浏阳市乔木林碳贮量及碳密度特征分析

成晨阳，汤腾方，伍格致

（1.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；2.湖南农业大学 商学院，湖南 长沙 410128）

浏阳市乔木林碳贮量及碳密度特征分析

成晨阳1，汤腾方1，伍格致2

（1.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；2.湖南农业大学 商学院，湖南 长沙 410128）

利用浏阳市森林资源二类调查数据（2012年），依据乔木林当中不同林分类型蓄积量与生物量之间的回归方程关系，对浏阳市乔木林的碳贮量进行了推算，分析了不同林种、林龄结构、林分类型以及人工林、天然林的碳贮量及碳密度特征。结果表明：（1）浏阳市乔木林的总碳贮量为4 115 652.91 t，平均碳密度为17.10 t/hm2；（2）不同林种之间的碳贮量从大到小依次为用材林＞防护林＞特用林＞经济林，碳密度最大为特用林，为26.99 t/hm2，其他阔叶林的碳贮量最大，占乔木林碳贮量的41.83%，其次是杉木林；（3）不同龄组间碳贮量分布的基本规律为中龄林＞近熟林＞成熟林＞幼龄林＞过熟林，碳密度变化趋势基本随着年龄的增加而增大。浏阳市的人工林与天然林的碳贮量相差不大，天然林碳密度水平高于人工林。

林分类型；林种；碳贮量；碳密度；浏阳市

森林生态系统是陆地上的最为重要的生态系统，其通过森林植被的光合作用吸收并固定大量存在于大气中的CO2。根据研究表明，森林生态系统固定的有机碳占陆地生态系统的76%～98%，而森林植被的碳贮量就占到了陆地生物圈总碳贮量的60%[1]，相当于目前全球碳库总量的2/3。因此，各国的专家学者对于森林植被的碳贮量估算也越加的重视。目前而言，美国、加拿大以及部分西方国家对于森林生态系统当中森林植被碳贮量的估算研究均有较大的进展[2-3]。近年来，很多专家学者对大尺度和斑块状森林植被的碳贮量开展了大量的研究[4]，估算了在全球以及区域尺度上的碳贮量，对全球森林植被的碳贮量估计也较为一致（500 Gt），与此同时我国科学家也先后对森林植被的碳贮量估算展开了研究[5]，对主要林分类型在全国尺度范围上的碳贮量进行了相关估算，估计值为3.72～13.34 Gt[2,6]。

对浏阳市乔木林的碳贮量及碳密度进行估算，并分析其分布特征，旨在能够更为全面、科学的掌握浏阳市乔木林碳汇水平现状，为林业相关部门制定有针对性的、合理科学的森林经营管理措施提供相关的理论依据。

1 研究区概况

浏阳市是地处于湖南省东部罗霄山脉的北段，东邻万载、铜鼓；南部与萍乡、醴陵相接壤，西面倚靠长沙，北部紧靠平江。27°51′～ 28°34′N，113°10′～ 114°15′E，土地总面积 5 007.75 km2。浏阳市是属亚热带的季风式湿润气候，无霜期时间长，雨量较充沛，浏阳市全年的年平均气温在16.7～18.2℃之间，年日照时数1 490～1 850 h，年降水量1 457～2 247 mm。浏阳市全市的活立木蓄积量为12 585 423 m3，林地面积为344 623.7 hm2，其中有林地的面积为286 969.1 hm2，森林覆盖率为66.2%。

2 研究方法

2.1 资料来源

基本数据来源于浏阳市森林资源二类调查数据（2012年），资料中包括了浏阳市森林资源各龄组的面积与蓄积，森林植被中各林种的面积、蓄积以及在天然林和人工林当中，不同林分类型按照不同龄组的面积与蓄积等分布状况。参照并依据湖南省森林资源二类调查的相关规程，结合浏阳市森林资源的现状，本文将浏阳市森林植被中的乔木分成了七大林分类型，分别为：杉木林、国外松林、马尾松林、其他阔叶林（樟类、檫类、栎类等）、桉树林、杨树林、乔木经济林。

2.2 生物量的计算

根据浏阳市森林资源规划设计调查数据的特点，借鉴了方精云[7]、王斌[8]等人建立的不同林分类型生物量与蓄积量之间的回归关系BEF模型，选择了对应林分类型相关系数较高且样本数充足的模型结构对浏阳市乔木林碳贮量进行估算。

表1 森林乔木层生物量与蓄积量关系Table 1 Relationship between biomass and volume in tree layer of forest

而对于乔木经济林而言采用的是单位面积生物量乘以乔木经济林总面积的方法，这里取单位面积乔木经济林的生物量值为23.75 t/hm2[9]。

式（1）中：B经济为乔木经济林总生物量，单位是t；B单位面积为乔木经济林单位面积生物量，单位是t/hm2；A为乔木经济林总面积。

2.3 碳贮量和碳密度的估算

文章研究的浏阳市乔木林碳贮量只涵盖了乔木林地当中林木的活生物量，并没有包括到森林生态系统中的草本层、枯枝落叶层以及森林系统当中土壤层的碳贮量。对于森林碳贮量计算是用森林生物量乘以转化系数（即每克干物质的含碳率）得到，转化系数是依据木材化学分子式法[10-12]。森林碳密度则是利用森林碳贮量与对应森林面积之比求得[13]，即单位面积森林碳贮量。

表2 各树种含碳率Table 2 Carbon content rate in different tree types

3 结果与分析

根据2012年浏阳市森林资源二类调查的资料数据显示：浏阳市全市的乔木林地总面积为240 571.3 hm2，其中幼龄林面积为43 593.7 hm2；中龄林为93 448.7 hm2；近熟林56 445.5 hm2；成熟林为44 619.8 hm2；过熟林2 463.6 hm2。蓄积量由大到小依次是中龄林（3 757 411.2 m3）＞近熟林（3 735 292.8 m3）＞成熟林（3471 456.0 m3）＞幼龄林（379 107.5 m3）＞过熟林（258 271.0 m3）。

乔木林碳贮量总计为4 391 182.1 t，按照龄组划分为：幼龄林碳贮量占3.27%，中龄林碳贮量占32.39%，近熟林占32.19%，成熟林占29.91%，过熟林占2.24%。

3.1 乔木林不同林种碳贮量特征

从表3可以看出，在乔木林各林种的碳贮量分布当中，不同林种的碳贮量大小差异较大，其中用材林最大，为2 912 264.17 t，占66.32%；其次是防护林，其碳贮量为1 277 852.65 t，占29.10%；而特用林和经济林的碳贮量分布较少，分别为113 586.35 t、87 478.93 t，占乔木林碳贮量的2.58%和2.00%。由此可见，浏阳市乔木林的碳贮量主要是集中在用材林和防护林，其他林种类型的碳贮量分布较低，这与各林种的分布面积及碳汇能力相关，用材林面积是经济林的27倍不到，而碳贮量大小却是33倍之多，这表明不同的林种类型具备不同的碳汇能力，因此不同的林种类型是影响乔木林碳汇能力大小的因素之一。

表3 不同林种碳贮量按龄组分布Table 3 Carbon storage of different ages of different forest types in arbor t

从图1一方面可以得到，各林种的碳密度变化趋势都是随着年龄的增长而增加，其碳汇能力也相应增大；另一方面各林种间碳密度的差异性较为明显，特用林的碳密度最大，主要是因为浏阳市的特用林主要是由环境保护林、自然保护林组成，其主要作用是用于森林旅游、科学研究以及保护生态环境等，且特用林在林龄的构成方面主要为近、成熟林为主，这些都使得特用林的单位面积生物量水平以及碳密度水平最高。而经济林呈现出相对较低碳密度水平的原因是因为在栽植过程当中，过密的种植密度会影响到经济林的产量，致使经济林的每公顷株树减少，从而导致浏阳市经济林的碳密度偏低。

图1 浏阳市各林种不同龄组碳密度Fig.1 Carbon density of different ages of different forest types in arbor

3.2 乔木林不同林分类型各龄组碳贮量特征

由于各龄组碳贮量大小与龄组分布面积及碳汇能力大小有着紧密的关系，结果表明：成熟林的面积占乔木林总面积的18.53%，但是其碳贮量却占乔木林总碳贮量的29.39%；而幼龄林的面积占乔木林总面积的18.12%，其碳贮量则只占到了乔木林总碳贮量的3.27%；对于中龄林而言，面积比重与碳贮量比重基本相当，分别为38.85%和32.93%；近熟林面积占23.46%，碳贮量占32.20%；过熟林面积占1.05%，碳贮量占2.21%。由此可见，年龄结构的差异性也是构成碳汇能力大小差异的主要原因之一，近、成、过熟林的碳汇能力相对较大；其次是中龄林，其碳汇能力相对较小；而幼龄林的碳汇能力最小。另一方面，根据不同林分类型按龄组分布的碳贮量分析，即从杉木林、马尾松林、国外松林、其他阔叶林、乔木经济林、杨树林以及桉树林等按照龄组分布的碳密度变化趋势图也可以得到相同的结论（见图2）。

乔木林不同林分类型按龄组的碳密度分布规律是由幼龄林到成熟林逐步的增加，这主要因为，森林中树木碳积累的速率较慢，随着年龄的增加在不断的增大，在树木生长到达成熟期时，碳积累的速率达到了最大，在树木成熟之后，其碳积累的速率逐步降低，甚至还会有一些碳被分解到了森林土壤当中，因此，碳汇能力最大的是成熟林、近熟林，过熟林次之，中龄林的碳汇能力相对而言较小，幼龄林最小。

图2 浏阳市不同林分类型碳密度按龄组变化趋势Fig.2 Trend of carbon density of different ages in different forest types

表4 不同林分类型碳贮量、碳密度Table 4 Carbon storage and carbon density of different forest types

从表4可以看出，浏阳市不同林分类型的碳贮量特征为：浏阳市乔木林各林分类型碳贮量大小差异明显，其中碳贮量最大的是其他阔叶林，所占到的比重为41.83%；杉木林次之，占37.43%；接下来依次是马尾松林，占14.91%；国外松林，占3.82%；乔木经济林，占1.98%；杨树林，占0.02%以及桉树林的0.01%。可见，浏阳市乔木林的碳贮量分布不均匀，同时也反映出了其他阔叶林的碳汇量较大，而针叶林在浏阳市乔木林碳贮量中占到了很大的比例，其碳贮量之和达到了52.34%，超过了一半以上，在浏阳市森林植被的碳贮量方面占据着主导的地位。

从各林分类型碳密度大小对比可以看到，杨树林最大、桉树林最小；而杉木林的碳密度虽较2010年(12.05 t/hm2)[14]有所增加，但仍没有达到乔木林碳密度平均水平(17.10 t/hm2)，这与其高面积分布、高蓄积量比重不相匹配，其中一方面的原因是由于杉木林的幼、中龄林等未成熟林比重较大，占到了58.58%，在其幼龄林当中，有相当一部分为种植不久的新增林地，这在一定程度上降低了杉木林林的平均碳密度水平[15]；另一方面则是由于部分山地、丘陵地带的立地质量较差，且土壤中的养分含量不高，甚至有些地块还存在地力衰退的趋势，这些都会对于提高杉木林的平均碳密度产生影响。

3.3 人工林、天然林的碳贮量及碳密度特征

浏阳市的森林主要是包括人工林和天然林，从表5可以看出，人工林的面积要大于天然林的面积，但是天然林的碳贮量却要稍大于人工林，从而反映出天然林具有更大的碳汇能力。从碳密度方面来看，人工林与天然林的碳密度按龄组生长的变化趋势是基本一致的，均随着年龄的增长而增加，只是在成熟林到过熟林阶段，天然乔木林出现了碳密度下降的情况，这可能是由于天然乔木林分在进入到过熟林时期时，林分内空间变小、卫生环境变差，个体间的竞争愈发激烈，从而导致碳积累的速率降低，并且在这时期其生物量当中的一部分碳被分解转移到了森林土壤等其它环境当中，因而形成了碳密度降低的状况。在整个阶段，人工林只有在过熟林时期的碳密度大于天然林，而其他阶段都普遍的小于同时期天然林的碳密度水平，这也说明，如果能够对人工林进行科学合理的经营管理以及保护，随着幼、中龄林的发展，人工林在森林碳汇的功能上将会发挥巨大的潜力价值。

利用SPSS中方差分析对人工林与天然林不同龄组的碳密度进行比较，利用LSD多重比较探究各年龄阶段各组别之间碳汇能力的差异性，显著性水平设置为α=0.05。

表5 不同龄组人工林与天然林面积、碳贮量及碳密度Table 5 Carbon storage and carbon density of natural forest and artificial forest in different ages

由表6可以看到，在乔木人工林当中，不同龄组间的碳密度差异总体上是显著的，主要是表现在幼龄林与其他龄组阶段以及过熟林与其他龄组阶段的碳密度差异上，中龄林、近熟林和成熟林三者间的碳密度差异不明显。

表6 人工林、天然林各龄组碳密度差分关系Table 6 Relationship of carbon density between natural forest and artificial forest in different ages

而对于天然林而言，不同龄组间的碳密度差异同样较为显著，但这主要是表现在幼、中龄林与其他龄组间的碳密度差异上，而近、成、过熟林的碳密度差异性不明显。

不同森林的起源方式对于碳贮量的积累具有重要影响，这是由于各类型森林的环境因子、物种组成以及年龄结构的不同，从而导致其在不同龄组的碳贮量分布、碳密度上也呈现出了一定的差异性（见图3）。

图3 浏阳市人工林、天然林不同龄组碳密度变化趋势Fig.3 Trend of carbon density of different ages in natural forest and artificial forest

4 结论与讨论

(1)浏阳市全市的乔木林碳贮量为4 115 652.91 t，平均碳密度为17.10 t/hm2。乔木林碳贮量按林种划分主要表现为用材林分布最多，其次是防护林，而特用林和经济林的碳贮量分布较少。另一方面各林种间碳密度的差异性较为明显，特用林最大，主要是由于特用林的功能特性及其年龄结构决定。而经济林碳密度较低，这主要是因为较大的林分密度造成。

(2)对乔木林不同林分类型碳分布进行比较，浏阳市乔木林碳贮量主要是集中在了其他阔叶林、杉木林、马尾松林以及国外松林当中，其中以其他阔叶林的碳贮量最大，占乔木林碳贮总量的41.83%；其次是杉木林和马尾松林，其碳贮量之和占比达到了52.34%，这也说明了针叶林的碳汇能力在浏阳市乔木林当中占据着主导性的地位。在乔木林当中，中龄林是碳贮量分布最多的一个龄组。在同一龄组，不同林分类型的碳贮量大小差异显著。在中龄林阶段表现为:其他阔叶林＞杉木林＞马尾松林＞国外松林＞乔木经济林＞桉树林＞杨树林；幼龄林中的分布与中龄林一致；近熟林中以其他阔叶林占比最大；在成熟林和过熟林当中以杉木林最为突出；在碳密度方面，杨树林最大，除此外仅有国外松林和其他阔叶林的碳密度高于乔木平均碳密度，而高面积比重的杉木林却未达到平均水平，因此，加强对低碳密度林地的经营改造显得尤为的重要。

(3)浏阳市的人工林与天然林的面积相差不大，两者间的碳贮量也基本相当。人工林与天然林的碳密度在不同龄组上的差异性都较为显著，对人工林而言这种差异主要体现在幼龄林和过熟林阶段；天然林则是幼、中龄林与各龄组的差异性明显。浏阳市森林的平均碳密度较小，森林在不同龄组的面积分布上以中、幼龄林为主，成、过熟林较少，而中、幼龄林的平均碳密度远远低于成、过熟林的平均碳密度，因此龄组结构的不合理，中、幼龄林面积比例较高是导致浏阳市现存碳贮总量较低的一个主要原因。

探讨并分析乔木林不同林种、林分类型、龄组等方面的碳贮量及碳密度特征，不仅仅是对森林的经营管理，森林资源的合理配置具有重要意义，同时对于森林在恢复重建后的保护方面也会产生深远的影响，我们可以通过造林、再造林以及科学合理的经营管理措施来缓解大气中日益增加的CO2浓度，从“质”和“量”两个方面协调，不断提高浏阳市的森林植被碳汇能力。目前随着浏阳市中、幼龄林的逐渐生长，其碳贮量在森林植被总体碳贮量当中，所占比重将会越来越大，并逐步的发挥其主导作用，因此浏阳市整体的碳库将会越来越大，其产生的生态经济效益也会越来越高。

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Analysis about characteristic of carbon storage and carbon density of arbor in Liuyang city

CHENG Chen-yang1, TANG Teng-fang1, WU Ge-zhi2
(1. School of Forestry, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2. School of Business, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, Hunan, China)

By using forest resource survey data of Liuyang(2012), the biomass and carbon storage of arbor in Liuyang were estimated with the method of regression equation between biomass and volume in different forest types,calculated and analyzed the carbon storage and carbon density of different sorts of forest and different age-structure and the carbon distribution between plantations and natural forests.The results show that: (1)The carbon storage of Liuyang’s arbor totaled 4 115 652.91 t, average carbon density is 17.10 t/hm2;(2)Carbon storage from big to small in different sorts of forest is timber forest＞ shelter forest＞ special using forest ＞ economic forest,special using forest have the highest carbon density(26.99 t/hm2), Other broad-leaves trees have the biggest carbon storage, the proportion is as high as 41.83%,then followed by Cunninghamia Lanceolata forest; (3)The basic regularity on carbon density of different age is half-mature forest ＞ near-mature forest ＞ mature forest ＞ young forest ＞ over ripeness forest. Plantation and natural forest carbon storage in Liuyang city were similar, Natural forest is higher than plantation forest in the aspect of carbon density.

forest type; forest category; carbon storage; carbon density; Liuyang city

S718.55+4.2

A

1673-923X(2015)11-0104-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.11.000

2014-10-10

国家“十二五”科技支撑计划项目（2012BAD21B03）；湖南农业大学大学生科技创新基金项目“湖南森林植被碳储量及价值估算研究”

成晨阳，硕士研究生

汤腾方，副教授，硕士生导师；E-mail：tff9888@126. com

成晨阳, 汤腾方,伍格致. 浏阳市乔木林碳贮量及碳密度特征分析[J]. 中南林业科技大学学报，2015, 35(11): 104-109.

[本文编校：吴 毅]