全 文 ：宁夏回族自治区森林生态系统固碳现状*
高摇 阳1 摇 金晶炜2 摇 程积民1,2**摇 苏纪帅1 摇 朱仁斌3 摇 马正锐2 摇 刘摇 伟4
( 1西北农林科技大学动物科技学院,陕西杨凌 712100; 2中国科学院水利部水土保持研究所,陕西杨凌 712100; 3西北农林科
技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100; 4国家林业局中南林业调查规划设计院, 长沙 410014)
摘摇 要摇 根据宁夏回族自治区森林资源清查资料以及野外调查和室内分析的结果,研究了宁
夏地区森林生态系统固碳现状,估算了该区森林生态系统的碳密度、碳储量,并分析了其空间
分布特征.结果表明: 宁夏森林各植被层生物量大小顺序为: 乔木层(46. 64 Mg·hm-2) >凋
落物层(7. 34 Mg·hm-2 ) >细根层(6. 67 Mg·hm-2 ) >灌草层(0. 73 Mg·hm-2 ) . 云杉类
(115郾 43 Mg·hm-2)和油松(94. 55 Mg·hm-2)的单位面积植被生物量高于其他树种.不同林
龄乔木层碳密度中,过熟林最高,但由于幼龄林面积所占比例最大,其乔木层碳储量(1. 90
Tg C)最大.宁夏地区森林生态系统平均碳密度为 265. 74 Mg C·hm-2,碳储量为 43. 54 Tg C,
其中,植被层平均碳密度为 27. 24 Mg C·hm-2、碳储量为 4. 46 Tg C,土壤层碳储量是植被层
的 8. 76 倍.宁夏地区的森林碳储量整体呈南高北低分布,总量较低.这与其森林面积小和林
龄结构低龄化有很大关系.随着林龄结构的改善和林业生态工程的进一步实施,宁夏森林生
态系统将发挥巨大的固碳潜力.
关键词摇 森林生态系统摇 碳密度摇 碳储量摇 分布特征摇 宁夏
*中国科学院战略性先导科技专项(XDA05050202)和国家自然科学基金重点项目(41230852)资助.
**通讯作者. E鄄mail: gyzcjm@ ms. iswc. ac. cn
2013鄄08鄄22 收稿,2013鄄12鄄27 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)03-0639-08摇 中图分类号摇 Q948. 1; S718. 5摇 文献标识码摇 A
Carbon sequestration status of forest ecosystems in Ningxia Hui Autonomous Region. GAO
Yang1, JIN Jing鄄wei2, CHENG Ji鄄min1,2, SU Ji鄄shuai1, ZHU Ren鄄bin3, MA Zheng鄄rui2, LIU Wei4
( 1 College of Animal Science and Technology, Northwest A&F University, Yangling 712100,
Shaanxi, China; 2 Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences / Ministry of
Water Resources, Yangling 712100, Shaanxi, China; 3College of Resources and Environment,
Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China; 4Central South Forest Inventory and
Planning Institute of State Forestry Administration, Changsha 410014, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. , 2014, 25(3): 639-646.
Abstract: Based on the data of Ningxia Hui Autonomous Region forest resources inventory, field
investigation and laboratory analysis, this paper studied the carbon sequestration status of forest eco鄄
systems in Ningxia region, estimated the carbon density and storage of forest ecosystems, and ana鄄
lyzed their spatial distribution characteristics. The results showed that the biomass of each forest
vegetation component was in the order of arbor layer (46. 64 Mg·hm-2) > litterfall layer (7. 34
Mg·hm-2) > fine root layer (6. 67 Mg·hm-2) > shrub鄄grass layer (0. 73 Mg·hm-2). Spruce
(115. 43 Mg·hm-2) and Pinus tabuliformis (94. 55 Mg·hm-2) had higher vegetation biomasses
per unit area than other tree species. Over鄄mature forest had the highest arbor carbon density among
the forests with different ages. However, the young forest had the highest arbor carbon storage
(1. 90 Tg C) due to its widest planted area. Overall, the average carbon density of forest ecosys鄄
tems in Ningxia region was 265. 74 Mg C·hm-2, and the carbon storage was 43. 54 Tg C. Carbon
density and storage of vegetation were 27. 24 Mg C·hm-2 and 4. 46 Tg C, respectively. Carbon
storage in the soil was 8. 76 times of that in the vegetation. In the southern part of Ningxia region,
the forest carbon storage was higher than in the northern part, where the low C storage was mainly
related to the small forest area and young forest age structure. With the improvement of forest age
structure and the further implementation of forestry ecoengineering, the forest ecosystems in Ningxia
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 3 月摇 第 25 卷摇 第 3 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2014, 25(3): 639-646
region would achieve a huge carbon sequestration potential.
Key words: forest ecosystem; carbon density; carbon storage; distribution characteristics; Ningxia.
摇 摇 森林生态系统是陆地上最大的碳库,约有 80%
的地上碳和 40% 的地下碳储存在森林生态系统
内[1-2],其年均固碳量约占整个陆地生态系统的
2 / 3[3],在全球陆地生态系统碳循环过程中发挥着
重要作用.明确森林生态系统的固碳现状,对合理经
营和管理森林、促进森林和陆地生态系统碳汇功能
具有重要意义.目前,国内外学者对森林生态系统的
碳密度、碳储量进行了全方面多尺度的研究,小到流
域林分,大到省份、国家甚至全球尺度[4-14] .这些研究
涵盖的气候条件及森林类型复杂多样,采用方法也不
尽相同,造成估算结果存在很大差异.另外,由于技术
条件等方面的限制,针对森林乔木层碳储量的研究较
多,对森林生态系统其他组分,包括林下灌草、凋落
物、细根和土壤碳库的研究较少[15],以致结果往往不
能客观反映整个森林生态系统的碳汇特征.
宁夏回族自治区位于我国西北部,受到地理位
置、气候条件等的限制,森林资源匮乏且分布不平
衡.相对于我国其他省份,宁夏回族自治区森林面积
及覆盖率均处于较低水平.然而森林在防风固沙、涵
养水源、固碳减排和生物多样性保护等方面的价值
却不容忽略[16] . 随着生态林业建设的力度不断加
大,宁夏的森林资源逐渐丰富,分布不均的状况得到
进一步改善.目前对于宁夏森林生态系统碳储量的
研究较少,且仅存在于贺兰山、六盘山等个别林分类
型[17-18],对全区森林生态系统碳密度、碳储量及其
空间分布的研究尚未见报道. 本文根据宁夏回族自
治区森林资源二类调查资料(由国家林业局西北林
业调查规划设计院提供),结合野外调查和室内分
析,估算了宁夏森林生态系统的碳密度、碳储量,并
基于 GIS 生成了其空间分布格局,分析了宁夏地区
区域尺度的森林生态系统固碳现状,旨在为我国森
林生态系统碳储量和碳循环的研究提供基础数据,
为森林生态系统健康可持续发展提供科学参考.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
宁夏 回 族 自 治 区 ( 35毅 14忆— 39毅 23忆 N,
104毅17忆—107毅39忆 E)位于我国西北部黄河上游地
段,与内蒙古自治区、陕西省、甘肃省毗邻,土地面积
519. 55伊104 hm2 . 全区地势南高北低,呈梯状下降,
海拔 1000 ~ 2200 m. 该区属典型的温带大陆性气
候,年均气温 4 ~ 9 益,昼夜温差大; 年降水量 180 ~
800 mm,由南向北递减; 年无霜期在 124 ~ 162
d[16,19] . 宁夏是我国少林省区之一,有林地面积
16郾 38伊104 hm2,蓄积量 609. 68伊104 m3,森林覆盖率
11郾 4% .森林资源分布的总体趋势是南多北少,在南
部六盘山及其外围,森林分布比较集中,中部半干旱
区和北部荒漠区的森林分布较少[20] .
1郾 2摇 样地调查与室内分析
本研究按照典型选样的方法,参照《 IPCC 优良
做法指南》 [21]对系统随机抽样的建议,充分考虑宁
夏地区森林分布现状 (树种、林龄、起源等情况)、林
业经营管理和重大林业工程实施情况,在该区设立
24 个调查样点(表 1),囊括了寒温性针叶林、温性
针叶林和落叶阔叶林 3 种森林类型,包括青海云杉
(Picea crassifolia)、油松(Pinus tabuliformis)、华山松
(Pinus armandii)、华北落叶松(Larix princips鄄ruppre鄄
chtii)、白桦 ( Betula platyphylla)、辽东栎 ( Quercus
wutaishanica)、小叶杨(Populus simonii)、山杨(Popu鄄
lus davidiana)、榆树 (Ulmus pumlia)、苹果 (Malus
pumila)、杏(Armeniaca vulgaris)11 个优势树种.
1郾 2郾 1 样地植被生物量及碳含量测定摇 分别于每个
调查样点中设置 3 块标准样地,测定样地内所有
DBH 逸 5 cm 的乔木的胸径、树高,并记录树种名
称,选择与其相对应或类似的树种(组)的生物量方
程(表 2),计算样地内每木生物量及单位面积乔木
层生物量.同时,在每个标准地中设置 3 个 2 m 伊 2
m 灌木样方,测定灌木生物量鲜质量. 在每个灌木
样方中设置 1 个 1 m 伊 1 m 样方,测定草本层生物
量鲜质量.在各标准地中设置 3 个 1 m 伊 1 m 的凋
落物样方,共计 216 个,将样方中所有凋落物收集并
称取鲜质量.取一定数量的灌草样和凋落物样在 65
益烘干至恒量,计算单位面积灌草生物量和凋落物
现存量.采用土钻法(内径为 9 cm),在样地内采集
0 ~ 20、20 ~ 40 cm 的土芯 8 ~ 10 个,分层混合装袋,
将样品用流动水浸泡、漂洗、过筛,拣出根系,区分活
根和死根,风干后称取鲜质量,65 益烘干至恒量,得
出单位面积细根现存量. 同时在样地内随机采集一
定数量的乔木样(叶、枝、干、根)、灌木样、草本样、
凋落物样及细根样,带回室内烘干、 粉碎、过 100 目
筛,使用德国 Element 元素分析仪测定样品的碳含
量[22] .
046 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 1摇 24 个调查样点基本信息
Table 1摇 General information of 24 investigated sites
森林类型
Forest type
编号
No.
优势种
Dominant species
起源
Origin
龄组
Age group
平均胸径
Average DBH
(cm)
平均树高
Average tree
height (m)
林分密度
Stand density
(plants·hm-2)
寒温性针叶林 1 华北落叶松 L. princips鄄rupprechtii 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 12. 2 11. 1 2677
Cold鄄temperate 2 华北落叶松 L. princips鄄rupprechtii 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 11. 2 10. 3 2232
conifer forest 3 华北落叶松 L. princips鄄rupprechtii 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 12. 1 7. 3 657
4 青海云杉 P . crassifolia 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 12. 4 7. 0 2051
5 青海云杉 P. crassifolia 天然林 Natural 中龄 Middle鄄aged 16. 7 8. 2 1570
6 青海云杉 P. crassifolia 天然林 Natural 成熟 Mature 16. 5 8. 5 1940
7 青海云杉 P. crassifolia 天然林 Natural 中龄 Middle鄄aged 9. 5 6. 3 2570
温性针叶林 8 华山松 P. armandii 天然林 Natural 中龄 Middle鄄aged 10. 7 5. 3 4521
Temperate 9 油松 P. tabuliformis 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 14. 5 7. 9 2906
conifer forest 10 油松 P. tabuliformis 天然林 Natural 中龄 Middle鄄aged 12. 2 6. 2 2256
11 油松 P. tabuliformis 天然林 Natural 中龄 Middle鄄aged 17. 4 5. 8 1402
12 油松 P. tabuliformis 天然林 Natural 中龄 Middle鄄aged 12. 9 5. 3 1679
落叶阔叶林 13 白桦 B. platyphylla 天然林 Natural 中龄 Middle鄄aged 16. 0 14. 1 954
Deciduous 14 辽东栎 Q. wutaishanica 天然林 Natural 中龄 Middle鄄aged 13. 6 9. 3 823
broadleaf forest 15 苹果 M. pumila 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 22. 9 3. 7 497
16 山杨 P. davidiana 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 9. 9 7. 1 586
17 小叶杨 P. simonii 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 7. 9 5. 8 1537
18 小叶杨 P. simonii 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 7. 3 6. 1 1130
19 小叶杨 P. simonii 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 6. 7 5. 2 428
20 小叶杨 P. simonii 人工林 Planted 成熟 Mature 20. 4 10. 9 377
21 杏 A. vulgaris 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 11. 7 4. 2 1008
22 杏 A. vulgaris 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 9. 2 4. 0 654
23 榆树 U. pumlia 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 15. 8 5. 6 422
24 榆树 U. pumlia 人工林 Planted 中龄 Middle鄄aged 10. 8 5. 2 310
表 2摇 优势树种生物量方程
Table 2摇 Biomass equation of dominant tree species
树种
Tree species
样本数
n
胸径范围
DBH range
(cm)
方程形式
Equation type
a b R2
华北落叶松 L. princips鄄rupprechtii 18 3. 9 ~ 26. 2 B=aDb 1. 8134 1. 2102 0. 9800
白桦 B. platyphylla 18 6. 2 ~ 35. 6 B=aDb 0. 6684 1. 9656 0. 9418
辽东栎 Q. wutaishanica 18 6. 8 ~ 41. 5 B=aDb 0. 7320 1. 9681 0. 9435
小叶杨 P. simonii 18 6. 2 ~ 38. 0 B=a(D2H) b 1. 9729 0. 5608 0. 8348
杏 A. vulgaris 18 4. 2 ~ 36. 5 B=aDb 1. 1377 1. 5254 0. 9128
榆树 U. pumlia 21 4. 6 ~ 29. 0 B=aDb 12. 1706 0. 3763 0. 7390
油松 P. tabuliformis 21 5. 2 ~ 31. 5 B=aDb 0. 1078 2. 5475 0. 9466
华山松 P. armandii 21 4. 8 ~ 34. 8 B=a(D2H) b 1. 0262 0. 6019 0. 8986
青海云杉 P. crassifolia 57 5. 5 ~ 45. 7 B=aDb 0. 1253 2. 3307 0. 9910
阔叶树 Broadleaf 117 3. 8 ~ 43. 1 B=aDb 0. 2916 2. 1468 0. 9578
青海云杉和阔叶树生物量方程采用文献[23]资料,其余树种生物量方程数据由当地林业局提供 The biomass equations of P. crassifolia and broad鄄
leaf tree were from reference [23], the data of other tree species were provided by local forestry bureau. B:全株生物量 Biomass per tree (kg·tree-1);
D: 胸径 Diameter at breast height (cm); H: 树高 Tree height (m).
1郾 2郾 2 样地土壤容重及含碳量测定摇 在调查样地内
选择 1 个未受人为干扰、植被结构和土壤具代表性
的地段,挖掘 1 个土壤剖面,深度为 100 cm (不够
100 cm 的挖至基岩为止).沿剖面按 0 ~ 10、10 ~ 20、
20 ~ 30、30 ~ 50 和 50 ~ 100 cm 分层,用环刀采集各
层土壤,带回实验室测定土壤容重.在灌木样方内使
用内径 5 cm的土钻,按 0 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 30、30 ~
50 和 50 ~ 100 cm,每层随机钻取 3 钻土,混合成一
个混合样.同一样地 3 个灌木样方的同层次土样组
成该层次混合样品.对于野外采回的土壤样品,剔除
土壤以外的侵入体和新生体,风干、粉碎、过 100 目
筛,使用德国 Element元素分析仪测定土壤碳(包括
1463 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 高摇 阳等: 宁夏回族自治区森林生态系统固碳现状摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 方程 1 中不同优势树种的参数[24]
Table 3 摇 Parameters in equation 1 for different dominant
tree species[24]
优势树种
Dominant species
参数 Parameter
a b
n R2
云杉类 Picea spp. 0. 3933 56. 650 173 0. 8015
樟子松 Pinus sylvestris 0. 5162 18. 293 41 0. 8357
落叶松类 Larix spp. 0. 6079 17. 062 368 0. 8948
油松 P. tabulifomis 0. 7709 8. 8631 751 0. 9254
华山松 P. armandii 0. 6217 12. 960 38 0. 8994
柏类 Cupressus spp. 0. 4904 30. 427 31 0. 9608
桦类 Betula spp. 0. 8101 11. 682 221 0. 8815
栎类 Quercus spp. 0. 7848 16. 715 157 0. 9542
白蜡 Fraxinus chinensis 1. 0394 2. 3728 18 0. 7516
刺槐 Robinia pseudoacacia 0. 5720 49. 996 12 0. 5784
杨树类 Populus spp. 0. 6251 11. 462 100 0. 8537
硬木、软木 Hardwoods, softwoods 0. 8918 28. 441 245 0. 8103
混合阔叶树 Mixed broadleaf 0. 7393 43. 210 36 0. 7314
混合针叶树 Mixed coniferous 0. 7442 26. 806 31 0. 7026
有机碳和无机碳)含量.
1郾 3摇 森林碳密度和碳储量的计算
1郾 3郾 1 植被碳储量摇 单位面积乔木层生物量的估算
采用换算因子连续函数法.公式为:
Wi =aiVi / Si+bi (1)
式中:Wi为优势树种 i 的单位面积乔木层生物量
(Mg·hm-2);Vi为优势树种 i 的森林蓄积(m3);Si
为优势树种 i的森林面积(hm2);Vi和 Si的具体数值
参考宁夏森林资源二类调查结果;a、b 均为参数,具
体数值参见表 3[24] .
由于宁夏森林资源二类调查所涉及的优势种组
与表 3 中不完全一致,在实际计算中进行相应合并:
榆树、灰榆、臭椿、椴树、苹果、核桃、其他果树及其他
经济类树种使用硬木、软木类参数;山杨、其他杨及
新疆杨使用杨树类参数;软阔和硬阔使用混合阔叶
树参数;其他松使用混合针叶树参数.不同树种的单
位面积乔木生物量乘以其树木器官平均含碳量 (未
测定含碳量的树种采用国际上常用的转换系数
50% [24]),得到该物种的乔木层碳密度(TCD).
摇 摇 基于 24 个样点的样地清查资料,获取灌草、凋
落物及细根碳密度与乔木层碳密度(TCD)的数量关
系(表 4),进而根据式(1)得到的单位面积乔木层
碳密度,计算灌草层碳密度(SGCD)、凋落物碳密度
(LCD) 和细根碳密度(FRCD). 各层植被碳密度相
加即为植被碳密度(VCD),再乘以森林面积得到植
被碳储量.
1郾 3郾 2 土壤碳储量 摇 基于 24 个样点的样地清查资
料获取植被碳密度与土壤碳密度的数量关系(表
4),进而根据植被碳密度(VCD)计算土壤碳密度
(SCD),再乘以森林面积得到土壤碳储量.
1郾 3郾 3 森林生态系统碳储量摇 植被碳密度与土壤碳
密度相加即为森林生态系统的碳密度(EcoCD),再
乘以森林面积得到森林生态系统碳储量.
1郾 3郾 4 森林碳储量和碳密度分布图摇 基于估算的各
县市森林碳储量、碳密度和宁夏回族自治区县市行
政区划图,利用 ArcGIS 生成宁夏回族自治区森林碳
储量和碳密度分布图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 宁夏地区不同优势树种生物量及分配
由表 5 可以看出,宁夏地区单位面积森林生
物量为61郾 39 Mg·hm-2 . 其中,云杉类(115郾 43
表 4摇 灌草层、凋落物层、细根层和土壤层碳密度的计算方程
Table 4摇 Equations for calculating carbon density of shrub鄄grass, litterfall, fine root and the soil
森林类型
Forest type
方程形式摇 摇 摇
Equation type摇 摇 摇
因变量
Dependent
variable (x)
自变量
Independent
variable (y)
参数 Parameter
b0 b1 b2 b3
R2 P
寒温性针叶林 y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 GSCD TCD 5. 548 -0. 466 0. 014 -0. 0001 0. 968 0. 0004
Cold鄄temperate y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 LCD TCD -46. 402 7. 697 -0. 303 0. 004 0. 803 0. 033
conifer forest y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 FRCD TCD 4. 002 0. 221 -0. 006 0. 00003 0. 064 0. 947
y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 SCD VCD 296. 025 1. 766 0. 000 -0. 001 0. 755 0. 015
温性针叶林 y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 GSCD TCD 0. 690 -0. 029 0. 0003 -0. 00001 0. 950 0. 018
Temperate y=exp(b0+ b1 x) LCD TCD 3. 592 -0. 012 0. 881 0. 002
conifer forest y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 FRCD TCD 6. 626 0. 145 -0. 001 0. 000001 0. 483 0. 521
y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 SCD VCD 168. 941 0. 000 0. 002 -0. 00001 0. 181 0. 741
落叶阔叶林 y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 GSCD TCD 0. 827 -0. 064 0. 002 -0. 00001 0. 457 0. 001
Deciduous y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 LCD TCD 2. 673 -0. 116 0. 005 -0. 00004 0. 231 0. 130
broadleaf forest y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 FRCD TCD 3. 923 0. 083 -0. 001 0. 000009 0. 049 0. 083
y= b0 +b1 x+b2 x2 +b3 x3 SCD VCD 185. 716 5. 735 -0. 175 0. 001 0. 099 0. 365
TCD: 乔木层碳密度 Arbor carbon density; GSCD: 灌草层碳密度 Shrub鄄grass carbon density; LCD: 凋落物层碳密度 Litterfall carbon density;
FRCD: 细根层碳密度 Fine root carbon density; VCD: 植被层碳密度 Vegetation carbon density; SCD: 土壤层碳密度 Soil carbon density.
246 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
Mg·hm-2)、油松(94. 55 Mg·hm-2 )、白蜡(79郾 14
Mg·hm-2)、栎类(78. 67 Mg·hm-2)和混合阔叶树
种(74. 38 Mg·hm-2 )的单位面积生物量较高,硬
木、软木类 ( 42. 36 t · hm-2 )、落叶松类 ( 44郾 03
Mg·hm-2)和樟子松(47. 72 Mg·hm-2)的单位面积
生物量较低.除柏类、杨树类和硬木、软木类外,同树
种天然林乔木层生物量略高于人工林,说明天然森
林植被的碳汇功能优于人工林.
在生物量分配方面,各层平均生物量大小顺序
为: 乔木层 (46. 64 Mg·hm-2 ) >凋落物层 (7郾 34
Mg·hm-2)>细根层 (6. 67 Mg· hm-2 ) >灌草层
(0郾 73 Mg·hm-2),其中,乔木层占森林群落生物量
的 39. 7% ~ 84郾 0% .由于华山松等针叶林树种的凋
落物积累量达到森林群落生物量的 30%以上,其乔
木层所占比例相应减小. 灌草层生物量仅占总生物
量的 0郾 1% ~1郾 6% ,阔叶林的灌草生物量普遍高于
针叶林,在白蜡林积累最多而在油松林最少.细根生
物量在不同树种间的分配也不尽相同,温性针叶林
(云杉类、油松、华山松和柏类)的细根生物量显著
高于其他森林类型.
2郾 2摇 宁夏地区不同优势树种的碳密度及碳储量
宁夏地区森林生态系统平均碳密度为 265. 74
Mg C · hm-2 . 其中,植被平均碳密度为 27郾 24
Mg C·hm-2,土壤平均碳密度为 238. 51 Mg C·hm-2
(表 6). 在各优势种组中,云杉类和油松的植被
碳密度最高,占整个森林生态系统碳密度的21郾 6%
表 5摇 宁夏地区不同优势树种森林生态系统单位面积生物量
Table 5摇 Forest ecosystem biomass per unit area of different dominant tree species in Ningxia region (Mg·hm-2)
优势树种
Dominant species
乔木层 Arbor
天然林
Natural
forest
人工林
Plantation
加权平均
Weighed
average
灌草层
Shrub鄄
grass
凋落物层
Litterfall
细根
Fine root
生态系统
Ecosystem
云杉类 Picea spp. 96. 60 57. 52 90. 87 0. 07 12. 42 12. 07 115. 43
樟子松 P. sylvestris - 36. 88 36. 88 0. 46 4. 30 6. 07 47. 72
落叶松类 Larix spp. - 24. 07 24. 07 0. 46 13. 02 6. 47 44. 03
油松 P. tabulifomis 81. 22 30. 68 65. 86 0. 00 16. 69 12. 01 94. 55
华山松 P. armandii 24. 39 12. 96 24. 32 0. 17 27. 26 9. 57 61. 31
柏类 Cupressus spp. 33. 90 35. 85 35. 25 0. 04 23. 96 10. 51 69. 76
桦类 Betula spp. 48. 31 - 48. 31 0. 81 4. 60 5. 60 59. 32
栎类 Quercus spp. 66. 05 - 66. 05 1. 28 5. 61 5. 73 78. 67
白蜡 F. chinensis - 66. 50 66. 50 1. 29 5. 62 5. 73 79. 14
刺槐 R. pseudoacacia - 40. 65 40. 65 0. 58 3. 86 5. 54 50. 62
杨树类 Populus spp. 33. 24 44. 29 42. 35 0. 63 4. 03 5. 56 52. 56
硬木、软木 Hardwoods, softwoods 28. 85 33. 82 33. 39 0. 39 3. 14 5. 44 42. 36
混合阔叶树 Mixed broadleaf 70. 25 61. 43 61. 97 1. 20 5. 52 5. 69 74. 38
混合针叶树 Mixed coniferous - 26. 81 26. 81 0. 14 26. 47 9. 80 63. 21
加权平均 Weighted average 49. 82 45. 31 46. 64 0. 73 7. 34 6. 67 61. 39
表 6摇 宁夏地区不同优势树种森林生态系统的碳密度和碳储量
Table 6摇 Forest ecosystem carbon density and carbon storage of different tree species in Ningxia region
优势树种
Dominant species
碳密度 Carbon density (Mg C ·hm-2)
植被
Vegetation
土壤
Soil
生态系统
Ecosystem
碳储量 Carbon storage (Tg C)
植被
Vegetation
土壤
Soil
生态系统
Ecosystem
云杉类 Picea spp. 50. 45 183. 31 233. 76 0. 58 2. 12 2. 70
樟子松 P. sylvestris 21. 57 320. 10 341. 68 0. 38 5. 71 6. 09
落叶松类 Larix spp. 22. 01 320. 00 342. 02 0. 00 0. 02 0. 02
油松 P. tabulifomis 42. 33 180. 77 223. 10 0. 24 1. 04 1. 29
华山松 P. armandii 28. 94 176. 65 205. 59 0. 01 0. 07 0. 08
柏类 Cupressus spp. 34. 88 178. 45 213. 33 0. 00 0. 01 0. 01
桦类 Betula spp. 33. 69 227. 12 260. 80 0. 43 2. 91 3. 34
栎类 Quercus spp. 26. 19 237. 86 264. 05 0. 23 2. 08 2. 31
白蜡 F. chinensis 39. 57 214. 50 254. 07 0. 14 0. 78 0. 92
刺槐 R. pseudoacacia 25. 31 238. 60 263. 91 0. 03 0. 27 0. 30
杨树类 Populus spp. 26. 28 237. 78 264. 06 1. 15 10. 38 11. 53
硬木、软木 Hardwoods, softwoods 21. 18 240. 30 261. 48 0. 98 11. 12 12. 10
混合阔叶树 Mixed broadleaf 37. 19 219. 93 257. 12 0. 45 2. 63 3. 08
混合针叶树 Mixed coniferous 31. 61 177. 45 209. 06 0. 00 0. 00 0. 00
合计 Total 4. 46 39. 08 43. 54
3463 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 高摇 阳等: 宁夏回族自治区森林生态系统固碳现状摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 7摇 宁夏地区不同林龄森林乔木层的碳密度和碳储量
Table 7摇 Arbor layer carbon density and storage of different age forests in Ningxia region
优势树种
Dominant species
碳密度 Carbon density (Mg C ·hm-2)
幼龄林
Young
forest
中龄林
Middle鄄
aged
forest
近熟林
Near鄄
mature
forest
成熟林
Mature
forest
过熟林
Over鄄
mature
forest
碳储量 Carbon stock (Gg C)
幼龄林
Young
forest
中龄林
Middle鄄
aged
forest
近熟林
Near鄄
mature
forest
成熟林
Mature
forest
过熟林
Over鄄
mature
forest
云杉类 Picea spp. 25. 13 41. 82 47. 38 35. 78 - 42. 47 382. 84 33. 31 0. 12 -
樟子松 P. sylvestris 10. 72 20. 95 - - - 0. 53 0. 15 -摇 -摇 -摇
落叶松类 Larix spp. 15. 19 25. 72 19. 76 - - 232. 59 64. 50 0. 20 -摇 -摇
油松 P. tabulifomis 9. 39 34. 17 34. 21 - - 10. 27 50. 87 108. 74 - -
华山松 P. armandii 11. 79 9. 38 - -摇 -摇 3. 91 0. 45 摇 -摇 摇 -摇 摇 摇 -摇 摇
柏类 Cupressus spp. 15. 62 22. 53 17. 22 - - 0. 58 0. 36 0. 19 -摇 -摇
桦类 Betula spp. 20. 52 28. 20 40. 13 - - 161. 36 23. 72 1. 15 -摇 -摇
栎类 Quercus spp. 19. 08 27. 15 32. 45 33. 29 - 67. 42 46. 11 137. 68 111. 33 -
白蜡 F. chinensis 30. 60 36. 34 - - - 34. 61 0. 31 -摇 -摇 -摇
刺槐 R. pseudoacacia 30. 77 38. 57 42. 77 - - 76. 45 42. 42 1. 48 -摇 -摇
杨树类 Populus spp. 29. 54 23. 01 15. 24 20. 71 12. 99 851. 75 246. 79 28. 40 46. 02 0. 22
硬木、软木Hardwoods, softwoods 6. 39 8. 79 7. 58 9. 59 35. 97 172. 39 74. 39 49. 22 38. 45 10. 90
混合阔叶树 Mixed broadleaf 24. 81 30. 20 26. 85 20. 70 - 244. 50 48. 50 9. 37 3. 35 -
混合针叶树 Mixed coniferous 21. 61 - - - - 0. 33 - - -摇 -摇
加权平均 Weighed average 19. 14 26. 06 21. 86 20. 46 34. 73
和 19郾 0% . 而落叶松类和樟子松的植被碳密度较
低,土壤碳密度很高 (> 320 Mg C·hm-2),占森林
生态系统碳密度的 93%以上.不同树种植被碳密度
间的差异主要由于其生物量大小不尽相同,而土壤
碳密度的差异与其所隶属的森林类型和土壤类型密
切相关.
宁夏全区森林生态系统的碳储量为 43郾 54
Tg C.其中,植被碳储量为 4. 46 Tg C,占总储量的
10郾 3% ,土壤碳储量为 39. 08 Tg C,占 89. 8% .碳储
量较大的树种包括硬木、软木类、杨树类和落叶松
类,贡献率分别为 27. 8% 、26. 5%和 14. 0% .
2郾 3摇 宁夏地区不同林龄乔木层的碳密度及碳储量
由于林下灌草、凋落物、细根和土壤层没有按林
龄分别计算碳密度和碳储量,所以只分析不同林龄
乔木层的碳密度和碳储量.由表 7 可以看出,宁夏地
区幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林乔木层
平均碳密度分别为 19. 14、26. 06、21. 86、20. 46 和
34. 73 Mg C·hm-2 .各优势树种中,幼龄林以刺槐的
乔木层碳密度最高,中龄林、近熟林和成熟林均以云
杉类的乔木层碳密度最高,过熟林则以硬木、软木类
的乔木层碳密度最高,但该树种其他林龄的乔木层
碳密度均低于其他树种.
2郾 4摇 宁夏地区森林生态系统碳密度和碳储量分布
由图 1 可以看出,宁夏地区森林生态系统碳密
度整体呈南高北低的分布格局,其中泾源县和隆德
县为六盘山林区所在地.该地区碳密度最高,分别为
290. 03 和 277. 92 Mg C·hm-2 . 中北部地区的利通
区 ( 207. 19 Mg C · hm-2 )、 永 宁 县 ( 219郾 63
Mg C·hm-2)和中宁县(224. 24 Mg C·hm-2)的森
林碳密度较低.宁夏地区森林生态系统碳储量的高
值区同样集中分布在南部地区,其中,泾源县(9. 03
Tg C)、隆德县(5. 69 Tg C)和彭阳县(4. 87 Tg C)的
森林碳储量之和占全区森林碳储量的 45. 0% ;其他
县区的碳储量变化范围在 0. 13 ~ 2. 45 Tg C.
图 1摇 宁夏地区森林生态系统碳密度(a)和碳储量(b)分布
Fig. 1摇 Distribution of forest ecosystem carbon density (a) and
carbon storage (b) in Ningxia region.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 宁夏地区森林植被的碳密度及碳储量
有研究表明,我国森林生态系统乔木层平均碳
446 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
密度为 38. 65 ~ 40. 12 Mg C·hm-2 [24-25] . 本研究中
宁夏地区的森林乔木层平均碳密度仅为 18郾 53
Mg C·hm-2,远低于全国平均水平. 原因在于宁夏
是全国生态系统最脆弱的省区之一,86%的地区年
降水量在 300 mm 以下. 水分成为该区森林经营和
建设中的首要限制因子,出现诸如天然森林植被稀
少、人工林造林成活率低、林木生长缓慢等问题,直
接导致森林植被乔木层碳密度低于内蒙古自治区等
毗邻省区[13] .
本研究中,宁夏地区森林植被碳储量达到 4. 46
Tg C,仅乔木层的碳储量达到 3. 04 Tg C,该值比王
效科等[13]的估算(2. 72 Tg C)提高了 11. 8% ,表明
宁夏森林植被在近 10 年中起着明显的 CO2汇作用.
另外,灌草层、凋落物层和细根层的碳储量占植被碳
储量的 1 / 3,而以往对森林植被碳储量的研究多关
注于乔木层,忽略了其他层的贡献,在一定程度上低
估了植被碳储量的大小. 这些植被层不仅是森林植
物群落的重要组成部分,而且在森林生态系统碳循
环中发挥着关键作用,尤其是凋落物和细根的分解
成为土壤有机质最主要的来源[26],直接决定碳元素
的周转速率.
3郾 2摇 宁夏地区森林土壤的碳密度及碳储量
宁夏地区土壤平均碳密度为 238郾 51 Mg C·hm-2,
远高于刘世荣等[27]统计的全国森林生态系统平均
土壤有机碳密度(107. 80 Mg C·hm-2). 造成这一
结果的原因在于本研究测定的土壤总碳含量既包含
有机碳成分又将无机碳 (碳酸盐)含量计算其中.在
我国干旱地区,土壤中无机碳的平均含量为 100
g·kg-1,而且几乎没有溶解释放,即碳被持续地截
储于碳酸盐中[28] . 因此,在计算宁夏地区土壤碳密
度和碳储量时必须考虑无机碳成分.
在森林生态系统中,土壤碳库比植被碳库更稳
定持久,土壤碳与植被碳的比值可以反映森林生态
系统碳汇功能的大小[29] . 宁夏地区土壤碳储量为
39. 08 Tg C,与植被碳储量的比值为 8. 76,而李克让
等[30]估算的我国各森林类型土壤碳与植被碳比值
的平均值为 2. 66,说明宁夏地区森林具有较强的碳
汇功能.
3郾 3摇 宁夏地区森林生态系统的碳密度及碳储量
周玉荣等[14]和李克让等[30]分别估测了我国森
林生态系统碳储量为 28. 12 和 15. 55 Pg C. 本研究
估算宁夏地区森林生态系统碳储量为 43. 54 Tg C,
占全国森林生态系统碳储量的 0. 15% ~ 0. 28% ,表
明宁夏地区的森林碳储量总量较低,这与其森林面
积小和林龄结构低龄化有很大的关系.然而,宁夏地
区森 林 生 态 系 统 的 平 均 碳 密 度 为 265郾 74
Mg C·hm-2,高于吉林省[31]等部分省区和全国平均
水平[30] .较高的碳密度以及低龄化的结构组成,使
得宁夏地区森林生态系统具有巨大的固碳潜力. 随
着林龄结构的改善,成熟林的比重不断加大,碳储量
也会随之提高,宁夏森林生态系统的碳汇功能将得
到进一步提升.
加强对森林资源保护和经营管理是促进宁夏森
林生态系统碳汇功能的重要途径. 随着天然林保护
工程、退耕还林工程、三北防护林工程等林业重点工
程的实施,天然林资源得到进一步恢复,人工林面积
不断扩大,森林资源分布不均的状况将得到改善.然
而,宁夏森林尤其是人工林目前的经营水平不高,林
龄结构处于不稳定阶段,必须加强培育和管护,以促
进森林资源持续、健康、协调发展,增加森林资源的
固碳服务功能.
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作者简介摇 高摇 阳,女,1985 年生,博士研究生.主要从事林
草恢复生态研究. E鄄mail: gaoyang2302@ 126. com
责任编辑摇 杨摇 弘
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