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广东省桉树碳储量和碳汇价值估算

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广东省桉树碳储量和碳汇价值估算

第 40 卷 第 8 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol.40 No.82012 年 8 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Aug. 20121 国家自然科学基金 40971202, 41001209 ; 国家重点基础研究发展规划项目 2010CB950603 ; 公益性行业 气象 科研专项经费 GYHY201006042 ; 欧盟项目 CEOP -AEGIS FP7 -ENV-2007 -1Grant nr. 212921 。第一作者简介 侯学会 , 女 , 1987 年 2 月生 , 遥感科学国家重点实验室 中国科学院遥感应用研究所 , 博士研究生 。通信作者 牛铮 , 遥感科学国家重点实验室 中国科学院遥感应用研究所 , 研究员 。E-mail niuz irsa. ac. cn。收稿日期 2011 年 11 月 17 日 。责任编辑 潘 华 。广东省桉树碳储量和碳汇价值估算1侯学会 牛 铮 黄 妮 高 帅 遥感科学国家重点实验室 中国科学院遥感应用研究所 , 北京 , 100101摘 要 利用雷州林业局 2002 年二次森林清查资料和广东省林业调查的研究资料 , 分析了不同龄组的桉树各器官的碳含量在乔木碳含量中的比例 , 并初步探讨碳密度随蓄积量的变化趋势 , 在此基础上估算了 2002 年广东省桉树林的碳储量和碳汇价值 。结果表明 , 不同龄组各组分碳含量比例有明显差异 , 桉树的碳含量主要表现为树干的碳含量 。对于幼龄林 , 各器官所含碳含量的分配格局是干 >皮 >叶 >根 >枝 , 对于中龄林 、近成熟林 、成熟林和过熟林 , 各器官的碳含量分配格局基本一致 , 为干 >根 >皮 >枝 >叶 。不同龄组的碳密度 , 均随林分蓄积量的增加而增加 。2002 年广东省桉树总碳储量约为 1 153.32 万 t, 其中中龄林碳储量最多为 443. 13 万 t, 而过熟林由于立地面积较少 , 仅为 21.65 万 t。成熟林的碳密度最大 , 为 50. 50 t/hm2, 碳密度最小的是幼龄林 , 为 12. 72 t/hm2。采用造林成本法和瑞典碳税法计算不同龄组桉树的碳汇价值 , 结果表明 , 成熟林最高 , 为 12 695. 06 ~51 280. 18 元 /hm2。两种估价方法取平均 , 估算 2002 年广东省桉树的碳汇总价值为 51.92 亿元 。关键词 森林清查资料 ; 碳储量 ; 碳汇价值 ; 桉树 ; 广东省分类号 TP79Carbon Storage and Value of Carbon Sinks of Eucalyptus in Guangdong Province/Hou Xuehui, Niu Zheng, HuangNi, Gao Shuai State Key Laboratory of Remote Sensing Science Institute of Remote Sensing Applications, Chinese Aca-demy of Sciences , Beijing 100101, P. R. China / /Journal of Northeast Forestry University. -2012, 40 8 . -13 ~17A study was pered to analyze the carbon content in various organs of Eucalyptus of different age groups as well asthe changing trends in carbon density with volume using data of the second-level forest inventory in Leizhou Forestry Bureauand the forest survey data of Guangdong Province. And the carbon storage and value of Eucalyptus in Guangdong Provincein 2002 were estimated. A significant difference was observed in the proportion of carbon content of each component. Forthe young forests, the carbon content in trunk was the highest, followed by bark, leaves, roots, and branches; for the mid-dle-aged forests, near mature forests, mature forests and over-mature forests, the carbon content in trunk was the highest,followed by roots, bark, branches, and leaves. The carbon density for different age classes all increased with increasingvolume. The total carbon storage of Guangdong Province in 2002 was 11.5332 million tons, among which the middle-agedforests exhibited the largest carbon storage 4.431 3 million tons , while the carbon storage of the over-mature forests wasonly 0.216 5 million tons due to the smallest site area. The carbon density of the mature forests was the highest 50. 50tons per hectare , while that of the young forests was the lowest 12.72 tons per hectare . The total value of carbon sto-rage of Eucalyptus in Guangdong Province in 2002 was uated by the afforestation cost and the Sweden’s carbontax. Results show that the total value was 5.192 billion yuan, and the mature forests exhibited the highest of carbon value 12 695.06-51 280.18 yuan per hectare .Keywords Forest inventory data; Carbon storage; Value of carbon sinks; Eucalyptus; Guangdong province大气层中 CO2的积累引起了全球变暖等全球性问题 , 随着全球气候变化的加剧 , 联合国气候变化框架公约 UNFCCC 谈判的政治化和贸易化趋势 , 全球和区域尺度上的陆地碳源汇格局研究引起国际社会普遍关注[ 1-2]。森林生态系统在维护区域生态环境和全球碳平衡方面起着极其重要的作用 。近些年来 , 许多生态学家在致力于陆地生态系统碳贮量及其动态研究[ 3-13], 并取得了一些成果 , 如方精云等[ 6]和王绍强等[ 7]分别利用土壤普查资料对我国土壤有机碳库进行了估算 ; 周玉荣等[ 8]研究了我国主要森林生态系统的碳贮量和碳平衡 , 方晰等[ 11]对杉木和马尾松人工林的碳素贮量动态进行过报道 。人工林的碳汇功能被认为是减缓全球气候变化的一种最有希望的选择 。目前 , 我国已在内蒙古 、辽宁 、河北 、山西 、安徽 、广西 、四川 、云南等多个省市开展了人工造林和再造林碳汇项目[ 14], 以期增加我国碳汇 。碳交易市场的兴起 , 使得陆地生态系统碳汇经济价值的评估成为许多经济学家和生态学家研究的重点 , 目前碳汇价值核算的常用方法主要有成本效益分析法 、碳税率法 、碳税法和造林成本法[ 15], 另外 , 一些林业经济学家也提出了新的碳汇核算的计量模型 , 如张颖等[ 16]利用经济控制论原理 , 建议我国碳汇的影子价格为 10.11 ~15.17 美元 /t。桉树 Eucalypt 是世界公认的 3 大速生树种之一 。目前 , 桉树人工林是我国南方发展规模较大的人工林 , 其面积已突破 200 万 hm2[ 17], 具有巨大的碳储量和碳汇效益 。自 20 世纪 80 年代以来 , 许多学者对桉树人工林进行了多方面的研究 , 内容主要集中在栽培技术 、经营管理等生产方面及生物多样性 、生产力等生态方面的研究[ 18-22], 而对不同龄组的桉树人工林各器官碳含量分配格局和碳储量以及碳汇价值的评估研究很少 。本文以广东省桉树人工林为例 , 分析了不同龄组的桉树各器官的碳含量在乔木碳含量中的比例 , 并初步分析了碳密度随蓄积量的变化趋势 , 在此基础上分别利用造林成本法和碳税率法估算了 2002 年广东省桉树林的碳储量和碳汇价值 。为估算区域森林碳储量和评估碳汇价值 , 发展绿色经济提供了科学依据 , 同时 , 也为基于统计资料研究陆地生态系统碳储量和碳汇价值评估的遥感宏观估测奠定了基础 。1 研究区概况广东省地处中国大陆最南部 。东邻福建 , 北接江西 、湖南 , 西连广西 , 南临南海 , 珠江口东西两侧分别与香港 、澳门特别行政区接壤 , 西南部雷州半岛隔琼州海峡与海南省相望 。全境位于北纬 2013 ~2531和东经 10939 ~ 11719。北回归线从南澳 从化 封开一线横贯广东 。广东地貌类型复杂多样 , 有山地 、丘陵 、台地和平原 , 地势总体北高南低 , 北部多为山地和高丘陵 , 南部则为平原和台地 。广东属于东亚季风区 , 为亚热带和热带气候 , 年平均气温 22.3 ℃。1 月气温约为 16 ~19 ℃, 7 月气温约为 28 ~29 ℃。年降水量为 1 300 ~2 500 mm。广东动植物种类繁多 。在植被类型中 , 有属于地带性植被的北热带季雨林 、南亚热带季风常绿阔叶林 、中亚热带典型常绿阔叶林和沿海的热带红树林 , 还有非纬度地带性的常绿 落叶阔叶混交林 、常绿针 阔叶混交林 、常绿针叶林 、竹林 、灌丛和草坡 , 以及水稻 、甘蔗和茶园等栽培植被 。广东省陆地总面积1. 779 0105km2, 林业用地面积 1. 080 8107hm2。林分面积 6.552 7106hm2 不含四旁林分和株数林分 , 针叶林 马尾松 、杉 、针叶混交林 占 47.9, 阔叶林占 34. 8 , 针阔混交林占 11. 1 , 桉树林占6.2[ 23]。2 材料与方法本文数据来源于雷州林业局 2002 年森林资源二次清查资料 图 1 , 以及广东省林业调查的文献研究资料 。森林资源二次清查资料主要包括清查小班的面积 、优势树种 、造林年度 、龄组 、公顷株数 、平均树高 、平均胸径 、公顷蓄积 、小班蓄积 、地形 、坡度 、坡向 、海拔等 , 所有的属性数据输入软件 ArcGIS9. 3中进行管理 图 a 中的红色区域为小班位置 。由于森林统计资料的蓄积量生物学意义中 , 已包含了森林类型 、立地条件和林分密度等的影响[ 24], 因此 ,利用雷州林业局桉树林蓄积量与碳储量之间的关系推算广东省桉树林碳储量是可行性 。a. 森林清查数据分布图 b. 不同龄组的桉树分布图图 1 雷州林业局 2002 年森林资源二次清查资料2.1 尾叶桉碳含量的测定根据小班数据中测定的林分树高和胸径 , 采用薛鹏[ 19]模拟的雷州林业局纪家林场尾叶桉各组分生物量估测模型 公式 1 ~ 5 , 计算各组分的生物量和地上生物量 方程 6 和总生物量 方程 7 。将生物量转化成碳密度后进行分析 方程 8 。为提41 东 北 林 业 大 学 学 报 第 40 卷高碳密度估算精度 , 根据广东省林业调查研究 , 本文中采用 0.47 作为桉树含碳率的转换系数[ 20]。W干0.004 861 D21. 3H1. 217 567, r0.999 4; 1W枝0.002 861 D21. 3H1. 040 076, r0.957 6; 2W叶0.406 064 D21. 3H0. 311 681, r0.940 1; 3W皮0.001 866 D21. 3H1. 241 16, r0.991 0; 4W根0.004 264 D21. 3H1. 058 604, r0.996 3; 5W地上生物量W干W枝W叶W皮; 6W总生物量W干W枝W叶W皮W根; 7CρWCc。 8式中 W干、W枝、W叶、W皮、W根分别表示尾叶桉各器官的生物量 t/hm2 , W 泛指尾叶桉的生物量 ; Cρ为碳密度 t/hm2 ; Cc为含碳率 , 无单位 。2.2 桉树碳储量根据广东省森林生态监测结果 , 2002 年广东省林分面积为 6552696. 4hm2, 其中桉树林面积占6.2[ 23]。利用软件 ArcGIS9. 3 的统计功能分析小班数据 , 各龄组分布面积比例为 29.6 ∶ 30.7 ∶ 19. 7 ∶6.19 ∶ 1, 据此可估算出 2002 年广东省各龄组尾叶桉的林分面积 。利用小班数据调查的各龄组的平均蓄积量和本文得到的不同龄组条件下碳密度与蓄积量的关系 , 估算广东省 2002 年桉树林总碳储量 。碳储量为CCρS。 9式中 C 为碳储量 t ; Cρ为碳密度 t/hm2 ; S 为森林面积 hm2 。2.3 碳汇经济价值估算森林碳汇经济评价参数主要指碳汇价格 , 其单位是 万元 /t 碳 。目前较常用的计算陆地生态系统碳汇价值的方法有两种 , 一种是造林成本法 , 另一种是碳税率法 。碳税率法通常使用瑞典的碳税率 ,即 150 美元 /t, 按 2010 年人民币的平均汇率 6. 77计算 , 换算成人民币为 1 015.5 元 /t。我国人工林由于林分 、年代和区域的不同 , 其造林成本有很大的差异 , 为了得到比较准确的经济价值数据 , 本文采用中国造林成本法 [ 251.4 元 /t] 、[ 260.9 元 /t] 和 [ 273.3元 /t] 等 3 个单价价位 , 采用取平均值从而可以得到比较合理的碳汇价格 。文中利用碳税率法和造林成本法 , 对广东省桉树林的碳汇价值进行分别估算 。3 结果与分析3.1 林木树高和胸径随龄组变化规律由图 2 可以看出 , 在达到近成熟程度之前 , 林木的树高生长较快 , 接近成熟之后 , 树高的生长逐渐变缓 , 过熟林的平均树高达到 13. 44 m。平均胸径的变缓比较平缓 , 幼龄林和过熟林的平均胸径相差4.48 cm, 分别为 6.21、10.69 cm。图 2 桉树林分平均树高与平均胸径随龄组的变化3.2 不同龄组的碳含量分配格局不同龄组各组分碳含量的大小有明显差异 表1 。桉树的碳含量主要表现为树干的碳含量 , 占桉树总碳含量的 0.42 ~0. 50。在树干 、树叶 、树皮 、树枝和树根这 5 大组分中 , 除树叶碳含量所占比值有波动外 , 其余的所占比值都比较稳定 。具体来说 , 对于幼龄林 , 各器官所含碳含量的分配格局是干 >皮 >叶 >根 >枝 , 对于中龄林 、近成熟林 、成熟林和过熟林 , 各器官的碳含量分配格局基本一致 , 总体上都是干 >皮 >根 >枝 >叶 。这与薛鹏[ 19]对雷州 3 年生尾叶桉的研究结果基本一致 。表 1 不同龄组的桉树各器官碳含量的分配比值器官 幼龄林 中成林 近成熟林 成熟林 过熟林干 0.428 0.478 0.481 0.483 0.498枝 0.086 0.084 0.083 0.083 0.080叶 0.153 0.082 0.078 0.075 0.060皮 0.189 0.215 0.217 0.219 0.227根 0.144 0.141 0.141 0.140 0.136从各器官碳含量所占比值来看 , 干碳含量和皮碳含量所占比值随着树龄的增加而增加 , 而枝 、叶和根碳含量的比值则降低 。大部分研究发现 , 在桉树生长过程中 , 干碳所占比例随林龄增加而明显增大 ,皮 、根 、枝 、叶则降低[ 20-25], 郭乐东等[ 26]则认为随着林龄的增加 , 干和根系所占比值增加 。这可能是因为研究区域立地条件的差异所致 。3.3 碳密度与蓄积量的关系对各龄组的地上碳密度和总碳密度随其林分蓄积量的变化关系进行了拟合与分析 图 3 。结果表明 , 不论是林分的地上碳密度还是总碳密度 , 均随林分蓄积量的增加而增加 , 且表现出不同程度的线性相关关系 , 其中近成熟林的碳密度与蓄积量的线性关系最为显著 , 确定系数达到 0. 95 以上 , 其次是幼龄林 , 碳密度与蓄积量的拟合系数在 0. 94 ~ 0. 95,对于中龄林和过熟林 , 这两个龄组碳密度与蓄积量的相关性相近 , 确定系数均为 0. 92 左右 , 成熟林碳密度与蓄积量的线性关系的确定系数也达到了0.85 以上 。这一结果从而也间接说明 , 森林清查资料中的林分蓄积量不仅可以作为估测森林地上碳储51第 8 期 侯学会等 广东省桉树碳储量和碳汇价值估算量的基础[ 27], 也可以估算包括地下部分 根的碳 储量在内的森林总碳储量 。图 3 不同龄组的桉树碳密度与蓄积量的关系3.4 广东省桉树林的碳储量估算根据森林资源二次清查资料和广东省林业调查研究资料 , 估算出各龄组的分布面积 , 然后利用本文3.3 得出的各龄组蓄积量与总碳密度之间的相关关系 , 计算不同龄组的碳密度和总碳储量 , 结果如表2。估算结果表明 2002年广东省桉树总碳储量为1 153.32 万 t, 其中幼龄林 、中龄林 、近成熟林和成熟林分别为 175.49、443.13、367. 39、145. 65 万 t, 而过熟林由于立地面积较少 , 仅为 21.65 万 t。成熟林的碳密度最大 , 为 50. 50t / hm2, 其次是过熟林 , 为46.47 t/hm2, 碳密度最小的是幼龄林 , 为 12. 72 t/hm2, 这也说明在桉树生长过程中 , 随着乔木生物量的积累 , 碳密度不断增加 。对各龄组蓄积量取平均 ,为 64. 15 m3/hm2, 远高于已有研究中的数据 22. 3m3/hm2[ 28], 可能是因为研究区桉树林的生长所需的水热条件较好 , 使得桉树生长状况优于广东省桉树的平均生长状况 。表 2 广东省不同龄组的桉树碳密度和碳储量龄组面积 /104hm2平均蓄积量 /m3hm-2碳密度 /thm-2碳储量 /104t幼龄林 13.79 27.03 12.72 175.49中成林 14.30 56.70 30.98 443.13近成熟林 9.18 73.08 40.02 367.39成熟林 2.88 90.59 50.50 145.65过熟林 0.47 73.36 46.47 21.65合计 40.63 1153.323.5 桉树碳汇价值核算由表 3 可知 , 幼龄林每公顷碳汇经济总价值在3 198.71 ~12 920. 81 元 , 中龄林每公顷碳汇价值在7 787.83 ~31 458. 00 元 , 近成熟林每公顷碳汇价值为 10 061. 96 ~40 644. 08 元 , 成熟林每公顷碳汇价值为 12 695. 06 ~51 280. 18 元 , 过熟林每公顷碳汇价值为 11 683. 46 ~47 193. 93 元 , 成熟林的碳汇价值最高 。两种估价方法取平均 , 得到每种龄组的平均碳汇价值 , 其中 , 成熟林的最高 , 为 22 737. 75 元 /hm2, 其次是过熟林 , 为 20 925. 90 元 /hm2, 幼龄林最61 东 北 林 业 大 学 学 报 第 40 卷低 , 为 5 729. 12 元 /hm2。在此基础上 , 进而估算2002 年广东省桉树的碳汇总价值为 51. 92 亿元 , 其中 , 幼龄林为 7.90 亿元 , 中龄林为 19.95 亿元 , 近成熟林为 16. 54 亿元 , 成熟林为 6. 55 亿元 , 过熟林为0.98 亿元 。表 3 广东省不同龄组的按树林的碳汇价值估价方法碳汇价 /元 t-1幼龄林 /元 hm-2中龄林 /元 hm-2近成熟林 /元 hm-2成熟林 /元 hm-2过熟林 /元 hm-2造林成本法 251. 4 3 198. 71 7 787. 83 10 061. 96 12 695. 06 11 683. 46260. 9 3 319. 59 8 082. 12 10 442. 19 13 174. 79 12 124. 96273. 3 3 477. 36 8 466. 25 10 938. 48 13 800. 96 12 701. 23碳税率法 1 015. 5 12 920. 81 31 458. 00 40 644. 08 51 280. 18 47 193. 93平均碳汇价值 5 729. 12 13 948. 55 18 021. 68 22 737. 75 20 925. 904 讨论本文利用雷州林业局 2002 年二次森林清查资料和广东省林业调查的研究资料 , 对广东省桉树人工林的碳储量和碳汇价值进行了分析 。研究结果表明 , 不同龄组的桉树各组分碳含量的大小有明显差异 , 桉树的碳含量主要表现为树干的碳含量 。对于幼龄林 , 各器官所含碳含量的分配格局是干 >皮 >叶 >根 >枝 , 对于中龄林 、近成熟林 、成熟林和过熟林 , 各器官的碳含量分配格局基本一致 , 总体上都是干 >根 >皮 >枝 >叶 。从各器官碳含量所占比值来看 , 干碳含量和皮碳含量所占比值随着树龄的增加而增加 , 而枝 、叶和根碳含量的比值则降低 。在研究碳密度与蓄积量的关系时 , 发现对不同龄组的桉树林 , 不论是林分的地上碳密度还是总碳密度 , 均随林分蓄积量的增加而增加 , 且表现出显著的线性关系 , 拟合优度达到 0.85 以上 。这一结果从而也间接说明 , 森林清查资料中的林分蓄积量不仅可以作为估测森林地上碳储量的基础 , 也可以估算包括地下碳储量在内的森林总碳储量 。在此基础上 , 估算 2002 年广东省桉树总碳储量为 1153.32 万 t, 碳汇总价值为 51.92亿元 , 说明在发展城市绿色经济的背景下 , 关注陆地生态系统的碳汇功能 , 可以取得巨大的经济效益 。由于本文所选样地桉树的水热条件高于全省桉树的平均水热条件 , 估算广东省桉树的碳储量和碳汇价值结果偏高 , 是以后研究中需要改进的地方 。而且这种基于实地调查数据的碳汇核算碳汇价值评估方法 , 由于受其统计方法和时间周期的限制 , 数据更新困难 , 时间周期较长 , 不能很好的反映区域碳汇的现时性 。统计工作的开展需要在专业统计人员的指导下 , 投入大量的人力和物力 , 技术要求和成本较高 ; 对于某些条件艰苦地区 , 不可能开展大规模的实地调查工作 , 对这部分地区的研究不够充分 , 影响区域整体碳汇估算的精度 。遥感数据以其宏观性和现时性 , 可以很好的反映区域所有的陆地生态系统类型和状况 , 及时更新区域土地利用类型基础数据库 ,并且可以监测陆地生态系统人工管理措施 , 利用高分辨率卫星数据和反演技术 , 建立陆地生态系统碳储量因子和遥感因子的遥感反演模型 , 提高碳汇估算能力和精度 , 实现碳汇估算参数化和业务化 。参 考 文 献[ 1] 魏殿生 . 造林绿化与气候变化 [ M] . 北京 中国林业出版社 ,2003.[ 2] Land use. land-use change and forestry, summary for Policymak-ersa special report of the intergovernmental Panel on ClimateChange. 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