北京市森林生物量和碳儲(chǔ)量估算

co是世界上最重要的溫室氣體之一。由于co2的溫室效應(yīng)，全球變化是世界上最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。森林生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)全球碳平衡、減緩大氣中CO2等溫室氣體濃度上升以及維護(hù)全球氣候等方面中具有不可替代的作用,森林生態(tài)系統(tǒng)儲(chǔ)存了陸地生態(tài)系統(tǒng)的76%～98%的有機(jī)碳。一方面,森林的生長(zhǎng)可以從大氣中吸收和固定大量的碳,是大氣中CO2的一個(gè)重要碳匯;另一方面,森林的采伐利用會(huì)使原先已固定的碳釋放,又可成為大氣CO2的一個(gè)重要碳源。目前,俄羅斯、加拿大和美國(guó)等國(guó)家對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)植物碳儲(chǔ)量的估算研究有較大進(jìn)展。我國(guó)對(duì)森林生物量的調(diào)查研究在20世紀(jì)70年代末和80年代初才開始,多數(shù)為林分生物量的實(shí)測(cè)和推測(cè)。為正確評(píng)價(jià)我國(guó)森林碳庫(kù)在全球碳循環(huán)和碳平衡中的地位,20世紀(jì)90年代初以來(lái),我國(guó)學(xué)者利用國(guó)家林業(yè)部的全國(guó)歷次森林資源清查統(tǒng)計(jì)資料,研究了我國(guó)森林植被的碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化,而對(duì)于區(qū)域尺度森林碳儲(chǔ)量的研究較少。本研究以北京市森林為研究對(duì)象,利用全國(guó)森林資源清查資料,推算出北京市主要森林類型的碳儲(chǔ)量,分析了北京市森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和碳密度的動(dòng)態(tài)變化。1一般區(qū)域條件和方法的研究1.1北京山地植物分布特點(diǎn)北京市位于華北平原的北端,北緯39°28′～41°05′、東經(jīng)115°25′～117°30′,總面積16800km2,其中山區(qū)占總面積的62%,平原約占38%。北京市屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候,春季干旱多風(fēng),夏季高溫多雨,秋季天高氣爽,冬季寒冷干燥。北京市的地帶性土壤為褐土。由于地形特點(diǎn)的差異和地下水位的影響,普遍存在土壤的垂直地帶性。全市境內(nèi)多年平均降水量為600mm,由境內(nèi)降水而形成的多年平均地表徑流量為23億m3。北京山地原始植被類型為暖溫帶落葉闊葉林,因長(zhǎng)期受人為影響原始植被類型已不多見,長(zhǎng)期大量的人為活動(dòng)使次生植被在該地區(qū)占主導(dǎo)地位,有以櫟屬(Quercus)、椴屬(Tilia)、槭屬(Acer)、楊屬(Populus)等占優(yōu)勢(shì)的落葉闊葉林和以油松(Pinustabulaeformis)、側(cè)柏(Platycladusorientalis)占優(yōu)勢(shì)的溫性針葉林。代表性的植被類型是栓皮櫟(Quercusvariabilis)林、槲樹(Quercusdentata)林、楊樹林、油松林和側(cè)柏林。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1生物量計(jì)算1生物量與蓄積量回歸模型的建立材積源生物量法是目前估測(cè)森林生物量的常用方法。森林蓄積量是森林生長(zhǎng)的立地條件、氣候條件和森林齡級(jí)及其他各因素的綜合反映。通過對(duì)大量森林實(shí)測(cè)生物量與蓄積量關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn),在不同林分類型中二者均存在著良好的回歸關(guān)系,因而材積源生物量法能彌補(bǔ)平均生物量法所帶來(lái)的一些人為的差異,基本上能很好地體現(xiàn)出實(shí)際情況。1996年我國(guó)學(xué)者方精云等收集了全國(guó)各地的758組生物量和生產(chǎn)力研究數(shù)據(jù),建立了生物量與蓄積量回歸方程及21個(gè)優(yōu)勢(shì)樹種的計(jì)算參數(shù)。2001年劉國(guó)華等通過充實(shí)和完善,對(duì)計(jì)算參數(shù)又進(jìn)行了修訂。本研究采用方精云等建立的回歸方程對(duì)森林生物量進(jìn)行估計(jì),其回歸方程為:B=aV+b(1)B=aV+b(1)式中,B為森林生物量(t),V為森林蓄積量(m3),a和b為參數(shù)。森林資源清查資料詳細(xì)記錄了按地區(qū)分樹種和齡級(jí)的面積和蓄積量,本文中不同森林類型面積和蓄積資料來(lái)源于第3次和第6次全國(guó)森林資源統(tǒng)計(jì),利用式(1)計(jì)算各森林類型的生物量。2物生物量的計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn),經(jīng)濟(jì)林的平均生物量為23.7t/hm2,凋落物生物量取5.9t/hm2,假設(shè)林下層簡(jiǎn)單計(jì)算時(shí)忽略不計(jì)。B經(jīng)=23.7S(2)B經(jīng)=23.7S(2)式中,B經(jīng)為每公頃經(jīng)濟(jì)林平均生物量(t/hm2),S為森林面積(hm2)。1.2.2碳儲(chǔ)量的計(jì)算根據(jù)全國(guó)森林資源清查資料,利用式(1)、(2)計(jì)算生物量,進(jìn)而對(duì)森林碳儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)算。碳儲(chǔ)量∶C=BCC(3)碳儲(chǔ)量∶C=BCC(3)式中,C為碳儲(chǔ)量(t),CC為含碳率。碳密度∶ρC=C/S(4)式中,ρC為碳密度(t/hm2)。有關(guān)文獻(xiàn)所用的含碳率為0.45或0.5,而馬欽彥等的研究結(jié)果表明,我國(guó)喬木樹種平均含碳率值均大于0.45,而闊葉樹的平均含碳率值大多低于0.5,針葉樹的平均含碳率大部分≥0.5,所以用0.5作為含碳率要優(yōu)于0.45。故本文中采用含碳率0.5來(lái)推算森林的碳儲(chǔ)量。本文中森林的碳儲(chǔ)量?jī)H指林木的活生物量,并未包括森林生態(tài)系統(tǒng)中的枯死木、下木層、草本層、枯枝落葉層以及森林土壤層等的碳庫(kù)。2結(jié)果與分析2.1不同森林類型、碳儲(chǔ)量、碳密度的碳密度2.1.1森林面積、多樣性分析由表1可以看出,第6次清查與第3次清查相比,15年間森林總面積增加了1.63×105hm2,總增長(zhǎng)率為75.57%,年均增長(zhǎng)5.04%;各森林類型的面積均有不同比例的增加,其中柏木林面積的增長(zhǎng)幅度最大,達(dá)436.07%,松林最小,為49.00%。各類森林面積占?xì)v次清查森林總面積的比例均有相應(yīng)的變化,但經(jīng)濟(jì)林和闊葉林的面積始終占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。第3次清查中,經(jīng)濟(jì)林和闊葉林面積分別占總面積的39.11%和45.75%;第6次清查中,經(jīng)濟(jì)林和闊葉林面積分別占總面積的37.99%和42.33%。2.1.2不同類型森林碳儲(chǔ)量構(gòu)成由表1可知,第3次清查和第6次清查森林總碳儲(chǔ)量分別為532和852萬(wàn)t,第6次清查比第3次清查增加了320萬(wàn)t,增長(zhǎng)率60.10%,年均增長(zhǎng)4.00%,其中柏木林的增長(zhǎng)率最大,達(dá)374.51%,闊葉林的增長(zhǎng)率較小,為40.71%,其他森林類型碳儲(chǔ)量均有不同程度的增加。由此可見,研究時(shí)段內(nèi)北京市森林的碳匯作用明顯。在不同時(shí)期,各森林類型碳儲(chǔ)量以闊葉林的貢獻(xiàn)最大,其次為經(jīng)濟(jì)林和松林,落葉松林最小;闊葉林碳儲(chǔ)量分別占兩次清查森林碳儲(chǔ)量的75.33%和66.20%。其中,在第6次清查中,櫟類和楊樹的面積、碳儲(chǔ)量分別占全市闊葉林面積、碳儲(chǔ)量的44.1%和49.5%,可見,目前這兩個(gè)森林類型在全北京市闊葉林碳儲(chǔ)量中占主導(dǎo)地位。分析各森林類型面積變化與相應(yīng)碳儲(chǔ)量的變化發(fā)現(xiàn),二者存在較好的正相關(guān)關(guān)系,即面積增加,其碳儲(chǔ)量也增加。2.1.3森林碳密度的變化各森林類型碳密度以闊葉林最大,松林和經(jīng)濟(jì)林較小。由表1分析碳密度的動(dòng)態(tài)變化可知,第6次清查北京市平均碳密度為22.53t/hm2,遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平的57.07t/hm2,與第3次清查相比,平均碳密度減少了8.81%,經(jīng)濟(jì)林碳密度保持不變,落葉松林和松林碳密度分別增加了45.85%和109.34%,其他各森林類型的碳密度均有不同程度的減少,其中闊葉林碳密度減少得最多,達(dá)13.39%。碳密度的減小主要與新植林致使幼齡林面積擴(kuò)大有關(guān)。2.2不同年齡的物種面積、碳儲(chǔ)量和碳密度2.2.1幼齡林面積增長(zhǎng)率第6次清查較第3次清查各齡級(jí)喬木的面積均有所增加(表2),其中成熟林面積增長(zhǎng)幅度最快,增長(zhǎng)率為696.23%,幼齡林的面積增長(zhǎng)率最小。兩次清查中,幼齡林面積分別占當(dāng)期清查林分總面積的76.66%和57.30%,占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),而成熟林面積較小。各齡級(jí)喬木占林分總面積的比例變化:幼齡林所占比例下降了19.36%,中齡林所占比例增加了5.4%,成熟林所占比例增加了13.96%。2.2.2不同齡級(jí)同一時(shí)期內(nèi)幼齡林碳儲(chǔ)量分布情況森林的碳儲(chǔ)量與森林的年齡組成密切相關(guān),而且森林的碳動(dòng)態(tài)在很大程度上取決于其齡級(jí)的變化。第6次清查與第3次清查相比,總碳儲(chǔ)量增加了57.69%,各齡級(jí)的碳儲(chǔ)量均有不同幅度的增加,其中成熟林的增長(zhǎng)率最大,達(dá)594.88%,幼齡林增長(zhǎng)率最小,僅為1.19%。各齡級(jí)的碳儲(chǔ)量均有不同變化,由于幼齡林不斷發(fā)育成中齡林,而中齡林不斷進(jìn)入成熟林行列,從而導(dǎo)致中齡林的碳儲(chǔ)量逐年增加(年均增加7.58%),成熟林中的碳儲(chǔ)量也逐年增加(年均增加39.66%),而在幼齡林面積增加不多的情況下,幼齡林的碳儲(chǔ)量變化很小。不同齡級(jí)同一時(shí)期內(nèi),幼齡林所占的面積及其碳儲(chǔ)量都是最大。兩次清查中,幼齡林的面積分別占當(dāng)期清查全市面積的76.66%和57.30%,幼齡林的碳儲(chǔ)量分別占當(dāng)期清查森林總碳儲(chǔ)量的72.35%和46.40%,而成熟林面積僅占4.04%和18.00%,其碳儲(chǔ)量卻占5.20%和23.31%?？梢?與其所占的面積相比,成熟林的碳儲(chǔ)量明顯高于幼齡林,這是由于成熟林的碳密度遠(yuǎn)大于幼齡林的碳密度。兩次清查中,幼齡林碳密度分別為31.10和23.55t/hm2,而成熟林的碳密度達(dá)43.14和37.65t/hm2。由此可知,幼齡林面積所占比例較高是導(dǎo)致全市碳儲(chǔ)量、碳密度較低的主要原因。隨著幼齡林的不斷發(fā)育成熟,未來(lái)其碳匯功能逐漸加強(qiáng),將成為一個(gè)潛在的巨大碳庫(kù)。2.2.3不同齡級(jí)碳密度的調(diào)查碳密度的變化與樹齡呈正相關(guān),樹齡越大,碳密度越高。由表2可以看出,隨著森林自身的發(fā)展演替,各齡級(jí)碳密度依次增大,幼齡林碳密度最小,成熟林的碳密度最大。第6次清查與第3次清查相比,各齡級(jí)碳密度都有減少的趨勢(shì)。幼齡林、中齡林和成熟林的碳密度分別減小了24.28%、6.60%和12.73%,森林平均碳密度由32.97t/hm2減小到29.08t/hm2。這主要與林分的變化和人為砍伐有關(guān)。3森林碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化嚴(yán)重1)北京市森林總碳儲(chǔ)量由第3次清查時(shí)的5.32萬(wàn)t增加到第6次清查時(shí)的852萬(wàn)t,15年間總共積累了320萬(wàn)t,平均每年以4.00%的速率增加,碳匯作用明顯。各森林類型碳儲(chǔ)量的變化與相應(yīng)面積變化呈正相關(guān)關(guān)系,即面積增加其碳儲(chǔ)量也增加。2)北京市碳儲(chǔ)量主要集中在闊葉林中,闊葉林碳儲(chǔ)量分別占各次清查森林碳儲(chǔ)量的75.33%和66.20%。而在闊葉林碳儲(chǔ)量中,櫟類和楊樹占主導(dǎo)地位。因此,闊葉林碳儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)變化將極大地影響整個(gè)森林的碳匯功能。3)北京市森林中,森林的年齡結(jié)構(gòu)較為年輕,幼齡林面積和碳儲(chǔ)量所占的比重較大。隨著林齡結(jié)構(gòu)的改善,中齡林、成熟林比重的不斷增大,碳儲(chǔ)量和碳密度會(huì)相應(yīng)增加,因此北京市森林將是