湖南省森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)及其碳吸存潛力.pdf

1、森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在全球碳循環(huán)過(guò)程中扮演著重要的角色，準(zhǔn)確估算區(qū)域尺度森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量已成為全球氣候變化、碳循環(huán)過(guò)程研究核心內(nèi)容之一。本研究利用湖南省1983-1987年至2009年4次森林資源清查數(shù)據(jù)、全國(guó)一類森林資源清查湖南省6605塊固定樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合湖南會(huì)同杉木林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，估算了湖南省4個(gè)清查期森林生態(tài)系統(tǒng)植被層、土壤層的碳儲(chǔ)量，研究其動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)、區(qū)域分布特征以及湖南省現(xiàn)有森林植被

2、的碳吸存潛力，探尋了湖南省森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)狀況及其影響因子，為準(zhǔn)確評(píng)估湖南省森林生態(tài)系統(tǒng)在中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中的地位和作用，為中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果為:
　　(1)湖南省針葉樹、常綠闊葉樹、落葉闊葉樹、毛竹、灌木各器官碳含量(gC/g)變化范圍分別為0.491～0.566、0.421～0.549、0.449～0.550、0.470～0.496和0.463～0.505，算術(shù)平均值分別為0

3、.519、0.501、0.495、0.486、0.484 gC/g;湖南省現(xiàn)有森林主要樹種各器官算術(shù)平均碳含量為0.504 gC/g;同一樹種各器官碳含量差異不顯著，不同樹種各器官碳含量由高至低的排序不完全一致，樹干碳含量普遍較高于其它器官，多樹種地上部分算術(shù)平均碳含量普遍高于其地下部分。不同省區(qū)同一樹種同一器官碳含量及其各器官算術(shù)平均碳含量差異不大。
　　(2)從1987年到2009年，湖南省喬木林植被碳儲(chǔ)量?jī)粼黾樱ㄌ紖R）為66

4、.40×106tC，占全國(guó)同期喬木林植被碳匯的4.31％，碳密度提高了5.65 tC/hm2;闊葉林碳匯最大(48.43×106tC)，其次是杉木林(9.54×106tC)和松木林(6.68×106tC)，各喬木林植被碳密度波動(dòng)較大。幼齡林、中齡林、近熟林和成熟林均表現(xiàn)為碳匯，中齡林碳匯最大，幼齡林、中齡林、近熟林植被碳密度依次提高了4.75、4.09、0.83 tC/hm2，而成熟林、過(guò)熟林分別下降了6.87、13.88 tC/hm2

5、;天然林、人工林植被碳匯分別為41.01×106、25.39×106 tC，天然林植被碳儲(chǔ)量占全省同期喬木林植被碳儲(chǔ)量的比例呈下降趨勢(shì)，人工林呈上升趨勢(shì)，人工林、天然林植被碳密度分別提高了4.91、7.19tC/hm2。表明近20多年來(lái)，湖南省喬木林恢復(fù)迅速，碳匯作用明顯，儲(chǔ)碳能力明顯提高，闊葉林對(duì)湖南省喬木林植被碳匯功能貢獻(xiàn)最大，成熟林、過(guò)熟林受到了嚴(yán)重的破壞，幼、中齡林碳匯功能正逐步發(fā)揮主導(dǎo)作用，天然林在湖南省喬木林碳儲(chǔ)量占有重要地

6、位，人工林植被碳匯功能正逐步提高。
　　湖南省現(xiàn)有森林植被（包括疏林）碳儲(chǔ)量為180.53×106tC，喬木林最高，占全省現(xiàn)有森林植被碳儲(chǔ)量63.45％，其次是竹林，占21.11％，而疏林最低，占0.32％;不同森林類型植被碳密度差異明顯，竹林最高(48.95 tC/hm2)，其次是喬木林(15.66tC/hm2)，最低是疏林(5.56 tC/hm2)。從1987年到2009年，湖南省森林植被（包括疏林）碳匯為84.87×106t

7、C，喬木林最大，占全省同期森林植被碳匯78.24％，竹林、灌木林分別為全省森林植被碳匯貢獻(xiàn)了33.31％和2.39％;經(jīng)濟(jì)林、疏林分別凈減少了8.50×106、3.33×106 tC;湖南省森林植被碳密度持續(xù)上升，提高了6.24 tC/hm2。各森林類型植被碳儲(chǔ)量均隨其面積變化而變化。
　　(3)從1987年到2004年，喬木林植被碳儲(chǔ)量均表現(xiàn)為:湘西南、湘南為最高分布區(qū)，湘西北、湘東為較高分布區(qū)，湘中、湘北為最低分布區(qū);喬木林植

8、被碳匯、面積的區(qū)域變化趨勢(shì)基本一致，均呈現(xiàn)出湘南、湘西南、常德、長(zhǎng)沙快速提高，中部地區(qū)緩慢提高，而喬木林植被碳密度卻表現(xiàn)為:湘中快速提高，湘西北、湘西南、湘南、常德、株洲緩慢提高;各地州市喬木林植被碳儲(chǔ)量與其喬木林面積、碳密度均呈極顯著正相關(guān)，與各地州市喬木林面積構(gòu)成比例及其不同喬木林碳密度的差異顯著相關(guān);杉木林、松木林、闊葉林是各地州市喬木林植被碳儲(chǔ)量的主要貢獻(xiàn)者，且3種喬木林植被碳儲(chǔ)量的區(qū)域變異明顯，但區(qū)域變異格局變化不大;各地州市

9、各喬木林植被均起碳匯作用，同一地州市不同喬木林植被碳匯功能差異明顯。各齡組喬木林碳儲(chǔ)量的區(qū)域分布格局均為:湘西南、湘南、湘西北普遍高于湘中、湘東和湘北，幼齡林、中齡林的區(qū)域變異最明顯，中齡林、近熟林、成熟林（除常德外）在各地州市均為碳匯，各齡組喬木林碳匯與各齡組喬木林面積變化量呈極顯著的線性正相關(guān)，與各齡組喬木林碳密度變化量不相關(guān);同一齡組喬木林植被碳密度在不同地州市差異顯著，且隨齡組齡級(jí)增大差異越大，各齡組喬木林植被碳密度的區(qū)域分異格

10、局不同。人工林植被碳儲(chǔ)量的區(qū)域分布格局基本不變，各地州市人工林面積、植被碳儲(chǔ)量、碳密度均表現(xiàn)為凈增加，且碳儲(chǔ)量、面積的區(qū)域變化格局基本一致，但碳密度的區(qū)域變化格局不同;天然林植被碳儲(chǔ)量的區(qū)域分布格局與人工林相似;除湘西自治州、張家界、常德外，其它地州市人工林碳匯高于天然林;各地州市人工林、天然林碳匯與其面積變化量均呈極顯著的線性正相關(guān)，與碳密度變化量不相關(guān)，表明各地州市人工林、天然林植被碳匯主要來(lái)自其面積的增加。
　　3個(gè)調(diào)查期，

11、湖南省森林植被碳儲(chǔ)量的區(qū)域分布格局基本一致，各地州市森林均起碳匯作用，永州碳匯最大。2003-2004年，森林植被碳密度區(qū)域分異減弱，但仍呈現(xiàn)出西南高中東低的趨勢(shì)。從1987年到2004年，除懷化外，其它地州市森林植被碳密度均有不同程度增高。
　　(4)湖南省現(xiàn)有喬木林植被的現(xiàn)實(shí)碳吸存潛力為331.43×106 tC，幼齡林＞中齡林＞近熟林，不同喬木林類型未成熟林的現(xiàn)實(shí)碳吸存潛力差異顯著，闊葉林最大，其次是杉木林、松木林，各地州市

12、未成熟喬木林植被的現(xiàn)實(shí)碳吸存潛力在5.86×106～69.10×106 tC之間變化。從2014年自然生長(zhǎng)到2025年時(shí)，現(xiàn)有未成熟林還能凈固定碳量為54.76×106 tC，中齡林碳吸存潛力最大，地州市間變幅較大;現(xiàn)有未成熟林分別到達(dá)成熟階段時(shí)，還能凈固定碳量為110.47×106tC，幼齡林到成熟階段時(shí)的碳吸存潛力最大。
　　(5)湖南省2000-2014年主要森林類型土壤層(0-80 cm)有機(jī)碳算術(shù)平均含量在9.53～22

13、.86 g/kg之間，灌木林、毛竹林、闊葉林顯著高于其他森林類型，各森林類型土壤有機(jī)碳含量隨著土層深度的增加呈顯著指數(shù)下降趨勢(shì)，分異主要發(fā)生在表層土壤(0-40 cm);0-80cm土壤層有機(jī)碳密度在95.44～181.30 tC/hm2之間，平均值為137.15 tC/hm2，主要分布在0-40 cm土層中，隨土壤深度增加，各森林類型土壤有機(jī)碳密度的差異下降，受森林類型的影響逐漸減弱。從1987年到2009年，喬木林土壤層(0-80

14、cm)有機(jī)碳儲(chǔ)量?jī)粼黾恿?14.86×106 tC，面積加權(quán)平均有機(jī)碳密度提高了10.98 tC/hm2，不同喬木林土壤層(0-80 cm)有機(jī)碳儲(chǔ)量的差異隨著時(shí)間進(jìn)程逐漸增大，主要分布在杉木林、松木林、闊葉林。各齡組喬木林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)出不同變化趨勢(shì)，幼齡林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量占全省同期喬木林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的比例呈下降趨勢(shì)，中齡林、近熟林總體呈上升趨勢(shì)，成熟林變化不大，過(guò)熟林呈下降趨勢(shì);幼齡林、中齡林土壤有機(jī)碳密度呈上升趨勢(shì)，近熟林、成

15、熟林、過(guò)熟林呈下降態(tài)勢(shì)。天然林是湖南省喬木林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的主要貢獻(xiàn)者，人工林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量正逐步提高。經(jīng)濟(jì)林、灌木林、竹林對(duì)湖南省森林土壤層(0-80 cm)有機(jī)碳儲(chǔ)量貢獻(xiàn)不同，且動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)也不同。森林土壤層有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化與各森林類型面積的變化密切相關(guān)。
　　3個(gè)調(diào)查期，喬木林土壤層(0-80 cm)有機(jī)碳儲(chǔ)量的區(qū)域分布格局均呈現(xiàn)出:湘西南、湘南為高分布區(qū)，湘西北、湘東、湘中、湘北為低分布區(qū)，與喬木林面積的區(qū)域分布格局基本一

16、致。各地州市喬木林土壤層(0-80 cm)有機(jī)碳儲(chǔ)量的差異隨著時(shí)間推移而增大，各地州市喬木林土壤均起碳匯作用，與各地州市喬木林面積的變化有關(guān);喬木林土壤層(0-80 cm)有機(jī)碳密度的區(qū)域分異格局基本不變，各地州市喬木林面積構(gòu)成比例的差異導(dǎo)致不同地州市喬木林土壤層有機(jī)碳密度的差異，除衡陽(yáng)、湘潭外，其它地州市喬木林土壤層有機(jī)碳密度均為凈增加。因此，在林地面積有限條件下，各地州市可通過(guò)調(diào)整喬木林面積構(gòu)成比例，增加土壤有機(jī)碳密度較高的闊葉林面

17、積，提高本地區(qū)喬木林土壤層有機(jī)碳儲(chǔ)量、碳密度。湖南省森林土壤層有機(jī)碳儲(chǔ)量的區(qū)域分布格局與喬木林土壤層有機(jī)碳的空間分布格局相似，各地州市森林土壤層有機(jī)碳儲(chǔ)量隨著森林面積的增加而增加。
　　(6)湖南省現(xiàn)有森林（包括疏林）生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量為1764.04×106 tC，土壤層(0-80cm)有機(jī)碳儲(chǔ)量為植被碳儲(chǔ)量的8.77倍。喬木林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量最高(1171.19×106tC)，而疏林生態(tài)系統(tǒng)最低;現(xiàn)有森林生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為163.

18、60 tC/hm2，竹林生態(tài)系統(tǒng)碳密度最高，為202.96 tC/hm2，其次是灌木林（190.86 tC/hm2），再次是喬木林(160.13 tC/hm2)，經(jīng)濟(jì)林最低（138.27 tC/hm2）。在喬木林生態(tài)系統(tǒng)中，闊葉林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量最大(594.39×106tC)，其次是杉木林、松木林;闊葉林生態(tài)系統(tǒng)碳密度最高(192.76 tC/hm2)，國(guó)外松林最小(98.85 tC/hm2)，杉木林、松木林、楊樹林、桉樹林較低。從19

19、87年到2009年，湖南省森林（包括疏林）生態(tài)系統(tǒng)碳匯為411.04×106tC，碳密度提高了15.04 tC/hm2，喬木林生態(tài)系統(tǒng)碳匯最高(481.26×106tC)，碳密度提高了16.61 tC/hm2，竹林生態(tài)系統(tǒng)碳匯為20.87×106tC，碳密度提高了31.69 tC/hm2，灌木林碳匯為2.03×106tC，經(jīng)濟(jì)林、疏林生態(tài)系統(tǒng)分別凈減少了8.50×106tC和3.33×106tC;無(wú)論喬木林還是經(jīng)濟(jì)林、竹林、灌木林生態(tài)系

20、統(tǒng)碳儲(chǔ)量的區(qū)域分布格局變化不大，均與其同期面積的區(qū)域分布格局相吻合，喬木林、竹林、疏林生態(tài)系統(tǒng)碳密度的區(qū)域分布格局基本不變。
　　以上研究結(jié)果表明，無(wú)論是湖南省森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量還是其植被、土壤層碳儲(chǔ)量均與其面積及其面積構(gòu)成比例密切相關(guān)，而森林面積及其面積構(gòu)成比例均隨著林業(yè)各項(xiàng)政策導(dǎo)向、人類生產(chǎn)活動(dòng)的需要而發(fā)生變化，如人類采伐活動(dòng)，將大面積用材防護(hù)林改作為經(jīng)濟(jì)林、將林地用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和商業(yè)開發(fā)活動(dòng)，特別是近20多年來(lái)大規(guī)模的人工造