陳周峰

(陜西省樓觀(guān)臺(tái)實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)，陜西 周至 710402)

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體, 不僅維護(hù)著區(qū)域生態(tài)環(huán)境, 而且在調(diào)節(jié)全球碳平衡、減緩大氣中溫室氣體濃度上升以及維護(hù)全球氣候系統(tǒng)等方面具有不可替代的作用[1], 森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量是森林固碳能力的重要標(biāo)志, 也是評(píng)估森林碳收支的重要參數(shù)[2]和森林生態(tài)系統(tǒng)與大氣間碳交換的基本參數(shù)[3]及森林生態(tài)系統(tǒng)向大氣吸收和排放含C氣體的關(guān)鍵因子[4]。只有對(duì)森林生物量和碳儲(chǔ)量做出精確估算，才能進(jìn)一步探究森林在區(qū)域和全球碳循環(huán)中所起的作用[5]。為此，自20世紀(jì)初以來(lái)我國(guó)科技工作者從全國(guó)以及各區(qū)域或省份對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及碳密度進(jìn)行了大量研究[5-14]，為森林資源經(jīng)營(yíng)管理、林業(yè)可持續(xù)發(fā)展和碳貿(mào)易提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

周至縣是陜西省森林資源大縣，林地主要分布在秦嶺及其北麓的秦嶺核心地段，有著較為完整和復(fù)雜多樣的山地森林生態(tài)系統(tǒng)，植被垂直帶譜明顯，在陜西秦嶺森林生態(tài)系統(tǒng)中具有較好的代表性。開(kāi)展周至縣森林植被碳儲(chǔ)量和碳密度研究對(duì)更準(zhǔn)確地了解和把握陜西秦嶺森林碳儲(chǔ)量和空間分布特征具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

周至縣地處陜西省西安市西北部，屬秦嶺北麓、渭河平原中部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)107°39′0″～108°31′0″，北緯33°42′0″～34°14′0″。東西長(zhǎng)64.8 km，南北寬55.6 km，總面積2 974 km2。南部秦嶺土石山區(qū)屬秦嶺皺褶帶，海拔500～3 767 m，占全縣總面積76.4%。秦嶺北麓山前黃土臺(tái)原區(qū)為秦嶺山區(qū)與關(guān)中平原過(guò)渡帶，與沖洪積扇呈陡坎相接，海拔500～600 m，占全縣總面積0.3%。北部渭河平原區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越，海拔高程399～530 m，面積占全縣總面積的23.3%。暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.2 ℃，極端最高氣溫42.4 ℃，極端最低氣溫-20.2 ℃，年平均無(wú)霜期225 d，日照時(shí)數(shù)1 993.7 h，年均降水平原區(qū)700.0 mm，山區(qū)850.5 mm，由南向北遞減。

全縣林地面積15.18萬(wàn)hm2，植被類(lèi)型為暖溫帶落葉闊葉林帶，秦嶺山地落葉闊葉與針葉林區(qū)，秦嶺西段栓皮櫟、銳齒櫟、巴山冷杉、太白紅杉林小區(qū)。大部分為次生林。原始林主要分布在人煙稀少，交通不便的中高山區(qū)。由于高度差異，植被垂直帶譜明顯。

2 研究方法

2.1 林地資源資料來(lái)源

本研究數(shù)據(jù)資料主要為森林資源二類(lèi)調(diào)查成果資料，包括林地信息、森林類(lèi)型、面積、蓄積量等，僅涉及從當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門(mén)獲取。森林資源連續(xù)清查資料僅涉及喬木層相關(guān)數(shù)據(jù),林地灌木層、草本層及灌木林采取完全收獲法測(cè)定。

2.2 灌木林生物量

灌木林生物量按不同樹(shù)種林地進(jìn)行樣地選擇和測(cè)定。選擇主要灌木林黃櫨、狼牙刺、黃薔薇、柳罐、胡頹子等進(jìn)行測(cè)定，在踏查基礎(chǔ)上每種灌木林分為優(yōu)、中、差3個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)選擇3個(gè)樣地，每個(gè)樣地測(cè)定5個(gè)樣方，樣方大小為2 m×2 m。每種灌木林取灌木樣品3份，每份重200 g，烘干稱(chēng)重，計(jì)算林地灌木干鮮比，并以其折算灌木林地生物量(干重)；草本鮮重按30%換算干重。每種灌木林單位面積生物量通過(guò)算術(shù)平均求得。

2.3 喬木林生物量計(jì)算

喬木層采用模型模擬法計(jì)算[5-8]，灌木層與草本層采用樣地調(diào)查法測(cè)定。材積源生物量法在不同林分類(lèi)型生物量與蓄積量之間均存在良好的回歸關(guān)系，能較好地反映實(shí)際情況，是一種最常用的森林生物量估測(cè)方法[10-14]。灌草層生物量調(diào)查時(shí)，不同樹(shù)種及樹(shù)齡的林地分別選擇3個(gè)樣地并在每個(gè)樣地中各設(shè)置3個(gè)2 m×2 m灌木樣方，再在每個(gè)灌木樣方中設(shè)置3個(gè)草本樣方，灌木及草本生物測(cè)量方法與灌木林測(cè)定方法相同。

林地喬木層生物量與蓄積量關(guān)系[15-17]，主要樹(shù)種關(guān)系式為櫟林：W=1.328 8V-3.899 9，油松：W=0.755V+5.092 8，華山松：W=0.585 6V+18. 743 5,冷杉：W=0.415 8V+ 41.331 8，柏類(lèi)：W=0.612 9V+26.145 1，刺槐等闊葉：W=0.4754V+30.603 4，疏林地：W=0.756V+8.310 3，散生四旁樹(shù)：W=0.981V+0.004，軟闊：W=2.152 9V0.608 5，硬闊：W=0.657 3V1.050 2，杉木：W=0.180 7V1.277 1，其他松類(lèi)：W=0.527 2V1.023 9，其中W為地上生物量(t)，V為林地蓄積量(m3)。

2.4 森林植被碳儲(chǔ)量計(jì)算

森林植被碳儲(chǔ)量為森林生物量乘以含碳率(含碳系數(shù))[10-14]。目前，國(guó)際上常用的平均含碳率為0.45 或0.5[6，16,18],本研究喬木層含碳率按0.5，灌木層、草本層按李銀等人[19]研究得出的秦嶺主要灌木平均含碳率0.44。

3 結(jié)果與分析

3.1 有林地碳儲(chǔ)量及碳密度

經(jīng)計(jì)算(表1)，周至縣有林地總面積120 055.6 hm2，有林地總生物量1 283.22萬(wàn)t(表3)，其中櫟類(lèi)林687.90萬(wàn)t，占總量53.6%，硬闊葉林463.98萬(wàn)t，占總量36.2%，油松林38.90萬(wàn)t，占總量3.0%，樺類(lèi)35.42萬(wàn)t，占總量2.8%，其他林種 57.01萬(wàn)t，占總量4.4%。有林地總碳儲(chǔ)量為641.61萬(wàn)t，其中櫟類(lèi)林地碳儲(chǔ)量最大，為343.95萬(wàn)t、占有林地總碳儲(chǔ)量的53.6%，其次為硬闊葉林，碳儲(chǔ)量為231.99萬(wàn)t、占有林地總碳儲(chǔ)量的36.2%，兩者合計(jì)占全縣有林地碳儲(chǔ)量的89.8%，占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),與陜西省有林地不同林分之間碳儲(chǔ)量大小排序一致[5]。

不同林分之間碳密度為2.651～72.441 t·hm-2、平均53.443 t·hm-2，高于全國(guó)平均水平的41.0 t·hm-2[20];不同林型之間碳密度從高到低依次為櫟類(lèi)>硬闊>油松>鐵杉>落葉松>華山松>樺類(lèi)>軟闊>楊類(lèi)>柏類(lèi)>冷杉>刺槐>其他，眾多林分中只有櫟類(lèi)林碳密度高于有林地平均值，硬闊林、油松林碳密度接近但低于有林地平均值，刺槐林和其他林地碳密度很低?？傮w來(lái)看周至縣有林地中櫟類(lèi)林和硬闊葉林不但面積大，碳儲(chǔ)量大，碳密度也較高，在周至縣現(xiàn)有林地碳儲(chǔ)存中起主導(dǎo)作用。

表1 周至縣喬木林生物量及其碳儲(chǔ)量和碳密度

3.2 疏林地碳儲(chǔ)量及碳密度

周至縣疏林地總面積24 457.6 hm2，總生物量229.01萬(wàn)t，總碳儲(chǔ)量144.51萬(wàn)t，其中硬闊葉疏林地面積占總面積90.7%，生物量、碳儲(chǔ)量分別占總生物量和總碳儲(chǔ)量的97.6%，硬闊葉樹(shù)林地在疏林地面積及碳儲(chǔ)量中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。不同疏林地碳密度為1.837～50.270 t·hm-2、平均46.817 t·hm-2，從高到低依次為硬闊>油松>落葉松>冷杉>華山松>櫟類(lèi)>楊類(lèi)>刺槐>柏類(lèi)>軟闊，不同疏林地碳儲(chǔ)量及碳密度主要由喬木層決定，喬木層樹(shù)種密度及個(gè)體越大，碳儲(chǔ)量及碳密度越大，反之亦然。

表2 周至縣疏林地生物量及其碳儲(chǔ)量和碳密度

3.3 灌木林碳儲(chǔ)量及碳密度

周至縣灌木林總面積7 239.8 hm2，總林生物量15.15萬(wàn)t、總碳儲(chǔ)量6.66萬(wàn)t(表4)，其中竹林總生物量(7.72萬(wàn)t)、總碳儲(chǔ)量(3.40萬(wàn)t)最大，分別占灌木林總量的51.0%，其他灌木總生物量7.19萬(wàn)t、總碳儲(chǔ)量3.16萬(wàn)t，占灌木林總量的47.5%，杜鵑、黃櫨、黃薔薇、杜鵑等總生物量0.23萬(wàn)t、總碳儲(chǔ)量0.10萬(wàn)t，分別占總量的1.5%。不同灌木林的碳密度2.37～29.34 t·hm-2、平均9.20 t·hm-2，各灌木林碳密度從高到低依次為竹林>黃櫨>黃薔薇>其他灌木>杜鵑。

表3 周至縣灌木林生物量及其碳儲(chǔ)量和碳密度

3.4 周至縣森林碳儲(chǔ)量和碳密度

周至縣林地總面積151 753.0 hm2，森林植被總碳儲(chǔ)量762.78萬(wàn)t，平均碳密度50.26 t·hm-2，高于全省平均值30.919 t·hm-2[5]和全國(guó)平均值41.0 t·hm-2[20]，低于緊鄰寧陜縣平均值66.3641.0 t·hm-2[21]，說(shuō)明周至縣森林植被儲(chǔ)碳能力高于全國(guó)和全省平均水平，但低于地處秦嶺腹地深處且全域?yàn)榍貛X山地、林地人為影響基本一致的寧陜縣林地。

4 結(jié)論與討論

周至縣森林植被碳儲(chǔ)量為762.78萬(wàn)t，平均碳密度50.26 t·hm-2，其中有林地總碳儲(chǔ)量為641.61萬(wàn)t，不同林分之間碳密度為2.651～72.441 t·hm-2、平均53.443 t·hm-2，疏林地碳儲(chǔ)量144.51萬(wàn)t，不同疏林地碳密度為1.837～50.270 t·hm-2、平均46.817 t·hm-2，灌木林碳儲(chǔ)量6.66萬(wàn)t，不同灌木林的碳密度2.37～29.34 t·hm-2、平均9.20 t·hm-2；平均碳密度高于全國(guó)和全省平均值，低于近鄰全為山區(qū)、植被狀況較好的寧陜縣。

森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地碳循環(huán)的重要組成部分, 其固碳特征一直備受關(guān)注，但其構(gòu)成不僅僅只有植被層，還包括土壤層和枯落物層，且土壤碳庫(kù)約是植被碳庫(kù)的3倍, 土壤儲(chǔ)存了超過(guò)2/3的森林碳儲(chǔ)量[8,22],是森林生態(tài)系統(tǒng)的最大碳庫(kù),也是森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡和碳循環(huán)的關(guān)鍵組成部分，維持森林碳儲(chǔ)量穩(wěn)定作用異常顯著[22]。本研究?jī)H涉及了周至縣森林地上部分的碳儲(chǔ)量，沒(méi)有涉及土壤層和枯落物層，且由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)算方法的不完善，可能會(huì)導(dǎo)致估算的森林植被碳儲(chǔ)量和碳密度上不夠充分精確、差異較大[6,8,23](廣大研究者面臨的共同問(wèn)題)，這也是今后研究的一個(gè)方向和應(yīng)注意的重點(diǎn)。