全 文 ：植物生态学报 2015, 39 (4): 333–342 doi: 10.17521/cjpe.2015.0032
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2014-12-29 接受日期Accepted: 2015-03-17
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: ymchen@ms.iswc.ac.cn)
陕西省森林生态系统碳储量分布格局分析
崔高阳1 陈云明2,3* 曹 扬2,3 安淳淳1
1中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心, 陕西杨凌 712100; 2西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨凌
712100; 3中国科学院水利部水土保护研究所, 陕西杨凌 712100
摘 要 为明晰陕西省森林生态系统碳储量分布格局, 基于2009年森林资源清查资料和2011年调查所得样地实测数据, 对陕
西省森林生态系统碳储量、碳密度及其空间分布特征进行了研究分析。结果表明: 陕西省森林生态系统总碳储量为790.75 Tg,
土壤层、植被层和枯落物层碳储量分别占总碳储量的72.14%、26.52%和1.34%; 其中, 栎类碳储量在各森林类型中所占比重
最大(44.17%), 中、幼龄林是陕西省森林生态系统碳储量的主要贡献者, 约占总碳储量的49%。陕西省森林生态系统平均碳
密度为123.70 t·hm–2, 土壤层最大, 枯落物层最小, 植被层居中; 碳密度均随龄级增加而升高, 同一龄级表现为天然林高于人
工林生态系统。此外, 陕西省森林生态系统碳储量、碳密度分布格局不尽一致, 反映了森林覆盖面积及森林质量对碳储量的
影响。未来应加强林地抚育管理水平, 增加造林再造林面积以增加碳储存, 应对全球气候变化。
关键词 碳储量, 森林生态系统, 龄级, 栎类, 碳汇潜力
引用格式 : 崔高阳 , 陈云明 , 曹扬 , 安淳淳 (2015). 陕西省森林生态系统碳储量分布格局分析 . 植物生态学报 , 39, 333–342. doi:
10.17521/cjpe.2015.0032
Analysis on carbon stock distribution patterns of forest ecosystems in Shaanxi Province
CUI Gao-Yang1, CHEN Yun-Ming2,3*, CAO Yang2,3, and AN Chun-Chun1
1Research Center of Institute of Soil and Water Conservation and Ecological Environment, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Education, Yangling,
Shaanxi 712100, China; 2State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on Loess Plateau, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100,
China; and 3Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling, Shaanxi 712100, China
Abstract
Aims The objective of this study was to understand the distribution patterns of carbon stock in forest ecosystems
in Shaanxi Province following the implementation of the ecological restoration project―the Grain for Green―in
the 90’s of 20th century for combating the severe soil erosion and other environment problems.
Methods Based on forest resources inventory data and field measurements, we estimated carbon storage of tree,
shrub, herb, litter, and soil layer within each forest ecosystem of Shaanxi Province.
Important findings Forest ecosystems in Shaanxi Province stored a total of 790.75 Tg C, and the proportion
occupied by soil, vegetation and litter carbon were 72.14%, 26.52% and 1.34%, respectively. Carbon storage
within Quercus spp. was the highest (44.17%) among all forest types. Given the large proportion of the areas oc-
cupied, the young and middle-aged forests accounted for almost half of the total carbon stores in forest ecosys-
tems. The average carbon density of forest ecosystem was 123.70 t·hm–2. Similar to the patterns among carbon
pools, carbon density was also highest in soil, lowest in litter, and medium in vegetation for each forest type.
Carbon density increased with stand age for natural and planted forest ecosystems, and was higher in the natural
forest ecosystems than in the planted forests within the same stand ages. Differences in the spatial patterns be-
tween carbon stores and density indicate that carbon storage is related not only to forest quality, but also to forest
areas. Therefore we could select tree species with high carbon concentration for reforestation and afforestation,
and improve forest management practices to increase carbon sequestration potential, which would be beneficial to
mitigation of global climate change.
Key words carbon stores, forest ecosystem, age class, Quercus spp., sequestration potential
Citation: Cui GY, Chen YM, Cao Y, An CC (2015). Analysis on carbon stock distribution patterns of forest ecosystems in Shaanxi
Province. Chinese Journal of Plant Ecology, 39, 333–342. doi: 10.17521/cjpe. 2015.0032 
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森林生态系统作为陆地生态系统最大的碳库,
在全球碳平衡中发挥着重要的作用。据估计, 全球
有46.3%的陆地有机碳储存在森林生态系统中, 其
中森林植被有机碳储量占整个陆地植被碳储量的
77%, 土壤碳储量约占陆地土壤总碳库的73% (Post
et al., 1982)。在国家和地区尺度上, 国内外学者开
展了大量的有关森林生态系统固碳特征及机制的研
究(Botkin et al., 1993; Simpson et al., 1993; Dixon et
al., 1994; Fang et al., 2001; 王效科等, 2001; Kur-
banov & Post, 2002; 徐新良等, 2007; Hu & Wang,
2008; Yolasigmaz & Keleş, 2009)。例如Botkin等
(1993)和Simpson等(1993)、Fang等(2001)和王效科等
(2001)、Yolasigmaz和Keleş (2009)分别对北美、中
国、土耳其等地区的森林碳储量等固碳特征进行了
研究。但这些结果大多是针对森林乔木层的研究,
没有充分考虑林下灌草层、凋落物层及土壤层, 制
约着对森林生态系统固碳特征、碳汇功能的全面理
解, 也不利于森林生态系统的固碳增汇经营管理。
近年来, 我国学者分别在四川(黄从德等, 2008)、贵
州(李默然和丁贵杰, 2013)、海南(Ren et al., 2014)、
吉林(王新闯等, 2011)、广东(张修玉等, 2011)、湖北
(王鹏程等, 2009)以及深圳(谭一凡等, 2013)等地开
展了深入全面的包括林下植被、凋落物、土壤在内
的森林生态系统固碳特征研究, 进一步深化了对森
林生态系统碳汇功能的认识。但有关陕西省森林生
态系统碳储量、碳密度等固碳特征及功能的研究尚
未见报道, 以前的研究仅停留在关注森林乔木层碳
储量(马琪等, 2012; 曹扬等, 2014)。
陕西省是我国水土流失较为严重的区域, 在通
过天然林资源保护工程、退耕还林工程、重点防护
林工程、水土保持工程和天然草场恢复与建设工程
等一批重点生态建设工程实施后, 陕西省植被覆盖
得到了很大的改善。为此, 我们根据实地调查并结
合陕西省2009年森林资源二类清查资料, 对陕西省
森林生态系统碳储量、碳密度及其空间分布特征进
行研究, 试图了解大规模植被恢复后陕西省森林生
态系统固碳现状及潜力, 为未来固碳增汇经营管理
和规划提供科学依据。
1 材料和方法
1.1 研究区域概况
陕西省位于中国西北部 (105.50°–111.25° E,
31.70°–39.60° N), 南北长约880 km, 东西宽约500
km, 面积为20.58 × 104 km2。地跨北温带和亚热带,
整体属大陆季风性气候, 年降水量576.9 mm, 年平
均气温13.0 ℃, 无霜期218天左右。由于南北狭长,
所跨纬度多, 境内南北间气候差异明显。长城沿线
以北为温带干旱半干旱气候, 陕北其余地区和关中
平原为暖温带半湿润气候, 陕南盆地为北亚热带湿
润气候, 山地大部为暖温带湿润气候。类型多样的
气候资源蕴育出丰富的植被群落, 由北向南依次为
温带草原、暖温带森林草原落叶阔叶林、暖温带落
叶阔叶林、北亚热带含有常绿阔叶树种的落叶阔叶
林植被。据全国第八次森林资源连续清查成果数据
显示, 陕西省森林覆盖率达41.4%, 主要分布在秦
岭、巴山、关山、黄龙山和桥山林区。这5大林区有
林地面积占全省的79%, 林分蓄积量占全省的94%,
且以天然次生林为主(马长欣等 , 2010; 曹扬等 ,
2014)。
1.2 研究方法
1.2.1 资料来源及样地设置
本次研究主要依据陕西省2009年公布的森林资
源连续清查资料对陕西森林生态系统碳储量、碳密
度等固碳特征进行分析。清查资料主要包括地理信
息、林地信息、森林类型、面积、蓄积量等。由于
森林资源连续清查资料中只有乔木层的相关数据,
而没有林下灌草、枯落物、土壤等各层数据信息, 本
研究根据清查资料中公布的16种森林类型的面积及
蓄积量比重, 在全省布设121块涵盖这些主要森林
类型的样地, 调查样地内乔木、灌木、草本、枯落
物、土壤各层碳储量, 并将在各森林类型对应样地
中得到的乔木层与其他各层间碳储量的转换关系,
用于森林资源清查资料中除乔木层外其他各层碳储
量的推算。
样地设置如下: 落叶松(Larix gmelinii)样地1
块、油松(Pinus tabulaeformis)样地13块、华山松(P.
armandii)样地4块、马尾松(P. massoniana)样地3块、
其他松类样地1块、柏木(Cupressus funebris)样地2
块、栎类(Quercus spp.)样地55块、桦木(Betula spp.)
样地8块、硬阔类(Hardwood)样地5块、杨树(Populus
spp.)样地13块、软阔类(Softwood)样地1块、阔叶混
交林样地8块、针阔混交林样地7块。其中, 冷云杉
(冷杉(Abies fabri)和云杉(Picea asperata))、铁杉
(Tsuga chinensis)、杉木(Cunninghamia lanceolata)
崔高阳等: 陕西省森林生态系统碳储量分布格局分析 335

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3种森林类型由于没有布设相应的样地, 就以所有
121块样地中针叶树种的转换关系推算这3种森林类
型在森林资源清查资料中所对应的林下灌草层、凋
落物层、土壤层碳储量。本文中的栎类主要包括辽
东栎(Quercus wutaishanica)、麻栎(Q. acutissima)、
栓皮栎(Q. variabilis)、刺叶栎(Q. spinosa)、槲栎(Q.
aliena)等栎属树种 ; 桦木主要包括白桦 (Betula
platyphylla)、红桦(B. albosinensis)等; 杨树主要包括
毛白杨(Populus tomentosa)、山杨(Populus davidi-
ana)、青杨(Populus cathayana)等; 硬阔类则主要包
括 胡 桃 楸 (Juglans mandshurica) 、 榆 树 (Ulmus
pumila)、刺槐 (Robinia pseudoacacia)、椴树 (Tilia
tuan)等; 软阔类包括垂柳(Salix babylonica)、泡桐
(Paulownia spp.)、漆树(Toxicodendron vernicifluum)
等。
每块样地设置3个重复样方, 每个样方大小为
20 m × 30 m, 样方内乔木每木检尺, 并记录地形、
地貌等环境因子; 每个样方内设置3个2 m × 2 m的
灌木小样方, 在每个灌木小样方内设置一个1 m × 1
m的草本小样方, 在样方内另外随机设置3个1 m ×
1 m的枯落物小样方。采用异速生长方程测算乔木
层生物量, 全收获法用于林下灌草(地上、地下)、枯
落物层生物量的测定, 同时取一部分乔木、灌草、
枯落物各器官样品用于含碳量的测定。在每个样方
内取3个1 m深的土芯(分为0–10、10–20、20–30、
30–50、50–100 cm 5层, 每层混合取样)用于各层土
壤碳含量的测定, 同时挖取一个1 m深的土壤剖面
用于相应土层容重的测定。采用重铬酸钾氧化法测
定以上各样品的碳含量(Liu et al., 1996)。
1.2.2 样地乔木层碳储量测定
根据搜集的适合陕西省各主要树种的异速生长
方程求算各样方内所有乔木的生物量, 乘以相应器
官含碳量累加得到样方内乔木层碳储量。
1.2.3 样地林下灌草、枯落物层碳储量测定
采用全收获法收集各灌木、草本、枯落物小样
方内所有样品称其总鲜质量, 并取部分样品带回实
验室烘干测算含水率, 根据含水率将各小样方灌
木、草本、枯落物鲜质量换算至其干质量并乘以对
应器官含碳量求得样方林下灌草、枯落物层碳储量。
1.2.4 样地土壤层碳储量测定
根据分层采样测定的土壤有机碳含量、容重和
对应的土壤层厚度分别计算0–10、10–20、20–30、
30–50和50–100 cm土壤的有机碳储量(厚度不及100
cm的土壤剖面以实际深度计算), 各层碳储量累加
即为土壤有机碳的储量, 以t·hm–2表示, 公式如下:
5
, ,,
1
1
10 CSOCi i j i ji jj
C SOC BD Depth
=
⎡ ⎤= × ×⎢ ⎥⎣ ⎦∑
式中, Csoci为样方i土壤有机碳储量(t·hm–2); SOCci,j
是样方i第j层(j = 1, 2, 3, 4, 5分别代表0–10 cm,
10–20 cm, 20–30 cm, 30–50 cm, 50–100 cm)土壤有
机碳含量 (g·kg–1); BDi,j是第 j层土壤容重 (g·cm–3);
Depthi,j是第j层土壤的厚度(cm)。
1.2.5 基于森林资源连续清查资料的乔木层碳储量
估算
采用森林乔木生物量-蓄积量转换关系法(徐嵩
龄等, 1996; Fang et al., 1998)推算森林资源连续清
查资料中各森林类型乔木层生物量, 公式如下:
B = aV + b
式中B、V分别为林分单位面积生物量和单位面积蓄
积量, 单位分别为t·hm–2和m3·hm–2; a和b则为对应
于森林类型乔木生物量-蓄积量转换方程的参数。各
森林类型的转换参数从之前发表的文献中收集(详
见表1)。
将森林资源连续清查资料中各森林类型各龄组
的单位面积乔木层蓄积量代入转换方程求得单位面
积生物量, 之后将各龄组单位面积生物量加权平均
分别求得全省及各市两个尺度上各主要森林类型乔
木层单位面积生物量, 与对应森林类型碳含量相乘
即为各森林类型在全省及市两个尺度上单位面积乔
木层碳储量。其中各森林类型乔木碳含量由我们样
地调查中采集的相应优势树种乔木各器官的碳含量
加权平均而来, 冷云杉、铁杉、杉木3个森林类型由
于没有布设相应样地, 它们的乔木碳含量由相近针
叶森林类型求平均值而来。本文各森林类型共包括5
个林龄组: 幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过
熟林, 各龄组的划分及林龄范围因树种而异, 具体
可参考森林资源规划设计调查主要技术规定(西北
林业调查规划设计院, 2004)。
1.2.6 森林碳储量和碳密度分布图
采用Arcgis 10.0地理统计分析软件, 基于陕西
省地区行政图和各市森林生态系统碳贮量和碳密度
数据, 对陕西省森林生态系统碳贮量和碳密度进行
地理空间分析, 得出陕西省森林生态系统碳贮量和
碳密度地理空间分布图。
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表1 各森林类型林分生物量-蓄积量转换方程
Table 1 Biomass-volume conversion formula for different forest types
森林类型
Forest type
生物量-蓄积量转换方程
Biomass-volume conversion formula
n R2 参考文献
Reference
冷云杉 Abies fabri and Picea asperata B = 0.4642V + 47.499 13 0.98 Fang et al., 1998; Liu et al., 2000
铁杉 Tsuga chinensis B = 0.4158V + 41.3318 21 0.88 Liu et al., 2000; Fang et al., 2001
落叶松 Larix gmelinii B = 0.967V + 5.7598 8 0.98 Fang et al., 1998; Liu et al., 2000
油松 Pinus tabulaeformis B = 0.7554V + 5.0928 82 0.96 Fang et al., 1998; Liu et al., 2000
华山松 Pinus armandii B = 0.5856V + 18.7435 9 0.90 Liu et al., 2000; Fang et al., 2001
马尾松 Pinus massoniana B = 0.52V 12 0.92 Fang et al., 1998; Liu et al., 2000
其他松类 Other pines and conifer forests B = 0.5168V + 33.2378 16 0.94 Fang et al., 1998, 2001
杉木 Cunninghamia lanceolata B = 0.3999V + 22.541 56 0.95 Fang et al., 2001
柏木 Cupressus funebris B =0.6129V + 26.1451 11 0.96 Fang et al., 1998; Liu et al., 2000
栎类 Quercus spp. B = 1.3288V – 3.8999 3 1.00 Fang et al., 1998; Liu et al., 2000
桦木 Betula spp. B = 0.9644V + 0.8485 4 0.95 Fang et al., 1998; Liu et al., 2000
硬阔类 Hardwood B = 0.7564V + 8.3103 11 0.97 Fang et al., 1998
杨树 Populus spp. B = 0.4754V + 30.6034 10 0.86 Fang et al., 2001
软阔类 Softwood B = 1.0357V + 8.0591 21 0.83 Fang et al., 2001
阔叶混交林 Mixed broad-leaf forest B = 0.6255V + 91.0013 19 0.86 Fang et al., 1998
针阔混交林
Mixed coniferous and broad-leaf forest
B = 0.8019V + 12.2799 9 0.99 Fang et al., 2001
B, 林分单位面积生物量(t·hm–2); n,回归方程中所使用的样本数; R2, 回归方程的决定系数; V, 单位面积蓄积量(m3·hm–2)。
B, forest biomass per unit area (t·hm–2); n, number of trees used in developing the regression model; R2 , coefficient of determination in the regression model; V,
forest wood volume per unit area (m3·hm–2).


2 结果
2.1 陕西省森林生态系统碳密度和碳储量
陕西省森林生态系统平均碳密度为123.70
t·hm–2; 其中土壤层碳密度最大(89.24 t·hm–2), 其次
为植被层(32.80 t·hm–2)和枯落物层(1.66 t·hm–2)(表
2)。各森林类型中, 乔木层、灌木层、枯落物层碳
密度以冷云杉、铁杉、桦木、阔叶混交林4种森林类
型较大, 草本层碳密度以桦木、硬阔类、软阔类、
阔叶混交林4种森林类型较大; 而乔木层碳密度最
小的为马尾松林, 灌木层碳密度柏木林最小, 草本
层、枯落物层碳密度最小的均为其他松类。各森林
类型乔木层、灌木层、草本层、枯落物层碳密度分
别介于13.59–69.12 t·hm–2、0.30–2.20 t·hm–2、0.05–
们1.02 t·hm–2、0.46–3.28 t·hm–2。土壤层碳密度和森
林生态系统碳密度均以阔叶混交林最大, 马尾松林
最小, 其碳密度范围分别介于81.55–97.67 t·hm–2、
96.80–173.08 t·hm–2 (表2)。各森林类型乔木层、灌
木层、草本层、枯落物层碳密度波动较大, 变异系
数均在50%左右, 土壤层和森林生态系统碳密度波
动较小 , 其中土壤层波动最小 , 变异系数仅为
5.19%。
陕西省森林生态系统总碳储量为790.75 Tg, 其
中土壤层碳储量最高, 为570.49 Tg, 其他各层碳储
量分别为: 乔木层200.59 Tg、灌木层6.00 Tg、草本
层3.06 Tg、枯落物层10.60 Tg (表2)。以森林各个层
次而言, 土壤层和乔木层两层碳储量之和占到陕西
省森林生态系统总碳储量的97.51%, 是陕西森林生
态系统的主要碳储存库。在各森林类型中, 栎类和
硬阔类碳储量分别占到陕西省森林生态系统总碳储
量的44.18%和20.66%, 是全省森林生态系统碳储量
的主要贡献者(表2)。
2.2 陕西省人工林、天然林生态系统不同龄组碳密
度、碳储量变化
陕西省人工林、天然林生态系统碳密度均表现
为过熟林>成熟林>近熟林>中龄林>幼龄林(人工林
生态系统中成熟林碳密度低于近熟林), 且同一龄
组内碳密度都为天然林高于人工林, 说明随着林木
生长, 其碳储能力提高, 而天然林碳储能力优于人
工林。但是随着进入生长后期, 天然林、人工林生
态系统固碳能力呈现下降趋势, 碳密度增速减缓。
其中人工林生态系统各龄组间碳密度增量为27.96、
7.99、–6.67、9.25 t·hm–2; 天然林生态系统各龄组

崔高阳等: 陕西省森林生态系统碳储量分布格局分析 337

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表2 陕西省森林生态系统碳密度、面积及总碳储量
Table 2 Forest ecosystem carbon density, area, and total stores in Shaanxi Province
表中括号内数字为各层碳储量占总碳储量的比例。
Values in parentheses are the corresponding proportions of carbon stored in different layers.


间碳密度增量为29.58、20.13、8.11、6.62 t·hm–2 (图
1A)。陕西省各龄组碳储量中以中、幼龄林所占比
重较大, 两者碳储量占到全省碳储量的49%, 其中
天然林生态系统碳储量以中龄林最高(177.30 Tg),
人工林生态系统碳储量则以幼龄林最高(47.54 Tg),
各龄组中均表现为天然林生态系统碳储量高于人工
林。天然林生态系统碳储量远远高于人工林, 占全
省总碳储量的86% (图1B)。
在人工林和天然林中, 各森林类型生态系统碳
密度都随着龄级的增加而升高。但是, 天然铁杉林
碳密度则呈现降低趋势, 中龄林、近熟林、过熟林
碳密度依次为170.79、163.97、148.98 t·hm–2; 天然
林中的杉木林碳密度则呈现先升后降的趋势, 5个龄
组的碳密度依次为93.89、106.94、123.79、113.10、
110.67 t·hm–2。同一森林类型中, 同一龄组天然林的
碳密度大多高于人工林(表3, 表4)。在天然林中, 各
森林类型各龄组林分碳储量均以栎类为最高。对于
人工林而言, 硬阔类生态系统碳储量最高, 其幼龄
林碳密度达到77.42 t·hm–2, 而其他森林类型缺乏相
应龄组分布 , 无法判断其碳储量分布格局 (表3,
表4)。
2.3 陕西省森林生态系统碳密度和碳储量地理空
间分布格局
陕西省森林生态系统碳密度以关中宝鸡
(131.06 t·hm–2)、西安 (133.40 t·hm–2)和陕南汉中
(123.52 t·hm–2)三地较高 , 商洛地区最低 (103.36
t·hm–2); 其他各地碳密度范围介于112.04–119.50
t·hm–2之间(图2)。陕西省森林生态系统碳储量分布
格局则与碳密度稍有不同, 主要分布在天然林密集
的关山、秦岭、巴山、黄龙山、桥山这5大林区; 其
中, 以位于秦岭、巴山之间的汉中、安康和位于黄
龙山、桥山的延安三地较高, 碳储量分别为180.18、
141.08、159.62 Tg; 其他各地区的碳储量则较低, 处
于13.17–102.18 Tg之间, 以铜川市最低(图2)。
3 讨论
3.1 陕西省森林生态系统碳储量、碳密度特征
森林生态系统作为陆地碳循环的重要组成部
碳密度Carbon density (t·hm–2) 森林类型
Forest type
面积
Area
(100 hm2)

乔木层
Tree layer
灌木层
Shrub layer
草本层
Herb layer
枯落物层
Litter layer
土壤层
Soil layer
森林生态系统
Forest
ecosystem
生态系统总碳
储量(Tg)
Total forest
ecosystem car-
bon stores
冷云杉 Abies fabri and Picea asperata 448 59.27 1.72 0.62 3.00 96.18 160.78 7.20
铁杉 Tsuga chinensis 192 63.49 1.84 0.66 3.21 96.87 166.07 3.19
落叶松 Larix gmelinii 128 41.34 0.46 0.43 1.35 92.75 136.33 1.75
油松 Pinus tabulaeformis 5 533 20.47 0.52 0.25 1.88 85.49 108.61 60.09
华山松 Pinus armandii 1 215 29.60 1.14 0.29 1.84 89.39 122.26 14.85
马尾松 Pinus massoniana 1 471 13.59 0.53 0.12 1.00 81.55 96.80 14.24
其他松类 Other pines and conifer forests 96 23.83 0.32 0.05 0.46 87.16 111.81 1.07
杉木 Cunninghamia lanceolata 1 024 21.41 0.62 0.22 1.08 85.98 109.32 11.19
柏木 Cupressus funebris 1 536 19.67 0.30 0.42 1.33 84.98 106.70 16.39
栎类 Quercus spp. 26 420 37.52 1.00 0.28 1.84 91.58 132.22 349.32
桦木 Betula spp. 2 208 45.14 1.83 0.87 3.03 93.34 144.20 31.84
硬阔类 Hardwood 14 483 23.28 0.80 0.72 1.41 86.59 112.81 163.38
杨树 Populus spp. 2 587 27.57 1.38 0.44 0.79 88.41 118.59 30.68
软阔类 Softwood 5 658 32.21 0.95 1.02 1.06 89.31 124.55 70.47
阔叶混交林 Mixed broad-leaf forest 671 69.12 2.20 0.81 3.28 97.67 173.08 11.61
针阔混交林
Mixed coniferous and broad-leaf forest
256 39.73 1.01 0.30 2.02 92.22 135.29 3.46
加权平均值 Weighted average 31.38 0.94 0.48 1.66 89.24 123.70
总计 Total (Tg) 63 926 200.59
(25.36%)
6.00 (0.76%) 3.06
(0.38%)
10.60
(1.35%)
570.49
(72.15%)
790.75 (100%)
338 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2015, 39 (4): 333–342

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图1 陕西省人工林、天然林生态系统各龄组碳密度(A)、碳
储量(B)。
Fig. 1 Carbon density (A) and carbon stores (B) in different
age groups of planted and natural forest ecosystems in Shaanxi
Province. YF, MAF, NAF, MF, OMF refer to young forest,
middle-aged forest, near-mature forest, mature forest, and
over-mature forest, respectively.

分, 其固碳特征一直备受关注。本研究根据森林资
源清查资料并结合实地调查对陕西省森林生态系统
碳密度、碳储量固碳特征进行了分析, 结果表明陕
西省森林生态系统总碳储量为790.75 Tg, 其中土壤
层、植被层、枯落物层分别为570.49、209.66、10.60
Tg, 所占总储量比重依次为72.15%、26.51%、
1.34%。这一比例关系和周玉荣等(2000)在我国主要
森林生态系统碳储量碳平衡研究中所得的结果相
似。其中土壤碳库约是植被碳库的3倍, 超过2/3的
森林碳储量都储存在土壤中, 说明土壤碳库作为森
林生态系统内最大的碳库, 在维持稳定森林碳储量
方面具有重要作用, 是森林生态系统碳平衡和碳循
环的关键组成部分, 在未来应对全球气候变化中占
有重要的地位。但是陕西省森林生态系统以及土壤、
植被、枯落物各层平均碳密度却均小于周玉荣等
(2000)得到的对应碳密度, 本研究中所得到的陕西
省森林生态系统土壤层、植被层、枯落物层碳密度
分别为89.24、32.80、1.66 t·hm–2; 周玉荣等(2000)
研究所得全国森林生态系统对应各层平均碳密度为
193.55、57.07、8.21 t·hm–2。其中陕西省森林生态系
统植被层碳密度和王效科等(2001)关于中国森林生
态系统植物碳储量研究中所得结果相近(中国植物
碳密度介于36–42 t·hm–2); 土壤层碳密度则和李克
让(2002)有关中国森林有机碳密度研究中所得的结
果相近(土壤碳密度为81.39 t·hm–2)。
以上这些研究结果一方面说明在有关全国大尺
度的碳储量、碳密度研究中, 不同的研究者所使用
的方法不同会导致其结果相差很大。例如: 周玉荣
等(2000)是通过收集以往相关资料文献经过整合分
析得出的结果, 有关土壤的数据时间跨度长达20年,
难免会影响其结果的估算精度, 且存在样地尺度推
演的高估效应; 而王效科等(2001)、李克让(2002)则
分别基于全国第三次森林资源清查资料, 采用森林
面积加权法估算中国森林植被和土壤有机碳密度,
所用数据方法较为可靠, 但李克让的研究中也因未
考虑土壤类型而存在局限。因而, 很有必要开展省
级小区域范围内的固碳特征研究以提高全国大尺度
固碳特征研究的精度。另外一方面也说明了陕西省
森林生态系统碳密度过低, 森林质量较差。与同时
期的四川(黄从德等, 2008)、海南(Ren et al., 2014)、
吉林(王新闯等, 2011)等省份相比较, 陕西省森林生
态系统碳密度为 123.70 t·hm–2, 低于前三者的
161.16、163.7和225.30 t·hm–2, 这主要是由于陕西省
森林碳密度较小的中、幼龄林所占比重过大所致。
陕西省森林中、幼龄林面积占全省森林总面积的
57.72%, 人工林中、幼龄林更是占到了86.51%。导
致这一结果的出现是因为20世纪陕西省为治理严重
的水土流失等环境问题实施了一大批的重点生态恢
复工程, 营造了大批人工林。虽然中、幼龄林比重
较大, 但是通过合理经营, 随着林木生长, 其碳密
度也会增大, 能够进一步增加陕西省森林生态系统
碳储量, 提升其碳汇功能。
自20世纪80年代起, 经过一批重点生态建设工
程实施, 陕西省植被覆盖得到了很大的提升, 森林
覆盖率由第三次森林资源清查时(1984–1988年)的
21.09%提升至第八次(2009–2013年)的41.4%, 森林
植被碳储量也由127.92 Tg (1984–1988年) (王效科
等, 2001)增加至现在的200.59 Tg (2004–2008年), 30
崔高阳等: 陕西省森林生态系统碳储量分布格局分析 339

doi: 10.17521/cjpe.2015.0032
表3 陕西省天然林各龄组林分森林生态系统碳密度和碳储量
Table 3 Carbon density and stores of different age groups in natural forest ecosystems of Shaanxi Province
表中标*的数字分别为各龄组碳密度的加权平均值。
Values in the table designated with * are weighted averages of carbon density in each of the age groups.



表4 陕西省人工林各龄组森林生态系统碳密度和碳储量
Table 4 Carbon density and stores of different age groups in planted forest ecosystems of Shaanxi Province
表中标*的数字分别为各龄组碳密度的加权平均值。由于铁杉没有人工林分布, 所以表中并未给出其相关数据。
Values in the table designated with * are weighted averages of carbon density in each of the age groups. Because there was no planted Tsuga chinensis forest
stand, the table does not give the relevant data on this forest type.
幼龄林
Young forest
中龄林
Middle-aged forest
近熟林
Near-mature forest
成熟林
Mature forest
过熟林
Over-mature forest
森林类型
Forest type
碳密度
C density
(t·hm–2)
碳储量
C stores
(Tg)
碳密度
C density
(t·hm–2)
碳储量
C stores
(Tg)
碳密度
C density
(t·hm–2)
碳储量
C stores
(Tg)
碳密度
C density
(t·hm–2)
碳储量
C stores
(Tg)
碳密度
C density
(t·hm–2)
碳储量
C stores
(Tg)
冷云杉 Abies fabri and Picea asperata 128.85 0.41 150.38 1.92 189.48 3.64
铁杉 Tsuga chinensis 170.79 2.19 163.97 0.52 148.98 0.48
落叶松 Larix gmelinii 188.17 0.60
油松 Pinus tabulaeformis 83.06 4.51 106.75 16.04 135.13 6.05 142.66 5.48 162.70 2.60
华山松 Pinus armandii 100.26 0.32 126.62 6.47 121.06 1.55 137.27 1.76
马尾松 Pinus massoniana 87.93 1.69 100.68 6.44
其他松类 Other pines and conifer forests 116.81 0.37 116.77 0.37
杉木 Cunninghamia lanceolata 97.53 0.62 115.60 1.48 108.98 2.09 136.78 0.88
柏木 Cupressus funebris 102.92 3.29 108.84 3.13 116.87 2.62 117.52 3.01
栎类 Quercus spp. 91.06 73.67 129.90 72.73 157.16 64.85 161.54 66.15 156.66 61.13
桦木 Betula spp. 90.50 2.61 133.81 6.42 136.42 6.11 145.59 5.12 176.42 11.29
硬阔类 Hardwood 96.29 14.79 118.78 38.36 126.63 19.83 135.45 33.78 137.55 14.50
杨树 Populus spp. 105.15 1.68 112.17 4.30 117.79 4.52 131.30 3.36 137.38 5.26
软阔类 Softwood 88.06 6.19 110.59 15.17 132.96 20.83 157.64 12.61 168.39 7.00
阔叶混交林 Mixed broad-leaf forest 147.07 1.88 171.48 3.82 174.80 2.80 175.70 1.12 205.50 1.97
针阔混交林
Mixed coniferous and broad-leaf forest
92.96 0.30 99.33 0.32 157.20 2.52
总计 Total 92.29* 111.56 121.86* 177.30 141.99* 132.15 150.11* 137.81 156.72* 108.75
幼龄林
Young forest
中龄林
Middle-aged forest
近熟林
Near-mature forest
成熟林
Mature forest
过熟林
Over-mature forest
森林类型
Forest type
碳密度
C density
(t·hm-2)
碳储量
C stores
(Tg)
碳密度
C density
(t·hm–2)
碳储量
C stores
(Tg)
碳密度
C density
(t·hm–2)
碳储量
C stores
(Tg)
碳密度
C density
(t·hm–2)
碳储量
C stores
(Tg)
碳密度
C density
(t·hm–2)
碳储量
C stores
(Tg)
冷云杉 Abies fabri and Picea asperata 121.15 0.78 131.09 0.42
落叶松 Larix gmelinii 75.58 0.24 132.60 0.85
油松 Pinus tabulaeformis 78.20 6.51 105.78 16.91 133.72 0.86
华山松 Pinus armandii 94.16 0.60 116.97 4.12
马尾松 Pinus massoniana 93.30 2.39 96.49 3.70
其他松类 Other pines and conifer forests 101.13 0.32
杉木 Cunninghamia lanceolata 93.89 1.80 106.94 2.40 123.79 0.79 113.10 0.72 110.67 0.35
柏木 Cupressus funebris 93.50 3.29 102.21 0.98
栎类 Quercus spp. 93.27 1.49
桦木 Betula spp.
硬阔类 Hardwood 77.42 23.75 92.62 6.81 103.03 3.30 101.29 4.54 124.46 0.40
杨树 Populus spp. 105.75 3.36 114.94 2.56 105.51 0.34 143.46 0.46 113.92 4.74
软阔类 Softwood 73.51 4.23 98.61 1.26 120.72 1.16
阔叶混交林 Mixed broad-leaf forest
针阔混交林
Mixed coniferous and broad-leaf forest
83.24 0.27
总计 Total 75.88* 47.55 103.85* 41.50 111.83* 6.44 105.16* 5.72 114.41* 5.49
340 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2015, 39 (4): 333–342

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图2 陕西省森林生态系统碳密度(左)、碳储量(右)空间分布格局。
Fig. 2 Spatial distribution patterns of forest ecosystem carbon density (left) and carbon stores (right) in Shaanxi Province.



年间共增加了72.67 Tg, 平均每年增加量为2.42 Tg
C, 表现出明显的碳汇效应, 与Fang等(2001)关于中
国森林植被碳储量变化结果一致。
3.2 陕西省森林生态系统碳储量、碳密度空间格局
陕西省森林生态系统碳储量和碳密度空间分布
格局并不一致, 碳密度以中西部的宝鸡、西安、汉
中三地较高, 而碳储量则以位于秦巴山地的汉中、
安康和位于黄龙山、桥山的延安三地较大。两者之
间的差异性则是由于各地区森林覆盖面积不同所
致, 例如尽管延安、安康两地碳密度(112.04、112.40
t·hm–2)相比全省平均碳密度(123.70 t·hm–2)处于较低
水平, 但两地森林覆盖面积较大, 占到了全省森林
面积的19.75%、17.40% (分别为1.4247和1.2551万
km2), 所以才导致其碳储量在全省所占比重较大。
这也从一个方面说明了要提高森林生态系统碳储量
不仅要通过对现有林地合理经营抚育提高森林质
量, 还要通过造林再造林以增加森林覆盖面积。陕
西省除宝鸡、西安、汉中外, 各地区森林生态系统
碳密度均低于全省平均水平, 所以未来通过合理的
抚育管理措施提高林地生产力, 能够进一步提升陕
西省森林碳汇潜力。
3.3 森林生态系统碳储量估算的不确定性
自全球碳循环中碳失汇问题提出后, 有关研究
表明北半球中高纬度陆地生态系统(主要是森林生
态系统)是巨大碳汇(Reiners, 1973; Tans et al., 1990;
Kauppi et al., 1992; Sedjo, 1992; Dixon et al., 1994;
Keeling et al., 1996)。关于森林生态系统碳汇功能的
研究也受到了越来越多的重视, 国内外开展了大量
有关其固碳现状、速率、潜力的研究, 以期明晰森
林生态系统在全球碳循环中的作用。森林生态系统
碳库是由乔木层、林下灌草层、枯落物层、土壤层
这4部分碳库组成。前期的研究中一般只关注森林乔
木层或土壤单一层碳库, 并没有将植被、枯落物、
土壤作为一个整体进行研究分析, 不能很好地了解
森林生态系统碳汇功能特征, 且在大尺度范围内有
关森林固碳的研究, 不同的研究者由于使用的方法
崔高阳等: 陕西省森林生态系统碳储量分布格局分析 341

doi: 10.17521/cjpe.2015.0032
不同给碳储量的估算带来了很大的不确定性(周玉
荣等, 2000; Fang et al., 2001; 王效科等, 2001; 李克
让, 2002; 徐新良等, 2007)。例如Fang等(2001)、徐
新良等(2007)根据国家第一次至第五次森林资源清
查资料分别采用不考虑林龄、考虑林龄的生物量-
蓄积量函数关系估算全国森林植被碳储量, 前者森
林植被碳储量比后者的估算偏高12%–20%, 而森林
碳密度比后者的估算偏高12%–25%。因此很有必要
采用统一的方法, 在中小尺度上开展森林固碳特征
研究, 以减少大尺度研究中带来的误差, 提高森林
固碳特征研究结果的精准度。
本研究所采用的方法是基于森林资源清查资料
并结合样地实地调查, 首先运用徐嵩龄等(1996)、
Fang等(1998, 2001)、刘国华等(2000)研究所得的生
物量转换因子连续函数法测算乔木层碳储量, 然后
根据在样地调查中所得的各层间碳库转换关系推算
森林资源清查资料中除乔木层外其他各层的碳储
量, 从而保证了森林生态系统各碳库储量估算时间
的一致性。而同期四川(黄从德等, 2008)、吉林(王新
闯等, 2011)、三峡(王鹏程等, 2009)等其他省份和地
区开展的研究中, 虽然采用的方法大致一样, 但在
估算林下灌草、枯落物、土壤各层碳储量时, 只是
根据植被类型法将样地调查中所得的各森林类型灌
草层、枯落物层、土壤层碳储量进行了平均, 以代
表各森林类型相应碳库储量, 尽管在统计学上是合
理的, 但由于森林资源清查数据与样地调查数据的
时间不一致, 造成所计算的乔木层碳储量和其他层
碳储量并没有处于同一个时间点上, 并不能准确真
实地反映森林的固碳现状, 且计算中大多采用0.5作
为乔木层生物量与碳储量的转换系数, 而没有采用
各树种实测含碳量, 增大了估算结果的误差。
森林固碳现状的准确评估是后续固碳速率、潜
力及机制分析的重要基础, 是理解森林生态系统在
全球碳平衡和碳循环中所处地位的重要手段。基于
各种估算方法所带来的不确定性, 采用统一合理稳
健的方法在中小尺度上开展森林固碳研究是未来国
家及区域尺度进行全球碳循环研究的稳固保障。未
来应加强对各种估算方法的评价筛选, 以减少估算
结果的不确定性。
基金项目 国家自然科学基金 (41201088 和
41371506)、中国科学院“西部之光”和中国科学院战
略性先导科技专项(XDA05050203-05)。
致谢 感谢陕西省林业厅和各市林业部门在野外采
样调查工作中的支持和配合。
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责任编委: 刘菊秀 责任编辑: 王 葳