白昆立 陳蕾伊 鄧洪濤 李益民 何金全

（1.廣東省嶺南院勘察設計有限公司，廣東 廣州 510599；2.廣東生態(tài)工程職業(yè)學院，廣東 廣州 510520）

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，貯存了80%以上的陸地植被碳儲量[1]，年固碳量約占全球陸地生態(tài)系統(tǒng)的2/3[2]，森林在調(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應對氣候變化等方面具有不可替代的作用[3]。森林碳儲量在區(qū)域尺度上的時空分布可以揭示碳匯的變化，為合理的碳減排目標和森林資源的經(jīng)營管理提供依據(jù)[4]。區(qū)域森林碳儲量估測方法目前主要有3類：樣地清查法、通量觀測法和基于遙感技術的模型法[5-6]。近30 年來，許多學者以森林資源清查數(shù)據(jù)為基礎對區(qū)域或國家尺度的森林碳儲量、碳密度及碳匯功能開展了大量研究[7-11]，分析森林碳匯功能變化情況，區(qū)域尺度森林碳儲量的精確性仍然有待于研究。

研究區(qū)（韶關市）屬于粵北生態(tài)特別保護區(qū)范圍，地處南嶺山脈南部，是南方重點集體林區(qū)，擁有豐富的森林資源和獨特的森林生態(tài)系統(tǒng)，素有“南嶺生物基因庫”和“珠江三角洲生態(tài)屏障”之稱。目前關于韶關市生態(tài)保護區(qū)森林植被研究相對較少，例如萬雁華等[12]利用2018 年韶關市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)評估了不同優(yōu)勢樹種（組）的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值，余斐等[13]以韶關市花崗巖區(qū)森林土壤作為研究對象，研究了其森林土壤重金屬含量分布特征并做了污染評價，而對森林碳儲量和碳密度變化的研究鮮有報道。準確地估測該地區(qū)森林的碳儲量變化、固碳能力對全國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及碳匯潛力研究具有重要意義[14]。因此，本研究以韶關市467 個樣點的森林植被數(shù)據(jù)為基礎，對森林碳儲量和固碳潛力進行評估，分析不同植被類型、不同齡組森林植被層的碳儲量和碳密度的差異性，旨在揭示韶關市不同類型森林植被的固碳現(xiàn)狀，為提高森林碳匯功能提供基礎數(shù)據(jù)，并為區(qū)域尺度的林業(yè)碳匯的綜合管理與決策提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣東省北部的韶關市，北接湖南，東鄰江西，東南面、南面和西面分別于廣東省河源市、惠州市、廣州市及清遠等市接壤，介于北緯23°53′～25°31′，東經(jīng)112°53′～114°45′之間，屬中亞熱帶濕潤性季風氣候，氣候宜人，年平均氣溫為18.8～216℃，年降雨量為1 400～2 400 mm，全年無霜凍期為310 天左右，冬季北部有雪。研究區(qū)地處南嶺山脈南部，地勢北高南低，地形以山地丘陵為主，河谷盆地分布其中。研究區(qū)內(nèi)主要森林植被類型有常綠闊葉林、針葉林、針闊混交林、闊葉混交林和竹林。

1.2 樣地設置、調(diào)查與樣品采集

本研究基于2018 年韶關市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，根據(jù)研究區(qū)森林植被、地形、氣候等特征，采用典型抽樣法布設樣點，共計467 個樣點，樣點分布及樣本統(tǒng)計表如圖1 及表1 所示。每個樣點設置3 個25 m×25 m 的喬木樣方，調(diào)查樣方內(nèi)喬木種類、胸徑、樹高等信息。齡組的劃分依據(jù)《廣東省森林資源規(guī)劃設計調(diào)查技術規(guī)程》[15]進行，分為幼齡林、中齡林、近熟林和成、過熟林。在樣方內(nèi)沿對角線設置3 個2 m×2 m 的灌木樣方，采用收獲法按枝、葉、根分別稱其鮮重，將3個樣方內(nèi)各器官分別混合均勻后取樣（不少于300 g）。在每個灌木樣方內(nèi)各取1 個1 m×1 m 的草本樣方，分地上、地下部分收獲后稱重并取樣。將草本樣方內(nèi)的枯落物全部收集并稱重，取樣。所有樣品帶回實驗室，采用重鉻酸鉀-硫酸氧化外加熱法測定植被碳含量[16]。

圖1 研究區(qū)樣點分布Fig.1 Distribution of sample points in the study area

表1 研究區(qū)不同森林類型樣本統(tǒng)計Tab.1 Sample statistics of different forest types in the study area

1.3 森林植被碳儲量估算

1.3.1 生物量估算 本文依據(jù)李?？萚17]的森林植被生物量評估模型，利用研究區(qū)域調(diào)查數(shù)據(jù)中的胸徑和樹高等數(shù)據(jù)計算得到樣點內(nèi)樹木的干、枝、葉和根部的生物量，如表2。竹林生物量的計算方法采用周國模等[18]關于毛竹林生物量的評估模型： 。

表2 中國森林植被生物量評估模型Table 2 Forest vegetation biomass assessment model in China

取樣所得的灌木、草本和枯落物樣品經(jīng)烘干處理后稱重，計算出樣品的含水率，進而推算出單位面積生物量。

1.3.2 碳密度計算 采用國家林業(yè)局發(fā)布的《造林項目碳匯計量檢測指南》[19]中各樹種的含碳率計算森林碳密度，公式如下：

1.3.3 碳儲量計算 不同植被類型植被層總碳儲量計算公式為：

式中：C為碳儲量，t；A為不同森林類型面積（來源于2018 年韶關市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)），hm2。

1.4 固碳潛力計算

根據(jù)生物群落演替的頂級理論和空間代替時間法，以成熟林的碳密度作為相近區(qū)域林分的最大碳密度，與此對應的最大碳儲量稱為森林碳容量[20]，將森林碳容量與當前階段（或某一年）森林碳儲量的差值稱為森林固碳潛力[21-22]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

應用Excel 2019 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖，應用SPSS 26.0 軟做統(tǒng)計學分析。采用單因素方差分析法分析不同植被類型和不同齡組間的碳密度和碳儲量的差異， LSD 法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)植被層碳密度

由表3 可知，研究區(qū)不同類型森林植被層的平均碳密度為65.20 t·hm-2，各森林類型中總碳密度最高的是常綠闊葉林和闊葉混交林，分別為87.02 t·hm-2、87.03 t·hm-2，兩者幾乎相同；針葉林的總碳密度次之，為60.71 t·hm-2；針闊混交林和竹林的總碳密度相對較低，其大小分別為46.40 t·hm-2、44.85 t·hm-2。在各類型森林中，喬木層的碳密度在整個植被層的占比較大，在69.67%～80.96%的范圍；灌木層的碳密度占比達到了12.30%～21.54%；草本層和枯落物層的碳密度較低，僅占整個植被層的4.42%～10.63%。

表3 不同植被類型森林碳密度Tab.3 The carbon density of forests in different vegetation types

不同齡組森林植被層碳密度如表4 所示。各齡組森林植被層的總碳密度大小在49.27～111.96 t·hm-2的范圍，喬木層森林植被的碳密度大小為32.60～92.94 t·hm-2之間。在不同齡組森林中，喬木層的碳密度在整個植被層的占比較大，在66.16%～83.01%的范圍；灌木層的碳密度占比達到了12.70%～22.96%；草本層和枯落物層的碳密度較低，僅占整個植被層的3.11%～10.88%。隨著齡組的增大，從幼齡林、中齡林、近熟林到成、過熟林，森林植被總碳密度和喬木層碳密度均表現(xiàn)出增大的趨勢。

表4 不同齡組森林植被碳密度Tab.4 The carbon density of forest vegetation in different age groups

2.2 不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)植被層碳儲量

不同植被類型森林面積和碳儲量差異比較大（圖2）。研究區(qū)不同類型森林植被總面積約為133.90×104hm2，其中針葉林和常綠闊葉林的森林面積較大，分別占總森林面積的30.73%、37.36%，竹林、闊葉混交林和針闊混交林的森林面積相對較低，分別占總森林面積的13.54%、10.78%和7.59%。各類型森林生態(tài)系統(tǒng)植被層總碳儲量為3 047.71×104t，其中常綠闊葉林碳儲量最高，達到1 379.79×104t，其次是針葉林，碳儲量達到了720.68×104t，竹林、闊葉混交林和針闊混交林的碳儲量相對較低，這三類森林的碳儲量分別占總碳儲量的16.00%、10.62%和4.46%。

圖2 不同植被類型森林碳儲量Fig.2 The carbon storage of forest in different age groups

由圖3 可知，各齡組中以幼齡林、中齡林的森林面積較高，分別占總森林面積的33.83%、38.24%，近熟林和成、過熟林的面積較低，分別占總森林面積的12.46%、15.48%。中齡林碳儲量最大，占森林總碳儲量的41.10%，其次是幼齡林，占森林總碳儲量的26.80%，近熟林和成、過熟林碳儲量較小，分別占森林總碳儲量的17.12%、14.98%。

圖3 不同齡組森林植被碳儲量Fig.3 The carbon storage of forest vegetation in different age groups

2.3 不同植被類型固碳潛力

不同植被類型的森林固碳潛力差距較大（圖4）。各類型森林植被總固碳潛力約為3 955.65×104t，其中針葉林的固碳潛力約為1 059.15×104t，約占總固碳潛力的26.78%，常綠闊葉林的固碳潛力約為2 602.65×104t，約占總固碳潛力的65.80%，針闊混交林的固碳潛力約為123.72×104t，約占總固碳潛力的3.13%，闊葉混交林的固碳潛力約為68.35×104t，約占總固碳潛力的1.73%，竹林的固碳潛力約為101.79×104t，約占總固碳潛力的2.57%。不同齡組森林固碳潛力大小順序依次為幼齡林（60.45%）＞中林齡（33.39%）＞近熟林（6.17%）。

圖4 不同植被類型森林固碳潛力Fig.4 Carbon sequestration potential of forests in different vegetation types

3 結(jié)論與討論

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要碳庫，森林碳儲量的變化是判定森林碳匯能力的重要依據(jù)[23]。本研究基于研究區(qū)467 個樣點的森林調(diào)查數(shù)據(jù)，估算了區(qū)域內(nèi)森林植被層的碳密度、碳儲量和固碳潛力。研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)各類型森林植被層的平均碳密度為65.20 t·hm-2，是廣東省[24]森林植被碳密度的2.83 倍，主要是因為研究區(qū)位于粵北生態(tài)特別保護區(qū)，保存有較為完整的生態(tài)系統(tǒng)，自然資源優(yōu)厚[25]，更有利于碳的積累，同時廣東省是經(jīng)濟大省，人口密集，森林資源分布不均勻，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)人為破壞和經(jīng)營利用干擾嚴重，導致林分質(zhì)量不高，使得全省的平均碳密度較低。研究表明，碳密度與齡組密切相關，齡組越高，森林植被總碳密度和喬木層碳密度越大，這與王會榮等[26]、李奇等[27]和關晉宏等[28]的研究結(jié)果相一致。隨著林木自然生長，低齡林分必然向著成熟林分發(fā)展，說明研究區(qū)內(nèi)森林植被碳儲量依舊具有較大的增長潛力[29]。因此，未來應加強華南地區(qū)幼、中齡林的撫育管理，改善林分質(zhì)量，以提高華南地區(qū)內(nèi)森林碳匯能力。

研究區(qū)內(nèi)不同類型森林植被總碳儲量約為3 047.71×104t，各植被類型的碳儲量大小排序為常綠闊葉林＞針葉林＞竹林＞闊葉混交林＞針闊混交林，其中常綠闊葉林和針葉林的碳儲量比重較大，達到68.92%。研究發(fā)現(xiàn)，常綠闊葉林、闊葉混交林相比針葉林、針闊混交林和竹林具有較高的碳密度，這與胡建全等[30]、邱鳳英等[31]、肖君等[32]的研究結(jié)果相似，胡中宇等[33]研究云南省天然林碳儲量的結(jié)果也表明闊葉林的碳匯能力較高。研究區(qū)常綠闊葉林和針葉林占比面積比例遠高于針葉林、針闊混交林和竹林，這也是闊葉林和針葉林碳儲量較高的一個原因。森林碳儲量與其林齡結(jié)構密切相關，森林碳動態(tài)在很大程度上取決于其齡級的變化[34]。本研究中，不同齡組的森林碳儲量大小依次為中齡林＞幼齡林＞近熟林＞成、過熟林，中齡林和幼齡林的碳儲量分別占森林總碳儲量的41.10%、26.80%。

研究發(fā)現(xiàn)，各類型森林植被總固碳潛力約為3 955.65×104t，其中針葉林和常綠闊葉林的固碳潛力較高，占比達到92.57%，是未來森林碳儲量增加的主體。不同齡組森林固碳潛力大小順序依次為幼齡林＞中林齡＞近熟林，隨著各類型森林從幼齡林逐漸成長為成熟林，森林碳儲量將明顯增大。因此，為了穩(wěn)定發(fā)揮森林的固碳能力，應該繼續(xù)推進重點林業(yè)生態(tài)工程建設，提升森林經(jīng)營管理水平，因地制宜開展造林和育林，提高森林資源質(zhì)量，以保證森林的碳匯潛力。