北京市森林生物量和碳储量估算

北京市森林生物量和碳储量估算

co是世界上最重要的温室气体之一。由于co2的温室效应，全球变化是世界上最严重的环境问题之一。森林生态系统在调节全球碳平衡、减缓大气中CO2等温室气体浓度上升以及维护全球气候等方面中具有不可替代的作用,森林生态系统储存了陆地生态系统的76%～98%的有机碳。一方面,森林的生长可以从大气中吸收和固定大量的碳,是大气中CO2的一个重要碳汇;另一方面,森林的采伐利用会使原先已固定的碳释放,又可成为大气CO2的一个重要碳源。目前,俄罗斯、加拿大和美国等国家对森林生态系统植物碳储量的估算研究有较大进展。我国对森林生物量的调查研究在20世纪70年代末和80年代初才开始,多数为林分生物量的实测和推测。为正确评价我国森林碳库在全球碳循环和碳平衡中的地位,20世纪90年代初以来,我国学者利用国家林业部的全国历次森林资源清查统计资料,研究了我国森林植被的碳储量及其动态变化,而对于区域尺度森林碳储量的研究较少。本研究以北京市森林为研究对象,利用全国森林资源清查资料,推算出北京市主要森林类型的碳储量,分析了北京市森林生态系统碳储量和碳密度的动态变化。1一般区域条件和方法的研究1.1北京山地植物分布特点北京市位于华北平原的北端,北纬39°28′～41°05′、东经115°25′～117°30′,总面积16800km2,其中山区占总面积的62%,平原约占38%。北京市属暖温带半湿润大陆性季风气候,春季干旱多风,夏季高温多雨,秋季天高气爽,冬季寒冷干燥。北京市的地带性土壤为褐土。由于地形特点的差异和地下水位的影响,普遍存在土壤的垂直地带性。全市境内多年平均降水量为600mm,由境内降水而形成的多年平均地表径流量为23亿m3。北京山地原始植被类型为暖温带落叶阔叶林,因长期受人为影响原始植被类型已不多见,长期大量的人为活动使次生植被在该地区占主导地位,有以栎属(Quercus)、椴属(Tilia)、槭属(Acer)、杨属(Populus)等占优势的落叶阔叶林和以油松(Pinustabulaeformis)、侧柏(Platycladusorientalis)占优势的温性针叶林。代表性的植被类型是栓皮栎(Quercusvariabilis)林、槲树(Quercusdentata)林、杨树林、油松林和侧柏林。1.2学习方法1.2.1生物量计算1生物量与蓄积量回归模型的建立材积源生物量法是目前估测森林生物量的常用方法。森林蓄积量是森林生长的立地条件、气候条件和森林龄级及其他各因素的综合反映。通过对大量森林实测生物量与蓄积量关系的研究发现,在不同林分类型中二者均存在着良好的回归关系,因而材积源生物量法能弥补平均生物量法所带来的一些人为的差异,基本上能很好地体现出实际情况。1996年我国学者方精云等收集了全国各地的758组生物量和生产力研究数据,建立了生物量与蓄积量回归方程及21个优势树种的计算参数。2001年刘国华等通过充实和完善,对计算参数又进行了修订。本研究采用方精云等建立的回归方程对森林生物量进行估计,其回归方程为:B=aV+b(1)B=aV+b(1)式中,B为森林生物量(t),V为森林蓄积量(m3),a和b为参数。森林资源清查资料详细记录了按地区分树种和龄级的面积和蓄积量,本文中不同森林类型面积和蓄积资料来源于第3次和第6次全国森林资源统计,利用式(1)计算各森林类型的生物量。2物生物量的计算根据文献,经济林的平均生物量为23.7t/hm2,凋落物生物量取5.9t/hm2,假设林下层简单计算时忽略不计。B经=23.7S(2)B经=23.7S(2)式中,B经为每公顷经济林平均生物量(t/hm2),S为森林面积(hm2)。1.2.2碳储量的计算根据全国森林资源清查资料,利用式(1)、(2)计算生物量,进而对森林碳储量进行计算。碳储量∶C=BCC(3)碳储量∶C=BCC(3)式中,C为碳储量(t),CC为含碳率。碳密度∶ρC=C/S(4)式中,ρC为碳密度(t/hm2)。有关文献所用的含碳率为0.45或0.5,而马钦彦等的研究结果表明,我国乔木树种平均含碳率值均大于0.45,而阔叶树的平均含碳率值大多低于0.5,针叶树的平均含碳率大部分≥0.5,所以用0.5作为含碳率要优于0.45。故本文中采用含碳率0.5来推算森林的碳储量。本文中森林的碳储量仅指林木的活生物量,并未包括森林生态系统中的枯死木、下木层、草本层、枯枝落叶层以及森林土壤层等的碳库。2结果与分析2.1不同森林类型、碳储量、碳密度的碳密度2.1.1森林面积、多样性分析由表1可以看出,第6次清查与第3次清查相比,15年间森林总面积增加了1.63×105hm2,总增长率为75.57%,年均增长5.04%;各森林类型的面积均有不同比例的增加,其中柏木林面积的增长幅度最大,达436.07%,松林最小,为49.00%。各类森林面积占历次清查森林总面积的比例均有相应的变化,但经济林和阔叶林的面积始终占绝对优势。第3次清查中,经济林和阔叶林面积分别占总面积的39.11%和45.75%;第6次清查中,经济林和阔叶林面积分别占总面积的37.99%和42.33%。2.1.2不同类型森林碳储量构成由表1可知,第3次清查和第6次清查森林总碳储量分别为532和852万t,第6次清查比第3次清查增加了320万t,增长率60.10%,年均增长4.00%,其中柏木林的增长率最大,达374.51%,阔叶林的增长率较小,为40.71%,其他森林类型碳储量均有不同程度的增加。由此可见,研究时段内北京市森林的碳汇作用明显。在不同时期,各森林类型碳储量以阔叶林的贡献最大,其次为经济林和松林,落叶松林最小;阔叶林碳储量分别占两次清查森林碳储量的75.33%和66.20%。其中,在第6次清查中,栎类和杨树的面积、碳储量分别占全市阔叶林面积、碳储量的44.1%和49.5%,可见,目前这两个森林类型在全北京市阔叶林碳储量中占主导地位。分析各森林类型面积变化与相应碳储量的变化发现,二者存在较好的正相关关系,即面积增加,其碳储量也增加。2.1.3森林碳密度的变化各森林类型碳密度以阔叶林最大,松林和经济林较小。由表1分析碳密度的动态变化可知,第6次清查北京市平均碳密度为22.53t/hm2,远低于全国平均水平的57.07t/hm2,与第3次清查相比,平均碳密度减少了8.81%,经济林碳密度保持不变,落叶松林和松林碳密度分别增加了45.85%和109.34%,其他各森林类型的碳密度均有不同程度的减少,其中阔叶林碳密度减少得最多,达13.39%。碳密度的减小主要与新植林致使幼龄林面积扩大有关。2.2不同年龄的物种面积、碳储量和碳密度2.2.1幼龄林面积增长率第6次清查较第3次清查各龄级乔木的面积均有所增加(表2),其中成熟林面积增长幅度最快,增长率为696.23%,幼龄林的面积增长率最小。两次清查中,幼龄林面积分别占当期清查林分总面积的76.66%和57.30%,占绝对优势,而成熟林面积较小。各龄级乔木占林分总面积的比例变化:幼龄林所占比例下降了19.36%,中龄林所占比例增加了5.4%,成熟林所占比例增加了13.96%。2.2.2不同龄级同一时期内幼龄林碳储量分布情况森林的碳储量与森林的年龄组成密切相关,而且森林的碳动态在很大程度上取决于其龄级的变化。第6次清查与第3次清查相比,总碳储量增加了57.69%,各龄级的碳储量均有不同幅度的增加,其中成熟林的增长率最大,达594.88%,幼龄林增长率最小,仅为1.19%。各龄级的碳储量均有不同变化,由于幼龄林不断发育成中龄林,而中龄林不断进入成熟林行列,从而导致中龄林的碳储量逐年增加(年均增加7.58%),成熟林中的碳储量也逐年增加(年均增加39.66%),而在幼龄林面积增加不多的情况下,幼龄林的碳储量变化很小。不同龄级同一时期内,幼龄林所占的面积及其碳储量都是最大。两次清查中,幼龄林的面积分别占当期清查全市面积的76.66%和57.30%,幼龄林的碳储量分别占当期清查森林总碳储量的72.35%和46.40%,而成熟林面积仅占4.04%和18.00%,其碳储量却占5.20%和23.31%。可见,与其所占的面积相比,成熟林的碳储量明显高于幼龄林,这是由于成熟林的碳密度远大于幼龄林的碳密度。两次清查中,幼龄林碳密度分别为31.10和23.55t/hm2,而成熟林的碳密度达43.14和37.65t/hm2。由此可知,幼龄林面积所占比例较高是导致全市碳储量、碳密度较低的主要原因。随着幼龄林的不断发育成熟,未来其碳汇功能逐渐加强,将成为一个潜在的巨大碳库。2.2.3不同龄级碳密度的调查碳密度的变化与树龄呈正相关,树龄越大,碳密度越高。由表2可以看出,随着森林自身的发展演替,各龄级碳密度依次增大,幼龄林碳密度最小,成熟林的碳密度最大。第6次清查与第3次清查相比,各龄级碳密度都有减少的趋势。幼龄林、中龄林和成熟林的碳密度分别减小了24.28%、6.60%和12.73%,森林平均碳密度由32.97t/hm2减小到29.08t/hm2。这主要与林分的变化和人为砍伐有关。3森林碳储量动态变化严重1)北京市森林总碳储量由第3次清查时的5.32万t增加到第6次清查时的852万t,15年间总共积累了320万t,平均每年以4.00%的速率增加,碳汇作用明显。各森林类型碳储量的变化与相应面积变化呈正相关关系,即面积增加其碳储量也增加。2)北京市碳储量主要集中在阔叶林中,阔叶林碳储量分别占各次清查森林碳储量的75.33%和66.20%。而在阔叶林碳储量中,栎类和杨树占主导地位。因此,阔叶林碳储量的动态变化将极大地影响整个森林的碳汇功能。3)北京市森林中,森林的年龄结构较为年轻,幼龄林面积和碳储量所占的比重较大。随着林龄结构的改善,中龄林、成熟林比重的不断增大,碳储量和碳密度会相应增加,因此北京市森林将是