基于碳儲量和碳密度的森林植被喬木層碳匯功能評估

基于碳儲量和碳密度的森林植被喬木層碳匯功能評估

由于溫室氣體濃度如t2的持續(xù)增加，世界氣候變化也很嚴(yán)重。此外，科學(xué)家們還開發(fā)了“源（來源）”和“匯（sink）”問題，區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)作為最基本和最重要的問題受到了關(guān)注。全球以低緯地區(qū)熱帶森林植被喬木層的碳儲量最高,目前,對我國熱帶、亞熱帶森林碳循環(huán)的研究已受到重視。我國的亞熱帶植被在全球分布面積最大,類型最為豐富,生物多樣性最高,對維持全球性碳循環(huán)的平衡和人類的可持續(xù)發(fā)展都具有極其重要的作用。江西省位于中亞熱帶區(qū)域,目前,對該區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量和碳密度的研究還未見報道,因此該研究具有很大現(xiàn)實意義,有助于揭示其森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳功能規(guī)律和碳循環(huán)機理,評價該區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)在碳平衡中的作用,為亞熱帶的森林植被喬木層碳儲量提供更精確的數(shù)據(jù),為我國森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的估算和動態(tài)模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時也為各級政府制定森林發(fā)展規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)政策提供科學(xué)依據(jù)。1氣候條件及垂直地帶性特征江西省地處我國中部偏東南,位于長江中下游南岸。地理位置為北緯24°29′~30°05′,東經(jīng)113°34′~118°29′。屬中亞熱帶溫暖濕潤氣候,年平均氣溫16.4~19.8℃,氣候溫和、光照充足、雨量充沛,無霜期長達(dá)240~300d,全年平均降水量為1340~1930mm,多雨中心在武夷山西麓中段,懷玉山和九嶺山南麓,少雨中心在長江南岸至鄱陽湖北岸和吉太盆地。地形復(fù)雜多樣,地貌類型齊全,以中低山和丘陵為主。東、南、西三面環(huán)山,北部為湖區(qū)平原,中部間隔丘陵盆地。在中亞熱帶氣候條件和生物因子的長期作用下,形成了隨海拔高度升高依次為紅壤、山地黃紅壤、山地黃壤、山地黃棕壤、山地草甸土5種主要類型的垂直地帶性分布特征。森林植被喬木層屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域,可分為杉木林、硬闊林、馬尾松林、國外松林、針闊混交林、軟闊林、毛竹林、經(jīng)濟林、灌木林九個類型。2材料研究和估算方法2.1不同類型喬木層生物量運用材積源生物量法(Volume-biomassmethod)估算喬木層的生物量,利用江西省第六次森林資源二類清查資料中優(yōu)勢樹種蓄積量、年齡等資料,應(yīng)用方精云等(1996)不同森林類型生物量與蓄積量模型計算喬木層的生物量。采用濕燒法(KCrO7-濃H2SO4外加熱氧化法)實測了江西省大崗山林區(qū)的19個優(yōu)勢樹種的器官的有機碳含量。采集樣品方法為在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選擇3株優(yōu)勢樹種樣木,分干、枝、葉和根進(jìn)行取樣,在樹干和樹冠上中下3個部位分東西南北4個方向取干、枝和葉樣品進(jìn)行烘干粉碎均勻混合,取粗根和細(xì)根烘干粉碎混合。有機碳含量結(jié)果見表1。2.2喬木層碳儲量t/hm2喬木層碳密度與碳儲量計算分別見公式(1)和公式(2)。式中:QD—喬木樹種碳密度(t/hm2);DS、DB、DL、DR—干、枝、葉、根碳密度(t/hm2);BS、BB、BL、BR—干、枝、葉、根生物量(t/hm2);SC、BC、LC、RC—干、枝、葉、根有機碳含量(%)。式中:QS—喬木樹種碳儲量(106t);A—面積。3結(jié)果分析3.1江西省森林植被層的碳密度特征3.1.1江西不同森林植被中喬木層密度的特點3.1.2喬木層碳密度的變化由表2可知,全省不同年齡森林植被喬木層的碳密度由大到小依次為:幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林,隨著林齡的增加,森林植被喬木層的碳密度在增大,與許多學(xué)者的研究結(jié)果一致。目前,江西省幼齡林、中齡林和近熟林的森林面積占全省森林面積的98.56%,因此,全省的森林植被喬木層碳儲量處于持續(xù)增長中,固碳能力將會不斷地增強。3.1.3江西森林植被層的碳密度的地理分布特征3.2江西木林林碳儲量分析3.2.1喬木層碳庫類型從不同森林類型喬木層碳儲量占全省森林植被喬木層碳儲量的比例來看,杉木林的碳儲量占25.57%,硬闊林次之占21.53%,二者占全省森林喬木層碳庫的47.10%,成為江西省兩個主要的森林植被喬木層碳庫,馬尾松林、毛竹林、灌木林分別占12.26%、11.78%和11.22%,國外松林、經(jīng)濟林、針闊混交林占7.32%、4.94%和4.21%,軟闊林僅占1.08%。其中硬闊林、杉木林和馬尾松林為3個主要的天然林碳庫,分別占其森林植被喬木層總碳儲量的29.59%、16.39%和15.98%,杉木林、國外松林為兩個主要的人工林碳庫,分別占19.14%和10.17%。杉木林為全省最大的喬木層碳庫的森林類型,其天然林的碳儲量占46.12%,人工林占53.88%,因此杉木林既是天然林碳庫又是人工林碳庫,因此經(jīng)營管理好現(xiàn)有的杉木林對于提高全省森林喬木層碳匯功能具有很重要的意義。3.2.2喬木層不斷成熟全省不同年齡森林植被喬木層碳儲量依次為:中齡林>幼齡林>近熟林>成熟林>過熟林,與森林植被喬木層碳密度隨年齡的變化規(guī)律正好相反,所以隨著森林植被喬木層的不斷演替成熟,它將成為一個潛力巨大的碳庫。各種森林類型的年齡結(jié)構(gòu)也具有類似的特征,除軟闊林外,其它5種森林類型幼齡林、中齡林和近熟林3個演替階段在各個森林類型森林碳儲量中的比例均在90%以上,從森林碳儲量與森林演替的關(guān)系看,江西森林植被喬木層將能吸收和儲存更多的碳素。3.2.3森林類型分布從林分起源來看,江西省的天然林喬木層碳儲量占其總碳儲量的68.71%,人工林占31.29%;從森林類型分布來看,除杉木和國外松兩種造林樹種外,其它森林類型天然林遠(yuǎn)大于人工林(表2);從地理分布來看,除南昌、萍鄉(xiāng)、新余三市外,其余各市均是天然林遠(yuǎn)比人工林要大(表3),由此表明保護(hù)天然林對維持江西省森林碳庫有著相當(dāng)重要的意義,對于增強森林植被的碳匯功能具有極其重要的作用。3.2.4碳儲量高于東部和沿海地區(qū)全省森林植被喬木層碳儲量地理分布如圖5,其碳儲量依次為:贛州市(0.053GtC)>吉安市(0.039GtC)>上饒市(0.027GtC)>撫州市(0.024GtC)>宜春市(0.024GtC)>九江市(0.019GtC)>景德鎮(zhèn)市(0.007GtC)>萍鄉(xiāng)市(0.006GtC)>新余市(0.004GtC)>鷹潭市(0.004GtC)>南昌市(0.002GtC)。由此可見,江西省南部和中西部各市的碳儲量要高于其中東部和北部各市。江西省森林植被喬木層的總碳儲量0.210GtC,占全國森林總碳儲量的5.66%,與福建省森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量相當(dāng),是我國森林植被喬木層的一個重要的碳儲存庫。4有利于改善森林植被碳匯功能(1)江西省不同森林類型的碳密度為硬闊林>針闊混交林>毛竹林>國外松林>杉木林>軟闊林>灌木林>馬尾松林>經(jīng)濟林。(2)隨著林齡的增加,森林植被喬木層的碳密度也在逐漸增大。幼齡、中齡和近熟林的面積占全省森林面積的98.56%。除軟闊林外,其它森林類型碳儲量具有相同的年齡分布特征,處于幼齡、中齡和近熟三種演替階段的森林碳儲量均在90%以上,因此,江西省森林的固碳能力正處于一種持續(xù)增長的狀態(tài),是一個潛在的巨大碳庫。(3)杉木林和硬闊林占全省森林植被喬木層碳庫的47.10%,成為全省兩個主要的森林植被喬木層碳庫。硬闊林、杉木林和馬尾松林為3個主要的天然林碳庫,分別占森林植被喬木層總碳儲量的29.59%、16.39%和15.98%,杉木林、國外松林為兩個主要的人工林碳庫,分別占森林植被喬木層總碳儲量的19.14%和10.17%。杉木林既是林區(qū)內(nèi)人工林碳庫的主要組成部分同時又是天然林碳庫的主要組成部分,因此加強現(xiàn)有杉木林的經(jīng)營、管理和保護(hù),以提高杉木林吸收儲存碳素的能力,增強其碳匯功能,對增加林區(qū)植被碳庫儲量具有相當(dāng)重要的作用。以98.9%天然林為主的硬闊林的碳密度最大,硬闊林是以絲栗栲、苦櫧、木荷等為優(yōu)勢種的常綠闊葉林,是我國亞熱帶地區(qū)的地帶性植被,但長期以來由于人們對常綠闊葉林的認(rèn)識不足,極大地破壞了這一重要的生態(tài)系統(tǒng),由此造成了碳素的流失和碳素儲存能力的下降。作為亞熱帶地區(qū)的地帶性植被,具有更優(yōu)越的生長和繁衍的潛力,憑借目前其在林區(qū)內(nèi)所占有的優(yōu)勢地位,所以開展常綠闊葉林的生態(tài)恢復(fù)建設(shè)有利于增強全省的森林植被喬木層的碳匯功能,進(jìn)而改善我國亞熱帶地區(qū)森林植被喬木層的碳匯功能。(4)從森林類型分布來看,除杉木和國外松林外,其它森林類型天然林的比例遠(yuǎn)大于人工林;從地理分布看,除南昌、萍鄉(xiāng)、新余三市外,其余各市均是天然林遠(yuǎn)比人工林要多,表明保護(hù)天然林對維持全省森林碳庫具有很重要的意義,對于發(fā)揮森林的碳匯功能具有不可替代的作用。(5)江西省森林植被喬木層碳密度的地理分布呈現(xiàn)由南向北,由東向西逐漸遞減的趨勢,碳儲量則是以南部和中西部各市的碳儲量為主,高于中東部和北部各市。碳密度與碳儲量的變化規(guī)律與自然區(qū)域降水量的分布格局相吻合,也體現(xiàn)了森林生長對于水分的依賴性,水分越充足,森林生長越好,森林儲存的碳素就越多。全省不同森林類型植被喬木層碳密度的結(jié)果見圖1,喬木層平均碳密度為2.538kg/m2,硬闊林、針闊混交林、毛竹林和國外松林均高于其平均碳密度,而杉木林的碳密度與平均碳密度接近。闊葉林中的硬闊林碳密度最大,針葉林中除馬尾松林外,均大于軟闊林,針闊混交林介于闊葉林和針葉林之間,毛竹林僅次于針闊混交林,灌木林小于軟闊林,經(jīng)濟林最小。以98.9%天然林為主的硬闊林的碳密度最大,硬闊林即以絲栗栲、苦櫧、木荷等為優(yōu)勢種的常綠闊葉林,是我國亞熱帶地區(qū)的地帶性植被,但長期以來由于人們對常綠闊葉林的認(rèn)識不足,許多地方將它當(dāng)做“雜木林”、“薪炭林”,濫砍濫伐嚴(yán)重,極大破壞了這一重要的生態(tài)系統(tǒng),由此也造成了碳素的流失和碳素儲存能力的下降。由此看來,開展常綠闊葉林的生態(tài)恢復(fù)建設(shè)有利于全省的森林植被喬木層的碳蓄積量的提高,進(jìn)而改善我國亞熱帶地區(qū)森林植被喬木層的碳匯功能。與我國森林植被喬木層平均碳密度5.707kg/m2相比,江西省森林植被喬木層碳密度仍較低。江西省各地市森林植被喬木層碳密度結(jié)果見圖2。景德鎮(zhèn)市和宜春市的喬木層碳密度遠(yuǎn)低于全省的平均碳密度,鷹潭市、撫州市和吉安市與平均碳密度接近,其他則均比其平均碳密度高。由圖2可以