浙江縉云公益林生物量及固碳釋氧效益

錢逸凡，伊力塔，2，鈄培民，朱國亮，應寶根，余樹全，2

(1.浙江農林大學 林業與生物技術學院，浙江 臨安311300；2.浙江農林大學 亞熱帶森林培育國家重點實驗室培育基地，浙江 臨安 311300；3.浙江省縉云縣林業局，浙江 縉云 321400；4.浙江省林業生態工程管理中心，浙江 杭州310020)

森林生態系統是陸地生態系統的主體，也是最重要的陸地碳庫之一，其碳儲量占整個陸地植被碳儲量的76%～98%[1]，碳固定量每年約占整個陸地生物碳固定量的2/3[2－3]，其固碳釋氧效益對陸地生態系統的貢獻價值最大，約占總價值的47.5%[4]。因此，在調節全球碳平衡、減緩溫室效應等諸多方面有著極其重要的作用。20世紀90年代以前，學者對浙江常綠闊葉林的研究主要集中在其起源、種群生物學研究及其生態系統的結構、功能及演替機制[5－10]。近年來，隨著浙江省公益林建設的逐步推進，針對公益林群落結構的研究也隨之增多[11－12]，但普遍存在著樣本少，缺乏系統性等問題，而且原有研究中針對碳儲量、碳密度、固碳釋氧的研究較少[13]，并且主要著眼于省級尺度上，在縣市級尺度上的相關報道較少。因此，本研究以浙江省縉云縣117個公益林固定小班監測數據為依據，在分析主要群落類型(松林、杉木Cunninghamia lanceolata林、闊葉林、針闊混交林、毛竹Phyllostachys edulis林和灌木林)生物量結構的基礎上，估算了其碳儲量、碳密度以及固碳釋氧效益，為進一步科學推動浙江省各縣市公益林建設和管理提供理論依據。

1 研究區概況

縉云縣位于浙江省南部腹地、 中南部丘陵山區，麗水市東北部，28°25′～28°57′N，119°52′～120°25′E，總面積為1 503.52 km2。地貌類型分中山、低山、丘陵和谷地，其中山地、丘陵約占全縣總面積的80%，是典型 “八山一水一分田”的山區縣。屬亞熱帶季風氣候，溫暖濕潤、四季分明，年平均氣溫為17.9℃，年積溫達5 400.0℃，最冷月 (1月)平均氣溫7.6℃，極端最低氣溫為－10.0℃；最熱月(7月)平均氣溫27.9℃；年平均無霜期276 d；年平均相對濕度為81%；年降水量為1 610.5 mm。

縉云縣公益林面積30 333.33 hm2，占土地總面積的20.17%，占全縣林業用地面積的26.24%。主要群落類型有:松林、杉木林、闊葉林、針闊混交林、毛竹林和灌木林，各群落類型面積及所占比例如表1。

縉云縣公益林中，幼、中齡林比重較大(幼齡林占16.85%，中齡林占40.31%，近熟林占29.01%，成熟林占13.12%，過熟林占0.72%)，占57.16%；幼、中齡林中，針闊混交林和松林比例最大，達60.41%和45.63%；而近、過熟林中，毛竹林比例最大，達82.88%。因此，從表2中可以初步判定闊葉林、針闊混交林為增長型，毛竹林為衰退型，松林、杉木林、灌木林種群結構趨于穩定。

表1 縉云縣公益林類型統計Table 1 Ecology service forest type of Jinyun County

表2 縉云縣公益林林齡統計Table 2 Stand age of Jinyun County ecology service forest

2 研究方法

2.1 樣地設置及調查

利用縉云縣二類資源清查數據中公益林小班(3 887個)為抽樣總體，按3%抽取117個固定監測小班。在對固定監測小班全面踏查的基礎上，選取典型地段內設置面積為20 m×20 m的固定樣地，詳細記錄樣地基本信息，包括經緯度、海拔、坡度、坡向、坡位、郁閉度、土壤等環境因子；樣地內喬木層(胸徑大于5.0 cm)采用每木調查(包括測定樹高、胸徑、冠幅和枝下高等)，同時在每塊樣地對角線上均勻設置3個2 m×2 m的灌草固定小樣方，詳細記錄灌木種類、株數、蓋度、高度以及草本種類、株數、蓋度等指標。

2.2 生物量測定

根據固定小班監測數據和浙江省重點公益林生物量模型[14－15](表3)，推算各個森林群落生物量(包括喬木層、灌木層以及草本層生物量)。

2.3 碳儲量與碳密度

碳儲量與碳密度的估算方法很多。本研究采用基于生物量的估算方法(森林生物量乘以含碳率)對公益林植被碳儲量進行估算。鑒于不同森林群落因其群落組成、年齡結構的差異，其轉換率略有不同。本研究中采用國際上常用的轉換率，其中喬木層、灌木層轉換率為0.50[16－18]，草本層為0.45[19]。

表3 浙江省重點公益林生物量模型Table 3 Biomass model of key ecological forest in Zhejiang Province

2.4 固碳釋氧效益及價值估算

森林植被通過光合作用持續不斷地釋放氧氣，同化二氧化碳，并將其以穩態碳的形式固定在生態系統中。因此，可以根據植物光合作用機理和植物代謝規律推算森林植被的固碳釋氧量，若按植物生物量中含有1%的灰分元素計，則制造1 t植物生物量，可放出1.172 4 t氧氣，同化空氣中1.612 3 t二氧化碳，固碳 0.439 9 t[20]。

2.4.1 同化二氧化碳 ①同化空氣中二氧化碳量。mCO2=1.612 3 Wi。其中:mCO2為森林植物同化空氣中二氧化碳量(t)；1.612 3為單位質量(t)森林植物同化空氣二氧化碳系數；Wi為森林植物年凈生長生物量(t)。②同化空氣中二氧化碳價值。采用碳稅標準法對公益林固定二氧化碳的價值進行評價。目前，國際上的碳稅主要用碳稅率計算，使用瑞典碳稅率，即 150.00美元°t－1，約合人民幣 1 200.00元°t－1[20]。

2.4.2 釋放氧氣 ①釋放氧氣量。mO2=1.172 4 Wi。其中:mO2為森林植物放氧量(t)；1.172 4為單位質量(t)森林植物放氧量系數；Wi為森林植物年凈生長生物量(t)。②釋放氧氣價值。本研究采用工業生產成本法對公益林釋放氧氣的價值進行評價。人工生產氧氣的價格為1 100.00元°t－1。

3 結果與分析

3.1 縉云縣公益林生物量

森林生物量是森林生態系統最基本的數量特征和森林固碳能力的重要標志，也是評估森林碳收支的重要參數[21-22]。因此，估算森林生物量是估算森林碳儲量和固碳釋氧效益的前提。

3.1.1 不同群落類型生物量 縉云縣公益林現存總生物量為282.73×104t，各群落類型中，生物量最大的是松林，達230.86×104t，占總公益林生物量的81.65%，其他由高到低依次是杉木林19.93×104t(7.03%)，毛竹林17.15×104t(6.07%)，闊葉林9.37×104t(3.31%)，針闊混交林5.02×104t(1.78%)，灌木林0.40×104t(0.14%)。從圖1可以看出:縉云縣公益林單位生物量為 93.21 t°hm－2。各群落類型單位生物量中，杉木林最高(102.61 t°hm－2)，闊葉林其次(100.93 t°hm－2)，其他由高到低依次為針闊混交林96.96 t°hm-2，松林96.58 t°hm－2，毛竹林 60.03 t°hm－2，灌木林 21.76 t°hm－2。

3.1.2 不同林齡生物量 由圖2可知:松林、杉木林、闊葉林和針闊混交林的喬木層單位生物量較相近，而且從林齡結構來看，中、幼林齡的比例較高，特別是闊葉林、針闊混交林的幼林齡的比例高達52.25%和60.41%。因此，可以判斷出縉云縣公益林各個林型單位生物量尚處于較低的水平；作為浙江省公益林中生物量增長、 固碳潛力 最大 的群 落類 型[11－13]，闊葉林、針闊混交林生物量增長潛力很大，它們的生態效益也尚未完全發揮。

圖1 縉云縣不同公益林群落單位生物量Figure 1 Biomass per unit area of different forest types of ecology service forest in Jinyun County

圖2 林齡結構與喬木層生物量Figure 2 Relationship of forest age structure and the biomass of tree-layer

3.1.3 不同垂直結構生物量 在縉云縣公益林各群落中，喬木層生物量比例最高的為毛竹林，達到80.53%，其他群落類型由高到低依次為闊葉林66.98%，杉木林65.66%，針闊混交林63.71%，松林62.36%以及灌木林29.23%；而灌木層生物量中灌木林群落最高，為69.35%，松林、杉木林、闊葉林和針闊混交林較為一致，毛竹林最低，僅為18.46%；草本層生物量最高的也是灌木林群落，達1.42%，針闊混交林最低，占0.46%(表4)。

表4 縉云縣不同公益林生物量垂直結構Table 4 Biomass spatial pattern of different forest types of ecology service forest in Jinyun County

縉云縣公益林群落結構較為完整。其中喬木層生物量為180.45×104t，占總生物量的63.83%，灌木層生物量為99.70×104t，占總生物量的35.26%，草本層生物量為2.58×104t，占0.91%。喬木層生物量是群落總生物量的主要成分，加大對喬木層的經營管理，增加喬木層生物量，是增加群落總生物量的關鍵。

3.2 縉云縣公益林植被碳儲量與碳密度

縉云縣公益林植被總碳儲量為141.24×104t，各群落類型中，松林碳儲量最大(115.32×104t)，灌木林儲量最小(0.20×104t)；植被總碳密度加權平均值為47.37 t°hm-2(表5)。

表5 縉云縣公益林植被碳儲量與碳密度Table 5 Carbon storage and Carbon density of different forest type of ecology service forest in Jinyun County

縉云縣公益林中由于松林面積(78.80%)占絕對優勢，其植被碳儲量也最大，并且明顯高于其他群落類型； 雖然闊葉林(50.44 t°hm－2)，針闊混交林碳密度(48.46 t°hm－2)均高于松林(48.24 t°hm－2)，略低于碳密度最高的杉木林(51.26 t°hm－2)，但闊葉林、針闊混交林幼齡林面積較大(分別占到56.25%和60.41%)，因而它們的植被碳密度僅比灌木林(10.86×104t°hm－2)高；毛竹林受單株生物量的限制，碳密度僅為29.98 t°hm－2，但毛竹生活史周期短，其固碳潛能很大。

3.3 縉云縣公益林固碳釋氧效益

根據公益林固定小班監測數據，計算得出2010年縉云縣公益林固碳釋氧總量為38.59×104t°a－1，年凈固碳量為10.51×104t°a－1，年釋放氧氣量為10.51×104t°a－1；按照碳稅率法和工業制氧法，固碳釋氧總價值為4.07億元°a－1，其中固碳價值1.26億元°a-1，釋氧價值2.81億元°a－1。由于凈增生物量的差異顯著，各群落類型固碳釋氧量相差很大，由高到低順序為松林＞毛竹林＞杉木林＞闊葉林＞針闊混交林＞灌木林(表6)。

表6 縉云縣公益林固碳釋氧效益Table 6 Value of fixing carbon and releasing oxygen of different forest types of ecology service forest in Jinyun County

縉云縣公益林平均固碳釋氧能力為12.72 t°hm－2°a－1； 其中，毛竹林固碳釋氧能力最強，固碳量和釋氧量分別為 4.46 t°hm－1，11.93 t°hm－1； 其次為松林，固碳量和釋氧量分別為3.42 t°hm－1和9.16 t°hm－1；灌木林固碳釋氧能力最弱，平均固碳、釋氧量分別為 1.18 t°hm－1和 3.16 t°hm－1。針闊混交林固碳釋氧能力比純闊林突出，固碳、釋氧量分別高出 3.32 t°hm－1和 8.85 t°hm－1(圖3)。

4 結論與討論

圖3 不同公益林群落固碳釋氧能力Figure 3 Comparison of solid carbon and releasing oxygen capacity of different forest types

縉云縣公益林總生物量為282.73×104t，單位生物量平均為93.21 t°hm－2，主要由松林(占總生物量的81.65%)構成；通常，闊葉林和針闊混交林被認為是浙江省較理想的公益林群落類型[14－16]，但由于縉云縣公益林的組成結構中闊葉林、針闊混交林面積較小 (占公益林總面積的3.06%和1.71%)，林齡結構尚未完善(幼齡林比例占52.25%和60.41%，單位生物量為100.93 t°hm－2和 96.96 t°hm－2)，因此尚未完全發揮其生態效益，隨著林齡結構的不斷優化，單位生物量還會有顯著的增加。從生物量的層次結構來看，除灌木林以外的各群落類型中，喬木層生物量是群落生物量中比例最高的部分，占總量的63.00%以上，草本層生物量比例很低，平均僅為總生物量的0.91%。這主要是因為縉云縣公益林郁閉度較高，造成草本層植物光能利用率低，生長不佳有關；且由于毛竹林頻繁經營，灌木層、草本層植物生物量降低；除此之外，縉云縣的灌木林主要由經濟林組成，群落結構不完整(基本無喬木層)，郁閉度最小，草本層生物量也最高(1.41%)。

經本研究測算，縉云縣公益林平均植被碳密度(47.37 t°hm－2)不但高于方精云等[23]對中國浙江森林植被碳密度的估算，并且還高于張俊等[24]估算的浙江省公益林碳密度(30.28 t°hm－2)，以及麗水地區公益林平均植被碳密度(34.35 t°hm－2，由麗水公益林單位生物量換算得出)[25]。這說明縉云縣公益林質量在浙江省和麗水地區都處于前列，考慮到目前縉云縣公益林離成熟狀態相差較遠，尤其是闊葉林、針闊混交林單位生物量還有很大的上升空間，縉云縣公益林在碳積累上還有很大的潛力。

縉云公益林固碳釋氧效益顯著，固碳釋氧總量為 38.59×104t°a－1，年凈固碳量為10.51×104t°a－1，年釋放氧氣量為10.51×104t°a-1，固碳釋氧總價值為4.07億元°a－1。同時我們看到，雖然各群落類型年固碳釋氧量由高到低順序為松林＞毛竹林＞杉木林＞闊葉林＞針闊混交林＞灌木林，但固碳釋氧能力由高到低則是毛竹林＞松林＞針闊混交林＞杉木林＞闊葉林＞灌木林，針闊混交林固碳釋氧能力(12.26 t°hm-2°a－1)已經接近松林(12.58 t°hm-2°a－1)，隨著林齡的不斷優化，針闊混交林的固碳釋氧能力將超過松林，而闊葉林固碳釋氧能力很低，雖然這與林齡較小有關，但需要采取一系列的經營措施，使其發揮更大的生態效益。

通過多年來的努力，縉云縣公益林的分類經營取得了一定成就，但群落類型還較為單一，松林總面積和總生物量(78.80%和81.65%)仍占有絕對優勢，生物量增長潛力較大的闊葉林、針闊混交林生態效益未能充分發揮。為此，在今后的公益林經營中要加強林地的經營管理，改善齡組結構，加大分類改造的力度，加快針葉林的闊葉化改造，改善森林結構，防治水土流失，不斷提高公益林的質量，促使公益林生態系統服務功能的充分發揮。

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