全 文 ：基于森林资源清查资料分析山东省森林立木碳储量*
李士美1 摇 杨传强2 摇 王宏年2 摇 盖力强3**
( 1青岛农业大学园林与林学院, 山东青岛 266109; 2山东省林业监测规划院, 济南 250014; 3中国地质科学院水文地质环境地
质研究所, 石家庄 050061)
摘摇 要摇 利用山东省第 7 次森林资源清查数据,采用生物量鄄蓄积量转换函数和平均生物量
法,结合不同树种的含碳率,研究山东省森林生态系统立木碳储量、碳密度及其按优势树种、
龄组和林种的分布特征.结果表明: 2007 年山东省森林立木碳储量为 25. 27 Tg,其中,针叶
林、针阔混交林和阔叶林的立木碳储量分别占全省立木碳储量的 8. 6% 、2. 0%和 89. 4% . 不
同林龄组的立木碳储量大小顺序为幼龄林>中龄林>成熟林>近熟林>过熟林,其中幼龄林和
中龄林占全省立木总碳储量的 69. 3% .用材林、经济林和防护林的立木碳储量分别占全省立
木碳储量的 37. 1% 、36. 3%和 24. 8% .山东省森林平均立木碳密度为 10. 59 t·hm-2,低于全
国平均水平,主要是由于现有森林用材林和经济林比重高,中幼林多、成过熟林少.
关键词摇 森林摇 碳储量摇 碳密度摇 山东省
文章编号摇 1001-9332(2014)08-2215-06摇 中图分类号摇 Q948; S718. 5摇 文献标识码摇 A
Carbon storage of forest stands in Shandong Province estimated by forestry inventory data.
LI Shi鄄mei1, YANG Chuan鄄qiang2, WANG Hong鄄nian2, GE Li鄄qiang3 ( 1College of Landscape Ar鄄
chitecture and Forestry, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, Shandong, China;
2Shandong Province Forestry Survey and Planning Institute, Ji爷 nan 250014, China; 3 Institute of
Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Shijiazhuang
050061, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(8): 2215-2220.
Abstract: Based on the 7th forestry inventory data of Shandong Province, this paper estimated the
carbon storage and carbon density of forest stands, and analyzed their distribution characteristics ac鄄
cording to dominant tree species, age groups and forest category using the volume鄄derived biomass
method and average鄄biomass method. In 2007, the total carbon storage of the forest stands was
25. 27 Tg, of which the coniferous forests, mixed conifer broad鄄leaved forests, and broad鄄leaved
forests accounted for 8. 6% , 2. 0% and 89. 4% , respectively. The carbon storage of forest age
groups followed the sequence of young forests > middle鄄aged forests > mature forests > near鄄mature
forests > over鄄mature forests. The carbon storage of young forests and middle鄄aged forests accounted
for 69. 3% of the total carbon storage. Timber forest, non鄄timber product forest and protection for鄄
ests accounted for 37. 1% , 36. 3% and 24. 8% of the total carbon storage, respectively. The aver鄄
age carbon density of forest stands in Shandong Province was 10. 59 t·hm-2, which was lower than
the national average level. This phenomenon was attributed to the imperfect structure of forest types
and age groups, i. e. , the notably higher percentage of timber forests and non鄄timber product forest
and the excessively higher percentage of young forests and middle鄄aged forest than mature forests.
Key words: forest; carbon storage; carbon density; Shandong Province.
*国家自然科学基金项目(31070384)、山东省高校科技发展计划项
目(J14LF04)和青岛农业大学高层次人才科研基金项目(631322)
资助.
**通讯作者. E鄄mail: geliqiang220@ 163. com
2013鄄11鄄15 收稿,2014鄄05鄄27 接受.
摇 摇 森林是陆地生态系统的主体,森林生态系统中
植被和土壤固碳量减少被认为是造成大气 CO2浓度
升高的原因之一[1-2] .因此,评估区域森林生态系统
的固碳现状,对合理经营和科学管理森林,增进森林
生态系统碳固定功能具有重要意义[2-5] . 20 世纪 90
年代以来,关于森林生态系统碳储量、碳密度、碳通
量及其时空分布特征进行了大量研究,涵盖全
球[6]、国家[2,4,7]、区域[3,8]、样地[9-10]等多种尺度.其
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 8 月摇 第 25 卷摇 第 8 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, Aug. 2014, 25(8): 2215-2220
中,大尺度的森林生态系统碳储量评估多是以森林
资源清查数据为基础,如美国[11-12]、中国[2,4,7]、俄罗
斯[13]等都利用不同时期的森林清查资料估算了本
国森林生态系统生物量和碳储量.
目前,关于全国尺度的森林生态系统碳储量评
估多是基于 2000 年以前的森林资源清查资料,而且
区域尺度的森林碳储量仍有待于精确测算.近年来,
随着一系列林业生态工程建设的实施,森林面积和
蓄积量持续增加,基于这些森林资源清查资料的碳
储量评估已经不能科学反映森林生态系统固碳现
状.尤其是在 2009 年,我国提出了林业“双增冶目
标,即到 2020 年我国森林面积比 2005 年增加 4000
万 hm2、森林蓄积量增加 13 亿 m3目标.而 2005 年正
是我国第 7 次森林资源清查期间(2004—2008 年),
为此以第 7 次森林资源清查资料为基础,测算区域
森林生态系统碳储量,对于科学揭示我国森林生态系
统基线碳储量,评估森林碳储量预期增量具有重要意
义.本文以山东省第 7 次森林资源清查数据为基础,
估算森林立木碳储量与碳密度,分析按优势树种、龄
组、林种的分布规律,旨在揭示山东省森林立木固碳
现状,为我国区域尺度的森林生态系统碳汇功能,以
及我国森林生态系统碳储量和碳循环的研究提供基
础数据,以期促进区域森林固碳的经营管理.
1摇 研究区域与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
山东省(34毅25忆—38毅23忆 N,114毅36忆—122毅43忆
E)境域包括半岛和内陆两部分,国土面积 15. 71 伊
104 km2,约占全国总土地面积的 1. 6% .全省地貌由
山地丘陵和平原两部分组成,境内除少数中山海拔
超过千米外,大部分山地丘陵都在 200 ~ 500 m,地
势起伏比较小.黄河冲击平原区地势平坦,河滩高地
与河间洼地纵横交错. 山东省属暖温带大陆性季风
气候区,全省平均气温 11. 0 ~ 14. 0 益,年降水量
550 ~ 950 mm,无霜期 180 ~ 220 d,年均日照时数
2300 ~ 2900 h.山东省主要土壤类型为棕壤、褐土、
潮土和砂浆黑土,分别占全省土壤总面积的
14郾 7% 、14. 7% 、38. 5%和 4. 4% .
山东省位于我国东部暖温带落叶阔叶林区,
2007 年全省林地面积 342. 12伊104 hm2,其中,乔木
林地面积 238. 66伊104 hm2,森林覆盖率 16. 7% ,林
木绿化率 20. 7% [14] .由于区域人类活动历史悠久,
对森林的破坏和干扰十分严重,因此,省域内的森林
除少部分为次生林外,绝大部分为人工林,主要森林
类型为赤松(Pinus densiflora)林、油松(Pinus tabuli鄄
formis)林、黑松(Pinus thunbergii)林、侧柏(Cupressus
sp. )林、麻栎(Quercus acutissima)林、栓皮栎(Quer鄄
cus variabilis)林、刺槐(Robinia pseucdoacacia)林、杨
树(Populus sp. )人工林和经济林等.
1郾 2摇 数据来源
采用的森林资源数据为山东省 2007 年第 7 次
森林资源清查数据[14],共清查固定样地 9646 个和
遥感判读样地 40124 个,对全省森林资源,包括林地
以外的农田林网、农林间作、村镇植树等“四旁冶树
木实行了有效的监测和调查. 森林资源清查数据详
细记录了各龄组、各林种按照优势树种统计的森林
资源面积和蓄积量. 由于森林资源清查数据不包含
灌木层和草本层的数据,本研究仅测算山东省森林
立木碳储量.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 立木生物量的测算摇 森林资源清查资料记录
了森林各龄组、各林种按优势树种的面积和蓄积.研
究表明,我国森林生物量(B)与蓄积量(V)存在线
性回归关系[1-2,15],公式为:
B=aV+b
式中:B和 V分别为单位面积林分生物量( t·hm-2)
和蓄积量(m3·hm-2);a和 b为常数.
在分树种计算过程中,对无明确对应模型的树
种,根据本地区实际情况采用近似树种参数替代.各
优势树种的生物量鄄蓄积量回归方程参数见表 1. 森
林资源清查资料中仅统计了经济林的面积,未统计
蓄积量,本文采用经济林生物量的平均值 23郾 7
t·hm-2[15] .
1郾 3郾 2 森林立木碳储量计算摇 森林立木碳储量为森
林立木生物量与其含碳率(含碳系数)的乘积.在测
算森林立木碳储量的过程中,普遍采用 0. 45 或 0. 5
的平均含碳率[2,23-24],但由于忽略了树种间的差异,
其精度较低. 本研究以国家林业局印发的《全国林
业碳汇计量监测技术指南》 [19]中我国各树种(组)
含碳率为依据进行测算(表 1),既提高了碳储量测
算的精度,又增加了森林碳汇计量的可比性.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同类型的立木碳储量与碳密度
根据 2007 年第 7 次森林资源清查结果,山东省
森林面积 238. 66伊104 hm2,森林蓄积量为 6338. 53伊
104 m3 .计算得出 2007 年山东省森林立木碳储量为
25郾 27 Tg,其中针叶林、针阔混交林和阔叶林的立木
6122 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 各优势树种生物量方程和含碳率
Table 1摇 Biomass estimation model and carbon content rate for dominant tree species
编号
Number
优势树种(组)
Dominant tree species (group)
生物量回归方程
Biomass estimation model
文献
Reference
含碳率
Carbon content rate
文献
Reference
1 落叶松 Larix sp. B=V / (0. 9399+0. 0026V) [16] 0. 5137 [19]
2 赤松 Pinus densiflora B=0. 5168V+33. 2378 [15] 0. 5141 [19]
3 黑松 Pinus thunbergii B=0. 5168V+33. 2378 [15] 0. 5146 [19]
4 油松 Pinus tabuliformis B=0. 7554V+5. 0928 [15] 0. 5184 [19]
5 火炬松 Pinus taeda B=0. 5168V+33. 2378 [15] 0. 5361 [19]
6 其他松类 Other pines B=0. 5168V+33. 2378 [15] 0. 5311 [19]
7 柏木 Cupressus sp. B=0. 6129V+46. 1451 [17] 0. 5088 [19]
8 栎类 Deciduous oaks B=1. 3288V-3. 8999 [15] 0. 4798 [19]
9 榆树 Ulmus sp. B=0. 7564V+8. 3103 [2] 0. 4648 [20]
10 刺槐 Robinia pseucdoacacia B=0. 7564V+8. 3103 [2] 0. 5161 [21]
11 其他硬阔类 Other sclerophyll broadleaved forest B=0. 7564V+8. 3103 [2] 0. 4901 [19]
12 杨树 Populus sp. B=0. 4754V+30. 6034 [2] 0. 4502 [19]
13 柳树 Salix sp. B=0. 6255V+91. 003 [2] 0. 4272 [21]
14 泡桐 Paulownia sp. B=0. 8956V+0. 0048 [18] 0. 4140 [22]
15 其他软阔类 Other malacophyll broadleaved forest B=0. 6255V+91. 003 [15] 0. 4502 [19]
16 针叶混生林 Mixed coniferous forest B=0. 5168V+33. 2378 [17] 0. 5168 [19]
17 阔叶混生林 Mixed broadleaved forest B=0. 6255V+91. 003 [15] 0. 4796 [19]
18 针阔混生林 Mixed conifer and broadleaved forest B=0. 8019V+12. 2799 [15] 0. 4893 [19]
19 经济林 Non鄄timber product forest 摇 摇 摇 摇 23. 7 [15] 0. 4700 [19]
B: 生物量 Biomass ( t·hm-2); V: 蓄积量 Volume (m3·hm-2) .
表 2摇 山东省不同优势树种和龄组的森林立木碳储量
Table 2摇 Carbon storage of forest stands for dominant tree species and age groups in Shandong Province
编号
Number
合计
Total
A C
幼龄林
Young forest
A C
中龄林
Middle鄄aged forest
A C
近熟林
Near鄄mature forest
A C
成熟林
Mature forest
A C
过熟林
Over鄄mature forest
A C
23866 2527. 25 13023 1114. 98 4974 641. 71 1022 124. 47 4367 552. 26 480 100. 8
1 16 1. 61 16 1. 36 1. 35
2 1343 62. 75 864 26. 06 240 10. 64 143 9. 74 96 16. 83
3 735 58. 25 239 7. 44 64 5. 52 288 28. 22 144 17. 58
4 32 3. 64 16 1. 22 16 2. 45
5 16 0. 52 16 0. 52
6 16 0. 69 16 0. 69
7 991 81. 69 479 23. 99 496 55. 62 16 2. 54
8 560 54. 73 432 14. 97 96 22. 37 16 6. 89 16 10. 45
9 48 7. 24 0. 55 32 2. 83 16 3. 93
10 1311 165. 36 512 11. 51 320 38. 23 127 19. 17 240 52. 04 112 44. 58
11 32 0. 73 32 0. 73
12 8933 973. 82 7436 717. 05 1241 202. 96 192 28. 60 32 13. 60 32 12. 17
13 47 11. 72 47 4. 61 1. 38 1. 98 2. 42 1. 86
14 128 23. 22 80 11. 71 32 7. 72 16 3. 79 0. 00
15 190 6. 54 142 1. 93 32 3. 25 16 2. 17
16 80 8. 01 32 3. 56 32 3. 41 16 1. 38
17 416 64. 33 240 25. 91 80 25. 67 48 4. 06 32 6. 02 16 4. 41
18 432 51. 13 240 16. 89 64 12. 87 48 4. 80 80 16. 75
19 8540 951. 27 2216 246. 84 2245 250. 07 112 12. 48 3663 408. 02 304 33. 86
A: 面积 Area (伊102 hm2); C: 碳储量 Carbon storage (伊104 t) . 下同 The same below.
碳储量分别占全省立木碳储量的 8. 6% 、2. 0%和
89. 4% ,而森林面积分别占全省森林总面积的
13郾 5% 、1. 8%和 84. 7% .山东省森林立木蓄积量平
均为 41. 36 m3·hm-2,而立木平均碳储量为 10郾 59
t·hm-2 .针叶林、针阔混交林、阔叶林立木碳密度分别
为 6. 73、11郾 84和 11. 18 t·hm-2 .其中,以柳树的立木碳
密度最大,为 24. 94 t·hm-2,其次为阔叶混生林,为
15郾 46 t·hm-2,其他硬阔林类最小,为 2郾 28 t·hm-2 .
71228 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李士美等: 基于森林资源清查资料分析山东省森林立木碳储量摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 山东省不同优势树种和林种的森林立木碳储量
Table 3摇 Carbon storage of forest stands for dominant tree species and forest category in Shandong Province
编号
Number
合计
Total
A C
防护林
Protection forest
A C
特用林
Special鄄purpose forest
A C
用材林
Timber forest
A C
经济林
Non鄄timber product forest
A C
23866 2527. 25 6961 627. 43 368 46. 25 8553 938. 57 8254 919. 41
1 16 1. 61 16 1. 61
2 1343 62. 75 1231 55. 15 112 7. 77
3 735 58. 25 719 58. 25 16
4 32 3. 64 32 3. 64
5 16 0. 52 16 0. 52
6 16 0. 69 0. 34 16 0. 52
7 991 81. 69 975 78. 61 16 3. 31
8 560 54. 73 528 42. 93 32 11. 78
9 48 7. 24 16 3. 93 32 3. 34
10 1311 165. 36 1071 131. 66 32 8. 71 208 25. 07
11 32 0. 73 16 0. 73 16
12 8933 973. 82 1004 137. 94 32 1. 69 7897 834. 46
13 47 11. 72 47 9. 21 2. 65
14 128 23. 22 32 5. 58 96 17. 63
15 190 6. 54 126 2. 35 48 2. 67 16 2. 34
16 80 8. 01 64 6. 80 16 1. 38 0. 00
17 416 64. 33 128 13. 72 16 0. 00 272 51. 05
18 432 51. 13 400 44. 38 32 4. 85 2. 02
19 8540 951. 27 270 30. 0753 16 1. 78 8254 919. 41
2郾 2摇 不同林龄组的立木碳储量与碳密度
林龄组与森林立木碳储量、碳密度具有密切的
关系.山东省不同林龄组的立木碳储量大小顺序为
幼龄林>中龄林>成熟林>近熟林>过熟林(表 2).山
东省森林主要林龄组为幼龄林和中龄林,其面积占
全省森林总面积的 75. 4% ,占全省立木总碳储量的
69. 3% .不同林龄组的立木碳密度存在较大差异,其
中,过熟林的立木碳密度最大,为 21. 00 t·hm-2,而
中龄林、近熟林和成熟林的碳密度基本相等,幼龄林
的碳密度最低,为 8. 56 t·hm-2,未表现出林龄越
大,其龄组碳密度越高的趋势[7,24],这主要是由于山
东省森林主要是由速生阔叶树种和经济林组成,其
蓄积量基本以中龄林最高.
2郾 3摇 不同林种的立木碳储量与碳密度
山东省森林以用材林、经济林、防护林为主,其
面积占全省森林总面积的 98. 5% ,相应的立木碳储
量分别占全省立木碳储量的 37. 1% 、36. 3% 和
24郾 8% (表 3).特用林的立木碳储量仅为全省立木
碳储量的 1. 5% ,主要为自然保护区林和风景林.在
山东省分布的 4 类林种中,特用林的碳密度最大,为
12郾 08 t·hm-2,其次为经济林和用材林,分别为
11郾 14 和 10郾 97 t·hm-2,而防护林的碳密度最小,
为 9郾 38 t·hm-2 .主要原因是山东省由于人类活动
历史悠久,森林的破坏和干扰比较严重,而自然保护
区和风景名胜区的林分保存相对较好,立木蓄积量
较高.
3摇 讨摇 摇 论
森林生态系统的立木碳储量与树种组成、林龄
结构等有关,而且受不同区域的气候、土壤及人为经
营管理措施等影响.本研究表明,山东省的立木碳储
量为 25. 27 Tg,远小于黑龙江省[25]、陕西省[26]、吉
林省[3]和辽宁省[27]的森林植被或立木碳储量,这主
要是因为山东省森林立木蓄积量较小,仅占全国活
立木总蓄积量的 0. 5% (表 4).在全国尺度上,李海
奎等[4]和吴庆标等[28]分别利用第 7 次、第 6 次全国
森林资源连续清查数据,采用不同的方法估算了全
国森林植被碳储量,分别为 7811. 46 和 5156. 71 Tg,
其中山东省森林植被碳储量分别为 54. 87 和
14郾 41 Tg,本研究测算的山东省森林立木碳储量介
于二者之间,这主要是由于测算生物量方法的差异,
并与森林资源清查资料中缺少灌木林和经济林蓄积
量数据有关.
山东省森林立木碳密度为 10. 59 t·hm-2,约为
全国的 24. 7% ~ 25. 8% [4,29],小于同时期的陕西
省[26]、黑龙江省[25]、吉林省[3]等森林立木碳密度.
这主要是由于山东省人类活动历史悠久,人口密度
大,对森林的破坏和干扰严重,区域内现有的森林除
8122 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 4摇 区域森林生态系统碳储量和碳密度的比较
Table 4摇 Comparison of carbon storage and carbon density for forests in different regions
区域
Region
基础数据摇 摇 摇 摇 摇 摇
Basic data摇 摇 摇 摇 摇 摇
碳储量
Carbon storage
(Tg)
碳密度
Carbon density
( t·hm-2)
文献
Reference
全国 Country 第 7 次全国森林资源连续清查数据 7811. 46 42. 82 [4]
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吉林省 Jilin Province 2006 年吉林省各县森林资源二类调查汇总数据 439. 15 54. 35 [3]
辽宁省 Liaoning Province 2006 年森林资源二类调查资料 70. 3 21. 80 [27]
山东省 Shandong Province 2000 年省二类森林资源清查资料 43. 41 14. 25 [30]
山西省 Shanxi Province 2005 年第 7 次森林资源连续清查资料 49. 69 22. 85 [8]
全国 Country 全国第 3 次森林资源普查资料 3255. 71 6. 47 ~ 118. 14 [24]
山东省 Shandong Province 全国第 3 次森林资源普查资料 5. 29 <12. 40 [24]
少部分为次生林外,绝大多数为人工林,且人工林中
以用材林和经济林为主,二者约占全省森林面积的
70. 4% .由于树种生物学特性、人为经营目标等的影
响,导致用材林和经济林的碳蓄积功能较低.张德全
等[30]、王效科等[24]分别根据 2000 年山东省二类森
林资源清查资料、全国第 3 次森林资源普查资料测
算,山东省森林的立木碳密度分别为 14. 25 和
<12郾 4 t·hm-2,这与本研究结果基本一致. 山东省
森林碳储量主要集中在杨树、苹果、桃、刺槐等树种,
但由于人为经营措施和树种生物学特性的影响,这
些树种的持续增碳效益不如柏木、黑松、赤松等针叶
树,如山东省杨树的采伐期一般在 10 年以内,因而
在今后的营造林应进一步优化树种结构. 根据山东
省林地保护利用规划(2010—2020 年),山东省森林
蓄积量到 2020 年预期将达到 9328. 1伊104 m3,林地
生产力达 46. 8 m3·hm-2,则 2020 年山东省森林立
木碳储量将增加到 42. 87 Tg,约为 2007 年森林立木
碳储量的 1. 7 倍.
本研究以山东省第七次森林资源清查数据为基
础,运用生物量鄄蓄积量关系模型,测算了山东省林
分类型、龄组和林种的碳储量与碳密度,其结果有助
于指导区域现代生态林业建设,对于落实区域林业
“双增冶目标具有重要参考意义. 本研究基于文献
[2,15-18]提出的生物量鄄蓄积量转换关系测算了
山东省森林生物量,这种方法比较稳定、可在较大范
围内使用,但是该估算方法中各类型森林的换算因
子等参数及碳含量的转换系数只是一个全国普遍
值,未对林龄和区域加以区分,所以具有不确定性.
此外,由于森林资源清查资料中缺少林下植被和林
木根系生物量数据,现有研究仅依据立木蓄积量换
算固碳量,缺乏对森林立木固碳能力的全面了解.因
而,发展针对区域代表性植被和主要优势树种的蓄
积量生物量转换函数,是增加碳储量评估准确性的
重要途径,建议在今后的森林资源清查工作中增加
生物量调查等内容,以期提高碳储量评估的科学性.
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Chinese)
作者简介摇 李士美,男,1981 年生,博士.主要从事森林生态
与森林培育研究. E鄄mail: li_shimei@ 163. com
责任编辑摇 孙摇 菊
0222 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