中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究

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.     

我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡

在广泛收集资料的基础上,估算了我国主要森林生态系统的碳贮量和碳平衡通量,分析了它们的区域特征。主要结果如下：1)我国森林生态系统的平均碳密度是258.83t·hm^-2,基本趋势是随纬度的增加而增加;其中植被的平均碳密度是57.07t·hm^-2,随纬度的增加而减小;土壤碳密度约是植被碳密度的3．4倍,其区域特点与植被碳密度呈相反趋势,随纬度升高而增加;凋落物层平均碳密度是8.21t·hm^-2,随水热因子的改善而减小。2)森林生态系统有机碳库包括植被、土壤和凋落物层3个部分,采用林业部调查规划设计院1989～1993年最新统计的我国森林资源清查资料,估算我国主要森林生态系统碳贮量为281.16×10⁸t,其中植被碳库、土壤碳库、凋落物层碳库分别为62.00×10⁸t、210.23×10⁸t、8.92×10⁸t。落叶阔叶林、暖性针叶林、常绿落叶阔叶林、云冷杉(Picea-Abies)林、落叶松(Larix)林占森林总碳贮量的87％,是我国森林主要的碳库。3)我国森林生态系统在与大气的气体交换中表现为碳汇,年通量为4.80×10⁸t·a^-1,基本规律是从热带向寒带,碳汇功能下降,这取决于系统碳收支的各个通量之间的动态平衡;阔叶林的固碳能力大于针叶林。我国森林生态系统可以吸收生物物质、化石燃料燃烧和人口呼吸释放总碳量(9.87×10⁸t·a^-1)的48.7％。     

西藏草地生态系统植被碳贮量及其空间分布格局

在广泛收集资料的基础上,利用平均碳密度方法,估算了西藏高原草地生态系统17类草地植被的碳贮量,并分析了其空间分布格局.结果表明:(1)17类草地植被总面积为8205.194×104hm2,总碳贮量为189.367 Tg (1TgC＝1012g),平均碳密度为2307.895 kgC/hm2,不同植被类型差异较大,在395.977～20471.161kgC/hm2之间波动;(2)从草地类型分布看,高寒草原和高寒草甸是西藏分布面积最大的2类草地,分布面积占西藏草地总面积的70.210%,又是西藏草地碳贮量的主要贮库,碳贮量占西藏草地总碳贮量的79.393%;(3)在空间分布格局上,随着自藏东南向西北的延伸,草地植被总碳密度逐次降低,这一水平分布格局与西藏独特的水热分布相一致;碳密度的垂直分布规律因地区而异,但各地区均以高寒草甸或高寒荒漠的低碳密度为终点,表现出"殊途同归"的特征.     

四川人工林生态系统碳储量特征

利用森林资源清查资料和标准地实测数据估算了四川人工林生态系统的碳密度、碳储量及分配特征.结果表明:四川人工林生态系统平均碳密度为161.16 Mg C·hm^-2,各层碳密度从大到小排序为土壤层(141.64 Mg C·hm^-2)＞乔木层(17.95 Mg C·hm^-2)＞枯落物层(1.06 Mg C·hm^-2)＞灌草层(0.52 Mg C·hm^-2).四川人工林生态系统总碳储量为573.57 Tg C,其中乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层分别为63.88、1.836、3.764和504.09 Tg C,分别占总碳量的11.14%、0.32%、0.66%和87.88%.不同人工林生态系统的碳储量和碳密度差异较大,分别介于1.21～99.44 Tg C和75.50～251.74 Mg C·hm^-2之间,其空间分配也表现为土壤层最大、灌草层最小.但四川省人工林生态系统乔木层碳密度较低,幼、中龄林分比重大,如果对现有人工林加以更好的管理,碳吸存潜力较大.从生态系统水平监测人工林生态系统的碳储量有助于提高森林碳吸存估算的精度.     

1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的模拟

基于中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,对模型水分模块进行优化,加入了降雨截留、降雪截留以及下层植物和凋落物层截留,模拟了1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的时空分布格局.结果表明：1981—2002年间,中国东北地区森林生态系统起着碳“汇”的作用,总碳储量约12.37 Pg C·a^-1,其中植被和土壤碳储量分别为4.01和8.36 Pg C·a^-1;研究期间,植被碳储量和土壤碳储量均呈增长趋势,气温升高对该区森林生态系统碳储量增加的贡献大于降水的变化;研究区植被碳密度的空间分布具有东南高、西北低的特点,平均约10.45 kg C·m^-2;东北各地区森林生态系统土壤有机碳密度普遍较高,最大值出现在大小兴安岭及长白山的部分地区,平均约21.78 kg C·m^-2;中国东北地区森林碳库在全国森林碳库中占有重要位置,研究区有林地面积占全国森林的31.4%,其植被、土壤碳储量分别为全国森林的74.28%、63.88%,植被、土壤碳密度分别为全国森林的2.70和1.22倍.     

中亚热带四种森林凋落物及碳氮贮量比较

在湖南省长沙县大山冲省级森林公园内,选择立地条件基本一致的4种森林类型为研究对象,于2011年12月(凋落物高峰期)对森林凋落物现存量及其碳、氮贮量进行调查.结果表明:4种森林凋落物现存量大小依次为青冈-石栎林(12.04±3.60)t·hm-2＞马尾松-石栎林(11.65±2.15) t·hm-2＞南酸枣林(9.12±2.30)t·hm-2＞杉木林(8.92±1.80)t·hm-2;凋落叶在凋落物未分解层中所占比例最高,凋落果在4种林分中比例最小(＜5％),凋落物各分解亚层现存量规律性不明显;4种森林凋落物C含量的变化范围为177.90 ～ 581.34 g·kg-1,N含量的变化范围为5.18～15.48 g· kg-1,C含量变化随凋落物分解程度的加深而下降,且变化极显著( P＜0.0001);凋落物半分解层和已分解层现存量在总凋落物现存量中所占比例与C/N呈负相关;4种森林凋落物C贮量为3.37 ～ 5.69t·hm-2,N贮量为81.52 ～152.18 kg·hm-2;马尾松-石栎针阔叶混交林由于凋落物分解较慢,凋落物现存量较大,林下凋落物层C、N贮量最高.     

甘肃省森林碳储量现状与固碳速率

针对森林碳平衡再评估的重要性和区域尺度森林生态系统碳库量化分配的不确定性, 该研究依据全国森林资源连续清查结果中甘肃省各森林类型分布的面积与蓄积比重以及林龄和起源等要素, 在甘肃省布设212个样地, 经野外调查与采样、室内分析, 并对典型样地信息按照面积权重进行尺度扩展, 估算了甘肃省森林生态系统碳储量及其分布特征。结果表明: 甘肃省森林生态系统总碳储量为612.43 Tg C, 其中植被生物量碳为179.04 Tg C, 土壤碳为433.39 Tg C。天然林是甘肃省碳储量的主要贡献者, 其值为501.42 Tg C, 是人工林的4.52倍。天然林和人工林的植被碳密度均表现为随林龄的增加而增加的趋势, 同一龄组天然林植被碳密度高于人工林。天然林土壤碳密度从幼龄林到过熟林逐渐增加, 但人工林土壤碳密度最大值主要为近熟林。全省森林植被碳密度均值为72.43 Mg C·hm^-2, 天然林和人工林分别为90.52和33.79 Mg C·hm^-2。基于森林清查资料和标准样地实测数据, 估算出全省天然林和人工林在1996年的植被碳储量为132.47和12.81 Tg C, 2011年分别为152.41和26.63 Tg C, 平均固碳速率分别为1.33和0.92 Tg C·a^-1。甘肃省幼、中龄林面积比重较大, 占全省的62.28%, 根据碳密度随林龄的动态变化特征, 预测这些低龄林将发挥巨大的碳汇潜力。     

四川森林土壤有机碳储量的空间分布特征

利用森林土壤实测数据与GIS相结合的研究方法估算了四川森林土壤有机碳密度和碳储量,研究了四川森林土壤有机碳密度的空间分布特征.四川森林土壤有机碳储量为(2394.26 ±514.15) TgC,平均碳密度为190.45 Mg·hm-2;四川不同森林类型土壤有机碳储量和碳密度差异较大,分别介于(5.05±0.37)～(1101.74±205.40) TgC、(102.69±21.09)～(264.41±49.24) Mg·hm-2之间,其有机碳含量、碳密度和碳储量都随土层厚度的增加而降低.四川森林土壤有机碳密度空间分布特征明显,总体上表现出随纬度、海拔高度的增加而增加,随经度的增加而减小.从森林土壤生态系统水平监测森林土壤有机碳储量有助于提高其估算精度.     

全球森林生态系统碳储量、固碳能力估算及其区域特征

从气候地带性和地理区域分布两方面对森林生态系统碳储量及固碳能力,以及土地利用变化对森林固碳的影响和森林固碳估算不确定性的原因进行综述.据估算,全球森林生态系统碳储量为652～927 Pg C,固碳能力达到4.02 Pg C·a^-1.各气候地带森林碳储量表现为热带最大(471 Pg C),寒带次之(272 Pg C),温带(113～159 Pg C)最小,固碳能力表现为热带(1.02～1.3 Pg C·a^-1)最大,温带次之(0.8 Pg C·a^-1),寒带(0.5 Pg C·a^-1)最小;各地理区域森林碳储量表现为南美洲(187.7～290 Pg C)最大,其次是欧洲(162.6 Pg C)、北美洲(106.7 Pg C)、非洲(98.2 Pg C)和亚洲(74.5 Pg C),而大洋洲(21.7 Pg C)最小,固碳能力为南美洲热带(1276 Tg C·a^-1)和非洲热带(753 Tg C·a^-1)较大,其次是北美洲(248 Tg C·a^-1)和欧洲(239 Tg C·a^-1),而东亚(98.8～136.5 Tg C·a^-1)较小.为进一步减少森林生态系统固碳估算的不确定性,今后应综合运用连续长期观测技术、样地清查、遥感分析和模型模拟等方法.     

辽东山区典型森林生态系统碳密度

以辽东山区典型森林生态系统为研究对象,通过系统的样地调查并结合辽宁省2009年森林资源二类调查资料,利用异速生长方程和植被类型法对典型森林生态系统不同组分碳密度及碳储量进行估算.结果显示,辽东山区森林生态系统碳密度为300.050Mg· hm-2,各层碳密度的大小顺序为:土壤层(232.452 Mg·hm-2)＞乔木层( 63.237Mg · hm-2)＞凋落物层(3.529 Mg·hm-2)＞灌木层(0.558 Mg · hm-2)＞草本层(0.274Mg·hm-2).乔木层碳密度随着林龄的增加而增大,灌木层碳密度随着林龄的增加而减小,土壤、草本和凋落物层碳密度在不同龄组间的变化没有明显的规律性.辽东山区305.852×104 hm2的生态系统碳储量为917.709 Tg C,其中生物量碳储量为206.751Tg C,土壤碳储量为710.959 Tg C,土壤碳储量是生物量碳储量的3.44倍.通过比较本次调查结果与以往研究结果发现,利用森林清查资料,由于低估了幼龄林的乔木碳密度,导致辽东山区的乔木碳储量低估,且以往研究中用简单的换算系数高估了林下植被碳密度,但远低估了土壤碳密度.     

吉林省森林植被固碳现状与速率

通过对吉林省森林植被的普遍调查、典型调查以及植被样品含碳率测定, 结合吉林省2009年和2014年森林清查数据, 估算了区域森林植被的碳储量、碳密度及固碳速率。研究结果表明: 林下植被的生物量在不同林分和同类林分中存在较大的差异, 整体不足乔木层生物量的3%, 灌木植物的生物量略高于草本植物和幼树。不同林分类型的乔木含碳率介于45.80%-52.97%之间, 整体表现为针叶林高于阔叶林; 灌木和草本植物分别为39.79%-47.25%和40%左右。吉林省森林植被碳转换系数以0.47或0.48更为准确, 若以0.50或0.45作为植被的碳转换系数计算碳储量, 会造成±5.26%的偏差。吉林省森林植被不仅维持着较高的碳库水平, 而且极具碳汇能力; 2009年和2014年碳储量分别为471.29 Tg C和505.76 Tg C, 累计碳增量34.47 Tg C, 平均每年碳增量6.89 Tg C·a^-1; 碳密度由64.58 t·hm^-2增至66.68 t·hm^-2, 平均增加2.10 t·hm^-2, 固碳速率0.92 t·hm^-2·a^-1。森林植被碳储量的增长主体是蒙古栎(Quercus mongolica)林和阔叶混交林, 合计碳增量占总体的90.34%。受植被发育引起的生物量增长、林分龄组晋级以及森林经营所引起的面积变化影响, 各龄组植被碳增量为幼龄林>过熟林>近熟林>中龄林, 成熟林表现为负增长; 固碳速率为过熟林>幼龄林>近熟林>中龄林>成熟林。森林植被碳储量和碳密度的市/区分布整体表现为自东向西明显的降低变化; 碳增量以东北和中东部地区较高, 西部地区较低; 固碳速率整体以南部的通化地区和白山地区相对较高, 中部的吉林地区和东部的延边地区次之, 西部的白城地区、松原地区等地呈负增长。     

Present status and rate of carbon sequestration of forest vegetation in Jilin Province,Northeast China

Aims
Forests represent the most important component of the terrestrial biological carbon pool and play an important role in the global carbon cycle. The regional scale estimation of carbon budgets of forest ecosystems, however, have high uncertainties because of the different data sources, estimation methods and so on. Our objective was to accurately estimate the carbon storage, density and sequestration rate in forest vegetation in Jilin Province of China, in order to understand the role of the carbon sink and to better manage forest ecosystems.
Methods
Vegetation survey data were used to determine forest distribution, size of area and vegetation types regionally. In our study, 561 plots were investigated to build volume-biomass models; 288 plots of shrubs and herbs were harvested to calculate the biomass of understory vegetation, and samples of trees, shrubs and herbs were collected to analyze carbon content. Carbon storage, density and sequestration rate were estimated by two forest inventory data (2009 and 2014), combined with volume-biomass models, the average biomass of understory vegetation and carbon content of vegetation. Finally, the distribution patterns of carbon pools were presented using ArcGIS soft ware.
Important findings
Understory vegetation biomass overall was less than 3% of the tree layer biomass, varying greatly among different forest types and even among the similar types. The carbon content of trees was between 45.80%-52.97%, and that of the coniferous forests was higher than that of the broadleaf forests. The carbon content of shrub and herb layers was about 39.79%-47.25% and 40%, respectively. Therefore, the vegetation carbon conversion coefficient was 0.47 or 0.48 in Jilin Province, and the conventional use of 0.50 or 0.45 would cause deviation of ±5.26%. The vegetation carbon pool of Jilin Province was at the upper range of regional carbon pool and had higher capacity of carbon sequestration. The value in 2009 and 2014 was 471.29 Tg C and 505.76 Tg C, respectively, and the total increase was 34.47 Tg C with average annual growth of 6.89 Tg C·a^-1. The corresponding carbon sequestration rate was 0.92 t·hm^-2·a^-1. The carbon density rose from 64.58 t·hm^-2 in 2009 to 66.68 t·hm^-2 in 2014, with an average increase of 2.10 t·hm^-2. In addition, the carbon storage of the Quercus mongolica forests and broadleaved mixed forests, accounted for 90.34% of that of all forests. The carbon increment followed the order of young > over-mature > near mature > middle-aged > mature forests. The carbon sequestration rate of followed the order of over-mature > young > near mature > middle-aged > mature forests. Both the carbon increment and the carbon sequestration rate of mature forests were negative. Furthermore, spatially the carbon storage and density were higher in the east than in the west of Jilin province, while the carbon increment was higher in northeast and middle east than in the west. The carbon sequestration rate was higher in Tonghua and Baishan in the south, followed by Jinlin in the middle and Yanbian in the east, while Baicheng and Songyuan, etc. in west showed negative values.     

Current forest carbon stocks and carbon sequestration potential in Anhui Province,China北大核心CSCD

Aims This study was conducted to investigate carbon stocks in forest ecosystems of different stand ages in Anhui Province, and to identify the carbon sequestration potential of climax forests controlled by the natural environment conditions. Methods Data were collected based on field investigations and simulations were made with the BIOME4 carbon cycle model. Important findings Currently, the total forest carbon stocks in Anhui Province amounts to 714.5 Tg C: 402.1 Tg C in vegetation and 312.4 Tg C in soil. Generally, both the total and vegetation carbon density exhibit an increasing trend with the natural growth of forest stands. Soil carbon density increases from young to near mature forests, and then gradually decreases thereafter. Young and middle-aged forests account for 75% of the total forest area in Anhui Province, with potentially an additional 125.4 Tg C to be gained after the young and middle-aged forests reach near mature stage. Results of BIOME4 simulations show that potentially an additional 245.7 Tg C, including 153.7 Tg C in vegetation and 92 Tg C in soil, could be gained if the current forests are transformed into climax forest ecosystems in Anhui Province.     

小兴安岭7种典型林型林分生物量碳密度与固碳能力

森林生物碳储量作为森林生态系统碳库的重要组成部分, 在全球碳循环中发挥着重要作用。以小兴安岭7种典型林型为研究对象, 通过外业样地调查与室内实验分析相结合的方法, 从林分尺度对林分生物量与碳密度进行计量, 分析了林分生物碳储量的空间分配格局, 并对林分年固碳能力与碳汇潜力进行了探讨。结果表明: 小兴安岭不同林型从幼龄林到成熟林的乔木层碳密度增长速率为: 蒙古栎(Quercus mongolica)林>兴安落叶松(Larix gmelinii)林>云冷杉(Picea-Abies)林>樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)林>山杨(Populus davidiana)林>红松(Pinus koraiensis)林>白桦(Betula platyphylla)林。7种典型林型不同龄组(幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林)林分生物量碳密度分别为: 红松林31.4、74.7、118.4和130.2 t·hm^-2; 兴安落叶松林28.9、44.3、74.2和113.3 t·hm^-2; 樟子松林22.8、52.0、71.1和92.6 t·hm^-2; 云冷杉林23.1、44.1、77.6和130.3 t·hm^-2; 白桦林18.8、35.3、66.6和88.5 t·hm^-2; 蒙古栎林25.0、20.0、47.5和68.9 t·hm^-2; 山杨林19.8、28.7、43.7和76.6 t·hm^-2。红松林、兴安落叶松林、樟子松林和蒙古栎林在幼龄林时林分年固碳量较高, 其他林型在成熟林时林分年固碳量较高。7种典型林型不同龄组的林分生物量碳密度均随林龄增长而增加, 但不同林型的碳汇功能存在差异, 同一林型不同林龄的生物量碳密度增幅差异也较大。林分年固碳量在0.4-2.8 t·hm^-2之间, 碳汇能力较强、碳汇潜力较大。尤其是小兴安岭目前林分质量较差, 幼龄林和中龄林所占的比重较大, 具有较大的碳汇潜力。研究结果可为森林经营管理及碳汇功能评价提供参考。     

广州市十种森林生态系统的碳循环

为了探讨南亚热带森林生态系统碳循环的规律,在广泛收集资料和试验数据的基础上,对广州10种森林生态系统的碳循环进行研究.结果表明：10种森林生态系统的碳密度在108.35～151.85 t C·hm^-2,其中乔木层碳密度在10.85～48.86 t C·hm^-2,0～60 cm土壤层在87.74～99.01 t C·hm^-2,均低于全国平均水平;从大气流向植被层的碳流量为4.41～9.15 t C·hm^-2·a^-1,植被层流向土壤层的碳流量为0.74～2.06 t C·hm^-2·a^-1,土壤层流向大气层的碳流量为3.94～5.42 t C·hm^-2·a^-1,即系统从大气净吸收碳在0.47～4.97 t C·hm^-2·a^-1之间.各种林分的净系统生产力不同,阔叶林大于针叶林,混交林大于纯林,天然次生林大于人工林.     

典型亚热带森林生态系统碳密度及储量空间变异特征

以浙江省森林生态系统为研究对象,基于GIS网格布点,采集了838个森林样地样本(土壤、枯落物等),结合浙江省森林资源监测中心相关数据,利用地统计学和Moran's I相结合的方法系统研究了浙江省森林生态系统碳密度及碳储量空间变异特征。结果表明:浙江省森林生态系统平均碳密度为145.22 t/hm~2,其中森林植被、土壤、枯落物和枯死木层碳密度分别为27.34、108.89、1.79、1.38 t/hm~2。克里格空间插值和局部Moran's I指数结果表明碳密度空间分布规律呈现从西南向东北方向逐渐递减的趋势,与浙江省地形、地势较为一致,受海拔、树龄、森林类型、台风气候等自然因素和人类活动共同影响。浙江省森林生态系统碳储量为877.19 Tg C,森林植被、土壤、枯落物和枯死木层碳储量分别为203.88、656.20、10.84、6.27 Tg C,分别占总碳储量的23%、75%、1.3%、0.7%。在浙江省森林生态系统碳储量空间分布格局中,土壤层是森林生态系统中最大的碳库,约是森林植被层的3.22倍,是整个浙江省森林生态系统碳储量最主要的贡献者。浙江省森林资源丰富,大多数森林仍处于中幼龄林阶段,碳密度水平较低,但是中幼龄林生长速度较快,加强对全省中幼龄林的健康管理,是未来整体提升浙江省森林生态系统固碳潜力的关键。     

中国主要灌丛植被碳储量

在广泛收集资料的基础上,利用植被平均碳密度方法,估算了我国6种主要灌丛植被的碳储量,并分析了其区域分布特征。主要结果如下:1) 6种灌丛植被总面积为15 462.64 ×10⁴ hm²,总碳储量为1.68±0.12 Pg C (1 Pg=10¹⁵g),灌丛植被平均碳密度为10.88±0.77 Mg C·hm^-2(1 Mg=10⁶ g),不同植被类型差异较大,在5.92~17 Mg C·hm^-2之间波动。2)从区域分布来看,西南3省(云南、贵州、四川)既是我国灌丛主要的分布地区之一,分布面积占6种灌丛总面积的23.5%,又是我国灌丛碳储量的主要储库,碳储量占整个6种灌丛碳储量的1/3(32.6%),适宜的水热条件决定了该地区的植被平均碳密度要高于全国平均水平。3) 与我国森林和草地的植被碳储量相比,这些灌丛碳储量相当于我国森林和草地碳储量的27%~40%和36%~55%。     

森林生态系统粗死木质残体碳储量研究进展

粗死木质残体（CWD）是森林生态系统重要的结构性与功能性单元，作为连接植被碳库与土壤碳库的关键纽带，对全球森林生态系统碳循环发挥着重要而独特的作用，越来越多的学者开始关注CWD碳储量相关研究。系统阐述了国内外CWD碳储量研究的发展历程、研究范围与基本特征等内容，总结概括了CWD体积测算、CWD碳浓度估算等碳计量相关方法的研究进展。通过梳理发现：国内外学者对CWD碳储量的研究仍处于初级阶段，主要集中于探讨不同树种、不同林龄、不同腐解等级、不同海拔、不同存在形式的森林CWD碳储量分布特征，而较少关注CWD碳库对土壤碳库和植被碳库的作用机制以及对未来气候变化的响应和反馈机制；CWD碳计量方法较为单一，普遍采用的是传统的"生物量-碳浓度法"，而运用机器学习算法对CWD碳储量进行估算的研究尚不多见。此外，相对国外研究而言，国内研究主要局限于小尺度范围。文章据此提出未来CWD碳储量研究的发展方向：（1）拓展研究尺度，建立CWD碳储量长期观测体系；（2）深入开展不同森林生态系统CWD碳储量对气候变化的响应机制研究；（3）探索更加多元化的CWD碳储量计量方法；（4）深入探讨CWD碳库对土壤碳库与植被碳库的影响与作用机制。