中国森林生物量的估算：对Fang et al.

 Science杂志于2001年发表了方精云等人关于中国森林植被碳库及其变化的论文(Fang et al., 2001, 291: 2320～2322)。该文利用大量的生物量实测数据,结合使用中国50年来的森林资源清查资料及相关的统计资料,基于生物量换算因子连续函数法,研究了中国森林植被碳库及其时空变化。这是一个大时空尺度的工作,涉及一些大尺度生态学研究的原理、方法以及尺度转换问题。由于篇幅所限,论文并未详细说明这些问题。为了帮助理解大尺度生态学研究的方法和思路,本文给出了论文中涉及生物量计算的理论基础,对     

森林碳库特征及驱动因子分析研究进展

森林碳库作为全球碳库的重要组成部分,在区域以及全球碳循环中发挥重要作用。森林生态系统有机碳库主要由3部分组成:活植物碳库、土壤有机质碳库和死植物体碳库。各碳库时空差异很大,使研究森林碳储存机制存在很大的不确定性。在全球或者区域尺度上,森林生物量(与森林碳储量密切相关)呈现出清晰的分布格局,但对于这些格局的驱动因子与地上生物量的相关关系和尺度外推程度尚有很大的争议。分别讨论了气候、土壤、地形和生物因子对地上生物量的影响;而后,从各生态因子与地上生物量之间的直接或者间接关系入手,分析了各因子与生物量之间的交互作用,认为目前运用相同的处理方式来研究环境因子和生物因子对森林生物量的影响是不合适的。文章最后介绍两种新的研究方法:层次模型和生境分类,以期用来重新评估生态因子对森林生物量的影响,有助于更准确的了解森林碳储存机制。     

2005年中国科学院生命科学和医学学部新当选院士简介

方精云生态学家。北京大学教授。1959年出生于安徽怀宁。1982年毕业于安徽农学院林学系,1989年获日本大阪市立大学生物学博士学位。现任中国生态学会副理事长及国内外多个学术刊物的副主编或编委。建立了我国陆地植被和土壤碳储量的研究方法,系统研究了我国陆地生态系统的碳储量及其变化,较早地开展了碳循环主要过程的野外观测,构建了中国第一个国家尺度的陆地碳循环模式,为我国陆地碳循环的研究奠定了基础;系统研究了我国大尺度的植被动态及时空变化,揭示了我国植被生产力的变化趋势、空间分异及其对气候变化响应的规律;系统开展了我国植被分布与气候关系的定量研究,提出了基于植被气候关系的我国植被带划分的原则和依据,首次采用统一的调查方法,较系统地研究了我国山地植物多样性的分布规律。     

森林碳计量方法研究进展

森林是陆地生态系统的主体,不仅是巨大的碳库而且对减缓气候变暖具有积极作用。科学有效的森林碳计量方法,有助于加深对全球碳循环过程的理解。然而,由于森林生态系统结构复杂,对森林碳计量的估算结果普遍存在精度低、不确定性高的问题。近年来,国内外发展了大量对森林碳计量进行估算的方法,主要有基于样地清查的森林植被和土壤碳估算、基于生长收获的经验模型估算、基于定量遥感雷达观测的遥感估测、基于多尺度森林生态系统网络的通量观测和陆地生态系统过程模型模拟等方法。在实际的森林碳计量中,根据不同的森林类型特征和数据获取情况,往往采取不同的碳计量方法,甚至不止一种。以生态过程模型模拟、遥感反演和数据同化技术为主要手段,基于碳通量观测数据、控制实验数据和遥感影像数据,发展多学科、多过程、多尺度的综合联网观测,充分认识森林碳循环过程中碳源/汇的时空分布特征,开展区域、洲际乃至全球尺度碳循环及其对全球变化和人类活动响应的系统性、集成性研究,以便建立高效、可靠的碳计量体系是未来林业碳计量的发展趋势。随着世界各国温室气体排放清单的编制,中国迫切需要科学的方法体系计量森林碳源/汇,提升我国在生态环境问题上的国际发言权和主导权,同时对我国森林可持续经营、生态环境保护以及美丽中国建设提供建议与支持。分析了各类森林碳计量方法的主要特征、优缺点,同时探讨了目前的森林碳计量方法存在的问题和未来的发展趋势,为不同时空尺度下森林碳计量提供参考。     

中国未来土地利用变化对地上植被生物量的影响

土地利用变化通过改变生态系统结构对植被生物量产生很大影响.采用土地利用动态模型模拟了沿历史趋势情景(未来土地利用面积变化由1988-2005年的历史趋势推衍而来)和规划情景下(未来土地利用面积变化基于国家尺度上的土地利用规划来制定)中国至2030年土地利用变化的时空分布格局,基于此格局并结合密度法估算了植被生物量空间分布.模拟结果表明:沿历史趋势情景下,森林面积将减少,但随着林龄的增长,森林生物量密度增加,至2030年中国植被生物量为14619 Tg,比2005年增加了251.19 Tg;规划情景下,森林面积将增加,至2030年中国植被生物量为15468Tg,比2005年增加了1100Tg.在规划情景下,由于人工林面积较大,林龄普遍较低,导致至2030年植被生物量密度低于沿历史趋势情景,因此规划情景下中国植被作为碳汇的潜力更大.     

林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响研究进展

林火干扰是森林生态系统特殊而重要的生态因子,可改变生态系统的养分循环与能量传递。研究林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响,有助于理解森林生态系统中土壤碳固持和碳循环过程,为制定科学合理的旨在减缓全球变化的林火管理策略具有重要意义。从4个方面阐述了林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响及内在机制:分别从大尺度和小尺度两个方面阐述了林火干扰对土壤有机碳的影响及对森林生态系统碳循环与碳平衡的作用机制;探讨了不同林火干扰类型和林火干扰强度下,土壤活性有机碳对林火干扰的响应机制;阐明了林火干扰对土壤惰性有机碳的影响及作用机制;论述了林火干扰主要通过改变土壤有机碳的输入和输出过程进而影响土壤有机碳的稳定性及内在机制。最后提出了提高林火干扰对森林生态系统土壤有机碳影响定量化研究的4种路径选择:(1)全面比较研究不同林火干扰类型对土壤有机碳循环及其碳素再分配过程的功能特征;(2)进一步阐明林火干扰通过改变植被结构进而影响土壤生物群落结构,剖析土壤碳库循环的内在机制;(3)完善不同时空尺度下林火干扰对森林生态系统土壤碳库周转过程的定量化研究;(4)加强不同林火干扰类型土壤碳库稳定性差异的研究。     

中国草地生态系统碳库及其变化

准确评估草地生态系统碳库及其年际变化, 对揭示草地在中国陆地生态系统碳循环中的作用以及合理利用有限的草地资源有着极为重要的意义. 虽然中国学者在研究草地碳库及其动态变化方面已开展了很多工作, 但目前仍缺乏对中国草地生态系统碳库及其动态变化特征的全面认识. 通过综述当前中国草地碳循环研究的最新进展, 结合本研究组的工作, 试图全面评价中国草地生态系统碳库(植被生物量碳库和土壤有机碳库)及其动态变化. 结果显示: (1) 不同研究得到的中国草地生物量碳密度(单位面积生物量)存在较大差异, 为215.8~348.1 g C/m², 平均值为 300.2 g C/m². 同样, 对中国草地土壤有机碳密度(单位面积土壤碳库)的估算也存在显著差异, 在8.5~15.1 kg C/m²之间变动, 但考虑到8.5 kg C/m²的估算值是基于近千个土壤剖面的实测数据计算得到, 全国平均水平的土壤碳密度一般不会超过此值. 因此, 若采用目前最广泛使用的草地面积(331×104 km²), 那么中国草地生态系统碳库约为29.1 Pg C(1 Pg=1×10¹⁵ g), 其中96.6%的碳储存于土壤有机质中. (2) 文献报道的近20年中国草地生物量和土壤有机碳库的变化方向和变化量均存在差异. 按照最新的估算, 中国草地生物量和土壤有机碳库在过去20年里没有发生显著变化, 即中国草地生态系统处于中性碳汇状态. (3) 中国草地生物量的时空变异与降水量的变化关系密切. 土壤有机碳库的空间变异主要受与降水量密切相关的土壤水分的影响, 但土壤质地等因素也起一定作用. 此外, 放牧与围封等人类活动将对草地生物量和土壤碳库及其动态变化产生强烈影响.     

林火干扰对广东木荷林生态系统碳库的影响

森林碳库在调节CO₂浓度及减缓温室效应中发挥重要作用。选择广东木荷林为研究对象,通过相邻样地法,进行植被生物量、凋落物生物量和土壤样品的采样与分析,研究不同林火干扰强度对生态系统各碳库(植被、凋落物和土壤有机碳)及生态系统碳库产生的变化规律和空间分布格局及其影响因素。结果表明:(1)植被碳密度随着林火干扰强度增强而减少,但不同组分的植被碳密度表现不同,乔木碳密度在不同林火干扰强度下变化与植被碳密度变化一致,而草本碳密度则呈现相反的变化趋势。相同林火干扰强度下,植被各组分碳密度均以乔木层降低幅度最大。林火干扰均显著降低了凋落物碳密度(P<0.05),并随林火干扰强度的增加其降低幅度增大,但不同林火干扰强度对凋落物碳密度的影响有所差异。林火干扰降低了土壤有机碳密度,且降低幅度随土层深度增加而逐渐变小。(2)林火干扰有效改变了生态系统碳库的空间分布格局。对照样地木荷林土壤有机碳库占比为61.59%,重度林火干扰后,土壤有机碳库占比为70.96%呈上升趋势,占生态系统碳库的优势地位,而植被和凋落物碳库占比呈下降趋势,处于生态系统碳库的次要地位。(3)双因素方差分析表明,林火干扰强度和土层深度及其交互作用均对土壤有机碳密度有显著影响。林火干扰强度解释了土壤有机碳密度变异的8.78%,土层深度解释了土壤有机碳密度变异的70.29%,林火干扰强度和土层深度之间的交互作用解释了土壤有机碳密度变异的8.16%。研究发现:林火干扰降低了生态系统碳库,且随林火干扰强度增加,生态系统碳库减少幅度增大。轻度林火干扰对森林生态系统碳库的影响差异不显著,而中度和重度林火干扰对森林生态系统碳库的影响差异显著。研究结果对深化亚热带森林固碳效应的影响机制提供理论支撑。     

1985—2030年江西泰和县森林植被碳储量的时空动态

根据第6次森林清查小班数据,运用生物量转换因子法和平均生物量法估算了2003年江西省泰和县森林植被的生物量和碳储量,采用空间替代时间的方法,利用Logistic方程拟合了泰和主要森林类型年龄与碳密度的曲线关系,并结合小班轮伐信息,估算了全县1985—2003年的植被生物量和碳储量,分析了期间的时空动态特征,并以2003年为基准年,假定到2020、2030年泰和县森林植被面积保持稳定、且不考虑轮伐期,推算了此情景下2020、2030年泰和县植被碳储量.结果表明：2003年,泰和县森林林分总面积15.74×10⁴ hm²,总生物量6.71 Tg,植被碳储量4.14 Tg C,平均碳密度26.31 t C·hm^{- 2}. 1985、1994、2003、2020、2030年泰和县森林植被碳储量分别为1.06、2.83、4.14、5.65和6.35Tg C,森林植被碳密度的空间分布由东西部向中部递减.人工造林使泰和县林分面积大幅增加,全县森林植被的固碳能力明显增强.     

1985-2030年江西泰和县森林植被碳储量的时空动态

根据第6次森林清查小班数据,运用生物量转换因子法和平均生物量法估算了2003年江西省泰和县森林植被的生物量和碳储量,采用空间替代时间的方法,利用Logistic方程拟合了泰和主要森林类型年龄与碳密度的曲线关系,并结合小班轮伐信息,估算了全县1985—2003年的植被生物量和碳储量,分析了期间的时空动态特征,并以2003年为基准年,假定到2020、2030年泰和县森林植被面积保持稳定、且不考虑轮伐期,推算了此情景下2020、2030年泰和县植被碳储量.结果表明：2003年,泰和县森林林分总面积15.74×10⁴ hm²,总生物量6.71 Tg,植被碳储量4.14 Tg C,平均碳密度26.31 t C·hm^{- 2}. 1985、1994、2003、2020、2030年泰和县森林植被碳储量分别为1.06、2.83、4.14、5.65和6.35Tg C,森林植被碳密度的空间分布由东西部向中部递减.人工造林使泰和县林分面积大幅增加,全县森林植被的固碳能力明显增强.     

基于森林资源清查资料的生物量估算模式及其发展趋势

基于森林资源清查资料的森林生物量估算是在景观、区域甚至全球尺度上评估森林碳收支的重要手段。且在陆地生态系统碳循环和全球变化研究中起着十分重要的作用．对3种常见的基于森林资源清查资料估算生物量的方法及其不足进行较为系统概述的基础上,指出了其未来的研究方向：1)综合考虑森林生物学因素与非生物学因素对森林生物量的影响,特别是蓄积量和林龄,以及气候因子在估算生物量中的作用;2)明确森林总生物量与活立木生物量的关系;3)建立基于森林资源清查资料的遥感驱动生物量估算模型,为森林生物量的准确估算提供方法和依据．     

Forest biomass estimation at regional and global levels, with special reference to China’s forest biomass

Accurate estimation of forest biomass size and regional distribution is a prerequisite in answering a long-standing debate on the role of forest vegetation in the regional and global carbon cycle. Appropriate biomass estimation methods and available forest data sources are two key factors for this purpose. Among the estimation methods, the continuous Biomass Expansion Factor (BEF; defined as the ratio of all stand biomass to stem volume or biomass) method is considered to be the best. We applied the continuous BEF to forest inventory data of China and estimated a biomass carbon of 4.6 PgC and a biomass carbon density of 38.4 Mg ha^–1. A review of recent literature shows that forest carbon density in major temperate and boreal forest regions in the Northern Hemisphere has a narrow variance ranging from 29 Mg ha^–1 to 50 Mg ha^–1, with a global mean of 36.9 Mg ha^–1. This suggests that the forest biomass density in China is closely coincident with the global mean.     

Biomass Expansion Factors of Natural Japanese Red Pine (<Emphasis Type="Italic">Pinus densiflora</Emphasis>) Forests in Korea

Biomass expansion factors, which convert the timber volume (or dry weight) to biomass, are used to estimate the forest biomass and account for the carbon budget at the national or regional level. This study estimated the biomass conversion and expansion factors (BCEF), root to shoot ratio (R), biomass expansion factors (BEF) of natural Japanese Red Pine (Pinus densiflora Sieb. et Zucc.) forests based on direct field measurements and publications in Korea. This study attempted to fit the non-linear relationships between the biomass expansion factors (BCEF and BEF) and main stand factors [stand age, tree height, and diameter at breast height (DBH)]. The relationship between BEF and each main stand factor was expressed as a simple logarithmical equation. The BCEF was also expressed as a logarithmical equation of the tree height, DBH, and stand volume, whereas there was no significant relationship between BCEF and stand age. The mean value for BCEF, BEF, and R was 0.5821 Mg m⁻³ (n = 22, SD = 0.1196), 1.4465 (n = 22, SD = 0.2905), and 0.2220 (n = 17, SD = 0.0687), respectively. The values of the biomass expansion factors in this study may indicate much representativeness to estimate forest biomass in natural Japanese Red Pine forests of Korea than the default values given by the IPCC (2003, 2006).     

基于森林资源清查资料的落叶松林生物量和净生长量估算模式

 丰富的森林资源清查资料是了解各类森林材积准确信息的重要途径,如果能将这些资源用于估算森林生物量和生产力的动态变化,不仅对于科学地指导森林的经营管理,而且对于全球变化的研究,特别是区域尺度的生产力模型验证,都具有重要意义。根据我国落叶松(Larix)林生物量和材积的实际调查资料,探讨了基于森林资源清查资料(森林材积V和林龄A)估算森林生物量和生产力的方法,指出无论是人工林还是天然林,落叶松林的生物量与其蓄积量、生产力与其年均净生物生产量(B/A)和年均净蓄积生产量(V/A)均呈双曲线关系,但落叶松林的生产力与其生物量(B)关系不明显,并分别建立了人工和天然落叶松林的相关模型;所建模型克服了将森林生物量与其蓄积量之比作为常数的不足,并考虑了林龄对于森林生产力的影响。     

Gross Direct and Embodied Carbon Sinks for Urban Inventories

Cities and urban regions are undertaking efforts to quantify greenhouse (GHG) emissions from their jurisdictional boundaries. Although inventorying methodologies are beginning to standardize for GHG sources, carbon sequestration is generally not quantified. This article describes the methodology and quantification of gross urban carbon sinks. Sinks are categorized into direct and embodied sinks. Direct sinks generally incorporate natural process, such as humification in soils and photosynthetic biomass growth (in urban trees, perennial crops, and regional forests). Embodied sinks include activities associated with consumptive behavior that result in the import and/or storage of carbon, such as landfilling of waste, concrete construction, and utilization of durable wood products. Using methodologies based on the Intergovernmental Panel on Climate Change 2006 guidelines (for direct sinks) and peer‐reviewed literature (for embodied sinks), carbon sequestration for 2005 is calculated for the Greater Toronto Area. Direct sinks are found to be 317 kilotons of carbon (kt C), and are dominated by regional forest biomass. Embodied sinks are calculated to be 234 kt C based on one year's consumption, though a complete life cycle accounting of emissions would likely transform this sum from a carbon sink to a source. There is considerable uncertainty associated with the methodologies used, which could be addressed with city‐specific stock‐change measurements. Further options for enhancing carbon sink capacity within urban environments are explored, such as urban biomass growth and carbon capture and storage.     

Spatio-temporal changes in biomass carbon sinks in China’s forests from 1977 to 2008

Forests play a leading role in regional and global carbon (C) cycles. Detailed assessment of the temporal and spatial changes in C sinks/sources of China’s forests is critical to the estimation of the national C budget and can help to constitute sustainable forest management policies for climate change. In this study, we explored the spatio-temporal changes in forest biomass C stocks in China between 1977 and 2008, using six periods of the national forest inventory data. According to the definition of the forest inventory, China’s forest was categorized into three groups: forest stand, economic forest, and bamboo forest. We estimated forest biomass C stocks for each inventory period by using continuous biomass expansion factor (BEF) method for forest stands, and the mean biomass density method for economic and bamboo forests. As a result, China’s forests have accumulated biomass C (i.e., biomass C sink) of 1896 Tg (1 Tg=10¹² g) during the study period, with 1710, 108 and 78 Tg C in forest stands, and economic and bamboo forests, respectively. Annual forest biomass C sink was 70.2 Tg C a^?1, offsetting 7.8% of the contemporary fossil CO₂ emissions in the country. The results also showed that planted forests have functioned as a persistent C sink, sequestrating 818 Tg C and accounting for 47.8% of total C sink in forest stands, and that the old-, mid- and young-aged forests have sequestrated 930, 391 and 388 Tg C from 1977 to 2008. Our results suggest that China’s forests have a big potential as biomass C sink in the future because of its large area of planted forests with young-aged growth and low C density.     

基于LULUCF温室气体清单编制的浙江省杉木林生物量换算因子

以杉木林为研究对象,在12个县市选取浙江省2009年CFI体系的95个杉木林样地,根据样地平均木,在样地外围相似地段确定解析木共计95株,联立树高曲线方程和生物量模型,同时使用已公开发表的20个杉木生物量模型进行估算,由单株累加获得CFI系统样地的生物量,计算样地生物量与蓄积之比即BEF,建立BEF与林分蓄积之间的关系.根据2009年浙江省CFI体系数据,推算全省杉木林BEF为0.7453t/m3,杉木林总生物量为3721.54万t,不确定性为5.739％;使用IPCC(1996)的碳密度缺省值(0.50)计,生长1 m3杉木吸收CO2 1.3663 t.     

How are biodiversity and carbon stock recovered during tropical forest restoration? Supporting the ecological paradigms and political context involved

To meet agendas for biodiversity conservation and mitigation of climate change, large-scale restoration initiatives propose ecological restoration as an alternative that can reconcile these two objectives. In ongoing ecosystem restoration, increased diversity is always associated with increased productivity (and consequent carbon stock), which is among the most important ecosystem functions. The ecological paradigm of this association is that ecosystem biodiversity (B) is positively related to both ecosystem functions and services (EF and ES). However, BEF and BES relationships vary spatially and temporally, which makes understanding these relationships relevant and important for practical restoration actions. In this study, we asked how biodiversity and carbon stock recovery occurs during tropical forest restoration. We reviewed literature of the relationships between BEF and BES in the context of ecological restoration and asked whether ecological restoration can recover both. In addition, we conducted a metadata analysis of studies on the recovery of biodiversity and biomass in regenerating tropical forests (n = 83) to find the best model that describes this relationship. In general, studies showed that ecosystem biodiversity and productivity are positively related, and that restoration can recover both. We found an asymptotic and positive correlation between biodiversity and biomass in tropical forests, suggesting limitation of the mutual gains of these two ecosystem properties during restoration. We discuss these results in the context of ecological theory and the practice of ecological restoration.     

森林生态系统碳平衡估测方法及其研究进展

综述了全球范围内森林生态系统碳平衡估测的 2种主要方法 ,即测定表面通量的微气象学方法 (涡相关法 )和生物量清单统计方法。指出了每种方法的优缺点及综合运用各种方法的重要性。简要介绍了应用上述方法对森林生态系统碳平衡研究的进展情况 ,并对今后森林生态系统碳平衡研究的发展趋势进行了探讨。