全 文 ：　 　 倡 �国家林业局“十五”重点项目（２００１唱４）资助
收稿日期 ：２００５唱０５唱１４ 　 改回日期 ：２００５唱０８唱２４
秦岭火地塘林区油松和华山松林的
空间分布格局及碳储量与碳密度研究 倡
刘 　华１ ，２ 　侯 　琳１ 　雷瑞德１
（１畅西北农林科技大学资源环境学院 　杨陵 　 ７１２１００ ；２畅中国林业科学研究院
森林生态环境与保护研究所 　北京 　 １０００９１）
摘 　要 　利用火地塘林区森林资源清查资料估算油松和华山松林的 C储量和 C密度 ，并用 GIS软件 Citystar ４畅０
对这两种森林类型的空间分布特性进行分析 。 结果表明 ，油松和华山松林的总 C 储量分别为 ０畅００１８ TgC 和
０畅０５１０ TgC ，且人工林的 C储量和 C密度均大于天然次生林 。在森林空间分布上 ，油松林主要分布在海拔 １８００m
以下 ，华山松在林区中部的整个海拔范围内均有分布 ，人工林主要分布在沿公路一侧的地段 。
关键词 　油松 　华山松 　 C储量 　 C密度 　火地塘林区 　秦岭山区
Carbon storage and carbon density of Pinus tabulaeformis and Pinus armandii forests at Huoditang forest region in
Qinling Mountain ．LIU Hua１ ，２ ，HOU Lin１ ，LEI Rui唱De１ （１畅Resource and Environment College ，Northwest Sci唱Tech
University of Agriculture and Forest ，Yangling ７１２１００ ，China ；２畅Institute of Forest Ecology ，Environment and Protec唱
tion ，Chinese Academy of Forestry ，Beijing １０００９１ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（１） ：５ ～ ８
Abstract 　 The spatial distribution ，carbon storage and carbon density of Pinus tabulaeformis and Pinus armandii were
studied by using the forest inventory data of Huoditang forest region in １９９０ and Citystar ４畅０ of GIS software ．The re唱
sults show that the total carbon storages of Pinus tabulaeformis and Pinus armandii are ０畅００１８TgC and ０畅０５１０TgC ，
respectively ．Mean carbon densities are ７畅６６９４MgC／hm２ and ３８畅９０８０MgC／hm２ ， respectively ．The values of carbon
storage and carbon density of artificial forest of Pinus tabulaeformis and Pinus armandii are higher than those of the nat唱
ural forests ．All of these relates to the forest唱type and age grade ．The results also show that Pinus tabulaeformis forests
mainly distribute below the altitude of １８００m and Pinus armandii forests in the middle part of Huoditang region on all
the elevation ．The artificial forests of Pinus tabulaeformis and Pinus armandii most distribute along the road ．
Key words 　 Pinus tabulaeformis ，Pinus armandii ，Carbon storage ，Carbon density ，Huoditang forest region ，Qingling
Mountain
（Received May １４ ，２００５ ；revised Aug ．２４ ，２００５）
森林通过光合作用吸收 CO２ 固定大量 C素 ，储存了陆地生物圈有机碳地上部分的 ７６％ ～ ９８％ ［１ ，２ ，１３］和
地下部分的 ４０％ ［１４ ，１５］ ，是陆地生态系统的主体 。它不仅具有改善和维护区域生态环境的功能 ，而且在全球
生物圈 C平衡调节过程中发挥着举足轻重的作用 。 C平衡的研究是在全球气候变暖的大背景下应运而生的
科学热点 ，CO２ 作为一种主要的温室气体 ，也首当其冲成为关注的焦点 。目前 ，我国有关森林生态系统 C储
量及 C平衡的研究还处于初级阶段 ，但许多学者在不同尺度 、区域 、森林类型［１ ，３ ～ ６ ，１６］等方面作出了非常有
意义的工作 。本文基于秦岭森林生态定位研究站的部分研究成果 ，从森林生态和景观生态学有机结合的角
度 ，对该区油松 、华山松天然次生林和人工林的空间分布格局 、C储量及 C密度进行比较分析 ，为精确估测区
域乃至全球森林生态系统 C平衡提供基础数据 ，同时也为该森林生态系统的定位研究工作建立基础平台 ，
以期完善定位研究的系统性 。
1 　研究区概况与研究方法
研究区位于秦岭南坡中段陕西省宁陕县境内的秦岭森林生态定位站火地塘试验林场 （E１０８°２４′ ～
１０８°２９′ ，N３３°１８′ ～ ３３°２８′） ，海拔在 １４５０ ～ ２４７０m之间 ，面积为 ２２畅２５km２ ，年平均气温为 ８ ～ １０ ℃ ，年降雨量
第 １５ 儍卷第 １期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 换　 No ．１
２ ０ ０ ７ 乔年 １ 月　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Chinese Journal of Eco唱Agriculture Jan ．，　 ２００７ 後
在 ９００ ～ １２００mm之间 ，年蒸发量为 ８００ ～ ９５０mm ，年总日照时数 １１００ ～ １３００h ，年无霜期平均为 １９９d 。区内
山势陡峭 ，地形破碎 ，为花岗岩和片麻岩石质山地 ，平均坡度在 ３５°左右 。土壤主要为山地棕色森林土 ，土层
厚度一般在 ５０cm左右 。林区内主要为天然次生林 ，主要成林树种有油松（Pinus tabulaeformis） 、华山松（P ．
armandii） 、锐齿栎（Quercus aliena var ． acuteserrata） 、红桦（Betula albo唱sinensis）等 ，部分地段有一定面积
的人工林 。林区森林覆被率高达 ９３畅８％ 。由于火地塘林区在 ２０世纪 ６０ ～ ７０年代进行了全面的森林主伐 ，
原生植被几乎荡然无存 ，到 ２０世纪 ９０年代 ，森林基本恢复 ，形成大面积的天然次生林和人工林 。故本研究
的森林类型分别有油松天然次生林 、油松人工林 、华山松天然次生林和华山松人工林 。
以 １９９０年火地塘林场森林资源清查资料 、植被分布图（１∶２５０００）为数据主要来源 ，建立各调查小班资料
的数据库 ，用 GIS软件 Citystar ４畅０（北京北大天创信息技术有限公司）扫描矢量化森林资源分布图 ，配准后
建立拓扑 ，联结空间数据库和属性数据库 ，绘制森林类型的空间分布图 。早期 C 储量与 C 密度的估算主要
采用平均生物量法 ，由于实地调查测量时往往选择林分生长较好的地段为样地 ，其生物量都较高 ，从而使 C
储量值偏大 。近年来 ，以建立生物量与蓄积量关系为基础的估算 C储量的方法得到广泛应用［４ ，１７］ 。本研究
在实测生物量基础上建立回归模型［７］计算区域森林植被生物量（见表 １） 。 C储量为生物量乘以 C转换系数
（干物质中 C的比重） ，转换系数为通过干木材燃烧进行热分析得到的松类 C素含量值 ０畅５０３１［８］ 。 C密度是
指单位面积的 C储量 。
表 1 　油松和华山松林的生物量回归方程 倡
Tab畅１ 　 Regression equations of biomass of P ． tabulaeformis and P ． armandii forests
森林类型 　 Forest唱types 生物量回归方程 　 Regression equation of biomass
油松天然次生林
华山松天然次生林
油 松 人 工 林
华 山 松 人 工 林
ln W S ＝ １ 靠畅０４０８６ln（D２ H） － ４ m畅６３１４３ ln W BA ＝ ０ X畅７７３９６ln（D２ H） － ４ 畅６９３４８ lnW B ＝ ２ Ζ畅５７７３３ln D － ４ 殮畅０８０２６
ln W L ＝ ２ 侣畅５７４９５ln D － ５ 抖畅１１７１２ ln W R ＝ ２ 7畅２８６９２ln D － ４ +畅１４１９８
ln W S ＝ １ 靠畅０２３６３ln（D２ H） － ４ m畅４９９７ ln W BA ＝ ０ X畅８８４１７ln（D２ H） － ５ 畅３８４７２ lnW B ＝ ２ Ζ畅５７５５ln D － ４ q畅０８４５２
ln W L ＝ ２ 侣畅７５６８９ln D － ５ 抖畅７５８９１ ln W R ＝ ０ 7畅９７１２ln（D２ H） － ５ 技畅２６３０１
ln W S ＝ １ 靠畅０８３４６ln（D２ H） － ４ m畅９３３５８ ln W BA ＝ ０ X畅８５０６７ln（D２ H） － ５ 畅２４７７３ lnW B ＝ ２ Ζ畅７４６５１ln D － ４ 殮畅８０５５１
ln W L ＝ ２ 侣畅３８３６４ln D － ４ 抖畅７６０４５ ln W R ＝ ２ 7畅５９７２０ln D － ４ +畅７３７６３
ln W S ＝ １ 靠畅００３０８ln（D２ H） － ４ m畅３３６４ ln W BA ＝ ０ X畅８２５０４ln（D２ H） lnW B ＝ ２ Ζ畅５９８９８ln D － ４ 殮畅１１０６９
ln W L ＝ ２ 侣畅８２５０８ln D － ５ 抖畅６８１９９ ln W R ＝ １ 7畅０１４８１ln（D２ H ） － ５ 邋畅７１６３１
　 　 倡 W 为生物量 ，D为胸径 ，H 为树高 ，WS 为树干干物质重 ，WBA为皮干物质重 ，WB为枝干物质重 ，WL 为叶干物质重 ，WR为根干物质重 。
2 　结果与分析
图 1 　油松林和华山松林空间分布图 倡
Fig畅１ 　 Spatial distribution of Pinus tabulaeformis and Pinus armandii
倡 １ ．华山松天然次生林 ，２ ．华山松人工林 ，３ ．油松天然次生林 ，４ ．油松
人工林 ，５ ．华山松 、油松次生混交林 ，６ ．华山林 、油松人工混交林 ，
７ ．华山松非优势分布 ，８ ．其他林分类型 。
2畅1 　油松林和华山松林的空间分布特征
油松林和华山松林的空间分布具有明显的
垂直地带性特征（见图 １） 。华山松林的分布面
积远远大于油松林的分布面积 。 油松林主要分
布在海拔 １８００m 以下的地段 ，其最适生长的海
拔高度在 １６００m左右 。华山松林在研究区内的
整个海拔范围均有分布 ，但大面积分布主要在中
部的 １９００ ～ ２０００m 海拔范围处 。 其中 ，人工林
主要是沿公路分布 。
2畅2 　油松林和华山松林的 C储量和 C密度
研究区内油松林的总 C储量为 ０畅００１８TgC ，
华山松林的总 C储量为 ０畅０５１０TgC（见表 ２） ，这
与森林分布面积和林分起源密切相关 。但总的
看来 ，人工林的 C 储量和平均 C 密度均高于天
然次生林的 C储量和平均 C密度 。油松人工林
和华山松人工林的 C储量约是其天然次生林 C
储量的 ５倍和 ２畅５倍左右 。
６　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
2畅3 　 湝不同龄级油松林和华山松林的 C储量
和 C密度
不同年龄油松林 、华山松林 C 储量和 C
密度见图 ２和图 ３ 。研究区的油松林和华山
松林多为中 、幼龄林 ，有少数的近 、成熟林 。
其人工林平均年龄为 ２０a ，天然次生林的平
均年龄为 ３５a 。人工林和天然次生林的 C储
量和 C 密度均随年龄的增长而增加 。在相
同的年龄级 ，天然次生林的 C储量和 C密度
明显低于人工林的 C储量和 C密度 。成熟
表 2 　油松林和华山松林的 C储量和 C密度
Tab畅２ 　 Carbon storage and carbon density of Pinus
tabulaeformis and Pinus armandii forests
森林类型
Forest types
C 储量／TgC 倡
Carbon storage
C 密度／t·hm － ２ 觋
Carbon density
C 密度范围值／t·hm － ２ x
Range of carbon density
油松天然次生林 ０ L畅０００３ ４ 骀畅９９６７ ± １ .畅０１００ ３ 梃畅６４７１ ～ ６ 0畅４００５　
油 松 人 工 林 ０ L畅００１５ ８ 骀畅７１８２ ± ５ .畅３４６４ ２ 滗畅６７８１ ～ ２０ U畅３７０７
华山松天然次生林 ０ L畅０１４８ １２ 骀畅８３２７ ± ７ .畅９３９３ ２ 滗畅４１９１ ～ ３３ U畅６９３９
华 山 松 人 工 林 ０ L畅０３６２ １７０ 骀畅９９９０ ± ８２ W畅０８２４　 ５８ 滗畅２２３４ ～ ２９７ ~畅９０９４
　 　 倡 １TgC ＝ １０１２gC 。
的天然次生林的 C储量积累量接近于中龄级人工林的 C储量积累量 。天然次生林在 ４０a左右 C 储量曲线
呈现降低趋势 ，这可能是在天然更新过程中 ，植被与环境共同作用的结果 。人工林 C储量的早期积累速度
比较快 。天然次生林的积累比较缓慢 ，且到成熟年龄级增加更慢甚至不增加 。
图 2 　不同年龄华山松林 C储量和 C密度
Fig畅２ 　 Carbon storage and carbon density of Pinus
armandii forest in different age grades
图 3 　不同年龄油松林 C储量和 C密度
Fig畅３ 　 Carbon storage and carbon density of Pinus
tabulaeformis forest in different age grades
3 　小结与讨论
华山松林和油松林是秦岭森林生态系统定位研究的主要森林类型 ，其蓄积量占秦岭林区针叶树种总蓄
积量的 ８０％ ［９］ ，在空间分布上具有明显的垂直地带性 。油松主要分布在 １８００m 以下的低海拔地带 ，华山松
在整个林区都有分布 ，但其适生海拔较高 ，在 １９００ ～ ２０００m地段 。鉴于秦岭特殊的地理位置 ，对上述森林类
型 C储量和 C密度进行估算 ，不仅可以作为秦岭中山地带森林植被 C储量和 C密度研究的代表 ，也可为大
尺度森林植被 C储量和 C密度研究提供有价值的基础数据 。对于同一森林类型而言 ，人工林的 C储量和 C
密度都明显高于天然次生林 。造成这种结果的主要原因是由于人为措施和较高的投入能够改善人工林分
的生长环境 ，缓减林木竞争 ，从而积累了高于天然次生林的生物量［７］ 。加之 ，该林区油松林和华山松林以幼
龄和中龄林居多 ，只有少数的近熟和成熟林 ，而且其 C储量和 C密度均随年龄的增长而增加 。在相同的年
龄级 ，天然次生林的 C储量和 C密度明显低于人工林 。人工林 C储量的早期积累速度比较快 。天然次生林
的积累比较缓慢 ，且到成熟年龄级增加更慢甚至不增加 。
我国在森林生态系统 C循环方面虽取得了一定的研究成果 ，但整体研究水平还是非常薄弱 。在研究过
程中 ，由于不同研究者在方法和技术手段上存在差异 ，影响了研究结果的可比性 ，也无法真正反映出森林生
态系统的现实状况 。 Fang 等［１６］估算的中国森林植被 C 储量为 ４畅６３PgC ，略高于赵敏等［１０］的估算值
３畅７７８PgC ，王效科等［１］的估算结果为 ３畅２５５ ～ ３畅７２４PgC ，低于上述两者 ，这主要源于所采用的方法和 C含量
系数值的选择有别 。目前 ，绝大多数研究者都是从不同森林类型或不同区域的角度去估算森林 C储量 。马
钦彦等［１１］指出要准确估算 C储量 ，应该是分森林类型不同而采用不同的 C含量值 。加之 ，我国森林生态系
统以人工林和天然次生林为主 ，而且幼龄林 、中龄林居多 。而上述的研究都是基于森林类型而言的估算 ，导
致了研究结果的差异 。本文的结果进一步说明 ，在进行 C储量和 C密度的精确估算时 ，不能单单从森林类
型 、研究尺度方面考虑 ，不同经营管理下各种森林类型的林分起源和年龄结构特征也是引起估算偏差不容
第 １ 媼期 刘 　华等 ：秦岭火地塘林区油松和华山松林的空间分布格局及碳储量与碳密度研究 ７　
忽视的因素 。这对我国实施天然林保护工程也是一个启示 ，即 ：要保护森林 C库 ，必须从林业可持续发展战
略出发［１２］ ，加强对人工林 、天然次生林的科学经营管理 ，提高森林的稳定性 ，使森林生态系统起到真正的 C
汇作用 。
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