基于碳储量和碳密度的森林植被乔木层碳汇功能评估

基于碳储量和碳密度的森林植被乔木层碳汇功能评估

由于温室气体浓度如t2的持续增加，世界气候变化也很严重。此外，科学家们还开发了“源（来源）”和“汇（sink）”问题，区域森林生态系统作为最基本和最重要的问题受到了关注。全球以低纬地区热带森林植被乔木层的碳储量最高,目前,对我国热带、亚热带森林碳循环的研究已受到重视。我国的亚热带植被在全球分布面积最大,类型最为丰富,生物多样性最高,对维持全球性碳循环的平衡和人类的可持续发展都具有极其重要的作用。江西省位于中亚热带区域,目前,对该区森林生态系统的碳储量和碳密度的研究还未见报道,因此该研究具有很大现实意义,有助于揭示其森林生态系统的固碳功能规律和碳循环机理,评价该区域森林生态系统在碳平衡中的作用,为亚热带的森林植被乔木层碳储量提供更精确的数据,为我国森林生态系统碳平衡的估算和动态模拟提供基础数据,同时也为各级政府制定森林发展规划和环境保护政策提供科学依据。1气候条件及垂直地带性特征江西省地处我国中部偏东南,位于长江中下游南岸。地理位置为北纬24°29′~30°05′,东经113°34′~118°29′。属中亚热带温暖湿润气候,年平均气温16.4~19.8℃,气候温和、光照充足、雨量充沛,无霜期长达240~300d,全年平均降水量为1340~1930mm,多雨中心在武夷山西麓中段,怀玉山和九岭山南麓,少雨中心在长江南岸至鄱阳湖北岸和吉太盆地。地形复杂多样,地貌类型齐全,以中低山和丘陵为主。东、南、西三面环山,北部为湖区平原,中部间隔丘陵盆地。在中亚热带气候条件和生物因子的长期作用下,形成了随海拔高度升高依次为红壤、山地黄红壤、山地黄壤、山地黄棕壤、山地草甸土5种主要类型的垂直地带性分布特征。森林植被乔木层属亚热带常绿阔叶林区域,可分为杉木林、硬阔林、马尾松林、国外松林、针阔混交林、软阔林、毛竹林、经济林、灌木林九个类型。2材料研究和估算方法2.1不同类型乔木层生物量运用材积源生物量法(Volume-biomassmethod)估算乔木层的生物量,利用江西省第六次森林资源二类清查资料中优势树种蓄积量、年龄等资料,应用方精云等(1996)不同森林类型生物量与蓄积量模型计算乔木层的生物量。采用湿烧法(KCrO7-浓H2SO4外加热氧化法)实测了江西省大岗山林区的19个优势树种的器官的有机碳含量。采集样品方法为在标准地内选择3株优势树种样木,分干、枝、叶和根进行取样,在树干和树冠上中下3个部位分东西南北4个方向取干、枝和叶样品进行烘干粉碎均匀混合,取粗根和细根烘干粉碎混合。有机碳含量结果见表1。2.2乔木层碳储量t/hm2乔木层碳密度与碳储量计算分别见公式(1)和公式(2)。式中:QD—乔木树种碳密度(t/hm2);DS、DB、DL、DR—干、枝、叶、根碳密度(t/hm2);BS、BB、BL、BR—干、枝、叶、根生物量(t/hm2);SC、BC、LC、RC—干、枝、叶、根有机碳含量(%)。式中:QS—乔木树种碳储量(106t);A—面积。3结果分析3.1江西省森林植被层的碳密度特征3.1.1江西不同森林植被中乔木层密度的特点3.1.2乔木层碳密度的变化由表2可知,全省不同年龄森林植被乔木层的碳密度由大到小依次为:幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林,随着林龄的增加,森林植被乔木层的碳密度在增大,与许多学者的研究结果一致。目前,江西省幼龄林、中龄林和近熟林的森林面积占全省森林面积的98.56%,因此,全省的森林植被乔木层碳储量处于持续增长中,固碳能力将会不断地增强。3.1.3江西森林植被层的碳密度的地理分布特征3.2江西木林林碳储量分析3.2.1乔木层碳库类型从不同森林类型乔木层碳储量占全省森林植被乔木层碳储量的比例来看,杉木林的碳储量占25.57%,硬阔林次之占21.53%,二者占全省森林乔木层碳库的47.10%,成为江西省两个主要的森林植被乔木层碳库,马尾松林、毛竹林、灌木林分别占12.26%、11.78%和11.22%,国外松林、经济林、针阔混交林占7.32%、4.94%和4.21%,软阔林仅占1.08%。其中硬阔林、杉木林和马尾松林为3个主要的天然林碳库,分别占其森林植被乔木层总碳储量的29.59%、16.39%和15.98%,杉木林、国外松林为两个主要的人工林碳库,分别占19.14%和10.17%。杉木林为全省最大的乔木层碳库的森林类型,其天然林的碳储量占46.12%,人工林占53.88%,因此杉木林既是天然林碳库又是人工林碳库,因此经营管理好现有的杉木林对于提高全省森林乔木层碳汇功能具有很重要的意义。3.2.2乔木层不断成熟全省不同年龄森林植被乔木层碳储量依次为:中龄林>幼龄林>近熟林>成熟林>过熟林,与森林植被乔木层碳密度随年龄的变化规律正好相反,所以随着森林植被乔木层的不断演替成熟,它将成为一个潜力巨大的碳库。各种森林类型的年龄结构也具有类似的特征,除软阔林外,其它5种森林类型幼龄林、中龄林和近熟林3个演替阶段在各个森林类型森林碳储量中的比例均在90%以上,从森林碳储量与森林演替的关系看,江西森林植被乔木层将能吸收和储存更多的碳素。3.2.3森林类型分布从林分起源来看,江西省的天然林乔木层碳储量占其总碳储量的68.71%,人工林占31.29%;从森林类型分布来看,除杉木和国外松两种造林树种外,其它森林类型天然林远大于人工林(表2);从地理分布来看,除南昌、萍乡、新余三市外,其余各市均是天然林远比人工林要大(表3),由此表明保护天然林对维持江西省森林碳库有着相当重要的意义,对于增强森林植被的碳汇功能具有极其重要的作用。3.2.4碳储量高于东部和沿海地区全省森林植被乔木层碳储量地理分布如图5,其碳储量依次为:赣州市(0.053GtC)>吉安市(0.039GtC)>上饶市(0.027GtC)>抚州市(0.024GtC)>宜春市(0.024GtC)>九江市(0.019GtC)>景德镇市(0.007GtC)>萍乡市(0.006GtC)>新余市(0.004GtC)>鹰潭市(0.004GtC)>南昌市(0.002GtC)。由此可见,江西省南部和中西部各市的碳储量要高于其中东部和北部各市。江西省森林植被乔木层的总碳储量0.210GtC,占全国森林总碳储量的5.66%,与福建省森林生态系统的碳储量相当,是我国森林植被乔木层的一个重要的碳储存库。4有利于改善森林植被碳汇功能(1)江西省不同森林类型的碳密度为硬阔林>针阔混交林>毛竹林>国外松林>杉木林>软阔林>灌木林>马尾松林>经济林。(2)随着林龄的增加,森林植被乔木层的碳密度也在逐渐增大。幼龄、中龄和近熟林的面积占全省森林面积的98.56%。除软阔林外,其它森林类型碳储量具有相同的年龄分布特征,处于幼龄、中龄和近熟三种演替阶段的森林碳储量均在90%以上,因此,江西省森林的固碳能力正处于一种持续增长的状态,是一个潜在的巨大碳库。(3)杉木林和硬阔林占全省森林植被乔木层碳库的47.10%,成为全省两个主要的森林植被乔木层碳库。硬阔林、杉木林和马尾松林为3个主要的天然林碳库,分别占森林植被乔木层总碳储量的29.59%、16.39%和15.98%,杉木林、国外松林为两个主要的人工林碳库,分别占森林植被乔木层总碳储量的19.14%和10.17%。杉木林既是林区内人工林碳库的主要组成部分同时又是天然林碳库的主要组成部分,因此加强现有杉木林的经营、管理和保护,以提高杉木林吸收储存碳素的能力,增强其碳汇功能,对增加林区植被碳库储量具有相当重要的作用。以98.9%天然林为主的硬阔林的碳密度最大,硬阔林是以丝栗栲、苦槠、木荷等为优势种的常绿阔叶林,是我国亚热带地区的地带性植被,但长期以来由于人们对常绿阔叶林的认识不足,极大地破坏了这一重要的生态系统,由此造成了碳素的流失和碳素储存能力的下降。作为亚热带地区的地带性植被,具有更优越的生长和繁衍的潜力,凭借目前其在林区内所占有的优势地位,所以开展常绿阔叶林的生态恢复建设有利于增强全省的森林植被乔木层的碳汇功能,进而改善我国亚热带地区森林植被乔木层的碳汇功能。(4)从森林类型分布来看,除杉木和国外松林外,其它森林类型天然林的比例远大于人工林;从地理分布看,除南昌、萍乡、新余三市外,其余各市均是天然林远比人工林要多,表明保护天然林对维持全省森林碳库具有很重要的意义,对于发挥森林的碳汇功能具有不可替代的作用。(5)江西省森林植被乔木层碳密度的地理分布呈现由南向北,由东向西逐渐递减的趋势,碳储量则是以南部和中西部各市的碳储量为主,高于中东部和北部各市。碳密度与碳储量的变化规律与自然区域降水量的分布格局相吻合,也体现了森林生长对于水分的依赖性,水分越充足,森林生长越好,森林储存的碳素就越多。全省不同森林类型植被乔木层碳密度的结果见图1,乔木层平均碳密度为2.538kg/m2,硬阔林、针阔混交林、毛竹林和国外松林均高于其平均碳密度,而杉木林的碳密度与平均碳密度接近。阔叶林中的硬阔林碳密度最大,针叶林中除马尾松林外,均大于软阔林,针阔混交林介于阔叶林和针叶林之间,毛竹林仅次于针阔混交林,灌木林小于软阔林,经济林最小。以98.9%天然林为主的硬阔林的碳密度最大,硬阔林即以丝栗栲、苦槠、木荷等为优势种的常绿阔叶林,是我国亚热带地区的地带性植被,但长期以来由于人们对常绿阔叶林的认识不足,许多地方将它当做“杂木林”、“薪炭林”,滥砍滥伐严重,极大破坏了这一重要的生态系统,由此也造成了碳素的流失和碳素储存能力的下降。由此看来,开展常绿阔叶林的生态恢复建设有利于全省的森林植被乔木层的碳蓄积量的提高,进而改善我国亚热带地区森林植被乔木层的碳汇功能。与我国森林植被乔木层平均碳密度5.707kg/m2相比,江西省森林植被乔木层碳密度仍较低。江西省各地市森林植被乔木层碳密度结果见图2。景德镇市和宜春市的乔木层碳密度远低于全省的平均碳密度,鹰潭市、抚州市和吉安市与平均碳密度接近,其他则均比其平均碳密度高。由图2可以