池州市森林碳儲量變化及影響因素分析

史杜芳,施林童,汪詩德,謝茈芉,許信旺，5

（1.安徽藝術(shù)職業(yè)學(xué)院人文學(xué)院, 安徽 合肥 230601；2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西 西安 710000；3.池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與園林系,安徽 池州 247100；4.安徽師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,安徽 蕪湖 241002；5.安徽綠海商務(wù)職業(yè)學(xué)院經(jīng)貿(mào)旅游學(xué)院,安徽 合肥 230601）

0 引 言

森林植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其年均固碳量可抵消同期化石燃料碳排放的11%；同時森林生態(tài)系統(tǒng)本身也是一個巨大的碳庫，約占全球植被碳庫的80%以上[1]。工業(yè)時代以來，氣候變化已成為當(dāng)今最緊迫的環(huán)境問題之一，森林碳儲量變化對區(qū)域氣候的影響尤為重要[2]。林木植被的碳儲量、碳匯量與其生長環(huán)境密切相關(guān),是各種自然地理環(huán)境因子（包括地理位置、海拔、坡度、坡向、坡位等地理因子及降水量、光照、溫度等氣候條件）以及人類活動共同作用的結(jié)果[3]。有學(xué)者對此類問題進(jìn)行了相關(guān)性的研究，但是研究區(qū)域主要集中在較大范圍，對小區(qū)域的特殊性和差異性研究較少；小區(qū)域的森林碳儲量更容易受到區(qū)域自然地理因素（氣候、土壤、地形）的影響，同時人類的生產(chǎn)活動（人口、經(jīng)濟(jì)水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)）也是重要的影響因素，因此各個小區(qū)域碳儲量之間存在著較大的不確定性，要合理評估地區(qū)森林的碳匯水平，對不同地區(qū)的碳匯因子的分析非常有必要。選擇對池州市三縣一區(qū)森林碳匯的影響因素分析，研究地區(qū)森林碳儲量與自然地理環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系，對響應(yīng)國家爭取2030年前達(dá)到碳達(dá)峰，2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，實現(xiàn)區(qū)域人與自然和諧發(fā)展具有一定的參考價值。

池州位于東經(jīng)116°38′～118°05′、北緯29°33′～30°51′之間，屬于暖濕性北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)[4]。年平均溫度16.5℃，最熱月7月平均溫度約為28℃，最冷月1 月平均溫度約為3℃。年降水量1400～1700mm，無霜期220～240d，適宜農(nóng)作物生長的時期為每年的3 月底至11 月中旬。土壤類型復(fù)雜多樣，地帶性有黃棕壤、紅壤，黃壤等[5]。處于常綠闊葉林和落葉林的過渡地帶，包括落葉闊葉林、針葉林、竹林和亞熱帶經(jīng)濟(jì)林木等[6，7]。池州市是中國第一個生態(tài)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)，中國森林城市，安徽省重點林區(qū)之一，擁有九華山5A 級風(fēng)景名勝區(qū)和牯牛降國家級自然保護(hù)區(qū)。開展對池州地區(qū)三縣一區(qū)的森林碳儲量變化及影響因素的分析，有利于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

池州森林碳儲量的核算數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、人口密度、GDP 數(shù)據(jù)以及核算方法主要來源于《池州統(tǒng)計年鑒》《池州森林調(diào)查數(shù)據(jù)》和實地調(diào)查。考慮到森林資源清查的年份，尤其是早些年統(tǒng)計數(shù)據(jù)不全，從池州市相關(guān)數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性出發(fā)，具體時間選取《池州統(tǒng)計年鑒》中2008 年以后各年的數(shù)據(jù)。為更好地進(jìn)行相關(guān)變量的比較分析，以6 年為間隔，在一些森林碳量影響因子分析比對中抽樣選取2008年、2014年和2020年這3年作為典型年份進(jìn)行分析，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性與代表性。運用以上數(shù)據(jù)構(gòu)建模型并且進(jìn)行相關(guān)分析。竹林因生長量有其特殊性，其碳儲量及影響因素將另文分析。

1.2 碳儲量計算方法

考慮到池州市各地自然環(huán)境條件以及森林資源的多樣性，以及各個縣區(qū)森林資源的準(zhǔn)確性與完整性，本文主要通過森林蓄積量擴(kuò)展法估算池州市三縣一區(qū)的林木碳儲量。森林蓄積量擴(kuò)展法是以森林蓄積為基礎(chǔ)，擴(kuò)大系數(shù)計算林木的生物量，經(jīng)容積密度測算生物量干重，以含碳率數(shù)據(jù)計算出其碳儲量，得到以立木為主體的森林生物量碳儲量[8]。

本研究森林植被碳儲量計算公式為：

式中：Si為第i類森林面積；Ci為第i類森林類型的碳密度[9]；Vi為第i類森林單位面積蓄積量；α為林下植物碳轉(zhuǎn)換系數(shù)；β為林地碳轉(zhuǎn)換系數(shù)；δ為生物量擴(kuò)大系數(shù)；ρ為生物量蓄積轉(zhuǎn)換成干重的換算系數(shù)，即容積密度[10]；γ為將生物量干重轉(zhuǎn)換成固碳量的換算系數(shù)，即含碳率[11]。為保證與同類研究的一致性，以上系數(shù)參考IPCC 提供具體數(shù)值：α為1.95，β為1.244，δ為1.9，ρ為0.5，γ為0.5[12]。因此，可以將碳儲量計算公式轉(zhuǎn)換為：

1.3 分析方法

線性回歸分析是常用的定量分析方法，是研究一個因變量與多個自變量之間的線性關(guān)系。本研究中，森林碳儲量為因變量，假設(shè)自然因素中的降水、溫度等自變量存在某種相關(guān)關(guān)系，通過不同年份、不同地區(qū)的數(shù)據(jù)可求得熱量與水分是導(dǎo)致森林碳儲量空間分布差異的重要原因[13]。本次研究采用SPSS26提供的數(shù)據(jù)處理和回歸分析模型，分析池州三縣一區(qū)森林碳儲量與自然地理因素、人類活動之間的相互關(guān)系。自然地理因素選擇年平均降水量和年平均氣溫這兩個與森林生長量關(guān)系緊密的指標(biāo)。人類活動方面選取的指標(biāo)為區(qū)域人口密度、地方GDP產(chǎn)值等因素，建立起線性回歸分析模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林碳儲量時空動態(tài)變化

收集整理了近年來池州各地的森林資源數(shù)據(jù)，利用本研究選定森林植被碳量計算公式，得出相關(guān)年份的碳儲量，見表1。

表1 池州2008年、2014年、2020年森林面積和碳儲量

從表1 中可以看出，在時間變化上，2008 年到2020 年這12 年間，池州市三縣一區(qū)森林面積、森林覆蓋率以及森林碳儲量呈不斷上升的趨勢。就從池州地區(qū)整體上來看，2008 年到2014 年，池州市森林碳匯量為374.203萬噸，同比增長13.82%；2014年到2020 年，池州市森林碳匯量達(dá)到411.277 萬噸，同比增長13.34%，增速較2008 年到2014 年間略微下降。各縣區(qū)之間，從2008 年到2014 年這6 年里，貴池區(qū)森林碳匯量增加了91.523 萬噸，增長率為13.57%；東至縣森林碳匯量增加了96.158 萬噸，增長率為9.12%；石臺縣森林碳匯量增加了110.060 萬噸，增長率為18.74%；青陽縣森林碳匯量增加了76.463 萬噸，增長率為19.47%。2014 年到2020 年，貴池區(qū)森林碳匯量增加了135.547 萬噸，增長率為17.7%；東至縣森林碳匯量增加了74.146 萬噸，增長率為6.45%；石臺縣森林碳儲量增加了68.353 萬噸，增長率為9.80%；青陽縣森林碳匯量增加了133.230萬噸，增長率為28.40%。由此可以看出，在池州三縣一區(qū)中，青陽縣森林碳匯量增長速度最快，并且在近幾年呈現(xiàn)加速上升的態(tài)勢。東至縣雖然森林碳儲增長率較低，增長速度在全市較慢，但其森林碳匯量基數(shù)較大，森林面積、森林蓄積量較高。在空間上，池州市三縣一區(qū)森林面積呈不均勻分布，其中以東至縣森林面積最大、石臺縣森林覆蓋率最高、青陽縣森林面積最小、貴池區(qū)森林覆蓋率最低。各縣區(qū)相比較而言，森林面積總體上西多東少、南多北少、越靠近南部、西部的黃山地區(qū)森林面積相對較大，向北、向東越靠近長江沿岸森林面積相對較小，三縣一區(qū)碳儲量從高到低排列分別為東至縣、貴池區(qū)、石臺縣和青陽縣。值得注意的是，貴池區(qū)的森林面積在2008 年到2014 年森林略有下降，但碳儲量呈增長趨勢，說明森林蓄積量是影響區(qū)域森林碳儲量的重要因素。

2.2 氣候與森林碳儲量動態(tài)變化的關(guān)系

自然地理環(huán)境因子對植被的生長發(fā)育，生物量的積累有著重要影響，其中氣候條件更是密切相關(guān)，所以選擇池州市氣候條件與森林碳儲量之間的關(guān)系進(jìn)行研究顯得十分重要[13]。

從表2 可以看出，池州市2008 年至2020 年，這十多年來年平均氣溫呈現(xiàn)小幅度的升高，總體來說變化不明顯；年降水總量各年變化幅度較大，年降水總量最高的年份是2016 年，年降水總量為2280.80mm，最少的年份是2019 年，總量為1328.40mm，呈現(xiàn)不均勻分布。

表2 池州市2008年至2020年年平均氣溫、年降水量森林碳量（含九華山）

選取年均氣溫和年均降水量這兩個自變量與森林碳儲量因變量進(jìn)行相關(guān)性分析，求得氣溫、降水對池州市森林碳儲量的皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別為0.703 和0.123。皮爾遜相關(guān)系數(shù)大于0.3，相關(guān)性強(qiáng)，說明年平均氣溫對池州森林碳儲量相關(guān)性較強(qiáng)，氣溫對森林碳儲量的影響大于降水對它的影響。年均降水量與碳儲量相關(guān)性不顯著，其皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.123，sig 顯著性為0.719，年均溫與碳儲量呈正相關(guān)，并且相關(guān)性顯著，其皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.703，sig 顯著性為0.016。所以在線性回歸分析模型的基礎(chǔ)上，求出池州市森林碳儲量與年平均氣溫的關(guān)系得一元線性關(guān)系方程：

式中，y、x分別表示池州市森林碳儲量和年平均氣溫。通過準(zhǔn)誤差顯著性檢驗，表明回歸的效果較理想，碳儲量與氣溫之間呈正相關(guān)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)法，從該回歸方程的系數(shù)可以看出，森林碳儲量隨氣溫上升而上升。

從各縣區(qū)數(shù)據(jù)看，東至縣年平均氣溫總體大部分時間要高于其他縣區(qū)，其森林碳儲量也是在所有縣區(qū)最高。由前面分析得出的年平均氣溫對森林碳匯相關(guān)性較強(qiáng)且呈正相關(guān)，可以推出溫度較高的地區(qū)，其森林碳儲量越高。這也與其他要素相關(guān)，單用區(qū)域溫度的差異只能部分解釋森林碳匯影響因素，并且由于池州行政區(qū)劃的影響，各縣區(qū)總體溫度差異不大，用溫度因子作為各個縣區(qū)森林碳匯差異影響因素不具有典型性，但可以作為參考。

從表2 還可以看出，2019 年池州總體降水量較其他年份最低，各縣區(qū)降水量在這年也普遍降低，這可能是受當(dāng)年全球性的厄爾尼諾現(xiàn)象以及局部性氣候變化的影響造成降雨量減少，但池州三縣一區(qū)森林碳儲量卻沒有因為降水量的減少而減少，反而有所增加，這也進(jìn)一步佐證了年平均降水量與碳儲量相關(guān)性不顯著的結(jié)論。

2.3 人口密度與森林碳儲量動態(tài)變化的關(guān)系

森林植被的碳儲量與人類活動密切相關(guān)，其中人口密度在某些程度上表明人類對森林的影響[13]。如表3，青陽縣是全池州市人口密度最大的縣，但其森林碳儲量是全市最低；貴池區(qū)其平均人口密度為全市第二，森林碳儲量位于全市第二；東至縣、石臺縣地區(qū)人口密度相對較小，但總的碳儲量所占比例卻很高，石臺縣在全國主體功能規(guī)劃上屬限制開發(fā)生態(tài)功能區(qū)，森林保護(hù)力度大，人口總數(shù)在安徽省屬第二小的縣區(qū)，但森林覆蓋率高，總蓄積量大。從空間分析來看，池州市的人口密度分布情況為東部及北部長江沿線地區(qū)高于西部、南部山區(qū)，但森林植被的碳儲量的分布情況卻是相反的。在進(jìn)行相關(guān)性分析可知，池州地區(qū)各個年份的森林碳儲量與人口密度均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性顯著，其皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.942，sig 顯著性＜0.0001，即從年際變化看，森林碳儲量隨人口密度的增加而增加。本研究建立池州森林碳儲量與人口密度之間的相關(guān)關(guān)系如下：

表3 池州2008年、2014年、2020年人口密度和森林碳儲量

式中，y、x分別表示森林碳儲量和人口密度。

2.4 GDP產(chǎn)值與森林碳儲量動態(tài)變化的關(guān)系

池州市2008 年、2014 年和2020 年3 個年份GDP 值與森林碳儲量動態(tài)變化見表4。從2008 到2020 年，池州市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，2020 年GDP 總量是2008 年GDP 總量的390%，其中林業(yè)生產(chǎn)總值是2008 年的495%，但森林碳儲量僅是2008 年的118%，相比較而言池州市森林碳儲量增幅慢于GDP增幅和林業(yè)生產(chǎn)總值增幅。

表4 池州2008年、2014年、2020年森林碳儲量和GDP

通過表4可以看出，在池州三縣一區(qū)中，GDP較高的地區(qū)，其森林碳儲量也較高。貴池區(qū)生產(chǎn)總值在3 個年份中均比較高，總產(chǎn)值分別占3 年全市GDP 總產(chǎn)值的49.15%、49.58%和50.10%，其次是東至縣，其余兩縣3 年年生產(chǎn)總值占比均小于20%。而在池州森林碳儲量中，貴池區(qū)、東至縣等經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較好，森林碳儲量大于石臺、青陽兩縣。通過相關(guān)性分析看出，池州GDP發(fā)展與碳儲量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性顯著，其皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.918，sig 顯著性＜0.0001。這一結(jié)果與朱清波等的研究結(jié)果不一致[13]。從年際變化看，池州市森林碳儲量隨GDP 的增長而增長，本研究建立池州森林碳儲量與GDP之間的相關(guān)關(guān)系如下：

式中，y、x分別表示森林碳儲量和GDP。

3 結(jié)論與討論

3.1 池州市森林碳匯增長較快

研究發(fā)現(xiàn)，2020 年池州各縣區(qū)森林碳儲量為3494.1萬噸，森林碳匯量從2008到2020年總共增長了790.114 萬噸，平均年增幅為2.14%，這表明了池州市森林碳匯作用明顯。與朱清波的研究森林植被碳匯能力隨時間不斷增強(qiáng)相似[13]。貴池區(qū)森林面積總量有所增加，林木蓄積總量持續(xù)增加，林木碳匯數(shù)量持續(xù)提高，平均每6 年都以高于10%的增長速率上升，森林碳匯量一直處于高位。青陽縣在2008—2020 年，森林面積和碳匯量都有所增加，從2008 年到2020 年間，其森林碳匯量實現(xiàn)增長了53.40%。

3.2 池州森林碳儲量與氣溫正相關(guān)

對池州三縣一區(qū)水熱條件進(jìn)行分析研究可以得出：森林碳儲量與年均氣溫呈正相關(guān)，皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別為0.703，顯著相關(guān)。但與年降水量相關(guān)系數(shù)為0.12，不相關(guān)。溫度在一定程度上決定著森林植被類型的分布，地帶性植被主要呈現(xiàn)緯度變化，就是一個佐證。氣溫還影響了植被對水分的利用效率[14]，氣溫對森林植被碳貯量的貢獻(xiàn)大于降水[15],并且最終影響著森林植被的生長發(fā)育狀況和固碳能力及碳儲量[16]。

3.3 人口對森林植被碳儲量產(chǎn)生影響

對池州三縣一區(qū)的人口密度及其碳儲量的研究表明，池州森林碳儲量的空間分布存在差異，人口密度較高的地區(qū)，森林碳儲量要相比人口密度較小的地區(qū)少，比如貴池區(qū)和青陽縣森林碳匯總量要明顯低于東至縣和石臺縣。原因可能是因為人口密度比較高的縣區(qū)，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對較快，人口增長速度較快，加之城市擴(kuò)展，導(dǎo)致森林用地部分轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地，從而導(dǎo)致碳儲量偏低。而人口密度相對較低的地區(qū)，尤其在山區(qū)，城市化水平較低，人類活動對森林的干擾和破壞較少，森林資源碳儲量處于高水平狀態(tài)。這與楊昆等、李紅梅等研究潭江流域[17]、西雙版納[18]曾得出過相似的結(jié)論。

3.4 碳儲量與GDP的發(fā)展呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)

在空間的分布上，池州市三縣一區(qū)森林碳儲量變化表現(xiàn)為隨著GDP產(chǎn)值的不斷提高而逐漸上升，碳儲量與GDP的相關(guān)系數(shù)較高，其皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.918。表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的縣區(qū)，其森林碳儲量相比較而言也較高，其原因是池州市多年來堅持綠色發(fā)展及生態(tài)保護(hù)區(qū)建設(shè)，以發(fā)展區(qū)域特色的生態(tài)旅游業(yè)為重要產(chǎn)業(yè)。從年際變化上，GDP 占比相對較低區(qū)域比GDP 占比相對較高區(qū)域森林碳儲量增長速度更快。在池州尤其是貴池區(qū)長江沿線地區(qū)的各種經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、住房建設(shè)用地的增加，帶動了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但東至縣、石臺縣等池州西部、南部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度相對較慢，這樣一方面有利于減輕地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長對森林植被的破壞，讓各縣區(qū)林木資源總體上均有不同程度的上升；另一方面由于池州市主要經(jīng)濟(jì)活動集中在貴池區(qū)、青陽縣等東部及北部長江沿岸地區(qū)，使西南部森林植被得到更好地保護(hù)，碳儲量不斷增長。隨著經(jīng)濟(jì)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，高能耗產(chǎn)業(yè)調(diào)整，生態(tài)環(huán)保型產(chǎn)業(yè)加大，從而有必要增加森林種植面積，加大天然林保護(hù)力度，不斷提高森林質(zhì)量，增加森林碳匯能力[19]。

3.5 研究展望

本研究選取自然地理環(huán)境因子、社會經(jīng)濟(jì)因子與森林積累量數(shù)據(jù)，使用池州市統(tǒng)計年鑒、池州森林資源調(diào)查的相關(guān)資料，氣候資料的對應(yīng)性上存在不足，得出的結(jié)果也存在一定的偏差，若用森林分布區(qū)的定點實測氣候數(shù)據(jù)會更具代表性。森林植被的生長存在著年份的差異，以及未加入極端氣候現(xiàn)象、自然災(zāi)害、樹種的差異性[20]等因素的影響。對池州森林碳儲量與時空分布的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展因子，考慮不夠全面等，社會經(jīng)濟(jì)因素選擇方面也有不足，未考慮林業(yè)從業(yè)人員、林業(yè)管理制度等因素，之后還需進(jìn)行更深入地研究，從而為進(jìn)一步探究地區(qū)性森林碳匯能力提升提供理論支撐。