全 文 ：吉林省森林生态系统的碳储量、碳密度及其分布*
王新闯1,2,3 摇 齐摇 光1,3 摇 于大炮1 摇 周摇 莉1 摇 代力民1**
( 1中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室, 沈阳 110164;2河南理工大学, 河南焦作 454000;
3 中国科学院研究生院, 北京 100049)
摘摇 要摇 利用森林资源二类调查汇总数据和标准地实测数据,研究吉林省森林生态系统的碳
密度、碳储量及其组分和分布特征.结果表明:吉林省森林生态系统碳储量为1827郾 293 Tg C,
其中乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层的碳储量分别为 439郾 152、5郾 195、45郾 600 和 1330郾 466
Tg C,分别占总碳量的 24郾 1% 、0郾 3% 、2郾 5% 和 73郾 1% . 吉林省森林生态系统碳密度为
225郾 304 Mg C·hm-2,各层碳密度的大小顺序为土壤层(164郾 666 Mg C·hm-2 ) >乔木层
(54郾 352 Mg C·hm-2) >枯落物层(5郾 644 Mg C·hm-2) >灌草层(0郾 643 Mg C·hm-2) .不同
类型森林生态系统碳储量在 9郾 357 ~ 959郾 716 Tg C,碳密度在 180郾 648 ~ 254郾 627 Mg C·hm-2
之间,各林型分配特征表现为土壤层最大、灌草层最小.全省森林生态系统碳储量和碳密度的
空间分布总体上为东部山区高、中西部平原地区低.吉林省森林中中龄林分比重大,若对现有
森林加以更好的管理,可以增加其碳吸存潜力.
关键词摇 森林生态系统摇 碳储量摇 碳密度摇 分布特征摇 吉林省
文章编号摇 1001-9332(2011)08-2013-08摇 中图分类号摇 Q948摇 文献标识码摇 A
Carbon storage, density, and distribution in forest ecosystems in Jilin Province of Northeast
China. WANG Xin鄄chuang1,2,3, QI Guang1,3, YU Da鄄pao1, ZHOU Li1, DAI Li鄄min1 ( 1State Key
Laboratory of Forest and Soil Ecology, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences,
Shenyang 110164, China; 2Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, Henan, China;
3Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. ,2011,22(8): 2013-2020.
Abstract: By using forest resources inventory data and field investigation data, this paper studied
the carbon storage, density, and distribution characteristics in forest ecosystems in Jilin Province of
Northeast China. The total carbon storage in the forest ecosystems was 1827郾 293 Tg C, and the
carbon storages in arbor layer, shrub鄄grass layer, litter layer, and soil were 439郾 152 Tg C, 5郾 195
Tg C, 45郾 600 Tg C, and 1330郾 466 Tg C, accounting for 24郾 1% , 0郾 3% , 2郾 5% , and 73郾 1% of
the total, respectively. The carbon density in the forest ecosystems was 225郾 304 Mg C·hm-2, with
54郾 352 Mg C·hm-2 in arbor layer, 0郾 643 Mg C·hm-2 in shrub鄄grass layer, 5郾 644 Mg C·hm-2
in litter layer, and 164郾 666 Mg C·hm-2 in soil. Different types of the forest ecosystems had a
carbon storage varied from 9郾 357 Tg C to 959郾 716 Tg C and a carbon density ranged from 180郾 648
Mg C·hm-2 to 254郾 627 Mg C·hm-2, with the highest values in soil and the lowest values in
shrub鄄grass layer. Overall, the carbon storage and density in the forest ecosystems were greater in
eastern mountainous area than in central and western plains. In the Province, middle鄄aged forests
had a greater proportion than the forests in other age classes, and thereby, a proper management of
the present forests could increase the carbon sequestration of the forest ecosystems.
Key words: forest ecosystem; carbon storage; carbon density; distribution characteristics; Jilin
Province.
*中国科学院知识创新工程项目 ( KZCX2鄄YW鄄Q1鄄0501)、中国科学院战略性先导科技专项 ( XDA05060200)和国家自然科学基金项目
(30800139,40873067,30900208)资助.
**通讯作者. E鄄mail: lmdai@ iae. ac. cn
2011鄄01鄄29 收稿,2011鄄05鄄09 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 8 月摇 第 22 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. 2011,22(8): 2013-2020
摇 摇 森林生态系统作为陆地生态系统的主体,是
CO2 的重要碳库,每年固定的碳约占整个陆地生态
系统的 2 / 3,在减缓全球气候变化和全球碳循环中
起着不可替代的作用[1] . 因此,明确森林生态系统
的固碳现状,对合理经营和管理森林,促进森林生态
系统固碳功能的增加具有重要意义.
目前,针对森林生态系统的植被和土壤碳储量、
碳密度和碳汇功能等进行了大量的研究[2-4],但多
数研究集中在全球尺度上或是国家尺度上的森林整
体碳储量估算研究[3-6] . 这些研究由于涵盖的生物
气候类型、植被类型复杂多样,估算的结果存在很大
差异,且有关森林生态系统碳储量的研究更加关注
乔木层,对林下植物、枯落物和土壤碳库的研究较
少[7],以致结果不能直接用于指导较小尺度上森林
生态系统固碳、增碳的经营管理,需要对不同区域的
森林生态系统分别进行研究.
吉林省林区是我国东北林区的重要组成部分,
也是我国主要的木材产地. 目前有关吉林省森林生
态系统碳储量缺乏全面系统的研究. 本文以吉林省
森林生态系统为研究对象,估算其乔木层、灌木层、
枯落物层和土壤层的碳储量,并基于 GIS 生成了碳
储量地理分布格局,旨在了解吉林省的碳储量现状,
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,为持续增碳的森林经营提供科学参考.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
吉林省 ( 121毅 38忆 ~ 131毅 19忆 E, 40毅 52忆 ~
46毅18忆 N)位于我国东北地区的中部,地处北温带,
面积 18郾 74伊104 km2,地势呈现明显的东南高、西北
低的特征,以中部大黑山为界,可分为东部山地和中
西部平原两大地貌区. 全省大部分地区年平均气温
为 2 益 ~6 益,年降水量为 400 ~ 900 mm.自东部向
西部呈明显的湿润、半湿润和半干旱气候差异.吉林
省是我国的重要林业基地,森林面积 8郾 08伊106 hm2,
森林蓄积量 8郾 68伊108 m3,列全国第 6 位,天然林比
重大、人工林少.主要森林类型为:阔叶混交林、针阔
混交林和柞木(栎类)林,其中约 80%的森林分布在
大黑山以东山区.
本研究采用的森林资源数据是 2006 年吉林省
各县(局)森林资源二类调查的汇总数据(其中吉林
森工下属的 8 个林业局采用 2008 年汇总数据). 由
于在二类调查数据中没有经济林蓄积量数据,所以
本研究不包括经济林.
1郾 2摇 样地设置及取样
2009 年,在长白山区按照典型选样的方法,分
别在云冷杉林、红松林、落叶松林、樟子松林、针叶混
交林、针阔混交林、桦树林、杨柳林、硬阔林、柞木
(栎类)林和阔叶混交林等 11 个林分类型中设置
20 m伊20 m 的标准地 77 块,每木检尺;同时在张广
才岭地区设置 21 块标准地.在每个乔木样方中设置
3 个 5 m伊5 m灌木样方,测算灌木总鲜质量.在每个
灌木样方中设置 1 个 1 m伊1 m样方,测算草本总鲜
质量,共设置灌木样方和草本样方各 294 个.在各乔
木样方中设置 3 个 20 cm 伊20 cm的枯落物样方,共
计 294 个.
在各乔木样方中设置 2 个土壤剖面,每个剖面
分为:玉层(0 ~ 10 cm)、域层(10 ~ 20 cm)、芋层
(20 ~ 40 cm)、郁层 ( 40 ~ 60 cm) 和吁层 ( 60 ~
100 cm ),取样(不足 1 m 的取至母质层,碳密度按
0 计算),共设置剖面 196 个,同时用环刀法测量土
壤容重.利用土钻对表层 20 cm 内土样进行 3 点混
合取样,同一土层的土样混合成一个混合样,共有
98 个混合样. 样品用塑料自封袋密封,带回实验室
风干、研磨、过 80 目筛,测定土壤有机碳含量.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 植被生物量的测算
1)乔木:Pan 等[4]利用 5415 块样地建立了我国
不同森林类型各龄组森林蓄积量鄄生物量的转换参
数.本研究使用其部分参数见表 1. 采用材积源鄄生
物量法[8-9]建立蓄积量(V)与生物量(W)之间的换
算关系,求算乔木单位面积生物量.
W=aV+b (1)
式中: V 和 W 分别表示单位面积林分蓄积量
(m3·hm-2)和单位面积林分生物量 ( Mg C ·
hm-2);a和 b均为参数.
将不同林型不同龄组的单位面积蓄积量代入式
(1),求出单位面积生物量,然后再乘以面积得到生
物量.
由于本研究中吉林省森林林型与表 1 中森林类
型不完全一致,在使用表 1 中相关参数时对吉林省
森林类型做了相应的合并.其中,吉林省针叶混交林
使用云冷杉林参数;针阔混交林使用红松阔叶林
(含人工林)参数;桦树林和杨柳林使用杨桦林参
数;硬阔林、柞木林和阔叶混交林使用落叶栎林(含
硬阔类)参数.
4102 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 22 卷
表 1摇 吉林省不同森林类型、林龄的蓄积量鄄生物量转换参数[4]
Table 1摇 Parameters (a and b) suitable for Jilin Province to calculate forest live鄄biomass density[4]
林摇 型
Forest type
龄摇 组
Age group
林龄
Age (a)
a b 样本数
Plot number
R2
落叶松林 幼龄林 Young forest 臆40 0郾 6598 15郾 620 94 0郾 821
Larix forests 中龄林 Middle鄄aged forest 41 ~ 80 0郾 6367 31郾 878 91 0郾 792
近熟林 Near鄄mature forest 81 ~ 100 0郾 6703 15郾 857 14 0郾 900
成熟林 Mature forest 101 ~ 140 0郾 7406 12郾 576 37 0郾 942
过熟林 Over鄄mature forest 逸141 0郾 7757 -7郾 9247 70 0郾 940
云冷杉林 幼龄林 Young forest 臆40 0郾 7376 13郾 210 69 0郾 861
Abies and 中龄林 Middle鄄aged forest 41 ~ 80 0郾 6317 12郾 042 227 0郾 866
Picea forests 近熟林 Near鄄mature forest 81 ~ 100 0郾 4982 41郾 312 109 0郾 824
成熟林 Mature forest 101 ~ 140 0郾 4306 48郾 690 239 0郾 791
过熟林 Over鄄mature forest 逸141 0郾 4313 39郾 201 358 0郾 856
樟子松林 幼龄林 Young forest 臆40 0郾 6490 18郾 967 26 0郾 808
Sylvestris var. 中龄林、近熟林 Middle鄄aged and near鄄mature forest 41 ~ 100 0郾 3927 34郾 902 19 0郾 587
mongolica forests 成、过熟林 Mature and over鄄mature forest 逸101 0郾 3742 22郾 470 23 0郾 838
红松阔叶林(含人工纯林) 幼龄林 Young forest 臆60 0郾 5383 24郾 946 106 0郾 601
Pinus koraiensis and its
mixed forests
中龄林、近、成、过熟林 Middle鄄aged, near鄄mature,
mature, and over鄄mature forest
逸61 0郾 2974 115郾 6 51 0郾 440
落叶栎林(含硬阔类) 幼龄林 Young forest 臆40 0郾 9957 5郾 7107 162 0郾 858
Oaks and other 中龄林 Middle鄄aged forest 41 ~ 60 1郾 0564 13郾 394 123 0郾 828
deciduous forests 近熟林 Near鄄mature forest 61 ~ 80 0郾 8515 24郾 774 66 0郾 725
成、过熟林 Mature and over鄄mature forest 逸81 0郾 4829 50郾 649 42 0郾 621
杨桦林 幼龄林 Young forest 臆10 0郾 8682 4郾 1318 71 0郾 906
Betula and 中龄林 Middle鄄aged forest 11 ~ 15 0郾 8491 8郾 5271 77 0郾 906
Populus forests 近熟林 Near鄄mature forest 16 ~ 20 0郾 7594 21郾 235 61 0郾 841
成熟林 Mature forest 21 ~ 30 0郾 6455 36郾 308 145 0郾 843
过熟林 Over鄄mature forest 逸31 0郾 6642 33郾 54 314 0郾 813
摇 摇 2)灌草:利用邢艳秋[10]的东北地区常见灌木的
干物质率求取灌木平均干物质率,然后乘以灌木总
鲜质量,得到样地灌木生物量,进而推算灌木单位面
积生物量.
3)草本:按总质量中各部分的比例分别取一定
量的样品,均匀混合后称量,放入 80 益的烘箱中烘
至衡量,推算草本的含水率,再乘以草本总鲜质量,
得到草本生物量,进而推算草本单位面积生物量.取
若干烘干样品用于含碳量的测定.
4)枯落物:将样方内全部枯落物放入 80 益的
烘箱中烘至恒量,推算出标准地枯落物生物量.并取
若干烘干样品用于含碳量的测定.
1郾 3郾 2 土壤含碳量的测定摇 含碳量(每 100 g干物质
含有的碳)采用重铬酸钾鄄硫酸氧化法进行测定[7] .
1郾 3郾 3 森林生态系统碳储量计算摇 森林生态系统碳
储量由乔木层、灌草层、枯落物层、土壤层的碳储量
组成.乔木层、灌草层和枯落物层碳储量为生物量乘
以含碳率,其中乔木层和灌木层含碳率采用目前国
际上常用的转换系数 50% [4],草本层、枯落物层和
土壤层的含碳率采用本次实测数据. 吉林全省各个
县市乔木层碳储量利用式(1)计算各林型单位面积
生物量,乘以面积和含碳率,再乘以 50% ,然后分别
进行累加各林型.草本层、枯落物层和土壤层碳储量
利用植被类型法进行外推[6] . 植被类型法即假定草
本层、枯落物层和土壤层碳储量与植被类型相关,根
据各植被类型下的草本层、枯落物层和土壤层碳储
量平均碳含量及面积推算总碳储量(式 2).
SOC i =C i伊Si (2)
式中:SOC i(Mg)为吉林省森林第 i 类型草本层、枯
落物层和土壤层碳储量;C i(Mg·hm-2)为第 i 类型
草本层、枯落物层和土壤层平均有机碳密度; Si
(hm2)为第 i 类型森林面积. 各林型累加可得到吉
林省及各县市草本层、枯落物层和土壤层碳储量.最
后累加乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层碳储量得
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
县市的森林碳储量、碳密度和吉林省县市行政区划
图,利用 ArcGIS生成森林碳储量和碳密度分布图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 吉林省森林生态系统碳储量及其组分
由表 2 可以看出,吉林省森林生态系统碳储量
为 1827郾 293 Tg C,其中乔木层、灌草层、枯落物层和
51028 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王新闯等: 吉林省森林生态系统的碳储量、碳密度及其分布摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 吉林省森林乔木层、灌草层、枯落物层、土壤层和生态系统碳储量和碳密度
Table 2摇 Carbon storage and density of arbor layer, shrub鄄grass layer, litter layer, soil layer and ecosystem in different for鄄
ests in Jilin Province
林型
Forest
type
面积
Area
(伊104 hm2)
乔木层
Arbor layer
碳储量
Carbon
storage
(Tg C)
碳密度
Carbon
density
(Mg C·
hm-2)
灌草层
Shrub鄄grass layer
碳储量
Carbon
storage
(Tg C)
碳密度
Carbon
density
(Mg C·
hm-2)
枯落物层
Litter layer
碳储量
Carbon
storage
(Tg C)
碳密度
Carbon
density
(Mg C·
hm-2)
土壤层
Soil layer
碳储量
Carbon
storage
(Tg C)
碳密度
Carbon
density
(Mg C·
hm-2)
生态系统
Ecosystem
碳储量
Carbon
storage
(Tg C)
碳密度
Carbon
density
(Mg C·
hm-2)
1 3郾 980 1郾 206 30郾 302 0郾 013 0郾 327 0郾 431 10郾 829 7郾 707 193郾 643 9郾 357 235郾 101
2 6郾 000 2郾 891 48郾 183 0郾 041 0郾 683 0郾 411 6郾 850 11郾 194 186郾 567 14郾 537 242郾 283
3 81郾 455 29郾 145 35郾 780 0郾 294 0郾 361 6郾 083 7郾 468 140郾 221 172郾 145 175郾 743 215郾 755
4 13郾 972 3郾 741 26郾 775 0郾 063 0郾 451 1郾 001 7郾 164 24郾 069 172郾 266 28郾 874 206郾 656
5 30郾 316 15郾 525 51郾 211 0郾 100 0郾 330 3郾 106 10郾 245 57郾 408 189郾 365 76郾 139 251郾 151
6 86郾 533 61郾 947 71郾 588 0郾 512 0郾 592 6郾 554 7郾 574 151郾 323 174郾 873 220郾 336 254郾 627
7 5郾 748 2郾 578 44郾 850 0郾 057 0郾 992 0郾 275 4郾 784 8郾 895 154郾 749 11郾 805 205郾 376
8 60郾 133 25郾 224 41郾 947 0郾 571 0郾 950 2郾 116 3郾 519 80郾 718 134郾 232 108郾 629 180郾 648
9 7郾 472 1郾 766 23郾 635 0郾 063 0郾 843 0郾 410 5郾 487 13郾 788 184郾 529 16郾 027 214郾 494
10 105郾 868 53郾 520 50郾 554 0郾 837 0郾 791 4郾 467 4郾 219 140郾 426 132郾 643 199郾 250 188郾 206
11 406郾 502 241郾 609 59郾 436 2郾 644 0郾 650 20郾 746 5郾 104 694郾 717 170郾 901 959郾 716 236郾 091
合计
Total
807郾 979 439郾 152 54郾 352 5郾 195 6郾 970 45郾 600 5郾 644 1330郾 466 164郾 666 1820郾 413 225郾 304
1)云冷杉林 Abies and Picea forest; 2)红松林 Korean pine forest; 3)落叶松林 Larix forest; 4)樟子松林 Sylvestris var郾 mongolica forest;5)针叶混交
林 Mixed coniferous forest; 6)针阔混交林 Mixed coniferous broad leaved forest; 7)桦树林 Betula forest; 8)杨柳林 Populus and Salix forest; 9)硬阔
林 Hardwood forest;10) 柞木(栎类)林 Quercus forest; 11) 阔叶混交林 Mixed broad鄄leaved forest. 下同 The same below.
土壤层分别占总碳量的 24郾 1% 、0郾 3% 、2郾 5% 和
73郾 1% ,各层碳储量大小排序为:土壤层(1330郾 466
Tg C)>乔木层(439郾 152 Tg C) >枯落物层(45郾 600
Tg C)>灌草层(5郾 195 Tg C).
不同森林类型乔木层、灌草层和枯落物层碳储量
分别在 1郾 206 ~ 241郾 609、 0郾 013 ~ 2郾 644、 0郾 275 ~
20郾 746 Tg C,土壤层和生态系统的碳储量分别在
7郾 707 ~ 694郾 717 和 9郾 357 ~ 959郾 716 Tg C 之间. 这
主要是森林面积的差异造成的,面积大的森林类型,
碳储量就大.阔叶混交林各层次碳储量最大,其面积
占到全省森林面积的 50郾 3% .
2郾 2摇 吉林省森林生态系统碳密度及其组分
吉林省森林生态系统平均碳密度为 225郾 304
Mg C · hm-2,各层碳密度大小顺序为:土壤层
(164郾 666 Mg C·hm-2) >乔木层(54郾 352 Mg C·
hm-2) >枯落物层(5郾 644 Mg C·hm-2 ) >灌草层
(0郾 643 Mg C·hm-2) (表 2).
不同森林类型乔木层、灌草层、枯落物层密度分
别在 23郾 635 ~ 71郾 588、0郾 327 ~ 0郾 992 和 3郾 519 ~
10郾 829 Tg C,土壤层和生态系统的密度分别在
132郾 643 ~ 193郾 643 和 180郾 648 ~ 254郾 627 Mg C·
hm-2之间, 平均碳密度分别为 54郾 352、 0郾 643、
5郾 644、164郾 666 和 225郾 304 Mg C·hm-2(表 2).乔木
层中针阔混交林的碳密度最大,硬阔林最小;灌草层
碳密度为桦树林最大,红松林最小;枯落物层碳密度
为云冷杉林最大,杨柳林最小;土壤层为云冷杉林碳
密度最大,柞木林最小;而生态系统的碳密度为针阔
混交林最大,杨柳林最小.
2郾 3摇 不同林龄森林乔木层的碳储功能比较
由于灌草层、枯落物层和土壤层没有按林龄分
别计算碳储量和碳密度,所以只分析林龄对乔木层
碳储量和碳密度的影响. 吉林省森林植被中主要为
中龄林,占全省森林面积和乔木碳储量的 40郾 9%和
40郾 6% (表 3).幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过
熟林 的 碳 密 度 分 别 介 于 5郾 032 ~ 28郾 265、
23郾 152 ~ 80郾 329、27郾 683 ~ 85郾 106、36郾 350 ~ 93郾 488
和 37郾 736 ~ 98郾 966 Mg C·hm-2之间.各龄组中碳密
度最大的均为红松林. 林龄组成对乔木层碳密度有
直接影响.针阔混交林乔木层碳密度最大,其近熟
林、成熟林和过熟林面积占总面积的 45郾 3% . 而硬
阔林乔木层碳密度最小,其近熟林、成熟林和过熟林
面积仅占其总面积的 30郾 4% . 总体上,过熟林碳密
度是幼龄林碳密度的 4郾 1 倍.
2郾 4摇 吉林省森林生态系统碳储量和碳密度的分布
由图 1 可以看出,吉林省森林生态系统碳储量
的水平分布总体上表现为东部山区高、西部平原地
区低的状况.其中,敦化市和汪清县的森林生态系统
碳储量最高,分别为 196郾 222 和 191郾 438 Tg C,占吉
林省总碳储量的 10郾 7%和 10郾 5% . 其原因主要是
两地区森林面积较大,分别占全省的10 郾 3% 和
6102 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 22 卷
表 3摇 吉林省森林不同龄级乔木层面积、碳储量和碳密度
Table 3摇 Area, carbon storage and density of arbor layer for different age forests in Jilin Province
林型
Forest
type
幼龄林
Young forest
面积
Area
(伊104 hm2)
碳储量
Carbon
storage
(Tg C)
碳密度
Carbon
density
(MgC·
hm-2)
中龄林
Middle鄄aged forest
面积
Area
(伊104 hm2)
碳储量
Carbon
storage
(Tg C)
碳密度
Carbon
density
(MgC·
hm-2)
近熟林
Near鄄mature forest
面积
Area
(伊104 hm2)
碳储量
Carbon
storage
(Tg C)
碳密度
Carbon
density
(MgC·
hm-2)
成熟林
Mature forest
面积
Area
(伊104 hm2)
碳储量
Carbon
storage
(Tg C)
碳密度
Carbon
density
(MgC·
hm-2)
过熟林
Over鄄mature forest
面积
Area
(伊104 hm2)
碳储量
Carbon
storage
(Tg C)
碳密度
Carbon
density
(MgC·
hm-2)
1 2郾 871 0郾 396 13郾 793 0郾 299 0郾 188 62郾 876 0郾 492 0郾 376 76郾 423 0郾 290 0郾 224 77郾 241 0郾 028 0郾 022 78郾 571
2 3郾 867 1郾 093 28郾 265 1郾 581 1郾 270 80郾 329 0郾 047 0郾 040 85郾 106 0郾 215 0郾 201 93郾 488 0郾 290 0郾 287 98郾 966
3 27郾 481 4郾 315 15郾 702 30郾 523 12郾 545 41郾 100 18郾 361 8郾 509 46郾 343 4郾 943 3郾 659 74郾 024 0郾 147 0郾 117 79郾 592
4 3郾 678 0郾 636 17郾 292 5郾 525 1郾 722 31郾 167 4郾 053 1郾 122 27郾 683 0郾 663 0郾 241 36郾 350 0郾 053 0郾 020 37郾 736
5 5郾 921 1郾 062 17郾 936 10郾 881 4郾 763 43郾 774 6郾 125 3郾 736 60郾 996 6郾 728 5郾 393 80郾 158 0郾 661 0郾 571 86郾 384
6 15郾 549 3郾 880 24郾 953 31郾 787 24郾 249 76郾 286 17郾 130 14郾 053 82郾 037 17郾 604 15郾 581 88郾 508 4郾 463 4郾 184 93郾 749
7 1郾 511 0郾 261 17郾 273 2郾 367 1郾 186 50郾 106 1郾 446 0郾 873 60郾 373 0郾 404 0郾 246 60郾 891 0郾 020 0郾 012 60郾 000
8 12郾 282 0郾 618 5郾 032 4郾 452 1郾 081 24郾 281 9郾 319 3郾 636 39郾 017 26郾 598 14郾 839 55郾 790 7郾 482 5郾 050 67郾 495
9 1郾 737 0郾 225 12郾 953 3郾 464 0郾 802 23郾 152 1郾 740 0郾 518 29郾 770 0郾 468 0郾 187 39郾 957 0郾 063 0郾 034 53郾 968
10 27郾 820 4郾 767 17郾 135 61郾 917 37郾 158 60郾 013 13郾 621 9郾 890 72郾 608 2郾 336 1郾 588 67郾 979 0郾 174 0郾 117 67郾 241
11 60郾 978 12郾 958 21郾 250 177郾 602 109郾 82 61郾 835 103郾 173 74郾 665 72郾 369 53郾 867 36郾 123 67郾 060 10郾 882 8郾 043 73郾 911
合计
Total
163郾 695 30郾 211 18郾 456 330郾 398 194郾 784 58郾 954 175郾 507 117郾 418 66郾 902 114郾 116 78郾 282 68郾 599 24郾 263 18郾 457 76郾 071
10郾 2% .森林生态系统碳密度总体上呈现东部长白
山区高,西部松花江平原地区低(图 1).其中,长白
县森林生态系统碳密度最高,达 255郾 750 Mg C·
hm-2,碳储量最高的敦化市和汪清县森林生态系统
碳密度为235郾 939和232郾 138 MgC·hm-2 . 这可能
图 1摇 吉林省森林生态系统碳储量(a)和碳密度(b)分布
Fig. 1摇 Distribution of carbon storage ( a) and carbon density
(b) for forest ecosystems in Jilin Province.
是因为长白山自然保护区森林统计到长白县辖区,
而自然保护区内存在大量高碳密度的原始森林,导
致长白县森林生态系统碳密度较高. 东部山区各县
市的森林生态系统碳密度在 194郾 328 ~ 255郾 750
Mg C·hm-2,长白山国家级自然保护区的过熟云冷
杉林碳密度最大,达到 305郾 628 Mg C·hm-2;西部
平原 地 区 各 县 市 森 林 生 态 系 统 碳 密 度 在
171郾 983 ~ 229郾 998 Mg C·hm-2,德惠市过熟杨树
林的碳密度最大,为 274郾 193 Mg C·hm-2 .
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 吉林省森林生态系统碳储量在全国碳储量中
的地位及其分配特征
周玉荣等[6]估测我国森林生态系统碳储量为
28郾 12 Pg C,其中植被、枯落物和土壤碳储量分别为
6郾 2、0郾 89 和 21郾 02 Pg C.李克让等[5]估测我国森林
生态系统碳储量为 15郾 55 Pg C,其中植被和土壤碳
储量分别为 4郾 29 和 11郾 26 Pg C. 本研究以此为基
准,估测吉林省森林生态系统碳储量为 1820郾 413 Tg
C,占全国森林碳储量的 6郾 9% ~ 11郾 7% ,其中植被
(包括乔木层和灌草层)碳储量为 444郾 347 Tg C,占
全国森林植被碳储量的 7郾 1% ~ 10郾 4% ,土壤碳储
量为 1330郾 466 Tg C, 占 全 国 土 壤 碳 储 量 的
6郾 3% ~11郾 8% ,枯落物碳储量为 45郾 600 Tg C,占全
国枯落物碳储量的 5郾 1% . 但吉林省森林面积仅占
全国森林面积的 4郾 2% (以 2004—2008 年全国森林
资源清查数据为准). 吉林省森林乔木层碳密度为
71028 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王新闯等: 吉林省森林生态系统的碳储量、碳密度及其分布摇 摇 摇 摇 摇 摇
54郾 352 Mg C·hm-2,而与吉林省处于同一林区的黑
龙江省和辽宁省同期内的森林乔木层碳密度分别为
33郾 44 和 21郾 8 Mg C·hm-2 [11-12],我国中部的河南
省和南部的广东省同期内森林乔木碳密度分别为
23郾 64 和 22郾 60 Mg C·hm-2 [13-14],均明显小于吉林
省乔木层碳密度.可见,吉林省森林在全国范围内具
有较强的碳储功能,在全国森林碳储量中扮演着重
要的角色.
我国森林生态系统的植被、枯落物和土壤碳储
量分别占生态系统碳储量的 22郾 1% 、 3郾 2% 和
74郾 7% ,森林土壤碳储量约为植被的 3郾 39 倍[6] . 森
林土壤是陆地生态系统中最大的碳库.本研究表明,
吉林省森林生态系统的植被、枯落物和土壤分别占
总碳储量的 24郾 4% 、2郾 5%和 73郾 1% ,其中土壤层碳
储量最大,约为乔木层的 2郾 99 倍.与周玉荣等[6]研
究结果基本一致.
森林生态系统中,森林土壤(含枯落物层)碳密
度与植被(含灌草层)碳密度的比值大小可以反映
森林生态系统碳汇功能的大小[15] .李克让等[5]估算
出我国各森林类型土壤碳密度与植被碳密度比值平
均为 2郾 66(0郾 91 ~ 4郾 22). 本研究表明,吉林各森林
类型的土壤有机碳密度与植被碳密度比值平均为
3郾 10(2郾 53 ~ 7郾 76),高于全国平均水平. 可见吉林
省森林生态系统具有较强的碳汇功能.
3郾 2摇 林下灌草和枯落物层碳储量对生态系统碳储
量的贡献
据估计,全球通过枯落物分解归还到土壤的有
机碳约为 50 Pg C·a-1 [16] . Raich 等[17]估计全球因
枯落物分解释放的 CO2 量为 68 Pg C·a-1,约占全
球年碳总流通量的 70% . 盛炜彤等[18]研究表明,在
杉木人工林中,当林下植被盖度在 70%以上,生物
量达 4 Mg C·hm-2,能增加土壤中有机和无机养分
含量,对表层土壤有明显的作用.
森林枯落物现存量的变化对土壤碳储量的影响
较大[19] .本研究表明,吉林不同森林类型枯落物层
碳密度分别介于 3郾 519 ~ 10郾 829 Mg C·hm-2之间,
各森林类型中,枯落物层碳密度大,其土壤层碳密度
也大.然而枯落物层和灌草层受人为干扰因素的影
响较大[20-21],因此,减少对森林生态系统的人为干
扰,加强对森林林下灌草层和枯落物层的保护,以维
持和增加土壤碳储量,对维护全球气候变化,特别是
减缓大气 CO2 浓度上升等有着重要的意义[17] .
研究中常用的材积源生物量法只能推算乔木层
的生物量,忽略了下木层、灌草及枯落物生物量,这
在一定程度上低估了森林的碳储量[22] .在全国或区
域尺度的森林生态系统碳储量研究中,多集中对乔
木、土壤 2 个层次的研究,而对灌木、草本和地被物
的研究不多[22] .实际上,当乔木层郁闭度较低时,下
木层、灌木层和草本层的植物生长较好,忽略其生物
量,将造成碳储量估算的较大偏差[21] . 本研究采用
材积源生物量法估算乔木层碳储量,利用标准地实
测材料,直接测定草本层、枯落物层的生物量和碳含
量,并估算出碳储量. 结果表明,吉林省森林生态系
统灌草层和枯落物层的碳储量为 50郾 795 Tg C,占总
碳储量的 2郾 8% ,略低于全国平均水平(3郾 2% ) [6] .
虽然灌草层和枯落物层的碳储量占生态系统的比重
较小,但是如果忽略这一部分,将造成森林生态系统
碳储量的不精准.因此,应加强对森林生态系统不同
林层碳储量的实地监测,以提高森林生态系统碳储
量的估算精度.
3郾 3摇 人类活动干扰对森林生态系统碳储量分布的
影响
吉林省西部松花江平原地区是吉林省主要农业
区域,人口密度大,长期受人为活动的干扰,许多原
生植被破坏严重,被其他次生林植被或人工林所替
代,加之西部地区的降水量明显少于东部地区,导致
西部地区的碳储量和碳密度较低;在东部长白山区,
由于人口密度较小,对森林的干扰强度减小,而且这
一区域主要分布着以天然起源的、生物量较高的针
阔混交林和亚高山针叶林,加之水分条件较好,因而
森林具有较高的碳密度. 这说明人类活动干扰是影
响吉林森林碳密度和储量空间变异重要的因素. 因
此,结合吉林省实施的天然林资源保护工程、退耕还
林(草)工程进行森林植被保护、退化森林生态系统
恢复重建,能显著增加吉林省森林植被的碳汇功能.
3郾 4摇 估算方法对森林生态系统碳储量估算的影响
方精云等[3]运用生物量转换因子连续函数法,
利用已发表的生物量文献数据建立的生物量鄄蓄积
量的线性模型,估算了我国森林的生物量和碳储量.
但上述的估计没有充分考虑林龄对林木蓄积量与生
物量之间关系的影响、林下植物生物量和对我国森
林生态系统碳密度的分布规律和影响因素的分析,
并存在样本量不足的问题[22-23] . Pan 等[4]利用 5415
块样地数据建立了我国不同森林类型分龄组的森林
生物量估算参数,并与方精云等[3]的结果进行了对
比,认为方精云等所建立的模型可能高估 21%的中
国森林生物量.黄从德[21]分别利用实测样地数据建
立模型和方精云等[3]的模型估算了四川省森林生
8102 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 22 卷
物量,结果表明,方精云等[3]模型比其所建模型估
算结果高 13郾 6% . 李海奎和雷渊才[24]基于 2004—
2008 年第 7 次森林清查数据,利用方精云等所建模
型估算了全国各省森林植被碳储量,其中吉林省森
林植被碳储量为 494郾 47 Tg C,比本文利用 Pan等[4]
的模型估算的吉林省乔木碳储量高 12郾 6% ,而且清
查数据的森林面积比二调数据少 46郾 83伊104 hm2 .另
外,李海奎和雷渊才[24]还利用 IPCC 可变生物量扩
展因子法、IPCC固定扩展因子法和生物量经验模型
估计法估算了吉林省森林乔木碳储量,其结果分别
为 344郾 21、533郾 14 和 523郾 06 Tg C,分别比本研究低
21郾 6% 、高 21郾 4%和 19郾 1% .从以上分析可以看出,
森林生物量模型对森林植被碳储量估算结果影响很
大.估算时应根据所获取数据的情况尽可能采用比
较稳健和成熟的模型.
本研究利用实测的土壤剖面数据,采用生命带
类型法估算吉林省土壤碳储量为 1330郾 466 Tg C.解
宪丽[25]和文献[26]利用土壤二次调查数据和 GIS,
分别采用植被类型法和土壤类型法估算了全国土壤
0 ~ 100 cm的碳储量,并给出了碳储量的空间分布
图.本研究利用 2000 年土地利用现状图的林地数
据,结合其碳储量空间分布图提取了吉林省森林土
壤碳储量.两种方法的估算结果分别为 1152郾 16 和
926郾 10 Tg C,分别比本研究的结果低 13郾 4% 和
30郾 4% ,但其估算森林面积比本研究少 7郾 9% .这可
能是因为解宪丽利用的是 1993—1995 年的土壤二
次调查数据,而本研究所用的是 2009 年实测的土壤
剖面数据,加之估算尺度和土壤碳储量本身空间变
异较大,导致了估算结果的差异.
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jsp? id=100101鄄11
作者简介 摇 王新闯,男,1979 年生,讲师,博士研究生. 主要
从事森林生态与森林碳汇研究. E鄄mail: wangxc_382@ 163.
com
责任编辑摇 李凤琴
0202 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 22 卷