清原县各优势树种碳储量研究

杨青川

（辽宁省林业调查规划监测院，辽宁 沈阳 110122）

二氧化碳是使全球气候变暖的罪魁祸首之一。随着气候的加剧变化，如何固定和减少排放二氧化碳逐渐成为研究热点。森林通过光合作用，在陆地生态系统中吸收二氧化碳的能力最强，在固定二氧化碳和减缓全球气候变化中承担着重要作用[1]。因此，对森林碳储量和碳储密度的研究就显得尤为重要。国内学者对此做了大量研究。基于森林资源连续清查数据，采用生物量和蓄积量的统计学关系的转换函数，结合含碳系数，对省级尺度区域的生物量和碳储量进行估算[2-3]。有的对灌木林的碳储量及驱动因素进行了分析[4]。

清原地区自然资源丰富，在辽宁省内位居前列。研究清原县各优势树种不同林龄组的碳含量和碳储密度，对掌握辽宁省东部山区的碳汇功能有重要的意义，可为该地区的森林碳储量估算提供理论依据。

1 试验地概况

清原县地处辽东山地丘陵区，地势东南高，西北低。吉林哈达岭山脉在县境北部呈东北西南走向。在中温带亚湿润区内，属温带大陆性季风气候，雨热同季，四季分明，冬季漫长寒冷，夏季炎热多雨。年平均气温3.9～5.4 ℃，＞10 ℃的年活动积温2 497.5～2 943.0 ℃，无霜期120～139 d，平均日照2 433 h。年降水量700～850 mm，降雨量集中在6～8月份，植物生长季在4～9月。清原县境内河流、水库众多，辽河的一级支流浑河、清河、柴河与松花江的源头之一柳河发源于清原县境内，境内河流密布、水源充沛。

2 试验方法

2.1 数据来源

本研究数据来源于2015 年清原县森林资源变更数据。涵盖县内所有森林林班小班，是完整的森林资源数据，可以全面完整的反映该区域内的森林资源情况。从中提取各优势树种不同龄组的数据用于生物量和碳储量估算。

2.2 优势树种生物量估算

获取森林植被生物量的方法有通过直接收获样地内植被，测定生物量的收获法，有通过测树因子或者蓄积量建立生物量模型的模型模拟法以及通过测定二氧化碳浓度变化估算生物量的微气象学法。

本研究采用可以在较大尺度上应用的蓄积量—生物量模型法，估算清原地区乔木林和疏林的生物量。具体模型如下式，即：

其中：用B 代表林木生物量（t），用V 代表林木蓄积量（m3），a、b 是回归方程的参数。采用已经公布的各个优势树种的最优蓄积量—生物量回归方程估算生物量，具体方程见表1。其中的方程参数是各优势树种全国平均参数。个别没有方程和参数的树种，采用相似树种值代替。经济林不参与计算。

表1 各优势树种蓄积—生物量方程

2.3 优势树种碳储量估算

关于含碳量的测定，有的学者用元素分析仪测算[5]，有的用化学方法测定[6]，得出的结果各优势树种的含碳率大多在一个区间范围内，即0.45～0.5 之间，一般采用统一数值进行计算。目前在大面积分析上，国内学者大多采用生物量与含碳率的乘积计算碳储量。由于本研究对象包括不同优势树种，含碳率有差异，不能采用统一数值估算。同一树种不同龄组的含碳率差异不大，因此采用业内认可的《造林项目碳汇计量监测指南》以及已经公布的同一树种的平均含碳率进行碳储量估算。目前还没有确切参数的树种采用含碳率0.5 计算[3]。碳储密度为碳储量值与面积的比值。

3 结果与分析

3.1 清原县天然林各优势树种不同龄组碳储量

经过计算，清原县天然林各优势树种不同龄组的碳储量见表2。从各优势树种的总碳储量上看，天然林中柞树碳储量为4 103 549.46 t，占天然林总碳储量的84.38%，其次为桦树206 490.58 t，占天然林总碳储量的4.25%，花曲柳碳储量为175 376.26 t，占天然林总碳储量的3.61%。从各优势树种的不同龄组碳储量来看，幼龄林中碳储量最多的为柞树，其次是胡桃楸和桦树；中龄林中碳储量最多是柞树，其次是花曲柳、胡桃楸；近熟林和成熟林中碳储量最多的均是柞树，其次均为桦树和花曲柳。过熟林中碳储量最多是白桦，其次是柞树和杨树。

表2 清原县天然林各优势树种不同龄组碳储量

柞树幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的碳储量都大于其他各优势树种。其中，柞树中龄林碳储量为1 269 887.48 t，在天然林各优势树种不同龄组中碳储量大，说明柞树中龄林对清原地区的天然林碳储量贡献最大。天然林不同龄组从幼龄林到过熟林的碳储量分别为646 218.22 t，1 476 219.78 t，1 372 104.17 t，1 272 074.31 t和96 629.59 t。天然林各龄组碳储量大小顺序为中龄林＞近熟林＞成熟林＞幼龄林＞过熟林。

从碳密度计算结果来看（表3），天然林不同龄组碳储密度中，成熟林最大，幼龄林最小，其大小顺序为成熟林＞过熟林＞近熟林＞中龄林＞幼龄林。

表3 清原县天然林不同龄组碳储密度

3.2 清原县人工林各优势树种不同龄组碳储量

经过计算，清原县人工林各优势树种不同龄组的碳储量见表4。人工林中落叶松碳储量为5 842 854.70 t，占人工林总碳储量的87.43%，其次为油松387 920.83 t，占人工林总碳储量的5.80 %。红松270 078.67 t，占人工林总碳储量的4.04%。从各优势树种的不同龄组碳储量来看，幼龄林中碳储量最多的为落叶松，其次是红松和云冷杉；中龄林中碳储量最多是落叶松，其次是樟子松，红松；近熟林中碳储量最多的是落叶松，其次为樟子松和油松；成熟林中碳储量最多的是落叶松，其次为油松和樟子松；过熟林中碳储量最多是落叶松，其次是油松和刺槐。

表4 清原县人工林各优势树种不同龄组碳储量

人工林中落叶松近熟林碳储量为2 256 834.34 t，在各优势树种不同龄组中碳储量最大，说明落叶松近熟林对清原地区的人工林碳储量贡献最大。人工林不同龄组碳储量顺序为近熟林＞中龄林＞成熟林＞幼龄林＞过熟林。

人工林碳储密度计算结果见表5。人工林不同龄组碳储密度中，中龄林最大，幼龄林最小，其大小顺序为近熟林＞成熟林＞中龄林＞过熟林＞幼龄林。

表5 清原县人工林各优势树种不同龄组碳储密度

3.3 清原县森林不同龄组碳储量估算

通过对清原县天然和人工林生物量和碳储量的估算，得出全县各优势树种不同龄组的碳储量和碳储密度，见表6。碳储量最多的龄组为近熟林3 682 312.62 t，最少的是幼龄林1 868 288.69 t，不同龄组碳储量大小顺序为近熟林＞中龄林＞成熟林＞幼龄林＞过熟林。碳储密度最大的是成熟林65.08 t/hm2，顺序是成熟林＞近熟林＞过熟林＞中龄林＞幼龄林。

表6 清原县各优势树种不同龄组碳储量及碳储密度

4 结论

通过计算，清原地区碳储量最大的三个优势树种分别是落叶松，柞树和油松。天然林中碳储量最大的三个优势树种分别是柞树，桦树和花曲柳。人工林中碳储量最大的三个优势树种分别是落叶松，油松和红松。从不同林龄组来看，碳储量最大的是近熟林。因此，在森林经营管理中，落叶松的变化会很大程度地影响该地区的碳储量。结果表明，清原县人工林的碳储密度普遍高于天然林。除幼龄林和天然中龄林外，其他龄组的碳密度均高于全国平均水平（44.91 t/hm2）[7]，森林质量较高。其中人工近熟林的碳储密度值达到87.11 t/hm2，已经接近世界平均水平。碳储密度的变化趋势是随年龄增长而增长，这与国内大部分研究结果一致。

因此，通过可持续经营，保护近、成、过熟林，增加其在森林资源中的比重，可以提高该地区森林碳储密度。