廣東連南板洞省級自然保護區森林碳儲量及其動態變化

廖水意，李 夢，彭友貴*

（1.廣東連南板洞省級自然保護區管理處，廣東連南 513300；2.華南農業大學林學與風景園林學院，廣東廣州 510642）

森林是陸地生態系統的重要組成部分，在地球碳素循環中發揮著重要作用，通過綠色植物光合作用將CO2轉變為有機碳儲存起來，從而降低大氣中CO2的濃度，森林每年固定的碳約占整個陸地生態系統固碳量的2/3[1-2]。作為“碳匯”的森林生態系統，其固碳功能和碳素循環已成為當今研究熱點問題之一[3-5]。Dixon 等開展了全球森林碳儲量研究[3]，方精云等[6]、周玉榮等[7]和李海奎等[5]研究了全國森林碳儲量，許多學者開展了區域森林碳儲量研究[8-11]。2020 年9 月，我國明確提出碳達峰、碳中和的“雙碳目標”，森林碳匯在未來應對氣候變化中將扮演越來越重要的角色。森林植被碳儲量隨時間呈動態變化，區域差異大，開展不同時期、不同區域森林植被碳儲量的估算，對全球森林生態系統碳循環研究及森林生態系統碳匯管理具有重要意義。森林生態系統類型自然保護區保護了區域林分質量最好、生物多樣性最豐富的森林生態系統，是區域重要碳匯。研究森林生態系統類型自然保護區的碳儲量及其動態變化，以期為明確自然保護區的碳匯功能、了解其在區域碳循環中的作用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

廣東連南板洞省級自然保護區（以下簡稱“板洞保護區”）位于粵北山區連南瑤族自治縣最南端，南嶺山脈南麓，地理坐標為112°14'25″～112°25'16″E，24°18'24″～24°26'09″N，面積10 195.8 hm2。區內海拔330～1 481 m，群峰矗立，超過1 000 m 的山峰有40多座，最高峰大磅山海拔1 481 m。板洞保護區所在區域為典型的亞熱帶濕潤氣候，兼具亞熱帶季風氣候和山地氣候特色，夏熱冬寒，秋冬少雨，雨熱同季，雨量充沛。2011—2020 年年均降水量2 059.1 mm，年均蒸發量1 289.6 mm，年均氣溫16.5 ℃。板洞保護區屬森林生態系統類型自然保護區，森林資源豐富，是廣東省亞熱帶面積較大、保存較完整的典型天然次生林分布區之一，森林覆蓋率95.40%。

1.2 數據來源

本研究數據來源主要為板洞保護區2008、2018年的森林資源清查數據，包括按小班統計的面積、蓄積、優勢樹種、齡組和功能分區等數據資料，其中林分面積匯總見表1。

表1 板洞保護區林分面積統計

1.3 研究方法

目前估算森林植被碳儲量的方法主要為先測算森林植被生物量，再利用生物量和相應植被含碳率相乘得到碳儲量。

1.3.1 喬木林生物量計算

板洞保護區喬木林有闊葉林、杉木林、馬尾松林、針闊混交林等，喬木林生物量包括喬木層生物量、林下灌木層生物量和草本層生物量。喬木層生物量采用生物量轉換因子連續函數法計算[6]，公式如下：

式中，B為林分生物量（t·hm-2）；V為蓄積量（m3·hm-2）；a、b 為參數，其值采用《全國林業碳匯計量和監測技術指南（試行）》[12]推薦的數值（見表2）。

表2 生物量與蓄積量轉換的參數值

喬木林中灌木層和草本層生物量采用我國亞熱帶地區森林下層植被生物量換算參數[12]計算（見表3）。

表3 森林下層植被生物量換算參數

1.3.2 竹林和灌木林生物量計算

竹林和灌木林單位面積生物量分別采用《全國林業碳匯計量和監測技術指南（試行）》[12]推薦數值74.26 t·hm-2和10.07 t·hm-2。

1.3.3 植被碳儲量計算

植被碳儲量等于生物量乘以植物含碳率。不考慮樹種各器官、林齡等差異，含碳率采用《全國林業碳匯計量與監測技術指南（試行）》[12]推薦數值（見表4）。

表4 含碳率參數表

1.3.4 碳密度

森林植被碳密度（t·hm-2）等于森林植被碳儲量除以森林面積。

2 結果與分析

2.1 森林植被碳儲量、碳密度及其變化

板洞保護區2008、2018年森林植被碳儲量及其組成見表5。可以看出，板洞保護區2018 年的森林植被碳儲量為289 471 t，其中喬木林碳儲量284 484 t，占98.28%；其次為竹林碳儲量，占1.52%；灌木林占0.20%。在喬木林植被碳儲量中，喬木層、灌木層和草本層的碳儲量占比分別為91.38%、5.77%和2.86%。與2008年的森林植被碳儲量相比，2018年碳儲量增加69.92%，其中喬木林和竹林的植被碳儲量增加，其增加比率分別為77.05%和1 335.80%；灌木林的植被碳儲量減少，減少比率為93.73%。灌木林植被碳儲量的減少主要是灌木林面積減少所致。板洞保護區于2000年建立縣市級自然保護區，2004 年晉升為省級自然保護區，通過近20 年的有效保護，林分質量不斷提高，原劃定為灌木林的1 874.3 hm2林地在2018年調查時轉為了喬木林地，灌木林地面積減少了93.72%。喬木林地面積的增加及單位面積蓄積量提高40.83%，使得喬木林植被碳儲量增加了77.05%。板洞保護區2018 年林地森林植被碳密度為29.76 t·hm-2，比2008 年提高了66.35%，其中喬木林碳密度增加8.63 t·hm-2，比2008年提高了40.35%，表現出保護區森林植被強大的固碳功能。

表5 板洞保護區森林植被碳儲量及碳密度

2.2 各功能區森林植被碳儲量及碳密度

自然保護區按照各區域的生態重要程度和不同的保護管理要求，分為核心區、緩沖區和實驗區，其中核心區是自然保護區最為重要的區域，是保護區內人為干擾程度最輕、生態環境最好、物種多樣性最豐富的區域，是保護區的精華和核心部分，需要進行重點保護；緩沖區是為了保護核心區，減少外界對核心區影響的區域；實驗區是可以從事科研、教學實習、生態旅游和適宜性經營利用活動的區域。由表6 可見，2018 年板洞保護區的核心區、緩沖區、實驗區的森林植被碳儲量分別占全區森林植被碳儲量的40.08%、25.12%、34.79%。各功能區碳儲量不同是由林分面積和林分質量不同引起的。核心區面積大，林分蓄積量高，生物量大，因而碳儲量多；其次為實驗區，其林分蓄積量比核心區少，但面積最大，因而其碳儲量僅比核心區少15 312 t。碳密度為核心區最高（32.28 t·hm-2），實驗區最低（26.82 t·hm-2），核心區、緩沖區的森林植被碳密度分別為實驗區森林植被碳密度的120.36%、114.09%，說明核心區的林分質量和碳匯功能強于緩沖區，而緩沖區的林分質量和碳匯功能強于實驗區。

表6 2018年板洞保護區各功能區森林植被碳儲量及碳密度

2.3 喬木林不同優勢樹種（組）林分的森林植被碳儲量、碳密度及其變化

林分優勢樹種（組）不同，其碳儲量和碳密度也會存在差異。板洞保護區喬木林各優勢樹種（組）林分的碳儲量和碳密度見表7。可以看出，2018 年闊葉林（硬闊林、軟闊林、闊葉混交林）、杉木林、針闊混交林、馬尾松林的碳儲量分別占77.01%、21.53%、1.14%、0.002%。硬闊林碳儲量最多，其次是杉木林碳儲量和闊葉混交林碳儲量，2018 年三者分別占喬木林碳儲量的66.92%、21.53%和9.16%，占森林植被總碳儲量的65.76%、21.16%和9.01%；闊葉林碳儲量合計219 076 t，分別占喬木林碳儲量的77.01%和植被總碳儲量的75.68%，闊葉林碳儲量是保護區碳儲量的主體。在2008—2018 年間，除馬尾松林和針闊混交林外，喬木林其他林分的碳儲量均有顯著增長，其中硬闊林的碳儲量增加最多，達到76 396 t；增長速度最快的是闊葉混交林，其2018 年碳儲量比2008 年增加了196.90%，其次是杉木林碳儲量增加了143.00%。2018年碳密度最高的林分是闊葉混交林（52.81 t·hm-2），其次為針闊混交林（36.12 t·hm-2）；與2008 年相比，闊葉混交林、針闊混交林碳密度增長速度也最快，分別增加了90.48%、218.80%，杉木林和硬闊林的碳密度也分別增加了71.00%和26.76%。馬尾松林由于采伐，軟闊林因幼齡林的增加，這兩種林分的碳密度下降。

表7 板洞保護區喬木林不同優勢樹種（組）林分的森林植被碳儲量及碳密度

2.4 喬木林各齡組林分的森林植被碳儲量及碳密度

按齡組結構劃分，板洞保護區喬木林各齡組林分的森林植被碳儲量、碳密度測算結果見表8。板洞保護區喬木林碳儲量以幼齡、中齡林為主，2018 年幼、中齡林和近、成、過熟林的碳儲量分別占83.52%和16.48%；2008、2018年幼中齡林的碳儲量分別占喬木林總碳儲量的77.40%、83.52%；各齡組林分的碳儲量均增加，2018 年幼、中齡林和近、成、過熟林的碳儲量分別比2008 年增加了91.08%和28.70%。2018 年幼、中齡林和近、成、過熟林的碳密度分別比2008年增加了42.63%和57.18%，說明板洞保護區的森林質量大幅提高，固碳能力增強。

表8 喬木林各齡組林分森林植被碳儲量及碳密度

3 小結與討論

3.1 小結

板洞保護區2018年的森林植被碳儲量為289 471 t，其中喬木林碳儲量、竹林碳儲量和灌木林碳儲量分別占98.28%、1.52%和0.20%；核心區、緩沖區和實驗區的碳儲量分別占40.08%、25.12%和34.79%；幼、中齡林和近、成、過熟林的碳儲量分別占83.52%和16.48%，碳密度分別為27.78 t·hm-2和50.88 t·hm-2。在喬木林碳儲量中，喬木層、灌木層和草本層的碳儲量分別占91.38%、5.77%和2.86%；闊闊葉林（硬闊林、軟闊林、闊葉混交林）、杉木林、針闊混交林、馬尾松林的碳儲量分別占77.01%、21.53%、1.14%、0.002%，亞熱帶常綠闊葉林在保護區碳匯中占主體。板洞保護區2018 年森林植被碳密度為29.76 t·hm-2，其中喬木林碳密度30.02 t·hm-2，闊葉混交林碳密度最高，為52.81 t·hm-2。在2008—2018 年間，板洞保護區的森林植被碳儲量增加119 119 t，碳密度增加11.87 t·hm-2，分別增長了69.92%、66.35%，其中喬木林碳儲量和碳密度分別增長了77.05%和40.35%，碳匯功能顯著。

3.2 討論

板洞保護區森林植被碳儲量主要為喬木林碳儲量。在2018年喬木林碳儲量中，喬木層、灌木層和草本層碳儲量分別占91.38%、5.77%和2.86%，與廣州市成熟常綠闊葉林喬木層、灌木層和草本層碳儲量的占比95.28%、4.30%和0.42%[13]比較，喬木層碳儲量所占比例偏低，灌木層和草本層的碳儲量所占比例偏高，主要是由于板洞保護區77.39%的喬木林為幼齡林和中齡林，林下植被相對于成熟林偏多。幼齡林和中齡林占比大，林分的固碳能力強，森林植被碳儲量增長速度快，板洞保護區10年間森林植被碳儲量增加了69.92%，而廣東省森林植被碳儲量在1997—2007年的10 年間只增加了22.11%[14]。2018 年板洞保護區喬木林平均碳密度為30.02 t·hm-2，低于同位于清遠市的清新區2016年的喬木林平均碳密度32.15 t·hm-2[15]，也低于深圳市2010 年的喬木林平均碳密度32.17 t·hm-2[16]和2018 年廣東省國家級公益林的喬木林平均碳密度35.53 t·hm-2[17]；喬木林喬木層碳密度為27.43 t·hm-2，低于廣州市2011年喬木林喬木層碳密度的30.47 t·hm-2[8]和廣東省2017 年喬木林喬木層碳密度的31.93 t·hm-2（2007年碳密度25.29 t·hm-2×10年增長率26.27%）[14]，因而板洞保護區喬木林植被碳密度在廣東省處于較低水平。與周邊省份比較，不含喬木林的灌木層和草本層碳儲量，板洞保護區2018 年森林植被碳密度27.24 t·hm-2，略高于江西省2004 年的25.38 t·hm-2[18]和湖南省2016年的24.27 t·hm-2[9]。

板洞保護區森林植被碳密度相對較低，主要是由于幼齡林和中齡林面積占比較高，同時也反映出保護區森林具有很大的固碳潛力。按照2018 年成熟林和過熟林碳密度52.92 t·hm-2測算，板洞保護區未來可增加森林植被碳儲量221 182 t，比2018 年森林植被碳儲量增長76.41%。板洞保護區森林固碳潛力大，隨著森林資源保護管理的不斷加強，林分質量不斷提高，森林碳匯功能隨之增強。此外，由于成熟林和過熟林的生長趨于平緩，其固碳能力減弱，對實驗區的成熟林和過熟林可采取改造措施，將杉木林改造為固碳能力強的闊葉混交林，使保護區森林碳匯具有更大擴展空間。