雾灵山自然保护区森林生态系统固碳释氧服务功能研究

雾灵山自然保护区森林生态系统固碳释氧服务功能研究

生态系统服务功能是当前世界的热点和先锋。森林生态系统服务功能是指森林生态系统与生态过程所形成及所维持人类赖以生存的自然环境条件与效用。森林生态系统服务功能价值的评估对于森林资源保护、森林可持续经营以及生态补偿有着重要意义,可对森林特别是私有林经营与保护提供资金来源,实现经济效益与环境效益双赢。Costanza等对全球尺度的生态系统服务功能进行了分类和评估,估算出全球生态系统服务功能的年总价值平均为33万亿美元。尽管有学者对该评估工作及结果存在争论,但其评估使人们对生态系统服务功能有了新的认识,也为今后的生态系统服务价值评估提供了参考。我国森林生态系统服务功能价值评估起步于20世纪后期,前期以借鉴国外已有方法为主,研究不同尺度上不同类型生态系统服务功能价值。固碳释氧服务功能是森林生态系统最重要的服务功能之一,是指森林生态系统通过森林植被、土壤动物和微生物固定碳素、释放氧气的功能。余新晓等根据全国第5次森林资源清查资料估算出我国森林生态系统各项服务功能中固碳释氧服务功能的经济价值最高、为14399.23×108元/年。王兵等估算出2009年我国森林生态系统固碳释氧价值为15593.55亿元/年。周玉荣等估算我国主要森林生态系统碳储量为281.16×108t,方精云等估算出我国森林总碳库由4.3PgC增加到5.9PgC。李海葵等对我国森林固碳,碳储量及其动态分布也做了一定的研究工作。森林生态系统固碳释氧服务功能价值和森林生产力直接相关,以往研究多以宏观尺度,采取全球或全国平均值来对大区域整体价值进行估算,得到的结果颇有误差。本研究以雾灵山国家自然保护区为研究对象,为更准确地评估保护区森林资源状况,本研究以《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721—2008)为标准,采用国家行业规范统一的公式,在森林资源二类清查资料的数据基础上,结合样地调查数据,通过计算各林分类型生物量与生产力,相对准确地评估了保护区森林生态系统固碳释氧服务功能价值,以期为保护区森林资源价值评估提供基础数据,同时也为制定科学合理的营林政策提供参考。1材料和方法1.1云南雾灵山范围和植被类型雾灵山国家自然保护区位于河北兴隆县境内,117°17′~117°35′E,40°29′~40°36′N,属暖温带半湿润大陆性季风气候,有明显的山地气候特点,年均温7.6℃,年降水量763mm。在我国植物区划上属华北地区、东北地区、内蒙古地区交汇处,为暖温带落叶阔叶林向温带针阔混交林过度的林区。雾灵山海拔高差变化大,沟谷切割强烈,生境复杂多样,这些都决定了雾灵山的植被多样性和复杂性。自1988年雾灵山升级为国家自然保护区后,森林生态系统经过多年的保护,植被类型和物种极为丰富,全区共有高等植物165科645属1818种。雾灵山自然保护区总面积14246.9hm2,林地面积12019hm2,森林覆盖率达80.3%,主要植被类型有阔叶混交林、针阔混交林、针叶林、灌丛、草甸等。主要树种有山杨(PopulousdavidianaDude)、油松(Pinupstabuleaformis)、华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr)、白桦(BetulaplatyphyllaSuk)、蒙古栎(QuercusmongolicaFischerexLedebour)、辽东栎(Q.liaotungensisKoidz)、云杉(Piceameyeri)、核桃楸(JuglansmandshuricaMaxim)、蒙椴(Tiliamongolica)、华北五角枫(AcermonoMaxim)等。1.2固碳释氧服务reg设计本研究采用最新的国家标准《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721—2008)中计算公式及相应参数计算雾灵山国家自然保护区森林生态系统的固碳释氧服务功能价值。1.2.1森林生态系统划分与调查本研究数据主要有3个来源:(1)2009年河北省雾灵山森林资源二类清查资料。根据雾灵山森林资源二类清查资料的分类,将雾灵山国家自然保护区森林生态系统划分为三大类别:乔木林、经济林和疏林灌木。其中乔木林主要包括阔杂、山杨、落叶松等,经济林主要有山楂、杏树、板栗等。由于疏林与灌木林生产力水平接近,为计算方便将二者并总为疏林灌木林。(2)样地调查数据。在分析处理森林资源二类清查资料的基础上,于2011年在雾灵山国家自然保护区内选取主要林分类型设置标准样地进行森林生物量调查。(3)我国北方主要森林类型生物量,生产力的研究资料。1.2.2林分净生产力的计算(1)由于不同林分类型生物量与生产力水平存在差异,本研究以二类清查资料为基础,结合样地调查数据,将雾灵山国家自然保护区森林生态系统分为13种主要林分类型,包括阔杂、山杨林、油松林、柞树林、落叶松林、桦树林、针杂、核桃楸林、椴树林、刺槐林、侧柏林、经济林和疏林灌木。依据材积源驱动生物量法,利用蓄积量计算出各林分的生物量,从而推算出各林分净生产力值。其中,大部分优势树种的森林生产力水平通过查阅文献获得。(2)对于经济林生物量的计算研究,目前国内可参考借鉴的文献较少,因此也很难获得精准的生产力数据。根据国外文献的研究成果及方精云等的计算结果,雾灵山经济林的生物量和生产力数值采用我国经济林生物量和生产力的平均值,即平均生物量为23.7t/hm2,平均生产力采用9.2t/(年·hm2)。(3)根据国内关于疏林与灌木林生物量和生产力的研究,二者的生物生产力水平接近,因此本研究将疏林与灌木林合并计算,其单位面积生产力水平采取河北省疏林灌木平均生产力值,即由总生产力与总面积比值得到。此外,对于无法确定林地生产力水平的林分类型,本研究采用替代补缺法,采用以往研究成果中与研究地相近经纬度相似生境条件下同种林分的净生产力数据进行计算。1.2.3森林固碳释氧服务功能计算根据最新的国家标准《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721—2008),森林固碳释氧服务功能的计算采用国家行业规范统一的公式(1)、(2)进行计算:式中,G固碳为植被年固碳量(t/年),1.63为计算系数,R碳为CO2中碳的含量、为27.27%,A为林分面积(hm2),B年为林分净生产力[t/(年·hm2)],下同。1.2.4固碳释氧服务功能价值根据《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721—2008),计算固碳释氧服务功能的价值采用公式(3)、(4)进行计算:式中,U固碳为林分年固碳价值(元/年),1.63为计算系数,C碳为固碳价格(元/t)。式中,U释氧为林分年释氧价值(元/年),1.19为计算系数,C氧为氧气价格(元/t)。2结果与分析2.1不同林分类型单位的蓄积量和总净生产力应以树从表1可以看出,雾灵山国家自然保护区各林分类型的平均生物量为13.140~143.364t/hm2,平均净生产力范围为3.367~12.478t/年·hm2。在各林分类型中,阔杂林面积最大且显著高于其他林分,其总蓄积量、总生物量和总净生产力的值也最大,同时样地调查中阔杂林大多树木较高,冠幅较大,胸径较粗,林木生长状况良好。其他林分类型中,山杨、油松、柞树、落叶松和桦树林面积相对较大,其余的疏林灌木、经济林、针杂、核桃楸、椴树和刺槐林面积依次减少,而以侧柏林林分面积最小,其总蓄积量、总生物量和总净生产力的值也最小(图1)。除阔杂、经济林和疏林灌木外,其他各林分类型的总蓄积量如图2所示,由大到小依次为:山杨>落叶松>柞树>桦树>油松>针杂>椴树>核桃楸>刺槐>侧柏,与图1所示面积大小顺序并不完全一致。同时,各林分类型的总生物量,总净生产力大小顺序与对应的蓄积量及面积大小顺序也存在差异,这与各林分的平均生物量和平均净生产力值的差异直接相关,主要取决于林分结构、健康状况等实际生长情况。2.2林分固碳量与单位面积释氧量从表2可以看出,雾灵山国家自然保护区森林生态系统固碳量为54204.1t/年,单位面积固碳量为3.085t/年·hm2;森林生态系统释氧量为145113.0t/年,单位面积释氧量为10.186t/年·hm2。其中,落叶松林的单位面积固碳量与单位面积释氧量最多,而侧柏林最少。从图3和图4可以看出,阔杂林固碳量与释氧量均明显高于其他林分,分别为31496.1、84320.1t/年。此外,各林分类型固碳量由多到少依次为山杨>落叶松>柞树>桦树>油松>疏林灌木>经济林>针杂>核桃楸>椴树>刺槐>侧柏,释氧量顺序与固碳量顺序一致。2.3林分类型中的固碳释氧价值从表3可以看出,雾灵山国家自然保护区森林生态系统固碳价值总量为6504.490万元/年,单位面积固碳价值为0.457万元/(年·hm2);森林生态系统释氧价值总量为14511.298万元/年,单位面积释氧价值为1.019万元/年·hm2。保护区森林生态系统固碳释氧服务功能总价值为21015.788万元/年,单位面积固碳释氧服务功能价值为1.476万元/年·hm2。同样,各林分类型中单位面积固碳价值与单位面积释氧价值也是落叶松林最高,侧柏林最低。从图5和图6可以看出,各林分类型的固碳价值量与释氧价值量,阔杂林均明显高于其他林分,分别为3779.534万元/年和8432.013万元/年。此外,其他各林分类型固碳价值与释氧价值量由多到少排列顺序相同,依次为山杨>落叶松>柞树>桦树>油松>疏林灌木>经济林>针杂>核桃楸>椴树>刺槐>侧柏。3森林生态系统固碳释氧量计算研究结果表明,雾灵山国家自然保护区森林生态系统固碳量为54204.1t/年,释氧量为145113.0t/年。各林分类型中,落叶松林单位面积固碳释氧量最多,主要是因为其林分质量好,净生产力水平高,固碳释氧功能强。整个保护区森林生态系统单位面积固碳量为3.085t/(年·hm2),单位面积释氧量为10.186t/(年·hm2)。雾灵山国家自然保护区森林生态系统各林型年固碳价值与释氧价值由多到少排列顺序一致,依次为阔杂>山杨>落叶松>柞树>桦树>油松>疏林灌木>经济林>针杂>核桃楸>椴树>刺槐>侧柏。固碳释氧服务功能总价值为21015.788万元/年,单位面积年释氧价值为1.019万元/(年·hm2)。单位面积年固碳价值为0.457万元/(年·hm2)。在特定区域内,温度降水等自然条件相似的情况下,森林生态系统固碳释氧服务功能的价值主要取决于与森林类型、森林面积以及森林健康状况。计算各林型生物量数值时参考徐新良等的北京森林生物量—蓄积量转换模型,其结果与方精云等研究所得我国各类森林的生物量数值相比总体较高,具有一定差异,得到的平均生产力8.559t/(年·hm2)高于冯宗炜等研究得出的我国暖温带和温带森林的生产力平均值为6.89t/(年·hm2),低于世界温带落叶林的平均值12t/(年·hm2)。雾灵山国家自然保护区长年封育保护良好,森林生态系统植被丰富度和森林覆盖率都较高,因此,实际的林地生产力水平也相应较高,但较世界温带落叶林平均水平有差距,主要取决于该区域森林的组成结构,与该研究结果存在不同程度的一致性。本研究对于森林生产力的确定存在一定误差。主要来源包括:(1)各林分生产力的计算未能按照主要优势树种的林龄和林分起源类型进行区分计算。(2)目前国内外对于经济林和疏林灌木生物生产力的研究较少,本研究涉及的经济林的生物量和生产力数