白昆立 陈蕾伊 邓洪涛 李益民 何金全
（1.广东省岭南院勘察设计有限公司，广东 广州 510599；
2.广东生态工程职业学院，广东 广州 510520）
森林是陆地生态系统的主体，贮存了80%以上的陆地植被碳储量[1]，年固碳量约占全球陆地生态系统的2/3[2]，森林在调节全球碳平衡、减缓大气中CO2等温室气体浓度上升以及应对气候变化等方面具有不可替代的作用[3]。森林碳储量在区域尺度上的时空分布可以揭示碳汇的变化，为合理的碳减排目标和森林资源的经营管理提供依据[4]。区域森林碳储量估测方法目前主要有3类：样地清查法、通量观测法和基于遥感技术的模型法[5-6]。近30 年来，许多学者以森林资源清查数据为基础对区域或国家尺度的森林碳储量、碳密度及碳汇功能开展了大量研究[7-11]，分析森林碳汇功能变化情况，区域尺度森林碳储量的精确性仍然有待于研究。
研究区（韶关市）属于粤北生态特别保护区范围，地处南岭山脉南部，是南方重点集体林区，拥有丰富的森林资源和独特的森林生态系统，素有“南岭生物基因库”和“珠江三角洲生态屏障”之称。目前关于韶关市生态保护区森林植被研究相对较少，例如万雁华等[12]利用2018 年韶关市森林资源二类调查数据评估了不同优势树种（组）的生态系统服务功能价值，余斐等[13]以韶关市花岗岩区森林土壤作为研究对象，研究了其森林土壤重金属含量分布特征并做了污染评价，而对森林碳储量和碳密度变化的研究鲜有报道。准确地估测该地区森林的碳储量变化、固碳能力对全国陆地生态系统碳储量及碳汇潜力研究具有重要意义[14]。因此，本研究以韶关市467 个样点的森林植被数据为基础，对森林碳储量和固碳潜力进行评估，分析不同植被类型、不同龄组森林植被层的碳储量和碳密度的差异性，旨在揭示韶关市不同类型森林植被的固碳现状，为提高森林碳汇功能提供基础数据，并为区域尺度的林业碳汇的综合管理与决策提供依据。
1.1 研究区概况
研究区位于广东省北部的韶关市，北接湖南，东邻江西，东南面、南面和西面分别于广东省河源市、惠州市、广州市及清远等市接壤，介于北纬23°53′～25°31′，东经112°53′～114°45′之间，属中亚热带湿润性季风气候，气候宜人，年平均气温为18.8～216℃，年降雨量为1 400～2 400 mm，全年无霜冻期为310 天左右，冬季北部有雪。研究区地处南岭山脉南部，地势北高南低，地形以山地丘陵为主，河谷盆地分布其中。研究区内主要森林植被类型有常绿阔叶林、针叶林、针阔混交林、阔叶混交林和竹林。
1.2 样地设置、调查与样品采集
本研究基于2018 年韶关市森林资源二类调查数据，根据研究区森林植被、地形、气候等特征，采用典型抽样法布设样点，共计467 个样点，样点分布及样本统计表如图1 及表1 所示。每个样点设置3 个25 m×25 m 的乔木样方，调查样方内乔木种类、胸径、树高等信息。龄组的划分依据《广东省森林资源规划设计调查技术规程》[15]进行，分为幼龄林、中龄林、近熟林和成、过熟林。在样方内沿对角线设置3 个2 m×2 m 的灌木样方，采用收获法按枝、叶、根分别称其鲜重，将3个样方内各器官分别混合均匀后取样（不少于300 g）。在每个灌木样方内各取1 个1 m×1 m 的草本样方，分地上、地下部分收获后称重并取样。将草本样方内的枯落物全部收集并称重，取样。所有样品带回实验室，采用重铬酸钾-硫酸氧化外加热法测定植被碳含量[16]。
图1 研究区样点分布Fig.1 Distribution of sample points in the study area
表1 研究区不同森林类型样本统计Tab.1 Sample statistics of different forest types in the study area
1.3 森林植被碳储量估算
1.3.1 生物量估算 本文依据李海奎等[17]的森林植被生物量评估模型，利用研究区域调查数据中的胸径和树高等数据计算得到样点内树木的干、枝、叶和根部的生物量，如表2。竹林生物量的计算方法采用周国模等[18]关于毛竹林生物量的评估模型：
。
表2 中国森林植被生物量评估模型Table 2 Forest vegetation biomass assessment model in China
取样所得的灌木、草本和枯落物样品经烘干处理后称重，计算出样品的含水率，进而推算出单位面积生物量。
1.3.2 碳密度计算 采用国家林业局发布的《造林项目碳汇计量检测指南》[19]中各树种的含碳率计算森林碳密度，公式如下：
1.3.3 碳储量计算 不同植被类型植被层总碳储量计算公式为：
式中：C为碳储量，t；
A为不同森林类型面积（来源于2018 年韶关市森林资源二类调查数据），hm2。
1.4 固碳潜力计算
根据生物群落演替的顶级理论和空间代替时间法，以成熟林的碳密度作为相近区域林分的最大碳密度，与此对应的最大碳储量称为森林碳容量[20]，将森林碳容量与当前阶段（或某一年）森林碳储量的差值称为森林固碳潜力[21-22]。
1.5 数据处理
应用Excel 2019 软件进行数据统计分析和作图，应用SPSS 26.0 软做统计学分析。采用单因素方差分析法分析不同植被类型和不同龄组间的碳密度和碳储量的差异， LSD 法进行多重比较。
2.1 不同类型森林生态系统植被层碳密度
由表3 可知，研究区不同类型森林植被层的平均碳密度为65.20 t·hm-2，各森林类型中总碳密度最高的是常绿阔叶林和阔叶混交林，分别为87.02 t·hm-2、87.03 t·hm-2，两者几乎相同；
针叶林的总碳密度次之，为60.71 t·hm-2；
针阔混交林和竹林的总碳密度相对较低，其大小分别为46.40 t·hm-2、44.85 t·hm-2。在各类型森林中，乔木层的碳密度在整个植被层的占比较大，在69.67%～80.96%的范围；
灌木层的碳密度占比达到了12.30%～21.54%；
草本层和枯落物层的碳密度较低，仅占整个植被层的4.42%～10.63%。
表3 不同植被类型森林碳密度Tab.3 The carbon density of forests in different vegetation types
不同龄组森林植被层碳密度如表4 所示。各龄组森林植被层的总碳密度大小在49.27～111.96 t·hm-2的范围，乔木层森林植被的碳密度大小为32.60～92.94 t·hm-2之间。在不同龄组森林中，乔木层的碳密度在整个植被层的占比较大，在66.16%～83.01%的范围；
灌木层的碳密度占比达到了12.70%～22.96%；
草本层和枯落物层的碳密度较低，仅占整个植被层的3.11%～10.88%。随着龄组的增大，从幼龄林、中龄林、近熟林到成、过熟林，森林植被总碳密度和乔木层碳密度均表现出增大的趋势。
表4 不同龄组森林植被碳密度Tab.4 The carbon density of forest vegetation in different age groups
2.2 不同类型森林生态系统植被层碳储量
不同植被类型森林面积和碳储量差异比较大（图2）。研究区不同类型森林植被总面积约为133.90×104hm2，其中针叶林和常绿阔叶林的森林面积较大，分别占总森林面积的30.73%、37.36%，竹林、阔叶混交林和针阔混交林的森林面积相对较低，分别占总森林面积的13.54%、10.78%和7.59%。各类型森林生态系统植被层总碳储量为3 047.71×104t，其中常绿阔叶林碳储量最高，达到1 379.79×104t，其次是针叶林，碳储量达到了720.68×104t，竹林、阔叶混交林和针阔混交林的碳储量相对较低，这三类森林的碳储量分别占总碳储量的16.00%、10.62%和4.46%。
图2 不同植被类型森林碳储量Fig.2 The carbon storage of forest in different age groups
由图3 可知，各龄组中以幼龄林、中龄林的森林面积较高，分别占总森林面积的33.83%、38.24%，近熟林和成、过熟林的面积较低，分别占总森林面积的12.46%、15.48%。中龄林碳储量最大，占森林总碳储量的41.10%，其次是幼龄林，占森林总碳储量的26.80%，近熟林和成、过熟林碳储量较小，分别占森林总碳储量的17.12%、14.98%。
图3 不同龄组森林植被碳储量Fig.3 The carbon storage of forest vegetation in different age groups
2.3 不同植被类型固碳潜力
不同植被类型的森林固碳潜力差距较大（图4）。各类型森林植被总固碳潜力约为3 955.65×104t，其中针叶林的固碳潜力约为1 059.15×104t，约占总固碳潜力的26.78%，常绿阔叶林的固碳潜力约为2 602.65×104t，约占总固碳潜力的65.80%，针阔混交林的固碳潜力约为123.72×104t，约占总固碳潜力的3.13%，阔叶混交林的固碳潜力约为68.35×104t，约占总固碳潜力的1.73%，竹林的固碳潜力约为101.79×104t，约占总固碳潜力的2.57%。不同龄组森林固碳潜力大小顺序依次为幼龄林（60.45%）＞中林龄（33.39%）＞近熟林（6.17%）。
图4 不同植被类型森林固碳潜力Fig.4 Carbon sequestration potential of forests in different vegetation types
森林作为陆地生态系统的主要碳库，森林碳储量的变化是判定森林碳汇能力的重要依据[23]。本研究基于研究区467 个样点的森林调查数据，估算了区域内森林植被层的碳密度、碳储量和固碳潜力。研究发现，研究区各类型森林植被层的平均碳密度为65.20 t·hm-2，是广东省[24]森林植被碳密度的2.83 倍，主要是因为研究区位于粤北生态特别保护区，保存有较为完整的生态系统，自然资源优厚[25]，更有利于碳的积累，同时广东省是经济大省，人口密集，森林资源分布不均匀，经济发达地区人为破坏和经营利用干扰严重，导致林分质量不高，使得全省的平均碳密度较低。研究表明，碳密度与龄组密切相关，龄组越高，森林植被总碳密度和乔木层碳密度越大，这与王会荣等[26]、李奇等[27]和关晋宏等[28]的研究结果相一致。随着林木自然生长，低龄林分必然向着成熟林分发展，说明研究区内森林植被碳储量依旧具有较大的增长潜力[29]。因此，未来应加强华南地区幼、中龄林的抚育管理，改善林分质量，以提高华南地区内森林碳汇能力。
研究区内不同类型森林植被总碳储量约为3 047.71×104t，各植被类型的碳储量大小排序为常绿阔叶林＞针叶林＞竹林＞阔叶混交林＞针阔混交林，其中常绿阔叶林和针叶林的碳储量比重较大，达到68.92%。研究发现，常绿阔叶林、阔叶混交林相比针叶林、针阔混交林和竹林具有较高的碳密度，这与胡建全等[30]、邱凤英等[31]、肖君等[32]的研究结果相似，胡中宇等[33]研究云南省天然林碳储量的结果也表明阔叶林的碳汇能力较高。研究区常绿阔叶林和针叶林占比面积比例远高于针叶林、针阔混交林和竹林，这也是阔叶林和针叶林碳储量较高的一个原因。森林碳储量与其林龄结构密切相关，森林碳动态在很大程度上取决于其龄级的变化[34]。本研究中，不同龄组的森林碳储量大小依次为中龄林＞幼龄林＞近熟林＞成、过熟林，中龄林和幼龄林的碳储量分别占森林总碳储量的41.10%、26.80%。
研究发现，各类型森林植被总固碳潜力约为3 955.65×104t，其中针叶林和常绿阔叶林的固碳潜力较高，占比达到92.57%，是未来森林碳储量增加的主体。不同龄组森林固碳潜力大小顺序依次为幼龄林＞中林龄＞近熟林，随着各类型森林从幼龄林逐渐成长为成熟林，森林碳储量将明显增大。因此，为了稳定发挥森林的固碳能力，应该继续推进重点林业生态工程建设，提升森林经营管理水平，因地制宜开展造林和育林，提高森林资源质量，以保证森林的碳汇潜力。
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