納板河流域季風(fēng)常綠闊葉林碳蓄積潛能初探

劉　峰，楊雪青 ，李忠清

(1.納板河流域國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，云南 景洪 666100；

2.中國科學(xué)院昆明植物研究所，云南 昆明 650201)

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納板河流域季風(fēng)常綠闊葉林碳蓄積潛能初探

劉峰1，楊雪青2，李忠清1

(1.納板河流域國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，云南 景洪 666100；

2.中國科學(xué)院昆明植物研究所，云南 昆明 650201)

摘要：2009年，在納板河流域內(nèi)設(shè)置了4個30m×50m的季風(fēng)常綠闊葉林固定監(jiān)測樣地，按照每2年1次的頻率，對各樣地的相關(guān)監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行測量和記錄。結(jié)果顯示：2009—2013年，4個樣地碳儲量均呈現(xiàn)上升趨勢，2013—2015年，除樣地2碳儲量持續(xù)上升外，其余樣地碳儲量均呈現(xiàn)下降趨勢；各個樣地內(nèi)樹種的構(gòu)成發(fā)生了變化，并且各優(yōu)勢種碳蓄積速率差異較大；4個樣地的平均生態(tài)系統(tǒng)碳儲量值為225.50t C/hm2，其中喬木層、根系、灌木和草本、凋落物現(xiàn)存量、粗死木質(zhì)殘?bào)w、表層土壤所占的比例分別為50.9 %、10.1 %、0.1%、1.7%、3.4% 和33.8%。建議：采取人工回歸種植方法，不斷提高森林蓄積和碳儲量；加強(qiáng)季風(fēng)常綠闊葉林非木質(zhì)碳庫保護(hù)；補(bǔ)充完善村規(guī)民約，積極推行節(jié)能減排；加強(qiáng)國內(nèi)外科研合作，提高科研深度和廣度。

關(guān)鍵詞：季風(fēng)常綠闊葉林；碳蓄積潛能；樣地監(jiān)測；納板河流域

根據(jù)《聯(lián)合國氣候變化框架公約》(United Nation Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)，森林生態(tài)系統(tǒng)的碳庫主要由植被地上生物量、地下根系生物量、凋落物、粗死木質(zhì)殘?bào)w和土壤有機(jī)碳幾部分組成[1]。植被的碳儲量是基于生物量和轉(zhuǎn)換比率的乘積得來，是森林碳匯功能評價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)，并對全球碳循環(huán)有重要調(diào)節(jié)作用[2]。同時(shí)，通過合理的林業(yè)管理措施實(shí)現(xiàn)森林的固碳增匯作用，已經(jīng)成為了有效應(yīng)對及緩解全球氣候變化問題的重要手段。本文以位于南亞熱帶季風(fēng)區(qū)的納板河流域?yàn)槔ㄟ^對其典型地帶型森林類型——季風(fēng)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積潛能的初步研究，為今后科學(xué)、合理管護(hù)和可持續(xù)利用該類型的森林資源提出可行的對策及建議。

1研究區(qū)域概況

納板河流域位于云南省南部、西雙版納傣族自治州中北部的景洪市和勐海縣接壤地區(qū)，地理座標(biāo)為東經(jīng)100°32′～100°44′，北緯22°04′～22°17′，總面積26600hm2。本流域以山地為主，地勢為西北高、東南低，最高點(diǎn)拉祜瑪峰海拔2304m，最低點(diǎn)納板河與瀾滄江交匯口海拔539m，平均氣溫20.4～21.72 ℃，年降雨量1200～1800mm，4—9月為雨季，11月—翌年3月為旱季。流域內(nèi)有熱帶雨林、熱帶季雨林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、暖性針葉林、熱性竹林、稀疏灌木草叢、灌叢8種植被類型，動植物資源十分豐富。多年監(jiān)測結(jié)果顯示，截止2015年，流域內(nèi)已記錄到野生植物332科1321屬3164種、變種和亞種，其中，有國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物21種，珍稀瀕危野生植物179種；已記錄到野生動物46目206科999種，其中，有國家重點(diǎn)保護(hù)野生動物72種，珍稀瀕危野生動物99種。

2研究方法

2.1樣方設(shè)置

2009年，在納板河流域內(nèi)設(shè)置了4個30m×50m的季風(fēng)常綠闊葉林固定監(jiān)測樣地(見圖1)，樣地主要信息見表1。用海拔儀測量經(jīng)緯度和海拔高度，用羅盤儀測定坡度、坡向，并記錄坡位(分為山脊、上坡、中坡、下坡、溝谷和平地)。詳細(xì)記錄監(jiān)測樣地所在區(qū)域的植被類型、群落特征(包括外貌、結(jié)構(gòu)、蓋度等)、主要優(yōu)勢樹種以及外界干擾情況等。按照每2年1次的頻率，對各樣地的相關(guān)監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行測量和記錄。

2013年，根據(jù)快速碳匯評估方案 (Rapid Carbon Stock Appraisal, RaCSA)[3]，對4個固定監(jiān)測樣地增加了林下灌木和草本生物量、凋落物現(xiàn)存量、粗死木質(zhì)殘?bào)w、土壤有機(jī)碳的調(diào)查，初步了解了季風(fēng)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)各碳庫儲備的情況。

2.2喬木層測定

對固定監(jiān)測樣地內(nèi)胸徑 ≥ 5.0cm的喬木樹種進(jìn)行編號、掛牌，準(zhǔn)確鑒定其科名、中文名、拉丁名，監(jiān)測胸徑、基徑、樹高、冠幅、枝下高、低葉高等指標(biāo)。

表1　納板河流域季風(fēng)常綠闊葉林樣地特征

2.3喬木層碳儲量計(jì)算

根據(jù)世界混農(nóng)林業(yè)中心木質(zhì)密度數(shù)據(jù)庫(網(wǎng)址http://db.worldagroforestry.org/wd)查詢樣地內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)木木質(zhì)密度分布，并通過Ketterings等(2001)森林生物量模型進(jìn)行每木生物量計(jì)算：

W1=0.01ρ1D12.62

(1)

式中：W1—生物量(kg)；ρ1—木質(zhì)密度(g/cm)；D1—喬木胸徑(cm)。

之后采用0.5為生物量和碳儲量之間的轉(zhuǎn)換因子[4]，喬木的根系生物量采用根冠比0.235為轉(zhuǎn)換因子[5]。

2.4灌木和草本層生物量

在固定監(jiān)測樣地的4個角和中心位置設(shè)立5個1m×1m的小樣方，采用收獲法收集灌木和草本生物量，在85℃下烘箱烘干48h至恒重得到干物質(zhì)重量，然后計(jì)算出林分單位面積上的灌木和草本層生物量。

2.5地上凋落物現(xiàn)存量

在固定監(jiān)測樣地的4個角和中心位置設(shè)立5個0.5m×0.5m的小樣方，收集所有凋落物，在85℃下烘箱烘干48h至恒重得到干物質(zhì)重量，然后計(jì)算出林分單位面積上的凋落物現(xiàn)存量。

2.6粗死木質(zhì)殘?bào)w碳儲量

在固定監(jiān)測樣地內(nèi)，對所有小頭直徑>5cm并且長度>0.5m的枯立木、枯倒木、掉落枝干等進(jìn)行調(diào)查，分別記錄其兩端直徑和長度，并通過公式計(jì)算其生物量：

(2)

式中：W2—粗死木質(zhì)殘?bào)w生物量(kg)；H—長度(m)；D2—粗死木質(zhì)殘?bào)w兩端直徑平均值(cm)；ρ2—粗死木質(zhì)殘?bào)w的木質(zhì)密度，通常以0.4g/cm3為默認(rèn)值，如果是硬木的粗死木質(zhì)殘?bào)w，則為0.75g/cm3，如果是軟木的粗死木質(zhì)殘?bào)w，最低值為0.2g/cm3。

2.7土壤碳儲量測定

在固定監(jiān)測樣地的4個角和中心位置，分別開挖土壤坡面坑，收集表層30cm的土樣，每10cm用環(huán)刀法取一次土樣，帶回室內(nèi)測量土壤容重。土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干后過2mm篩，存儲在密封袋內(nèi)送至土壤實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤碳含量檢測。土壤的碳密度SOC(kg/m2)計(jì)算采用：

(3)

式中：Ci、Bi、Di分別為土壤剖面第i層土壤的有機(jī)碳含量(%)、土壤容重(g/cm3)、土壤厚度(cm), n為土壤坡面層數(shù)。

3結(jié)果

3.1喬木層地上部分碳儲量動態(tài)變化

納板河流域內(nèi)4個季風(fēng)常綠闊葉林的喬木層地上部分碳儲量動態(tài)變化如圖2所示。2009—2013年，4個樣地碳儲量均呈現(xiàn)上升趨勢，各樣地的最高碳儲量分別是86.03tC/hm2，120.97tC/hm2，103.58tC/hm2和148.21tC/hm2；2013—2015年，除樣地2碳儲量持續(xù)上升至134.88tC/hm2外，其余樣地碳儲量均呈現(xiàn)下降趨勢。其下降原因主要來自于季風(fēng)常綠闊葉林成熟后，由于樹木自然老化，容易受到風(fēng)害和蟲害侵?jǐn)_導(dǎo)致林木死亡。整體來看，季風(fēng)常綠闊葉林樣地的喬木層地上部分平均碳儲量呈持續(xù)上升并保持穩(wěn)定的狀態(tài)，2009、2011、2013和2015年分別為101.23tC/hm2，107.12tC/hm2，114.70tC/hm2和112.27tC/hm2，每兩年的平均增長率為2.9tC/hm2·a，3.8tC/hm2·a和-1.2tC/hm2·a。

3.2優(yōu)勢樹種的碳蓄積能力比較

通過分析樣地內(nèi)優(yōu)勢樹種類型及碳儲量構(gòu)成(表2)可知，2009年，樣地1內(nèi)優(yōu)勢樹種是紅木荷、華南石櫟和小果栲等，其中平均胸徑較大的紅木荷和黑黃檀能夠在株數(shù)較少的情況下占據(jù)樣地內(nèi)高碳儲量百分比；樣地2內(nèi)的優(yōu)勢樹種是湄公栲、紅梗潤楠、瓦山栲等，湄公栲占據(jù)了將近50% 的碳儲量百分比；樣地3內(nèi)的優(yōu)勢樹種是紅木荷、杯斗栲、滇南潤楠等，株數(shù)最多的紅木荷占據(jù)了樣地50% 以上的碳儲量百分比；樣地4內(nèi)優(yōu)勢樹種為云南黃杞、泡火繩、云南石梓等，其中絨毛紫薇單株碳儲量占樣地10.6%，具有較高固碳能力。而2015年監(jiān)測結(jié)果顯示，各個樣地內(nèi)樹種的構(gòu)成發(fā)生了變化，并且各優(yōu)勢種碳蓄積速率差異較大。樣地1內(nèi)小果栲的碳儲量增量最大(1.25tC/hm2·a)，接下來是華南石櫟(1.12tC/hm2·a)和銀柴(0.2tC/hm2·a)；樣地2內(nèi)是瓦山栲(2.27tC/hm2·a)、湄公栲(0.52tC/hm2·a)和多花白頭樹(0.2tC/hm2·a)；樣地3內(nèi)為紅木荷(2.25tC/hm2·a)、滇南潤楠(0.25tC/hm2·a)、野毛柿(0.12tC/hm2·a)和印度血桐(0.12tC/hm2·a)；樣地4內(nèi)為泡火繩(0.22tC/hm2·a)和絨毛紫薇(0.13tC/hm2·a)；部分樣木由于死亡導(dǎo)致碳儲量負(fù)增長。

3.3季風(fēng)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分布

通過分析2013年季風(fēng)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)的各個碳庫分布 (圖3)，4個樣地的平均生態(tài)系統(tǒng)碳儲量值為225.50tC/hm2，其中喬木層、根系、灌木和草本、凋落物現(xiàn)存量、粗死木質(zhì)殘?bào)w、表層土壤所占的比例分別為50.9 %、10.1 %、0.1%、1.7%、3.4% 和33.8%。

流域內(nèi)季風(fēng)常綠闊葉林喬木層碳密度(地上部分喬木和地下部分根系)平均值為137.57tC/hm2，高于鼎湖山季風(fēng)常綠闊葉林喬木層碳儲量(89.75tC/hm2)[7], 高于我國硬葉常綠闊葉林(100.73tC/hm2)、常綠落葉闊葉林(73.68tC/hm2)、熱帶林(110.86tC/hm2)及我國森林碳儲量的平均值(57.07tC/hm2)[8]，與西雙版納季風(fēng)常綠闊葉林碳儲量(149.56tC/hm2)[9]類似，但低于西雙版納濕性季節(jié)雨林(176.5～341.5tC/hm2)[10,11]、溝谷熱帶雨林(160.5tC/hm2)[12]和季節(jié)雨林(198tC/hm2)[13]。

表2　季風(fēng)常綠闊葉林主要樹種的個體密度、平均胸徑及碳儲量概況(以2009年和2015年為例)

4討論及建議

4.1采取人工回歸種植方法，不斷提高森林蓄積和碳儲量

根據(jù)我國森林法相關(guān)規(guī)定，國有林里自然死亡的樹木，沒有相關(guān)部門的審批和同意是不能繼續(xù)利用的。同時(shí)，根據(jù)劉國華等定義的森林碳動態(tài)階段，流域內(nèi)季風(fēng)常綠闊葉林屬于碳積累速率下降的成熟階段[6]，由于年齡級的因素能夠影響季風(fēng)常綠闊葉林從碳匯變?yōu)樘荚矗黾佣趸寂欧拧Ｒ虼耍ㄗh在熱帶地區(qū)的季風(fēng)常綠闊葉林中，采取人工回歸種植的方法，來恢復(fù)、促進(jìn)該森林類型下的當(dāng)?shù)貎?yōu)勢樹種類群，從而不斷穩(wěn)步提高碳儲量。

4.2加強(qiáng)季風(fēng)常綠闊葉林非木質(zhì)碳庫保護(hù)

在關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力評價(jià)中，只有少數(shù)研究綜合考慮了喬木層、根系、灌木和草本、凋落物現(xiàn)存量、粗死木質(zhì)殘?bào)w和表層土壤碳儲量，這不僅極大地低估了現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量，也增加了區(qū)域性研究和國家級、國際級研究之間對比的困難性。同時(shí)，由于季風(fēng)常綠闊葉林包含了豐富的物種及林下植被，能夠不斷通過凋落物的方式對表層土壤提供營養(yǎng)，減少雨季陡坡地帶土壤侵蝕的形成，能對整個生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動及水土保持起到重要作用。雖然速生經(jīng)濟(jì)林木能夠在短期擁有大量喬木層及根系碳儲量，但是，對于森林生態(tài)系統(tǒng)而言，單一種植的經(jīng)濟(jì)林木生態(tài)系統(tǒng)具有較低的非木質(zhì)碳庫儲備，難以等同于自然林生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)服務(wù)功能。因此，需要更進(jìn)一步加強(qiáng)季風(fēng)常綠闊葉林非木質(zhì)碳庫的保護(hù)力度。

4.3補(bǔ)充完善村規(guī)民約，積極推行節(jié)能減排

4個樣地內(nèi)胸徑>30cm的優(yōu)勢樹種樣木，能夠?qū)φ麄€樣地的碳儲量總量造成重要影響，而這些優(yōu)勢樹種樣木，大部分屬于當(dāng)?shù)卮迕窳?xí)慣利用的傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)薪材和建材。現(xiàn)行的許多村規(guī)民約，只是在廣義上對村民進(jìn)行約束，因此，需要根據(jù)各村的實(shí)際情況，補(bǔ)充、細(xì)化、完善村規(guī)民約的相關(guān)條款。同時(shí)，應(yīng)通過多種形式，大力開展社區(qū)自然生態(tài)環(huán)境意識宣傳教育活動，積極推行使用潔凈、安全、環(huán)保的太陽能、沼氣、風(fēng)力等節(jié)能設(shè)施設(shè)備和新型環(huán)保建筑材料，不斷降低當(dāng)?shù)卮迕駥ι仲Y源的壓力。

4.4加強(qiáng)國內(nèi)外科研合作，提高科研深度和廣度

季風(fēng)常綠闊葉林在我國熱帶地區(qū)的自然保護(hù)區(qū)具有廣闊的分布面積，其森林碳儲量對國際碳交易平臺所起的作用意義深遠(yuǎn)。但是，縱觀我國的自然保護(hù)區(qū)，在這方面的研究還比較薄弱。因此，建議各保護(hù)區(qū)加強(qiáng)與國內(nèi)外科研院所、高校的合作，按國際標(biāo)準(zhǔn)，建立長期的固定監(jiān)測樣地及體系，通過利用3S技術(shù)結(jié)合野外實(shí)地監(jiān)測的方法，不斷提高該森林類型碳匯方面的深入研究。

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Carbon Sequestration Potential of Evergreen Broadleaved Forest in NabanRiver Watershed National Nature Reserve

LIU Feng1, YANG Xue-qing2, LI Zhong-qing1

(1. The Administrative Bureau of Naban River Watershed National Nature Reserve,Jinghong Yunnan 666100,China)

Abstract：Forest as a crucial carbon sink plays important role in forest ecosystem function and climate change mitigation. The monsoon evergreen broadleaved forest, as a dominant vegetation type of Naban River Watershed National Nature Reserve, shows its significance in forest ecosystem function and services. The study adopted a long term (2009-2015) permanent plots data, and attempted to assess carbon sequestration potential of monsoon evergreen broadleaved forest in order to explore effective strategies for forest management and conservation. The results indicated that the carbon storage of the four sample sites was increasing from the year of 2009 to 2013. However, the carbon storage in two sites was still rising, the other two sites showed a decreasing trend from 2013-2015. The structures of tree species in four sample sites have changed. Furthermore, the differences of the dominant tree species in four sample sites revealed various carbon accumulation rates. The average carbon storage of four sites was 225.50t/hm2. The carbon storages of tree layer, roots, bushes, grasses, leaves, rotten woods, and surface soil accounted for 50.9%, 10.1%, 0.1%, 1.7%, 3.4%, and 33.8% respectively. The man-made reforest could constantly increase the carbon storage to protect the non-wood carbon sink of evergreen broadleaved forest. The village regulations should be formed in order to conserve energy and reduce emission. The co-operations between countries and within nation should be strengthened to improve the depth and width of research.

Key words：monsoon evergreen broadleaved forest; carbon sequestration potential;sample site monitoring; Naban River Watershed National Nature Reserve

中圖分類號：X176

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-9655(2016)03-0001-06

通信作者：李忠清，男，納板河流域國家級自然保護(hù)區(qū)管理局工程師，主要從事自然生態(tài)保護(hù)管理工作。

作者簡介：劉峰，男，納板河流域國家級自然保護(hù)區(qū)管理局高工，主要從事生物多樣性保護(hù)工作。

收稿日期：2016-02-04