張掖市主要喬木樹種生物量和碳儲量研究

曾萬祺

(甘肅省祁連山水源涵養林研究院，甘肅 張掖 734000)

引言

森林是陸地生態系統的主體，是人類賴以生存的基礎資源，具有維護地球生命、改善人類生存空間的生態價值。森林不僅是國民經濟建設的重要組成部分，而且是保護生態環境的重要屏障，其生態效益和社會效益比其森林產品的直接經濟效益要大數十倍甚至上百倍[1]。特別是近代林業的發展，更加促進了森林效益的多元化，更加充分體現了森林的多功能、多效益[2]，如何快速、準確、高效地對森林資源信息進行獲取，實現森林資源的科學經營管理與永續利用是當前研究的熱點，現有的森林資源監測體系在森林健康狀況和主要生態環境因子方面存在監測指標不全面以及監測周期過長的問題[3]，不能滿足林業部門和整個國家經濟的持續發展。隨著“互聯網+”技術、遙感技術、“大數據”等技術的發展，完善監測指標體系，不斷增加信息量與科技含量是當前森林資源調查監測的重點。

本研究通過在張掖市范圍內布設森林固定監測樣地，使用四邊形微樣地算法，實現林分密度、平均胸徑、林分蓄積量精確測算，建模獲得生物量、碳儲量，為張掖市林業碳匯項目開發提供科學、合理依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

張掖地處河西走廊中部，南依祁連山脈，北接巴丹吉林沙漠，位于E97°20′～102°12′，N37°28′～39°57′，位置“居中四向”，東達省會蘭州、西通新疆、南接青海、北靠內蒙古，承東啟西、溝通南北，東西跨度4°52′，長210～465km，南北跨度2°29′，寬30～14km，總面積3.86萬km2，占甘肅省總面積的8.67%。位于我國第2階梯中心，青蒙高原交匯地帶，呈“二山夾一川”的地形特征，屬于大陸性干旱半干旱氣候。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地布設

根據張掖市森林資源分布特點、二類小班分布狀況等，選取能代表林分總體特征平均水平的地塊作為樣地，調查區域包括山丹縣、民樂縣、臨澤縣、高臺縣、肅南縣、甘州區。樣地布設時，選取中心木并記錄該點GPS坐標值，樣地內被測木均用紅漆做出標記，樣地內達到檢尺水平的樹木均按一定的順序進行編號，樣地情況如表1、表2所示，共布設喬木固定樣地320塊，其中，甘州區68塊，高臺縣29塊，臨澤縣46塊，民樂縣56塊，山丹縣69塊，肅南縣52塊。從固定樣地樹木種類來看，楊樹占比最大，為46.71%。樣地樹高、胸徑、材積、林分參數的測量借助于測樹超站儀FIM5.PTS02。

表1 張掖市喬木固定樣地數量統計表

表2 分區縣固定樣地數量統計表

1.2.2 調查方法

在靠近林分中心地帶的小班區域內選定觀測樣地，在樣地中選取具有代表性樹木，充分體現整個林分情況[4]。中心樹的選取接近林分標準木水平，使標準的林分水平分布在邊界樹上，減少有樣地邊緣樹木產生的誤差，采用多邊形樣地觀測法樣地布設，如圖1所示。

圖1 多邊形樣地觀測法原理圖

1.3 數據計算方法

林分蓄積量(M)是衡量森林數量的重要指標，估計值表達式：

式中，M為林分蓄積量，m3·hm-2；N為林分密度，株·hm-2；i為被測算的第i棵喬木樹種；V為材積，m3，計算公式：

V=aDbHc

式中，D為喬木胸徑，cm；H為樹高，m；a、b、c為材積參數，具體見表3。

表3 不同喬木樹種材積參數表

喬木樹種生物量計算公式：

B=pjM+qj

式中，M為林分蓄積量，m3·hm-2；pj、qj為系數，具體見表4。

表4 張掖市主要喬木樹種蓄積量-生物量轉換系數

碳儲量與生物量之間存在一定的比例關系，通常用0.5作為生物量轉換為碳儲量的轉換系數，計算公式：

C=rj×B

式中，B為喬木林生物量，t·hm-2；rj為含碳量，具體見表5。

2 結果與分析

2.1 張掖市不同喬木樹種生物量和碳儲量研究

由表6可知，張掖市旱柳、胡楊、槐樹、加楊、軟闊類、柳樹、毛白楊、闊葉混交類、沙棗、杉樹、松樹、楊樹、榆樹、云杉、樟子松15類喬木樹種平均林分密度為429株·hm-2，平均生物量為111.44t·hm-2，平均碳儲量為55.44t·hm-2；樹種類別尺度上，闊葉混交類樹種生物量為227.62t·hm-2，碳儲量為112.38t·hm-2，生物量和碳儲量在被調查的15種喬木樹種中表現最高，樟子松碳儲量為27.09t·hm-2，生物量為14.25t·hm-2，生物量和碳儲量在被調查的21種喬木樹種樣地中表現最低。

表6 張掖市主要喬木樹種生物量和碳儲量計算表

2.2 不同縣區喬木樹種生物量和碳儲量研究

計算張掖市6縣區喬木固定樣地生物量和碳儲量，結果如表7所示，張掖市6縣區喬木固定樣地生物量和碳儲量平均值分別為111.44t·hm-2、55.44t·hm-2，肅南縣喬木樣地生物量和碳儲量最大，分別為140.13t·hm-2、69.70t·hm-2，是6縣區喬木樣地生物量和碳儲量平均值的1.26倍。總體表現為肅南縣>民樂縣>山丹縣>高臺縣>甘州區>臨澤縣。

表7 不同縣區喬木樹種生物量和碳儲量計算表

3 討論與結論

3.1 討論

本文通過在張掖市六縣區布設320處固定監測樣地，對張掖市喬木林地林分密度、平均胸徑、林分蓄積量進行精確測算，計算得出張掖市喬木林地生物量、碳儲量，結果表明，張掖市21類喬木樣地中，闊葉混交類生物量和碳儲量為最高，分別為227.62t·hm-2、112.38t·hm-2，這與考青云等對黑龍江省森林植被碳儲量的研究所得闊葉混碳儲量占比最高的結論一致[6]，主要原因是闊葉混交類林分結構復雜、物種較單一樹種樣地豐富，生物量和碳儲量高[7]。本研究通過對比張掖市6縣區喬木樣地生物量和碳儲量發現，肅南縣喬木樣地生物量和固碳量高于其它縣區，主要原因是肅南縣縣域城市空間較小，大部分國土面積都屬于山區，超過60%面積位于甘肅省祁連山國家級自然保護區和祁連山國家公園體制試點范圍內，生態保護力度較大，人為破壞較少，加之祁連山北麓較張掖市其它區域降水量大，氣候濕潤，因此肅南縣喬木樣地生物量和碳儲量較其它縣區均高。鑒于以上研究結論，建議張掖市在后續的森林撫育管護過程中優化配置喬木林地結構，以發揮林木的最佳固碳效果。

3.2 結論

張掖市喬木樣地平均生物量為111.44t·hm-2，平均碳儲量為55.44t·hm-2，其他硬闊類樣地生物量和碳儲量為最高，分別為227.62t·hm-2、112.38t·hm-2。

張掖市6縣區喬木固定樣地生物量和碳儲量總體表現為肅南縣>民樂縣>山丹縣>高臺縣>甘州區>臨澤縣，肅南縣喬木樣地生物量和碳儲量最大，分別為140.13t·hm-2、69.70t·hm-2，是6縣區喬木樣地生物量和碳儲量平均值的1.26倍。

建議通過合理優化張掖市喬木林地樹種結構，加強喬木林地撫育管護力度，提高張掖市喬木林地固碳潛力。