全 文 ：中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究*
王效科* * 冯宗炜 欧阳志云 (中国科学院生态环境研究中心, 北京 100080)
=摘要> 提高森林生态系统 C贮量的估算精度, 对于研究森林生态系统向大气吸收和排放含 C 气体量具有重
大意义. 中国的森林生态系统植物 C贮量的研究刚刚开始,由于估算方法问题,不同估算结果存在着较大的差
异. 本研究以各林龄级森林类型为统计单元,得出中国森林生态系统的植物 C贮量为 3. 26~ 3. 73Pg, 占全球的
0. 6~ 0. 7% ;各森林类型和省市间有较大的差异.森林生态系统植物 C密度在各森林类型间差异比较大, 介于
6. 47~ 118. 14Mg#hm- 2, 并且有从东南向北和西增加的趋势. 这种分布规律与我国人口密度的变化趋势正好相
反, 两者有一种对数关系.这说明我国实际森林植物 C密度大小首先取决于人类活动干扰的程度.
关键词 森林生态系统 植物 C贮量 植物 C密度
文章编号 1001- 9332(2001) 01- 0013- 04 中图分类号 Q9481 1, S71815 文献标识码 A
Vegetation carbon storage and density of forest ecosystems in China. WANG Xiaoke, FENG Zongwei and OUYANG
Zhiyun ( Resea rch Center for Eco2Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080) . 2Chin. J .
Appl . Ecol . , 2001, 12( 1) : 13~ 16.
To improve the estimatation of carbon pool of forest ecosystems is very important in studying their CO2 emission and
uptake. The estimation of vegetation carbon pool in China has just begun. T here is a significant difference among esti2
mates from different met hods applied. Based on forest inventory recorded by age class, the veget ation carbon storage of
forest ecosystems in China was estimated to be 3. 26~ 3. 73Pg, accounting for 0. 6~ 0. 7% of the global pool. The
carbon densities were differ ence among forest types and provinces, in range of 6. 47~ 118. 14Mg# hm- 2 . T here is an
incr emental tendency from southeast to north and west. This trend is negatively related with the change in population
density in logarithmic mode, which indicates that the actual forest carbon density is prominently determined by human
activities.
Key words Forest ecosystem, Vegetation carbon stor age, Vegetation carbon density.
* 中国科学院重大项目( KZ9512B12208) 和中国科学院生态环境研
究中心主任基金资助.
* * 通讯联系人.
1999- 04- 12收稿, 2000- 04- 17接受.
1 引 言
森林生态系统贮存了陆地生态系统的 76% ~
98%的有机 C[ 13] . 它对大气中 CO2浓度的影响越来越
受到科学家的关注[ 5] .而森林生态系统的 C储量是研
究森林生态系统与大气间 C交换的基本参数[5] ,也是
估算森林生态系统向大气吸收和排放含 C气体的关
键因子[13] . 目前, 前苏联[ 1]、加拿大[ 2]、美国[11]等国家
对森林生态系统的植物 C贮量的估计研究均有较大
进展. 在国外资料中[ 5] , 对中国森林生态系统植物 C
贮量估计引用较多的为 17Pg. 按此估计, 我国单位面
积的森林植物 C贮量(称 C密度)应为 114Mg#hm- 2,
但这一估计显然与我国的实际情况相差太远.近年来,
Fang等[6]根据野外调查资料,建立了我国主要森林类
型的林木蓄积量与生物量之间相关式, 提高了中国森
林生态系统的植物 C贮量的估算精度. 但是, 现有的
估计没有充分考虑: 1)林龄对林木蓄积量与生物量之
间的关系的影响; 2)群落中林下植物生物量; 3)对我国
森林生态系统 C密度的分布规律和影响因素的分析.
本研究在分析中国主要森林生态系统类型和各地带的
森林生态系统的各林龄级的生物量与蓄积量的关系基
础上,根据全国第三次森林资源普查资料中的按省市
和按各优势种调查统计的各林龄级的蓄积量资料, 分
别估计了中国森林生态系统的植物 C贮量, 并分析了
中国森林生态系统植物 C密度的分布规律和影响因
素.
2 研究方法
森林生态系统植物 C贮量的估算,早期是利用森林生物量
的野外样地调查资料和森林统计面积. 由于在实际森林样地调
查时, 一般都选取生长较好的地段进行测定, 其结果往往高估
了森林植物的 C贮量[ 3, 6, 13] . 近年来, 以建立生物量与蓄积量
关系为基础的植物 C贮量估算方法已得到广泛应用[ 5] .本研究
也采用该方法,不同的是首先将我国 1994 年底以前 160 多篇
有关森林生物量的研究报道中 561 个调查样地的生物量调查
资料按林龄级依次分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟
林,归并成 16 种森林类型[ 12] , 统计得出各林龄级个各森林类
型的林木树干与乔木层生物量的比值( SB)和乔木层和群落总
应 用 生 态 学 报 2001 年 2 月 第 12 卷 第 1 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Feb. 2001, 12( 1)B13~ 16
生物量(包括林下所有植物的生物量)的比值 ( BT ) , 然后再将
这些森林类型归并为中国森林资源普查的统计单元:森林优势
种类型和省市[ 12] . 利用下式, 可得出中国各类型和各省市 (台
湾除外)的森林植物 C贮量( T C, Tg) :
TC = V @D @ SB @BT @ (1 + TD) @ Cc ( 1)
式中, V是某一森林类型或省市的森林蓄积量(m3 ) , 来自林业部
第三次全国森林资源普查资料; D 是树干密度( Mg#m- 3 ) , 采用
中国林业科学研究院木材工业研究所的研究结果[ 8] . Cc 是植物
中 C含量,该值在不同植物间变化不大, 因此,为简便起见,常采
用0. 45 [4] .然后统计中国森林生态系统的总植物 C贮量.并进一
步分析各类型和各省市的 C密度差异和影响因素, 并用地理信
息系统 Arc/ View 做出中国森林植物 C密度分布图,建立了中国
各省市森林植物 C密度与人口密度间的关系.
3 结果与讨论
311 各森林类型植物 C贮量和 C密度
根据中国 38种优势种森林的蓄积量估算出, 中国
森林生态系统的植物 C总贮量是 3724. 50Tg(表 1) .从
林龄级分布看,幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟
林分别占 14. 6、29. 7、12. 0、29. 5和1412%.从类型构成
看,栎类林最大,占 2214%(这是因为栎类在我国分布
的面积较大) ,其次为落叶松林,占12. 1%,阔叶混交林
占 11. 5%.
由图 1可以看出,各森林类型的植物 C密度差异
较大,介于 6. 47~ 118. 14Mg#hm - 2.云杉林、冷杉林、
高山松和热带林的植物 C密度较高, > 60Mg# hm- 2.
而黑松林、油松林、马尾松林、杉木林、柳杉林、水杉林
和桉树林的植物 C密度较小, < 15Mg# hm- 2. 这主要
是由于林龄差异造成的, 云杉林、冷杉林、高山松和热
带林中,成熟林和过熟林占的比例较大,黑松林、油松
林、马尾松林、杉木林、柳杉林、水杉林和桉树林中, 人
工林占的比例较大, 多为幼、中龄林.
312 各省市的森林植物 C贮量和 C密度
根据中国 30个省市地区的针叶林和阔叶林蓄积
量资料,估计出中国森林生态系统的植物 C总贮量是
3255171Tg(表 2) . 从林龄级的分布看, 幼龄林、中龄
林、近熟林、成熟林和过熟林分别占 14. 3、30. 6、11. 4、
2917和 14. 0%. 与以上结果基本一致.从各省市的构
成看, 黑龙江省最大, 占 17. 7%, 其次为四川和云南
省,分别占 15. 4%和 1410%, 内蒙古自治区占11. 6%.
从图 2可见,中国森林生态系统的植物 C密度有
从东南向东北和西增加的趋势.我国森林植物 C密度
较高的省份为黑龙江、吉林、西藏和海南, < 5311Mg#
hm- 2.尽管西藏的森林面积很小,但现存森林的植物
C密度很高, 如西藏的雅鲁藏布江的大拐弯处是我国
表 1 中国各森林生态系统的总生物质 C贮量
Table 1 Vegetat ion car bon storage of every for est ecosystems in China ( Tg)
林型
Forest
type
幼龄林
Young
中龄林
Middle2
aged
近熟林
Prema2
ture
成熟林
Mature
过熟林
Post2
mature
总计
Total
比例
Percen2
tage
1 3. 12 4. 85 4. 32 14. 30 1. 79 28. 38 0. 76
2 1. 71 25. 26 33. 80 140. 28 113. 38 314. 43 8. 44
3 5. 81 35. 80 19. 70 235. 86 33. 00 330. 17 8. 86
4 0. 70 2. 13 2. 72 10. 31 9. 65 25. 51 0. 68
5 7. 84 7. 17 1. 50 8. 59 2. 15 27. 25 0. 73
6 90. 11 101. 90 57. 39 142. 87 57. 91 450. 18 12. 09
7 3. 85 5. 88 1. 20 4. 57 0. 00 15. 50 0. 42
8 0. 01 0. 09 0. 02 0. 00 0. 00 0. 12 0. 00
9 0. 16 0. 05 0. 00 0. 00 0. 00 0. 21 0. 01
10 5. 38 10. 50 2. 25 0. 92 1. 36 20. 41 0. 55
11 0. 59 3. 71 2. 22 1. 45 1. 49 9. 46 0. 25
12 0. 60 1. 34 0. 74 0. 11 0. 73 3. 52 0. 09
13 42. 12 67. 14 18. 85 7. 86 2. 61 138. 58 3. 72
14 21. 57 24. 98 12. 90 24. 77 26. 51 110. 73 2. 97
15 4. 28 6. 72 4. 54 6. 47 2. 96 24. 97 0. 67
16 4. 31 5. 84 2. 50 37. 56 8. 13 58. 34 1. 57
17 9. 98 31. 61 11. 73 7. 50 2. 87 63. 69 1. 71
18 0. 03 0. 05 0. 00 0. 25 0. 00 0. 33 0. 01
19 0. 02 0. 06 0. 00 0. 00 0. 00 0. 08 0. 00
20 2. 65 12. 34 4. 21 6. 13 4. 50 29. 83 0. 80
21 5. 51 28. 54 12. 04 21. 27 9. 33 76. 69 2. 06
22 2. 25 7. 41 3. 27 3. 70 1. 45 18. 08 0. 49
23 0. 32 0. 91 0. 14 0. 19 0. 00 1. 56 0. 04
24 0. 00 0. 28 1. 56 0. 60 0. 45 2. 89 0. 08
25 163. 53 281. 72 108. 82 180. 72 101. 15 835. 94 22. 44
26 32. 61 117. 90 25. 21 36. 84 21. 36 233. 92 6. 28
27 39. 44 78. 68 22. 76 35. 42 16. 66 192. 96 5. 18
28 2. 22 4. 32 2. 13 10. 30 2. 55 21. 52 0. 58
29 0. 08 0. 01 0. 03 0. 00 0. 00 0. 12 0. 00
30 0. 55 0. 90 0. 14 0. 30 0. 00 1. 89 0. 05
31 0. 15 0. 39 0. 49 1. 08 0. 00 2. 11 0. 06
32 14. 90 34. 20 14. 60 24. 23 13. 03 100. 96 2. 71
33 0. 19 0. 21 0. 02 0. 00 0. 23 0. 65 0. 02
34 6. 25 21. 48 11. 57 20. 10 34. 73 94. 13 2. 53
35 5. 56 20. 35 2. 67 2. 45 0. 55 31. 58 0. 85
36 61. 13 143. 02 59. 97 107. 32 58. 33 429. 77 11. 54
37 3. 63 17. 52 2. 66 3. 54 0. 69 28. 04 0. 75
总计 543. 16 1105. 26 448. 67 1097. 86 529. 55 3724. 50 100. 00
T otal
11红松 Pinus koraiensis, 21 冷杉 Abies, 31 云杉 Picea, 41 铁杉 Tsuga
chinensis, 51 柏木 P latyclad us and Cupressu s, 61 落叶松 Larix , 71 樟子
松 Pinus sylvestri s, 81 赤松 Pinus d ensif ol ia , 91 黑松 Pin us thun bergii ,
101油松 Pinus tabulaeformis, 111 华山松 Pinus armand i , 121 油杉
Keteleeria, 131 马尾松 Pinus massoniana, 141 云南松 Pin us yunnanen2
si s, 151 思茅松 Pin us kisiya, 161 高山松 Pinus densata , 171 杉木 Cun2
ningha mia lanceolata, 181 柳杉 Cryptomeria f or tunei , 191 水杉 Metase2
quoia glyptostr oboides, 201 针叶混交林Mixed coniferous, 211 针阔混交林
Mixed con iferous an d broad2leaf forest , 221 水胡黄 Fraxinus , Juglans ,
Phellodendr on, 231 樟树 Cinnamomum, 241 楠木 Phoebe, 251 栎类
Quercus , 261 桦木 Betu la , 271硬阔类Hardwood, 281 椴树类 Ti lia, 291
檫树 Sassaf r as tzume, 301 桉树 E ucalyp tu s, 311 木麻黄 Casuarina, 321
杨树 Populus, 331 桐类 David ia , 341 软阔类 Softwood, 351 杂木 Acer ,
Ti lia, Ulmus, 361 阔叶混交林 Mixed broad2leaf forest , 371 热带林
T ropic forest .
目前森林生物量最高的地方[ 12] .植物 C密度较小的省
包括广东、广西、湖北、湖南、江西、浙江、江苏、安徽和
山东, < 12. 4Mg# hm- 2. 森林植物 C密度的这种分布
规律与我国人口密度的变化趋势正好相反, 两者呈显
著的对数相关关系(图 3) , 说明我国实际森林植物 C
密度大小首先取决于人类活动干扰的程度. 可以说人
14 应 用 生 态 学 报 12卷
图 1 不同森林生态系统类型的植物 C密度比较
Fig. 1 Comparison of vegetation carbon density among forest ecosystem types.
林型同表 1. Forest type as table 1.
表 2 中国各省市森林生态系统的总生物质 C贮量
Table 2 Vegetat ion carbon storage of every pr ovince in China ( Tg)
省 市
Province
幼龄林
Young
中龄林
Middle2aged
近熟林
Premature
成熟林
Mature
过熟林
Post2mature
总 计
Total
比 例
Percentage
北 京 Beijing 1. 09 0. 64 0. 11 0. 02 0. 00 1. 86 0. 06
天 津 T ianjin 0. 19 0. 26 0. 04 0. 01 0. 00 0. 50 0. 02
河 北 Hebei 3. 85 15. 00 1. 95 1. 21 0. 00 22. 01 0. 68
山 西 Shanxi 3. 44 11. 31 2. 32 0. 79 0. 11 17. 97 0. 55
内蒙古 Neimenggu 79. 86 138. 42 33. 10 96. 39 29. 83 377. 60 11. 60
辽 宁 Liaoning 13. 10 37. 27 4. 09 3. 33 0. 23 58. 02 1. 78
吉 林 Jilin 35. 91 101. 66 38. 62 94. 45 38. 02 308. 66 9. 48
黑龙江 Heilongjiang 72. 97 230. 19 109. 03 125. 65 38. 99 576. 83 17. 72
上 海 Shanghai 0. 01 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 01 0. 00
江 苏 Jiangsu 0. 56 0. 90 0. 35 0. 09 0. 01 1. 91 0. 06
浙 江 Zhejiang 7. 58 9. 28 3. 22 3. 40 0. 75 24. 23 0. 74
安 徽 Anhui 7. 69 10. 27 1. 25 0. 69 0. 36 20. 26 0. 62
福 建 Fujian 17. 00 42. 67 7. 25 3. 70 1. 01 71. 63 2. 20
江 西 Jiangxi 12. 38 20. 86 6. 78 4. 55 1. 39 45. 96 1. 41
山 东 Shandong 2. 27 2. 38 0. 00 0. 64 0. 00 5. 29 0. 16
河 南 Henan 7. 78 7. 69 1. 94 2. 28 0. 45 20. 14 0. 62
湖 北 Hubei 10. 04 12. 28 2. 68 3. 48 1. 29 29. 77 0. 91
湖 南 Hunan 12. 52 14. 16 4. 29 6. 55 1. 20 38. 72 1. 19
广 东 Guangdong 8. 98 17. 57 5. 54 2. 09 0. 63 34. 81 1. 07
广 西 Guangxi 4. 43 13. 05 12. 02 10. 61 12. 71 52. 82 1. 62
四 川 Sichuan 32. 30 74. 25 49. 73 189. 56 156. 01 501. 85 15. 41
贵 州 Guizhou 18. 44 19. 62 3. 03 6. 34 2. 56 49. 99 1. 54
云 南 Yunnan 88. 50 102. 46 41. 96 110. 81 112. 65 456. 38 14. 02
西 藏 Xizang 0. 01 0. 00 0. 21 233. 80 0. 00 234. 02 7. 19
陕 西 Shaanxi 6. 04 47. 21 16. 35 23. 00 35. 32 127. 92 3. 93
甘 肃 Gansu 9. 03 28. 11 10. 51 14. 57 9. 70 71. 92 2. 21
青 海 Qinghai 1. 76 4. 95 1. 90 2. 41 1. 04 12. 06 0. 37
宁 夏 Ningxia 0. 85 1. 68 0. 00 0. 19 0. 00 2. 72 0. 08
新 疆 Xin jiang 3. 69 18. 69 10. 49 22. 79 10. 98 66. 64 2. 05
海 南 Hainan 4. 36 13. 82 2. 05 2. 52 0. 46 23. 21 0. 71
总 计 Total 466. 63 996. 65 370. 81 965. 92 455. 70 3255. 71 100. 00
类的干扰程度已经完全掩盖了气候条件对森林植物 C
密度的影响和制约. 我们对中国森林生态系统生物量
野外样地资料的分析也反映了人类活动对我国森林生
物量有巨大影响[7] .
313 中国森林生态系统在全球 C库中的作用
在以上的估计中, 由于估算过程中的资料统计单
元的不同, 得出的结果有差异,相对误差为 13% .对于
中国森林生态系统 C贮量, Fang等[6]给出的估计值为
4. 30Pg.他估计的植物 C含量取值是 0. 5, 如植物的 C
含量取值与我们一样( 0. 45) , 则中国森林的 C贮量为
3. 87Pg. 该值略大于我们的估计, 与我们的估计值的
相对误差为 4%~ 19% . Dixon等[ 5]引用的中国森林的
C贮量估计值( 17Pg)与我们的估算差异很大,不能真
正反映我国森林生态系统 C贮量的实际情况. Wang
等在 1994 年利用美国学者 Marland用的参数[10] , 根
据中国森林的总蓄积量估算了中国森林生态系统的植
物 C贮量为 2. 1Pg[ 14] ,远比现在的估计值小.这也说
明要得出中国森林生态系统植物 C贮量的可靠值,必
151 期 王效科等:中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究
须采用中国的参数和按类型或区域进行详尽的统计,
并且应该不断更新数据库,引用最新的森林生物量的
生态调查结果[ 9, 15] .
图 2 中国森林生态系统植物 C密度分布
Fig. 2 Dist ribution of vegetat ion carbon density of forest ecosystem in Chi2
na.
图 3 中国森林生态系统植物 C密度与人口密度的关系
Fig. 3 Relationship between vegetat ion carbon density of forest ecosystem
and population density in China.
表 3 中国、加拿大、美国和俄罗斯的森林生态系统植物 C贮量比较
Table 3 Compari son of vegetation car bon storage among Canada, Uni ted
States, Russion and China
国 家
Count ry
植物 C贮量
Vegetation
carbon storage
( Pg)
占全球的比例
Cont ribut ion
to the globe
( % )
C密度
Vegetat ion
carbon density
(Mg#hm- 2)
中国 China 3. 26~ 3. 87 0. 6~ 0. 7 36~ 42
加拿大 Canada 12 2. 3 28
美国大陆United States 12. 1 2. 3 61
俄罗斯 Russion 28. 0 5. 4 36
如果全球森林生态系统植物 C 贮量取平均值
520Pg [13] , 中国森林生态系统的 C 贮量占全球的
016% ~ 017%(表 3) . 与世界上有关国家的 C贮量研
究结果比较, 我国森林的植物 C 贮量远小于俄罗
斯[1]、加拿大[ 5]和美国[11] . 植物 C密度, 除美国较大
外,其他国家差异不大.这说明这些国家的森林也都受
到了人为干扰, 造成了森林生态系统的实际植物 C贮
量较小.
参考文献
1 Alexeyev V, Birdsey R, Stakanov V et al . 1995. Carbon in vegetat ion
of Russian forest s: methods to est imate storage and geographical dist ri2
but ion. Water , Ai r and Soi l Poll , 82: 271~ 282
2 Apps MJ and Kurz WA. 1994. T he role of canadian forest s in the glob2
al carbon budget . In: Kanninen M ed. Carbon Balance of world. s
forested ecosystems : Towards a Global Assessment. Finland: SILMU .
12~ 20
3 Brown S and Iverson LR. 1992. Biomass est imates for t ropical forest s.
World Resou r Rev, 4: 366~ 384
4 Crutzen, PJ and Andreae MO. 1990. Biomass burning in the t ropics:
impact on the atmospheric chemist ry and biogeochemical cycles. Sci ,
250: 1669~ 1678
5 Dixon RK, Brown S,Houghton RA et al . 1994. Carbon pools an d flux
of global forest ecosystems. Science, 262: 185~ 190
6 Fang J , Wang GG, Liu G et al . 1998. Forest biomass of China: an esti2
mate based on the bimoass2volume relat ionship. Ecol Appl , 8: 1084~
1091
7 Feng Z2W(冯宗炜) , Wang X2K(王效科) an d Wu G(吴 刚) . 1999.
Biomass and productivity of Forest Ecosystems. Beijing: Science Press.
( in Chinese)
8 Inst itute of Forest ry Indust ry, Chinese Academy of Forest ry Sciences
(中国林业科学院木材研究所) . 1982. Major Physical and Chemical
Properties of Woods in China. Beijing: Chinese Forest ry Press. ( in Chi2
nese)
9 Li L2H(李凌浩) , Lin P(林 鹏) and Xing X2R(邢雪荣) . 1998. Fine
root biomass and product ion of Casta nopsis eyrei forest . Chin J Appl
Ecol (应用生态学报) , 9( 4) : 337~ 340
10 Marland G. 1988. Th e prospect of solving the carbon dioxide problem
through global reforestat ion. Oak Ridge Nat ional Laboratory, DOE/
NBB20082, Oak Ridge, TN, USA.
11 T urn er DP, Koepper GJ,Harmon ME et al . 1995. A carbon budget for
forests of the conterminous United States. Ecol App l , 5: 421~ 436
12 Wang X2K(王效科) . 1996. Biomass of Forest Ecosystems and Carbon2
Containing Gases Released from Biomass Burning in China. Ph D The2
sis. Beijing: Research Center for Eco2Environmental Sciences, Chinese
Academy of Sciences. ( in Chinese)
13 Wang X2K( 王效科 ), Feng Z2W(冯宗炜) . 1995. The history of re2
search on biomass and carbon storage of forest ecosystems. In: WangR2
S(王如松) eds.H ot Topics in Modern Ecology. Beijing: China Science
and T echnology Press. 335~ 347( in Chinese)
14 Wang X, Zhuang Y and Feng Z. 1994. Carbon diox ide release due to
change in land use in China mainland. J Envir on Sci , 6: 287~ 295
15 Wang Y(王 燕 ) and Zhao Sh2D (赵士洞) . 1999. Biomass and net
productivity of Picea schrenkiana var. tianshanica forest . Chin J Appl
Ecol (应用生态学报) , 10( 4) : 389~ 391
作者简介 王效科,男, 1964 年生,博士, 副研究员,主要从事生
物物质燃烧、森林生态、C循环和生物地球化学模型等方面研
究. Tel: 010262943822, E2mail: wangxk@mail. rcees. ac. cn
16 应 用 生 态 学 报 12卷