张掖市主要乔木树种生物量和碳储量研究

2023-09-22曾万祺

农业与技术 2023年17期

曾万祺

(甘肃省祁连山水源涵养林研究院，甘肃张掖 734000)

引言

森林是陆地生态系统的主体，是人类赖以生存的基础资源，具有维护地球生命、改善人类生存空间的生态价值。森林不仅是国民经济建设的重要组成部分，而且是保护生态环境的重要屏障，其生态效益和社会效益比其森林产品的直接经济效益要大数十倍甚至上百倍[1]。特别是近代林业的发展，更加促进了森林效益的多元化，更加充分体现了森林的多功能、多效益[2]，如何快速、准确、高效地对森林资源信息进行获取，实现森林资源的科学经营管理与永续利用是当前研究的热点，现有的森林资源监测体系在森林健康状况和主要生态环境因子方面存在监测指标不全面以及监测周期过长的问题[3]，不能满足林业部门和整个国家经济的持续发展。随着“互联网+”技术、遥感技术、“大数据”等技术的发展，完善监测指标体系，不断增加信息量与科技含量是当前森林资源调查监测的重点。

本研究通过在张掖市范围内布设森林固定监测样地，使用四边形微样地算法，实现林分密度、平均胸径、林分蓄积量精确测算，建模获得生物量、碳储量，为张掖市林业碳汇项目开发提供科学、合理依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

张掖地处河西走廊中部，南依祁连山脉，北接巴丹吉林沙漠，位于E97°20′～102°12′，N37°28′～39°57′，位置“居中四向”，东达省会兰州、西通新疆、南接青海、北靠内蒙古，承东启西、沟通南北，东西跨度4°52′，长210～465km，南北跨度2°29′，宽30～14km，总面积3.86万km2，占甘肃省总面积的8.67%。位于我国第2阶梯中心，青蒙高原交汇地带，呈“二山夹一川”的地形特征，属于大陆性干旱半干旱气候。

1.2 研究方法

1.2.1 样地布设

根据张掖市森林资源分布特点、二类小班分布状况等，选取能代表林分总体特征平均水平的地块作为样地，调查区域包括山丹县、民乐县、临泽县、高台县、肃南县、甘州区。样地布设时，选取中心木并记录该点GPS坐标值，样地内被测木均用红漆做出标记，样地内达到检尺水平的树木均按一定的顺序进行编号，样地情况如表1、表2所示，共布设乔木固定样地320块，其中，甘州区68块，高台县29块，临泽县46块，民乐县56块，山丹县69块，肃南县52块。从固定样地树木种类来看，杨树占比最大，为46.71%。样地树高、胸径、材积、林分参数的测量借助于测树超站仪FIM5.PTS02。

表1 张掖市乔木固定样地数量统计表

表2 分区县固定样地数量统计表

1.2.2 调查方法

在靠近林分中心地带的小班区域内选定观测样地，在样地中选取具有代表性树木，充分体现整个林分情况[4]。中心树的选取接近林分标准木水平，使标准的林分水平分布在边界树上，减少有样地边缘树木产生的误差，采用多边形样地观测法样地布设，如图1所示。

图1 多边形样地观测法原理图

1.3 数据计算方法

林分蓄积量(M)是衡量森林数量的重要指标，估计值表达式：

式中，M为林分蓄积量，m3·hm-2；N为林分密度，株·hm-2；i为被测算的第i棵乔木树种；V为材积，m3，计算公式：

V=aDbHc

式中，D为乔木胸径，cm；H为树高，m；a、b、c为材积参数，具体见表3。

表3 不同乔木树种材积参数表

乔木树种生物量计算公式：

B=pjM+qj

式中，M为林分蓄积量，m3·hm-2；pj、qj为系数，具体见表4。

表4 张掖市主要乔木树种蓄积量-生物量转换系数

碳储量与生物量之间存在一定的比例关系，通常用0.5作为生物量转换为碳储量的转换系数，计算公式：

C=rj×B

式中，B为乔木林生物量，t·hm-2；rj为含碳量，具体见表5。

2 结果与分析

2.1 张掖市不同乔木树种生物量和碳储量研究

由表6可知，张掖市旱柳、胡杨、槐树、加杨、软阔类、柳树、毛白杨、阔叶混交类、沙枣、杉树、松树、杨树、榆树、云杉、樟子松15类乔木树种平均林分密度为429株·hm-2，平均生物量为111.44t·hm-2，平均碳储量为55.44t·hm-2；树种类别尺度上，阔叶混交类树种生物量为227.62t·hm-2，碳储量为112.38t·hm-2，生物量和碳储量在被调查的15种乔木树种中表现最高，樟子松碳储量为27.09t·hm-2，生物量为14.25t·hm-2，生物量和碳储量在被调查的21种乔木树种样地中表现最低。

表6 张掖市主要乔木树种生物量和碳储量计算表

2.2 不同县区乔木树种生物量和碳储量研究

计算张掖市6县区乔木固定样地生物量和碳储量，结果如表7所示，张掖市6县区乔木固定样地生物量和碳储量平均值分别为111.44t·hm-2、55.44t·hm-2，肃南县乔木样地生物量和碳储量最大，分别为140.13t·hm-2、69.70t·hm-2，是6县区乔木样地生物量和碳储量平均值的1.26倍。总体表现为肃南县>民乐县>山丹县>高台县>甘州区>临泽县。

表7 不同县区乔木树种生物量和碳储量计算表

3 讨论与结论

3.1 讨论

本文通过在张掖市六县区布设320处固定监测样地，对张掖市乔木林地林分密度、平均胸径、林分蓄积量进行精确测算，计算得出张掖市乔木林地生物量、碳储量，结果表明，张掖市21类乔木样地中，阔叶混交类生物量和碳储量为最高，分别为227.62t·hm-2、112.38t·hm-2，这与考青云等对黑龙江省森林植被碳储量的研究所得阔叶混碳储量占比最高的结论一致[6]，主要原因是阔叶混交类林分结构复杂、物种较单一树种样地丰富，生物量和碳储量高[7]。本研究通过对比张掖市6县区乔木样地生物量和碳储量发现，肃南县乔木样地生物量和固碳量高于其它县区，主要原因是肃南县县域城市空间较小，大部分国土面积都属于山区，超过60%面积位于甘肃省祁连山国家级自然保护区和祁连山国家公园体制试点范围内，生态保护力度较大，人为破坏较少，加之祁连山北麓较张掖市其它区域降水量大，气候湿润，因此肃南县乔木样地生物量和碳储量较其它县区均高。鉴于以上研究结论，建议张掖市在后续的森林抚育管护过程中优化配置乔木林地结构，以发挥林木的最佳固碳效果。