tab.4 Carbon storage and carbon density of different age for-est tree types in Yongkang County森林类型生物量/(×103 t)单位面积生物量/(t·hm-2)碳储量/(×103 t)碳密度/(t·hm-2)马尾松林22.6931.9411.3415.97杉木林1.2224.240.6112.12其他杉类1.3551.540.6725.77栎类林117.5261.0058.7630.50幼龄林木荷林19.9158.31 9.9629.15樟林14.6738.39 7.3419.20硬阔林69.1263.5634.5631.78软阔林 0.4534.10 0.2317.05合计246.9354.42123.47 27.21马尾松林528.7752.87264.3826.44杉木林15.4449.837.7224.91其他杉类0.7067.310.3533.65栎类林22.2397.3011.1148.65中龄林木荷林97.1972.6048.6036.30樟林14.6569.89 7.3234.94硬阔林12.6979.67 6.3539.83软阔林 5.0238.00 2.5119.00合计696.7056.23348.35 28.12

续表4 永康市不同森林类型各龄组碳储量和碳密度Continued Tab.4 Carbon storage and carbon density of differ-ent age forest tree types in Yongkang County森林类型生物量/(×103 t)单位面积生物量/(t·hm-2)碳储量/(×103 t)碳密度/(t·hm-2)马尾松林1 484.7258.87742.3629.44杉木林24.7753.7212.3826.86其他杉类0.4359.180.2229.59栎类林0.72106.400.3653.20近熟林木荷林 9.9575.32 4.9737.66樟林 0.70122.84 0.3561.42硬阔林3.8089.00 1.9044.50软阔林 6.2845.24 3.1422.62合计1 531.37 58.87765.6829.43马尾松林499.2766.96249.6333.48杉木林43.5559.7421.7729.87其他杉类0.79102.51 0.3951.25栎类林0.15109.91 0.0754.95成熟林木荷林7.3492.13 3.6746.07樟林0.10110.15 0.0555.07硬阔林3.54106.90 1.7753.45软阔林 9.0257.71 4.5128.86合计563.75 66.61281.87 33.30马尾松林14.1569.48 7.0734.74杉木林 4.0268.98 2.0134.49其他杉类 0.56101.22 0.2850.61栎类林 0.27236.93 0.13118.47过熟林木荷林 0.00 0.00樟林 0.10 0.0550.12硬阔林 0.00 0.00软阔林 5.4067.44 2.7033.72合计 24.5070.06 12.25 35.03

对于不同森林类型的碳储量来说，碳储量第一的马尾松林的碳储量从高至低依次为近熟林(742.36×103t)>中龄林(264.38×103t)>成熟林(249.63×103t)>幼龄林(11.34×103t)>过熟林(7.07×103t)，变化趋势与整个乔木层碳储量的变化趋势一致，进一步说明了马尾松林在永康市乔木层中占有的主要地位，在碳储中发挥着重要作用；碳储量第二的栎类林的碳储量从高至低依次为幼龄林(58.76×103t)>中龄林(11.11×103t)>近熟林(0.36×103t)>过熟林(0.13×103t)>成熟林(0.07×103t)，主要以天然幼龄林为主，成熟林和过熟林仅为0.20×103t，可见栎类林主要是后期的天然萌发，目前以幼龄林为主；木荷林的碳储量从高至低依次为中龄林(48.60×103t)>幼龄林(9.96×103t)>近熟林(4.97×103t)>成熟林(3.67×103t)>过熟林(0×103t)，木荷林作为主要防火林，目前以中龄林为主；除樟林过熟林的碳密度有所下降外，其他森林类型的碳密度均随龄组林龄的增大而变大，可见过熟林的碳储能力增强。除马尾松林、杉木林、软阔林的过熟林的样本数量比较多外，其他几种类型过熟林的样本数量均较少，这在一定程度上也影响了过熟林碳密度的计算，如栎类林过熟林的碳密度达到了118.47 t·hm-2，这与徐钊等[18]的101.19 t·hm-2基本一致。

永康市天然林碳储量为1 222.38×103t，占总的碳储量的79.81%。由图1可以看出，乔木层幼龄林、中龄林、近熟林的碳储量均为天然林大于人工林，而成熟林和过熟林的碳储量为人工林大于天然林；永康市天然林碳密度整体表现为成熟林>近熟林>幼龄林>中龄林>过熟林，人工林乔木层碳密度为过熟林>成熟林>中龄林>近熟林>幼龄林，总体呈现随着林龄增大，碳密度随之增大的趋势。(图1)

图1 永康市不同起源林分碳储量和碳密度Fig.1 Carbon storage and carbon density of different forest tree types origin in Yongkang County

3 结论与讨论

依据2018年永康市森林资源二类调查数据，永康市森林植被总的生物量为3155.24×103t，单位面积生物量为53.10 t·hm-2，总的碳储量为1577.62×103t，碳密度为26.55 t·hm-2；乔木层生物量为3 063.71×103t，占总生物量的97.10%；马尾松林作为永康市的优势树种林，碳储量为1 275.02×103t，显著高于其他类型，占乔木层碳储量的83.23%。研究结果表明，近熟林、中龄林在碳储中起主要作用，各龄组碳储量占比从高到低依次是近熟林>中龄林>成熟林>幼龄林>过熟林；碳密度表现为过熟林>成熟林>近熟林>中龄林>幼龄林。这一研究与李银等[17]对浙江省森林生态系统碳储量的研究一致，表明随着龄组林龄的增大，森林植被质量的不断提高，碳储能力有所增强。永康市天然林碳储量为1 222.38×103t，占总碳储量的79.81%；天然林碳密度整体表现为成熟林>近熟林>幼龄林>中龄林>过熟林，人工林乔木层碳密度为过熟林>成熟林>中龄林>近熟林>幼龄林。对于不同森林类型的碳储量来说，马尾松林碳储量表现为近熟林>中龄林>成熟林>幼龄林>过熟林，变化趋势与整个乔木层碳储量的变化趋势相符，这与马尾松近熟林的面积较大有关，进一步体现了马尾松林在永康市乔木层中占有主要作用，在碳储中发挥着重要作用。

永康市幼龄林、中龄林、近熟林的碳储量均为天然林大于人工林，说明天然林较人工林有更强的碳储存能力，天然林占比较大，开展天然林保护是该市下一步森林经营的重点。马尾松林是乔木层的主要碳库，说明永康市森林类型分布不均匀，树种结构单一，近年来受松材线虫病影响，马尾松死亡较多，珍贵林、彩叶林的改造势在必行。永康市林分的构成主要以近熟林和中龄林为主，在碳储中发挥着重要作用，成熟林和过熟林的碳储能力已经趋于饱和，幼龄林的碳储能力还会有所提高，而开展森林抚育，促进幼龄林成林，将增加永康市森林碳储能力，则碳汇价值也会随之增加。