馮 源，肖文發(fā)①，朱建華，李 奇

(1.中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所/ 國家林業(yè)和草原局森林生態(tài)環(huán)境重點實驗室，北京 100091；2.南京林業(yè)大學南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037)

作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要碳庫，森林通過光合作用將大氣CO2固定在植被及死亡有機質(zhì)中，在維持全球碳平衡和減緩氣候變化方面發(fā)揮著關鍵作用[1-2]。造林是最常見的營林措施，可有效擴大森林面積，促進森林對大氣CO2的吸收，抵消化石燃燒碳釋放，減緩氣候變化并極具成本優(yōu)勢，受到了國際社會的認可與關注[3-4]。

自20世紀70年代以來，我國持續(xù)開展了大規(guī)模植樹造林活動，第八次森林資源清查結(jié)果顯示我國人工林保存面積為6.9×107hm2，居世界首位，甚至對整個亞洲地區(qū)森林面積的增長亦有重要影響[5]。目前，對造林后的人工林已開展了許多研究，F(xiàn)ANG等[6]估算1970—2000年造林使東亞5國生物量碳儲量(以C計)年均增加66.9 Tg·a-1；劉博杰等[7]估算退耕還林工程年均固碳量為18.0～18.50 Tg·a-1；DENG等[8]預測退耕還林的固碳潛力可抵消中國每年碳排放的3%～5%；ZHANG等[9]和羅云建等[10]分別對黃土高原和山西關帝山地區(qū)的研究得出相似結(jié)論，即造林30～35 a后人工林碳儲量明顯增加并高于原有生態(tài)系統(tǒng)碳儲量。已有人工林碳儲量研究多采用空間替代時間的方法[9-11]，以不同林齡的林分構(gòu)建時間序列，通過樣地調(diào)查、異速生長方程或林齡-碳密度經(jīng)驗方程估算其碳儲量[12]，以此反映造林后森林碳儲量動態(tài)。該方法計算簡便快捷，但存在2個方面的明顯不足：(1)通常只關注生物量碳庫的碳儲量動態(tài)，忽略了枯落物、死木及土壤有機質(zhì)等碳庫，不能量化生態(tài)系統(tǒng)整體的碳動態(tài)[13-14]；(2)無法估算每年不斷增加的新造林碳動態(tài)，也難以區(qū)分新造林對原有森林固碳能力的影響[15]。因此，必須將生態(tài)系統(tǒng)視為統(tǒng)一整體進行研究，而造林如何影響區(qū)域尺度森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率以及新造林和原有森林的固碳能力隨時間呈現(xiàn)怎樣的變化是反映區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化減緩作用的關鍵。

鑒于此，筆者應用加拿大碳計量模型(CBM-CFS3)和森林資源規(guī)劃設計調(diào)查數(shù)據(jù)，量化并預測2009—2030年造林對湖北省興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響，對比新造林和原有森林固碳速率的變化，以期準確評估造林情景下森林固碳潛力的發(fā)展趨勢，了解森林碳吸收的增長模式，尋求最佳森林管理措施，并為重大生態(tài)工程政策提供反饋信息。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

興山縣隸屬湖北省宜昌市(110°25′～111°06′ E，31°04′～31°34′ N)，位于秦巴山區(qū)、長江西陵峽以北，面積為2 327 km2?？h境東西距為66 km，南北寬為54 km，東與宜昌市、?？悼h相接，西與巴東縣毗鄰，南與秭歸縣接壤，北靠神農(nóng)架林區(qū)。興山縣轄2鄉(xiāng)6鎮(zhèn)114個村(社區(qū))，常住人口為16.88萬人。興山縣居于巴山余脈、巫山與荊山山脈之間，山脈自東向西伸展，地勢東西北三面高，南面低。最高點海拔為2 426.9 m，最低點海拔為109.5 m；地貌由山溝河谷低山區(qū)、巖溶剝蝕中山區(qū)和緩坡平坦高山區(qū)組成。興山縣屬于亞熱帶大陸性季風氣候區(qū)，年平均氣溫為15.3 ℃，年平均降水量為900～1 200 mm，雨量充沛，但時空分布差異較大，年均日照時數(shù)為1 682.8 h，而且由于地形高低懸殊，氣候垂直差異大。

由湖北省最近一次森林資源規(guī)劃設計調(diào)查得到2009年興山縣森林面積為1.62×105hm2，蓄積量為9.55×106m3，主要包括馬尾松(Pinusmassoniana)林、杉木(Cunninghamialanceolata)林、柏木(Cupressusfunebris)林、溫性松林、落葉闊葉林、常綠闊葉林、針葉混交林和針闊混交林8種森林類型。其中，以栓皮櫟(Quercusvariabilis)和麻櫟(Quercusacutissima)為主的落葉闊葉林面積為7.74×104hm2，占興山縣森林總面積的47.89%，是興山縣最主要的森林類型；另外，馬尾松林面積為2.33×104hm2，占比為14.39%，是興山縣第3大森林類型(圖1)。森林資源規(guī)劃設計調(diào)查顯示興山縣適宜造林的土地面積為2.94×104hm2(包括宜林荒山荒地、其他宜林地、疏林地、無立木林地和除國家特別規(guī)定灌木林地外的灌木林地等)，具有充足的造林空間。

1.2 CBM-CFS3模型介紹

CBM-CFS3模型由加拿大林務局開發(fā)，是以年為步長的森林生態(tài)系統(tǒng)碳收支模型[16-17]，可估算土地利用變化(如造林和毀林)對森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響。CBM-CFS3模型中森林生態(tài)系統(tǒng)由生物量碳庫和死亡有機質(zhì)(dead organic matter，DOM)碳庫組成，DOM碳庫包含枯落物、死木和土壤有機質(zhì)3個子碳庫。該模型基于蓄積生長曲線和蓄積-生物量方程將森林資源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生物量碳儲量和年增長量，再根據(jù)每年枯落比例和分解比例估算枯落物和死木的碳儲量動態(tài)。森林土壤碳動態(tài)由林分演替循環(huán)至準平衡狀態(tài)后估算得到，而非森林地塊則需輸入耕層土壤有機質(zhì)碳密度作為初始值[18]。CBM-CFS3模型所需的蓄積生長方程和蓄積-生物量轉(zhuǎn)化參數(shù)來自付甜[19]對三峽庫區(qū)相同森林類型的研究成果，而所需的經(jīng)修改后的生物量周轉(zhuǎn)和DOM分解參數(shù)[20-22]見表1。

圖1 興山縣森林分布示意

表1 CBM-CFS3模型參數(shù)修正結(jié)果

Table 1 Modified parameters of CBM-CFS3 model%·a-1

參數(shù)碳庫默認參數(shù)修正參數(shù)來源文獻A 樹干0.45～0.671.94[20]樹枝75.0060.61[20]樹葉95.0033.56[20]樹根2.001.79[20]B地上特快庫0.360 00.430 0[21]地上快速庫0.143 50.190 0[22]地上慢速庫0.015 00.020 0[22]地下特快庫0.500 00.400 0[22]地下快速庫0.143 50.210 0[22]地下慢速庫0.003 30[22]

A為生物量周轉(zhuǎn)比率；B為死亡有機質(zhì)(DOM)分解速率。

1.3 造林情景假設

CBM-CFS3模型根據(jù)年度造林面積、造林樹種及對應的蓄積生長曲線估算造林對森林碳動態(tài)的影響。造林數(shù)據(jù)來源于2009—2016年《湖北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》[23]和宜昌市各年度造林驗收合格面積。由于興山縣未涉及飛播造林，同時CBM-CFS3模型研究對象僅限于森林生態(tài)系統(tǒng)(對應森林資源規(guī)劃調(diào)查有林地中的喬木林)，因此不考慮針對非森林地類(無林地、疏林地和灌木林地等)的封山(沙)育林措施，僅考慮人工造林的影響。

由于年鑒和統(tǒng)計資料均未詳細記錄造林樹種和地塊信息，因而需要查閱文獻進行補充。天然林保護工程和退耕還林工程的造林模式表明，興山縣所造森林類型多為以馬尾松為主的針葉林及以刺槐(Robiniapseudoacacia)、櫟類、杜仲(Eucommiaulmoides)等為主的落葉闊葉林[24]，[25]210-212；林種多為生態(tài)林和兼用林，造林保存率高達100%[24]。據(jù)此假設興山縣所造森林類型為馬尾松林和落葉闊葉林這兩大類且所有新造林均能發(fā)展成為喬木林，根據(jù)肖文發(fā)等[25]統(tǒng)計的興山縣多年造林面積得到馬尾松林和落葉闊葉林每年造林面積的相對比例為1.13∶1，設置造林密度分別為1 500和2 000株·hm-2。

造林統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示2009—2016年興山縣累計造林6 193 hm2(圖2)，在此基礎上應用灰色模型GM(1，1)對未來造林面積進行預測，以期反映2009—2030年時段內(nèi)造林事件對區(qū)域森林碳儲量的影響?；疑Ｐ湍軌蚧跉v史時間序列的造林面積以一階線性微分方程解逼近新的時間序列下造林面積，計算便捷且預測精度高[26]，計算公式為

x(0)(k)+az(1)(k)=b，

(1)

(2)

式(1)～(2)中，x(0)為原有觀測數(shù)據(jù)序列；x(0)(k)為灰導數(shù)；z(1)(k)為白化背景值；a為發(fā)展系數(shù)；b為灰作用量；x(1)為預測數(shù)據(jù)序列；t為時間步長。

計算得到灰色模型a值為-0.04，b值為701.96，相對模擬誤差為0.22，精度滿足區(qū)域尺度對未來造林面積預測的需求。預測2017年以后興山縣每年造林面積將逐漸增大，2030年年造林面積將達到1 634 hm2(圖2)。將2009—2030年興山縣實際造林及未來預測結(jié)果作為造林情景(afforestation scenario)，其累積造林面積為2.40×104hm2。造林導致的土地利用類型變化將使非森林土壤有機質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樯滞寥捞紟旖M分，使新造林生態(tài)系統(tǒng)中土壤有機質(zhì)碳儲量迅速增加。由于非森林地塊土壤碳密度需要用戶自行輸入以完成CBM-CFS3模型初始化，根據(jù)中國耕層土壤碳密度[18]和研究區(qū)土壤類型得到興山縣非森林土壤碳密度(以C計)平均值為36.51 Mg·hm-2。模擬期間興山縣每年森林土壤碳儲量由于土地利用變化而增長14.61～59.65 Gg(圖2)。

He doesn’t pay as much tax as we do/as us.他沒我們交的稅款多。

圖2 造林情景下興山縣造林面積及土地利用變化導致的土壤碳儲量增長

另外，設置2009—2030年無任何造林活動的情景作為基線(baseline，BS)，即造林面積為0、整個模擬期間森林面積始終為1.62×105hm2，以對比造林對興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率的影響。造林情景和BS情景的關系示意見圖3。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)固碳速率的估算

以興山縣森林資源規(guī)劃設計調(diào)查作為主要數(shù)據(jù)來源，將各種森林類型面積、起源和林齡等信息整理輸入CBM-CFS3模型。分別估算造林情景和BS情景下興山縣新造林、所造森林類型整體以及縣域森林整體的生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和碳密度〔式(3)〕，并以單位時間內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量變化量作為固碳速率〔式(4)〕。

(3)

(4)

式(3)～(4)中，DC,i,t為森林類型i生態(tài)系統(tǒng)碳密度，Mg·hm-2；Cbio,i,t為森林i生物量碳儲量，Mg；CDOM,i,t為森林i的DOM碳儲量，Mg；Ai,t為森林i在t時刻的面積，hm2；ΔRC,i為森林生態(tài)系統(tǒng)i的固碳速率(以C計)，Mg·a-1；Ci,t1和Ci,t2分別為森林生態(tài)系統(tǒng)i在t1、t2時刻的碳儲量，Mg。當以年為時間步長時，固碳速率即表示森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量年際變化量。

圖3 造林情景和BS情景的關系示意

2 結(jié)果與分析

2.1 興山縣森林林齡結(jié)構(gòu)的變化

2009年興山縣森林以中齡林為主，林齡介于25～45 a間的森林面積比例高達80.22%(圖4)；林齡在0～20、50 a及以上的森林面積較小，分別占全縣森林總面積的11.77%和8.01%。2030年造林情景下興山縣森林幼齡林面積明顯高于BS情景，林齡低于30 a的森林面積占13.13%；而BS情景下30 a以下的森林面積僅占0.20%，大部分森林處于45～80 a的林齡階段，占85.85%。

2.2 新造林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率動態(tài)

興山縣新造林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量由2009年的14.98 Gg逐漸增加至2030年的1 159.25 Gg(圖5)，模擬期間平均值為472.85 Gg，其中，生物量碳儲量和DOM碳儲量分別占19.11%和80.89%。新造林DOM碳儲量由土地利用變化導致的碳增量(圖2)和DOM碳儲量年增量(圖5)組成。造林導致每年土地利用變化增加的碳儲量為14.61～59.65 Gg，新造馬尾松林和新造落葉闊葉林分別占53.00%和47.00%。模擬期間新造林DOM碳儲量年增量變化范圍為0.01～803.38 Gg，其中，新造馬尾松林和新造落葉闊葉林DOM碳儲量年增量變化范圍分別為0～414.31和0.01～389.07 Gg。

圖4 2009—2030年興山縣森林林齡結(jié)構(gòu)變化

圖5 2009—2030年造林情景下興山縣新造林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率動態(tài)

2009—2030年興山縣新造林中馬尾松林和落葉闊葉林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率均逐漸增大。對比模擬期間各指標年平均值可知，新造馬尾松林生物量碳儲量(37.92 Gg)低于新造落葉闊葉林(52.44 Gg)，但新造馬尾松林DOM碳儲量年增量平均值(178.15 Gg)稍高于后者(164.43 Gg)，最終使兩者生態(tài)系統(tǒng)碳儲量相近，平均值分別為237.23和235.63 Gg；但新造馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)固碳速率低于新造落葉闊葉林，平均值分別為6.44和9.57 Gg·a-1。

興山縣新造林生態(tài)系統(tǒng)固碳速率由0.73 Gg·a-1逐漸增長為39.02 Gg·a-1，模擬期間平均值為16.01 Gg·a-1。其中，生物量固碳速率逐漸增加，貢獻了生態(tài)系統(tǒng)總固碳速率的94.15%；DOM碳庫固碳速率表現(xiàn)為先降低而到2015年后略有增高，占比僅為5.85%。模擬期間生物量和DOM固碳速率平均值分別為15.07和0.94 Gg ·a-1，對應的單位面積固碳速率平均值分別為1.37和0.04 Mg·hm-2·a-1。

2.3 造林對所造森林類型生態(tài)系統(tǒng)碳動態(tài)的影響

造林情景下興山縣落葉闊葉林和馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率均高于BS情景(圖6)，其差異隨著模擬時間增長而逐漸增大，而且馬尾松林表現(xiàn)尤為明顯。造林情景下興山縣馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)固碳速率始終快速增長，模擬期間平均值為31.73 Gg·a-1，比固碳速率呈先增長后趨于平穩(wěn)的BS情景高6.44 Gg·a-1；但由于造林增大了森林面積，使造林情景下馬尾松林單位面積固碳速率(1.06 Mg·hm-2·a-1)低于BS情景(1.09 Mg·hm-2·a-1)(表2)。造林使模擬后期興山縣落葉闊葉林固碳速率逐漸減小的趨勢得以緩和。造林情景下落葉闊葉林固碳速率平均值為127.61 Gg·a-1，比BS情景高9.57 Gg·a-1；兩者單位面積固碳速率基本相同，分別為1.54和1.52 Mg·hm-2·a-1。

圖6 2009—2030年造林對所造森林類型碳儲量和固碳速率的影響

表2 兩種情景下興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度和固碳速率

Table 2 The carbon densities and carbon sequestration rates of forest ecosystems of both scenarios in Xingshan County

情景生態(tài)系統(tǒng)面積/104 hm2碳密度/(Mg·hm-2)2009年2020年2030年2009年2020年2030年平均值固碳速率平均值/(Mg·hm-2·a-1)BS情景落葉闊葉林7.747.747.7488.89103.74120.90103.451.52馬尾松林2.332.332.3366.0074.5388.4875.081.09興山縣森林總體16.1716.1716.1787.2899.91112.2999.391.19造林情景新造落葉闊葉林0.020.481.1337.8544.1651.8144.041.85新造馬尾松林0.020.551.2737.0540.2045.0040.291.01新造林總體0.041.032.4037.4342.0649.3542.061.41落葉闊葉林總體7.768.228.8788.76100.22112.1099.721.54馬尾松林總體2.352.883.6065.7467.9973.0968.281.06興山縣森林總體16.2117.2018.5787.1696.44103.9995.771.20

2.4 造林對興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳動態(tài)的影響

造林增大了興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率。2009年造林情景中新造林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量相當于BS情景下興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量的0.11%，而在2030年這個比例則增至6.39%(圖7)。模擬期間造林情景下興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率平均值分別為16 540.55 Gg和208.04 Gg·a-1，比BS情景下對應值分別高2.94%和8.34%。但由于造林使興山縣森林面積持續(xù)增大，導致2009—2030年造林情景下興山縣所有森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度平均值(95.77 Mg·hm-2，表2)低于BS情景(99.39 Mg·hm-2，表2)。單位面積固碳速率在造林情景和BS情景下基本相同，模擬期間平均值分別為1.20和1.19 Mg·hm-2·a-1(表2)。

圖7 2009—2030年造林對興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率的影響

3 討論

基于森林資源規(guī)劃設計調(diào)查數(shù)據(jù)和CBM-CFS3模型，評估和預測2009—2030年造林對興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響。筆者估算模擬期間BS情景下興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度平均值為99.39 Mg·hm-2(表3[6,19,27-30])，與三峽庫區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度相近[19,27]，表明筆者研究模擬結(jié)果較合理。

表3 CBM-CFS3估算結(jié)果與相關文獻結(jié)果對比

Table 3 Comparison of the CBM-CFS3 estimation with the literature results

地點 研究對象 生態(tài)系統(tǒng)碳密度/(Mg·hm-2)生物量固碳速率/(Mg·hm-2·a-1)生態(tài)系統(tǒng)固碳速率/(Mg·hm-2·a-1)來源文獻興山縣新造林總體42.061.371.41該研究興山縣BS情景森林總體1)99.391.341.19該研究三峽庫區(qū)森林總體1)107.35——[19]三峽庫區(qū)森林總體1)117.68——[27]河北省北部針葉林及闊葉林—0.07～1.87—[28]江西省吉安市馬尾松林—1.01～3.18—[29]江西省馬尾松林——2.02[30]江西省杉木林——1.90[30]江西省濕地松林——2.04[30]中國所有人工林類型—0.14—[6]東亞5國2)所有人工林類型—0.23—[6]

1)BS情景下森林總體與文獻[19,27]中三峽庫區(qū)森林總體所包含的森林類型相同，共有馬尾松林、柏木林、杉木林、溫性松林、落葉闊葉林、常綠闊葉林、針闊混交林和針葉混交林8種森林類型；2)包含蒙古、中國、朝鮮、韓國和日本。

由于已有研究多關注植被部分，因而取筆者研究結(jié)果中生物量碳庫固碳速率與之進行對比。驗證結(jié)果表明興山縣森林生物量固碳速率平均值為1.34～1.37 Mg·hm-2·a-1，符合前人研究結(jié)果(0.07～3.18 Mg·hm-2·a-1)[28-29]并且高于中國及東亞森林生物量固碳速率平均值(0.14～0.23 Mg·hm-2·a-1)[6]，說明興山縣森林與其所在氣候區(qū)森林整體的固碳能力相符，而且其固碳能力略強于中國森林的平均水平。人工造林是固碳能力最強的造林方式[3]。模擬期間興山縣新造林生態(tài)系統(tǒng)固碳速率為1.41 Mg·hm-2·a-1(表2)，略低于江西省主要針葉人工林生態(tài)系統(tǒng)固碳速率(1.90～2.04 Mg·hm-2·a-1)[30]。除興山縣與江西省針葉人工林立地環(huán)境不同以外，后者采用了野外調(diào)查和室內(nèi)分析法。研究方法的不同也是導致結(jié)果差異的主要原因。

我國《造林技術規(guī)程》中對造林的定義與《聯(lián)合國氣候變化框架公約》(United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC)中對造林(再造林)的定義稍有差異，后者更強調(diào)造林引起的土地利用變化，并對變化時間做出限制：指在至少過去50 a內(nèi)不曾有森林土地轉(zhuǎn)化為有林地，再造林(第1承諾期)指在1989年12月31日及之前無林地轉(zhuǎn)化為有林地的活動[31]。筆者在我國造林定義的基礎上遵循UNFCCC造林(再造林)對土地利用變化的規(guī)定，即認為所有造林均發(fā)生于非森林地塊，但未嚴格區(qū)分土地利用變化的發(fā)生時間，而且筆者并未考慮毀林、林地流轉(zhuǎn)或其他自然及人為干擾(如采伐和病蟲害等)可能引起的土地利用轉(zhuǎn)化?！杜d山縣土地總體利用規(guī)劃(2006—2020)》預計2020年林地面積為1.88×105hm2；且基于規(guī)劃中2010—2020年各地類面積動態(tài)推算出2030年林地面積為1.90×105hm2。筆者研究預測造林情景下興山縣2020和2030年林地面積分別為1.720×105和1.857×105hm2(表2)，符合該規(guī)劃對各地類面積的控制；而且所預測的累積造林面積(2.40×104hm2，表2)低于總宜林面積(2.94×104hm2)，即模擬結(jié)束時興山縣仍具有造林潛力。總體而言，筆者應用的灰色模型及造林假設是合理可行的，但未來造林情景受經(jīng)濟、政策及人為等多種因素影響，仍需進行長期的監(jiān)測和記錄。

筆者使用的CBM-CFS3模型可對生態(tài)系統(tǒng)整體碳儲量進行估算；而且該模型是非空間模型，在目前缺乏詳細空間信息的情況下也能根據(jù)造林年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)從森林類型和行政區(qū)2種尺度上估算造林對森林固碳能力的影響。土壤有機質(zhì)碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要碳庫[32]。造林后原有非森林土壤碳轉(zhuǎn)變?yōu)樯滞寥捞?，作為研究對象的一部分被納入森林生態(tài)系統(tǒng)中，將會造成新造林土壤有機質(zhì)碳庫、DOM碳庫以及整個生態(tài)系統(tǒng)碳儲量迅速增加。相比之下，新造林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的年際變化量(即生態(tài)系統(tǒng)固碳速率)去除了森林面積變化引起的土壤碳儲量增加，更能反映新造林真實的固碳能力。新造林生物量固碳速率(1.37 Mg·hm-2·a-1)明顯高于DOM碳庫(0.04 Mg·hm-2·a-1)，這與前人研究結(jié)論[10]一致。興山縣新造林DOM固碳速率在2016年之前為負值，說明造林后至少7 a內(nèi)土壤碳庫表現(xiàn)為碳排放，之后才發(fā)揮固碳功能，這與王艷芳等[13]對退耕還林工程中人工林土壤固碳動態(tài)特征的研究結(jié)果相吻合。

由于現(xiàn)有造林記錄所含信息較少，筆者依據(jù)文獻資料所設置的造林情景主要包含以下3點不確定性，可能高估了新造林的固碳速率：(1)新造林初期可能并未達到森林標準，應屬于未成林造林地，但筆者視其為幼齡森林，未考慮其成林時間及兩者地類差別；(2)受自然條件、當?shù)剞r(nóng)戶種植習慣和經(jīng)濟發(fā)展需求的影響，實際造林樹種中包含柑橘(Citrusreticulata)、板栗(Castaneamollissima)、胡桃(Juglansregia)等經(jīng)濟林樹種以及杉木、柏木等針葉樹種，筆者將其統(tǒng)一歸入落葉闊葉林和馬尾松林；(3)實際造林成活率可能難以達到陳光羽等[24]提及的興山縣天保工程造林成熟率(100%)。有數(shù)據(jù)顯示考慮實際存活率的固碳潛力值僅相當于理想狀態(tài)下的52%[15]。此外，未考慮2009年興山縣未成林造林地(1 223 hm2)在模擬期間的成林情況，可能造成興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的低估。CBM-CFS3模型的輸入數(shù)據(jù)、模型算法及參數(shù)也會影響模擬結(jié)果的準確程度。筆者研究局限性體現(xiàn)在CBM-CFS3模型的計量對象為森林生態(tài)系統(tǒng)，目前尚無法估算非森林地塊植被和土壤碳動態(tài)，因此暫未考慮非森林地塊轉(zhuǎn)化為森林過程中的碳儲量變化。未來可進行更加詳細的區(qū)域碳核算，進一步評估土地利用變化造成的碳收支。

森林生長與氣候密切相關[33]。邱琳等[34]認為新疆西伯利亞落葉松(Larixsibirica)固碳速率與溫度和降水呈現(xiàn)正相關關系，因此氣候變化很可能會引起森林固碳速率的變化。而CBM-CFS3模擬結(jié)果反映的是研究區(qū)長期氣候條件下的森林碳動態(tài)，無法估算短期氣候波動對森林固碳的影響。未來需要深入研究森林生長動態(tài)與氣候關系，改進模型算法并調(diào)整輸入?yún)?shù)，使其更好地反映森林固碳速率對氣候變化的響應。

造林通過調(diào)整林齡結(jié)構(gòu)增加森林碳儲量，對興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。筆者研究結(jié)果顯示2009—2030年新造落葉闊葉林的生態(tài)系統(tǒng)固碳速率(1.85 Mg·hm-2·a-1)高于馬尾松林(1.01 Mg·hm-2·a-1)，今后可適當增加落葉闊葉林如刺槐、板栗和杜仲等樹種的造林力度，不僅能使興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)固碳速率由下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)槠椒€(wěn)趨勢，也有助于提高當?shù)鼐用袷杖隱25]210-212；同時還需要遵循適地適樹原則并加強撫育管理。另外，在現(xiàn)有造林統(tǒng)計工作的基礎上，還需建立長期監(jiān)測和調(diào)查體系，完善造林作業(yè)設計的歸檔及記錄，規(guī)范對造林樹種、種植時間、造林方式及密度、發(fā)生位置等詳細信息的記錄，為全面掌握和準確評估森林資源的動態(tài)變化以及合理規(guī)劃森林經(jīng)營措施提供數(shù)據(jù)支持，并為區(qū)域尺度生態(tài)工程建設提供管理依據(jù)。

4 結(jié)論

該研究采用CBM-CFS3模型評估并預測了2009—2030年造林對興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率的影響。模擬期間BS情景下興山縣生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率平均值分別為16 067.70 Gg和192.03 Gg·a-1。2009—2030年造林情景下累積造林面積為2.40×104hm2。模擬期間造林使興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率平均值分別增加472.85 Gg和16.01 Gg·a-1，其中，生物量碳庫和DOM碳庫碳儲量占比分別為19.11%和80.89%，兩者固碳速率占比分別為94.15%和5.85%。造林使馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)和落葉闊葉林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分別增長237.23和235.63 Gg，使兩者固碳速率增長6.44和9.57 Gg·a-1。通過調(diào)整興山縣森林林齡結(jié)構(gòu)，造林提高了森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳速率。