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2024年2月29日发(作者:)

广东林业科技2012年第28卷第4期 我国森林生态系统植被碳储量估算研究进展 张玮辛 周永东 黄倩琳 广东河源周永文 莫罗坚 (1.广东省紫金县林业科学研究所517400;2.广东省东莞市林业科学研究所) 摘要 文章从时空尺度、分布特征以及影响因子三方面总结了我国森林生态系统植被碳储量估算研究 进展。阐述了在国家尺度、区域尺度和林分尺度的研究现状;分析了我国森林生态系统植被碳储量的地域分 布、在不同植被类型中的分布、龄级分布、林分内的分布以及时间动态变化;探讨了经济和人口、气候条件、造 林和抚育、林龄、林型种类等对植被碳储量的影响。针对植被碳储量估算存在的问题,从资源清查、估算方法 等方面提出解决途径。 关键词森林生态系统碳储量有机碳密度 中图分类号:¥718.55 文献标识码:A 文章编号:1006—4427(2012)04—0050—06 Advances in Estimation of Vegetation Carbon Stocks of Forest Ecosystem in China Zhang Weixin Zhou Yongdong Huang Qianlin。 Zhou Yongwen Mo Luojian (1.Zijin Research Institute of Forestry,Heyuan,Guangdong,5 17400;2.Dongguan Research Institute of Forestry) Abstract Advances in the estimation of forest ecosystem carbon stock of China were reviewed in this pa— per,in terms of spatiotemporal scales,distribution patterns and affecting factors.For spatiotemporal scales,this re— view focused on a range of studies in country,regional and stand scales in forest ecosystems of China,with details in local and regional patterns,landscape and vegetation variability,age class and within・stand variations,both in space and time.Factors such as economic development,population growth,climate,silvicultural systems,stand age and species selection,have an impact on vegetation carbon stock.Some approaches and countermeasures re— garding forest inventory and estimation methodologies were also proposed,in response to the current issues existed in carbon stock estimation. Key words forest ecosystem,carbon stock,organic carbon density 森林是陆地生态系统的主体,森林只占全球非冰表面面积的40%,但其植被碳库约占全球的86%以上, 土壤碳库约占全球的73%。森林生态系统在调节全球碳平衡、降低大气中CO。浓度、减缓温室效应等方面 具有不可替代的作用口4。。我国在发展经济的同时,十分注重生态环境保护,林业得到快速发展,取得令人瞩 目的成绩。据全国第六次资源清查的结果表明,我国现有林地面积2.85亿hm ,森林面积1.75亿hm ,森林 覆盖率18.2l%,森林蓄积量124.56亿立方米,人工林面积位居世界第一。 碳贮量变化的测定是研究土地利用变化和林业活动碳源汇功能的主要手段之一 。森林生态系统的 碳库一般由植被、凋落物和土壤3个分室组成,其中植被碳库是重要的组成部分。国内外许多学者和专家以 我国的森林生态系统为对象,在植被碳储量方面开展了大量的研究工作,本文从时空尺度、分布特征以及影 第一作者:张玮辛(1968-),男,林业工程师,主要研究方向为林业生态。E—mail:1561732642@qq.COB。 通讯作者:周永东,E-mail:dglks@163.coin。 

张玮辛等: 我国森林生态系统植被碳储量估算研究进展 响因子等三方面对近几年的研究情况进行简要概括和总结。 1 植被碳储量估算的时空尺度 1.1国家尺度 国内外许多学者对我国森林生态系统植被碳储量进行了估算,由于采用资料和估算方法的不同,得到不 同的估算结果。其中,Wang等在1994年利用美国学者Marland用的参数,根据中国森林的总蓄积量估算了 中国森林生态系统的植物c贮量为2.1 eg 。Dixon等同年在对世界植被碳储量进行估算的同时,计算出 中国森林的C贮量估计值为17 Pg_8],该文在Science上发表,具有一定的权威性,但也有学者认为,该值不 能真正反映我国森林生态系统c贮量的实际情况,估计值可能偏大。之后,Fang等对中国森林生态系统c 贮量给出的估计值为4.3O Pg_1]。周玉荣等采用林业部调查规划设计院1989—1993年最新统计的我国森林 资源清查资料,估算我国主要森林生态系统中植被碳库为62.00×10 t 。刘国华等也利用我国森林资源 清查资料,推算出我国森林的总碳储量为4.20 Pg_l 。王效科等以各龄级森林类型为统计单元,得出中国森 林生态系统的植物C贮量为3.26~3.73 Pg¨ 。 2001年,Fang等利用我国1949—1998年7次森林资源清查资料,结合使用森林生物量实测资料,采用 改良的生物量换算因子法,推算出1998年中国森林碳库的估计值为4.75 Pg c,该论文也在Science上发表, 得到较为广泛的认同 。此后,还有学者不断进行了研究,其中李克让等应用0.5o经纬网格分辨率的气候、 土壤和植被数据驱动的生物地球化学模型估算了当前中国植被的碳贮量为13.33 Gt 。赵敏等利用中国 第四次(1989~1993年)森林资源清查资料,得出中国森林植被的总碳贮量为3 778.1 Tg(1 Tg=10 g) 。 1.2区域尺度 虽然,上述许多学者在进行全国森林生态系统植被碳储量估算的同时,在区域尺度上对各省植被碳储量 也进行了估算。但有学者提出,在进行国家尺度的估算时采用的标准地材料是全国性的,而估算区域尺度时 采用本省的标准地材料,更具有针对性,更切实可行。其中,张德全等采用二类森林资源清查资料,估算出 2000年山东省森林有机碳储量为43.41 Tg ;焦秀梅等基于湖南省第4次(1990—1995年)森林资源调查 资料,估算湖南省森林植被的碳贮量为173.974 Tg_1钊;曹军等指出,1979和1998年海南森林碳储量分别为 30 145 Tg C和37 174 Tg C 。 李意德等以海南岛尖峰岭热带森林生态系统定位研究站多年来的研究作为基本数据,计算了海南岛和 云南南部热带森林的c素库总量,得出我国热带林目前的C总量在1.372~1.387亿t以上的结论 。此 外,有学者分别对西双版纳、余杭市、洛宁县的植被碳储量进行了估算 。 1.3林分尺度 在林分尺度上,国内进行了较为广泛和深入的研究,对杉木 J、马尾松_2 、杨树 J、云杉、华山松、红桦、 锐齿栎、华北落叶松 ]、油松 ]、福建柏 、油松、毛竹 、火力楠 、樟树 。]、马尾松荷木混交林 、杉木 观光木混交林 3 、杉木与火力楠混交林 、红松云冷杉林¨3引、阔叶红松林及其次生林 引、黄河上游地区退 耕地人工林 、太行山区天然次生林 等进行了碳贮量的估算,并对部分树种碳贮量的分布和影响因子进 行了探讨。 1.4时间动态变化 在森林植被的碳储量的时间动态方面,方精云等指出,20世纪70年代中期以前,中国森林碳储量减少 了0.62 Pg C,年均减少约0.024 Pg C,之后呈增加趋势。在最近的20多年中,森林碳库由70年代末期的 4.38 Pg C增加到1998年的4.75 c,共增加0.37 Pg C,年平均增加0.022 Pg C_3 。刘国华等利用我国第 一次(1973~1976年)至第四次(1989~1993年)森林资源清查资料,推算出我国4次森林资源清查中森林 的总碳储量呈增加趋势 。刘其霞等发现浙江省针阔混交生态公益林在灌丛、10~25a、26~50a等3个年 龄级的碳储量呈对数增长形式,而常绿阔叶生态公益林3个年龄级的碳储量几乎呈直线增长形式 引。张德 全等对山东省8个不同阶段的森林碳贮量进行了估算,发现森林有机碳储量从建国至2000年始终是增长 的,平均每年递增4.38%[15j。在演替过程中,植物根系中碳贮量也会逐渐增加,长白山地区白桦幼林和成 熟林中根系碳贮量分别为原始阔叶红松林的55%和65% 。 

52 广东林业科技2012年第28卷第4期 2植被碳储量的分布特征 2.1地域分布特征 我国森林生态系统植被碳储量的分布很不均衡。王绍强等研究发现中国陆地总体上表现出东部地区植 被碳量随纬度增加而降低的趋势,但东北地区的寒温带、温带山地针叶林植被碳量很高,北部地区植被碳量 具有随经度降低而递减的趋势 。李克让等指出,位于中国东南和西南地区的森林植被碳贮量为8.72 Gt, 占全国总量的65.6%,森林总面积仅占总国土面积的6.8%;中国热带、亚热带常绿阔叶林由于良好的温度 和水分条件,碳密度最高,但由于在中国的面积很小,其碳贮量在各种植被类型中仅为中等水平;草地和灌丛 面积占全国国土面积一半以上,但由于碳密度很低,其碳贮量很少¨ 。方精云等认为,森林碳库主要集中分 布在东北和西南地区,占全国碳库的一半以上,那里主要分布着以云杉、冷杉等为主的暗针叶林。中国人口 密度大的东部和东南部平原丘陵以及华北和西北干旱的森林碳库都相对较小『3 。 在各省市的植被碳储量构成方面,王效科和赵敏的研究结论较为相似,认为东北和西南各省的碳贮量较 大。其中黑龙江省最大,其次为四川和云南省,紧接着是内蒙古、吉林、西藏自治区_l H]。焦秀梅等对湖南 14个地州市的研究表明,怀化市的森林植被碳贮量最大,其它依次是永州市、郴州市和邵阳市n 。 2.2在不同植被类型中的分布特征 从碳贮量在我国不同森林植被类型中的分布来看,目前主要由于采用的资料不同以及对自然植被类型 划分上的差异,造成研究结果不尽相同。周玉荣等认为,落叶阔叶林、暖性针叶林、常绿落叶阔叶林、云冷杉 林、落叶松林占森林总碳贮量的87%,是我国森林主要的碳库 J。而刘国华等指出,我国森林的碳储量主要 集中于云杉林、冷杉林、落叶松、栎类林、桦木林、硬叶阔叶林和阔叶混交林等7个林分类型,虽然它们的面积 仅占50%左右,但其碳储量却约占整个森林的70%,这7个森林类型在我国整个森林中占主导地位 。王 效科等的研究结果表明,栎类林碳贮量所占比例最大,占22.4%(因为栎类在我国分布的面积较大),其次为 落叶松林,占12.1%,阔叶混交林占11.5% 。 此外,有学者研究了某些区域内的不同林型碳贮量分布情况,如湖南省的各森林类型中,杉木林的碳贮 量最大¨ ;西双版纳森林植被碳贮量中栎类最大,占71%,其次是热带林和经济林¨ ;构成海南森林碳储量 的主体始终是热带林,其次是经济林,二者占海南森林碳储量的80—90%,而其它类型碳储量所占比例很 小 。 2.3龄级分布特征 研究结果显示,我国幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林的碳储量分别占14.3%、30.6%、11.4%、 29.7%和14.0%_l ,赵敏等也得到了类似的结论¨ 。曹军等对海南的研究表明,在林龄构成上,1979年以 中龄林、成熟林为主,占96%,无过熟林,幼龄林的比例很小;1987年中龄林碳储量最高,占58%,幼龄林、近 熟林和成熟林碳储量在10%~15%之间,过熟林比例最小;1993年仍以中龄林比重最大,但幼龄林、近熟林 和成熟林碳储量比例进一步提高,在15%一23%之间,过熟林碳储量占5.7%。碳储量在不同林龄中的分配 比例趋于协调,但过熟林碳储量总体比例仍偏小 。 2.4林分内的分布特征 林分内不同层次所占的碳储量比例不同。东北长白山红松云冷杉林生态系统中乔木碳贮量最高,约占 林分总碳贮量的82.8%;灌木的炭贮量最小,约占林分总碳贮量的0.O1%,草本的碳贮量占林分总碳贮量的 2.4%;根系的碳贮量占林分总碳贮量的14.6%[331。广东省鼎湖山马尾松林中,各组分碳贮量分别为:乔木 层>林下植物层>凋落物层 j。黄宇等比较杉木纯林、杉木与火力楠混交林以及火力楠纯林3种人工林生 态系统的碳储量,均发现土壤层占主要部分,其次为乔木层,再次是根系,林下植被层和凋落层所占比例最 小 。樟树林乔木层碳贮量占整个生态系统总贮量的22.45%,灌木层占1.14%,草本层占0.55%,此外樟 树碳贮量的垂直分布还随高度的增加而减少,在8~10 m区段出现明显增加的现象 …。 碳贮量在不同器官中的分配也不同,基本与各器官的生物量成正比例关系,各器官碳储量的排序一般为 干>枝>根>叶 .26]。而徐永荣等发现,乔木种的各器官碳净贮量中,皮所占比例最小,根、枝、干三者比例 较为接近,都在30%左右,灌木种则都是枝>根 。 

张玮辛等: 我国森林生态系统植被碳储量估算研究进展 53 3植被碳储量的影响因子 3.1经济和人口 许多学者在研究中指出,我国森林的碳贮量和碳密度与人类活动干扰的程度、土地利用方式、人口压力 以及经济政策的变化等有较大的关系,其中人为干扰对森林植被碳密度的影响远高于气候等自然因素。如 人类的采伐利用活动、将大面积用材防护林改作经济林、将林地用于工业和商业开发等,均严重影响森林植 被的碳贮量 ’ 。 3.2气候条件 我国陆地植被碳贮量受气候、植被和土壤状况的影响,存在明显的区域差异,总的趋势是暖湿的东部地 区大于西部干旱、半于旱地区,它们与气候和植被的空间分布有很好的一致关系 。赵敏等采用多元线性 回归模型、标准系数法定量分析了气候因子对森林植被碳贮量的影响程度,指出气温对森林植被碳贮量的贡 献大于降水 。李红梅等指出,森林植被碳密度与年降水量有正相关性,与年均温呈负相关性 。 3.3造林和抚育 我国80%以上的森林属于未成熟林,幼龄林和残次林较多,而且森林质量比较差,这些是我国森林植被 碳储量和碳密度较低的主要原因 Hj。近20年来,我国除了人工成林增多外,气温上升和CO:施肥效应可 能促进了森林生长,导致碳储量的增加 。重视人工造林、封山育林等工作,使林型、林龄结构趋于合理发 展,是提高碳储量的主要原因 。黄河上游退耕地人工林较天然次生林及荒山人工林具有更强的生长 及碳储量优势,也归功于科学有序的退耕还林工作 。此外,在具体的林业生产措施上,留杉栽阔经营模 式、混交模式等被证明可以增强林木的碳吸存能力,增加碳储量 。 3.4林龄 碳密度的大小变化与树龄呈正相关,树龄越大,碳密度越高。其中成熟林和过熟林的碳密度最高,幼龄 林的碳密度较小 j。退耕地人工林的植物体碳密度随林龄的增加而呈幂函数增长趋势,在总碳密度中所占 比例随林龄而逐步提高 。马尾松林的碳贮量随着年龄的增长而增加,马尾松幼龄林(8年生)、中龄林(14 年生)、近熟林(23年生)、成熟林(38年生)碳贮量分别为15.896,53.788,94.357,98.708 t・hm~[23 3。 3.5林型种类 在海南的研究发现,热带林的碳密度高于杉木等森林类型¨ j。而在西双版纳,栎类的碳密度最高,其次 是热带林、桤木类和松类 。华山松和红桦的碳储量大小明显高于锐齿栋、油松和华北落叶松,华北落叶松 的平均碳密度值最大,锐齿栋和红桦的平均碳密度接近但低于华北落叶松,油松和华山松的平均碳密度接近 且较低 。徐永荣等对天津开发区滨海几种人工植被的碳净贮量的研究发现,净碳贮量从大到小依次为 乔一灌一草群落>灌木群落>草本群落>灌一草群落 。此外,林分类型与林分特征对人工林下地表苔藓 植物生物量和碳贮量有重要影响 。 4问题与展望 无论是在时空尺度还是在内部联系上,森林生态系统都是一个十分庞大、复杂多变的动态系统。我国是 一个地域辽阔、地形复杂的多山国家,陆地生态系统和土地利用变化类型多样,社会经济因素也十分复杂。 虽然森林植被只是森林生态系统中的一个重要组成部分,但对其碳储量的估算研究还存在许多困难,特别是 在较大尺度的研究方面,现有数据缺乏可比性。首先,现有估算方法不统一,研究还缺乏系统性。目前多数 采用平均生物量法、平均转换因子法、转换因子连续函数法等 ¨,由于蓄积量和生物量之间的关系的复杂 性(有的树种是线性关系,有的是曲线关系)以及树木碳含量的取值不同,增加了碳储量估算的不确定性。 其次,我国森林资源清查资料还不够全面和详细,缺乏长期、动态的监测数据,缺少经济林类、灌草层和地下 层生物量的资料。此外,不同学者在自然植被类型划分上的差异和估算时间上的差异也导致了碳储量估算 结果的不同。 因此,要提高森林生态系统的植被碳储量的估算精度,一方面需要对森林生态系统的变化进行长期跟踪 观测,不断丰富和更新森林资源基础资料,提高样地清查的精度,从而提高林分尺度的研究精度,以此为基础 再估算区域尺度,然后到国家尺度。另一方面要不断细化和统一研究的方法和手段,加大模型模拟和遥感及 相关技术(GIS、GPS)的应用研究,综合运用多种方法,有效解决植被碳储量估算的各种问题。 

54 广东林业科技2012年第28卷第4期 参考文献 r}r;r}r}r}『l r}r rl r}r}[i]Fang J,Wang G G,Liu G,et a1.Forest biomass of China:an estimate based on the biomass volume relationship[J].Ecologi— 纠 m¨ 加 拍 勰 如 col Application,1998,8:1084—1091. ]i 1j 1;1;1{;{]{1Fearnside P M,Imbrozio Barbosa R.Soil carbon changes from conversion of forest to pasture in Brazilian Amazonia[J].Forest Ecology and Management,1998,108:147—166. Lal R.Global potential of soil carbon sequestration to mitigate the greenhouse effect[J].Critical Review in Plant Sciences, 2003,22(2):151—184. Sundquist E T.The global earbon dioxide budget『川.Science,1993,259:934-941. 张小全,陈先刚,武曙红.土地利用变化和林业活动碳贮量变化测定与监测中的方法学问题[J].生态学报,2004(9): 2068—2073. Morisada K,Ono K,Kanomata H.Organic carbon stock in forest soils in Japan[J].Geoderma,2004,119:21-32. Wang X,Zhuang Y,Feng Z.Carbon dioxide release due to change in land use in China mainland『J].J Environ Science,1994 (6):287—295. Dixon R K,Brown S,Houghton R A,et 1.Carabon pools and lfux of global forest ecosystemsi J1.Science,1994(262):185— 190. 周玉荣,于振良,赵士洞.我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡[J].植物生态学报,2000(5):518-522. 刘国华,傅伯杰,方精云.中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献[J].生态学报,2000(5):733-740. 王效科,冯宗炜,欧阳志云.中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究[J].应用生态学报,2001(1):13—16. Fang J Y,Chen A P,Peng C H,et a1.Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J].Sci— enee,200,292:2320-2322. 李克让,王绍强,曹明奎.中国植被和土壤碳贮量[J].中国科学D辑,2003(1):72.80. 赵敏,周广胜.中国森林生态系统的植物碳贮量及其影响因子分析[J].地理科学,2004(1):50-54. 张德全,桑卫国,李日峰,等.山东省森林有机碳储量及其动态的研究[J].植物生态学报,2002(S1):93-97. 焦秀梅,项文化,田大伦.湖南省森林植被的碳贮量及其地理分布规律[J].中南林学院学报,2005(1):4-8. 曹军,张镱锂,刘燕华.近20年海南岛森林生态系统碳储量变化[J].地理研究,2002(5):551-560. 李意德,曾庆波,吴仲民,等.我国热带天然林植被C贮存量的估算[J].林业科学研究,1998(2):156—162. 李红梅,马友鑫,郭宗峰,等.西双版纳森林植被的碳贮量及影响因素分析[J].福建林学院学报,2005(4):368-372. 李惠敏,陆帆,唐仕敏,等.城市化过程中余杭市森林碳汇动态[J].复旦学报:自然科学版,2004(6):1044—1050. 丁圣彦,梁国付.近20年来洛宁县森林植被碳储量及动态变化[J].资源科学,2004(3):105・108. 方晰,田大伦,项文化,等.第二代杉木中幼林生态系统碳动态与平衡[J].中南林学院学报,2002(1):1-6. 方晰,田大伦,胥灿辉.马尾松人工林生产与碳素动态[J].中南林学院学报,2003(2):11・15. 唐罗忠,生原喜久雄,黄宝龙,等.江苏省里下河地区杨树人工林的碳储量及其动态[J].南京林业大学学报:自然科学 版,2004(2):1-6. 刘华,雷瑞德.我国森林生态系统碳储量和碳平衡的研究方法及进展[J].西北植物学报,2005(4):835—843. 马钦彦,谢征鸣.中国油松林储碳量基本估计[J].北京林业大学学报,1996(3):31—34. 何宗明,李丽红,王义祥,等.33年生福建柏人工林碳库与碳吸存[J].山地学报,2003(3):298—303. 周国模,姜培坤.毛竹林的碳密度和碳贮量及其空间分布[J].林业科学,2004(6):20—24. 黄宇,冯宗炜,汪思龙,等.杉木、火力楠纯林及其混交林生态系统C、N贮量[J].生态学报,2005(12):3146—3154. 雷丕锋,项文化,田大伦,等.樟树人工林生态系统碳素贮量与分布研究[J].生态学杂志,2004(4):25—30. 方运霆,莫江明.鼎湖山马尾松林生态系统碳素分配和贮量的研究[J].广西植物,2002(4):305—310. 杨玉盛,谢锦升,王义祥,等.杉木观光木混交林C库与C吸存[J].北京林业大学学报,2003(5):10—14. 李杨,孔令春,单忠臣.长白山红松云冷杉林碳库研究[J].吉林林业科技,2002(3):7-12. 杨丽韫,罗天祥,吴松涛.长白山原始阔叶红松林不同演替阶段地下生物量与碳、氮贮量的比较[J].应用生态学报, 2005(7):1195—1199. 胡建忠.黄河上游退耕地人工林的碳储量研究[J].北京林业大学学报,2005(6):1-8. 张宏芝,陆贵巧,原占国,等.太行山区天然次生林碳储量的研究[J].河北林果研究,2005(1):11-13. 方精云,陈安平.中国森林植被碳库的动态变化及其意义[J].植物学报,2001(9):967-973. 刘其霞,常杰,江波,袁位高,等.浙江省常绿阔叶生态公益林生物量[J].生态学报,2005(9):2139-2144. 王绍强,周成虎,罗承文.中国陆地自然植被碳量空间分布特征探讨[J].地理科学进展,1999(3):238—244. 方运霆,莫江明,黄忠良,等.鼎湖山马尾松、荷木混交林生态系统碳素积累和分配特征[J].热带亚热带植物学报, 2003(1):47—52. 

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