神农架乔木林碳储量变化及增汇潜力研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:goodywq2008
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森林生态系统作为陆地上最大的碳库,在缓解气候变暖问题上发挥着重要作用。神农架林区森林资源丰富,在湖北省推动碳达峰、碳中和任务过程中占有重要地位。森林植被碳储量的动态变化是反映林区森林碳汇效益的重要指标,通过科学合理的经营管理可以提升森林质量、充分发挥森林碳汇潜力。本研究利用神农架林区2009年、2019年的森林二类调查数据和2014年森林资源连续清查固定样地数据,通过生物量转化因子法(IPCC法),以小班为单元估算神农架林区森林植被的碳储量,分析林区2009-2019年森林碳储量和碳密度的变化及分布特征。构建了以乔木林为主的森林碳汇经营潜力评价指标体系,采用层次分析法与熵值法相结合的综合权重确定指标权重,对神农架林区森林碳汇经营潜力进行评价。并根据林区碳储量动态变化和碳汇经营潜力评价结果,从提高森林碳吸收能力、碳保存能力和碳管理能力三个方面提出林区森林的增汇经营措施。主要得出以下结果:(1)2019年神农架林区较2009年比乔木林、经济林面积分别增加7.2×10~3hm~2和0.08×10~3hm~2,灌木林、竹林总共减少8.8×10~3hm~2。由于工程建设等使灌木林和竹林向未成林、无立木林地以及非林地的转化是林区森林总面积减少的主要原因。10年间神农架林区碳储量净增加556.02×10~4t,年均净固碳量55.6×10~4t,森林植被层碳密度增加18.23t/hm~2,林区各地碳密度均以增长为主。(2)神农架林区乔木林主要以天然林为主,与2009相比,2019年天然林面积增加了8.79×10~3hm~2,碳储量和碳密度分别增加558.17×10~4t和18.29 t/hm~2。天然林中幼龄林碳储量和碳密度增量最大,分别为477.68×10~4t和24.42 t/hm~2。不同优势树种的林分类型中,其他硬阔林类型的面积增量最大为68.12×10~3hm~2,阔叶混交林面积减少了45.54×10~3 hm~2;其他硬阔林的碳储量及碳密度增量最大,分别增加559.31×10~4t和26.96 t/hm~2,其他松类碳密度下降量最多为24.57 t/hm~2。10年间天然林固碳主体为幼龄林,贡献了80%的固碳量。(3)2009-2019年神农架林区人工林面积降低了1.59×10~3hm~2,但人工林碳储量和碳密度则分别增加了8.16×10~4t和15.44 t/hm~2。人工林中近熟林碳储量增加最多,增量为3.98×10~4t,幼龄林碳密度增量最多,增加了16.4 t/hm~2,过熟林碳密度虽然有所下降但仍然最高为40.36 t/hm~2。不同优势树种中,其他软阔林类型的面积增加最多,增量为368.09 hm~2,马尾松类面积和碳储量降幅最大,分别降低2548.61 hm~2和4.711.65×10~4t,阔叶混交林碳储量增加最多,增量为1.65×10~4t;其他硬阔类型的碳密度增幅最大为20.96 t/hm~2,云冷杉林碳密度降幅最大为38.60 t/hm~2。10年间人工林固碳主体为近熟林,贡献了48.77%的固碳量。(4)森林增汇的3种自然解决途径中,以森林经营途径的面积最大,为279.40×10~3 hm~2,森林转化途径的面积最小,为9.31×10~3 hm~2,新造林途径的面积为16.56×10~3 hm~2。森林经营途径产生554.73×10~4t的固碳量和26.84×10~4t的碳损失、净固碳量为527.88×10~4t,新造林产生了63.11×10~4t的固碳量,森林转化造成了22.43×10~4t的碳损失。大九湖管理处森林经营途径产生的净固碳量最大为90.61×10~4t,神农顶管理处新造林面积最大为3.85×10~3 hm~2,带来的固碳量为13.88×10~4t,而大九湖管理处森林转化造成碳损失最大为3.32×10~4t。总的来说,森林碳汇经营的3种自然解决途径中,新造林途径产生的单位碳密度增量大于森林经营途径,是目前比较高效的增汇手段,但随着未来可用于新造林的土地面积逐渐减少,林区增汇的主要途径还是森林经营活动和减少森林转化。(5)神农架林区乔木林主要集中在海拔1000m-2500m范围内,其面积和碳储量占总乔木林的80%以上。其中海拔1500m-2000m范围内的乔木林平均碳密度最高为59.92 t/hm~2,海拔500m-1000m的平均碳密度最低的为35.71 t/hm~2。海拔在2000m下区域硬阔类乔木林的面积与碳储量占比最大,其次为阔叶混交林。同一优势树种(组)的碳密度在不同海拔范围也出现差异,大多数树种(组)在海拔1000m以下范围的碳密度较高海拔分布范围内的碳密度更低。地形因子中,海拔高度与乔木林碳密度间的相关性显著,其余因子(坡度、坡位、坡向)与碳密度间的相关性不显著。(6)构建了以林分特征、林分稳定性、立地条件为准则层,林分密度、郁闭度、林分碳密度、龄组等级、群落结构、草本盖度、灌木盖度、混交等级、土层厚度、腐殖质厚度、海拔为指标层的乔木林碳汇经营潜力评价指标体系。通过层次分析法和熵值法的结合得到了评价指标的综合权重。准则层中林分稳定性权重最高为0.511,林分特征权重为0.345,立地条件权重最低为0.143,因此提高林分碳汇经营潜力的重点在于提高林分稳定性、其次是改善林分特征。指标层中,林分密度、龄组等级、群落结构、草本盖度、灌木盖度5个指标的权重超过0.100,因而林区提高碳汇能力的森林经营重点指标在于改善林分密度、优化林分年龄结构、保持群落结构的完整性、提高灌草覆盖度及防止林分水土流失。(7)乔木林碳汇经营潜力评价表明,超过50%的林分面积和小班的碳汇经营潜力为一般、较高和高等级,说明林区乔木林碳汇经营整体潜力较高,林区乔木林碳汇能力有较大的提升空间。准则层中,林分稳定性和改善林分特征是林区乔木林提高碳汇能力的重点。指标层中,土层厚度、群落结构、灌草盖度、林分碳密度、龄组等级和林分密度是提高林区乔木林碳汇能力、实施碳汇经营的重点。不同森林类别中,一般商品林碳汇经营提升空间最大,重点公益林次之。不同起源中,人工林是实行碳汇经营、提高固碳能力的重点。从地区上看,红坪镇、松柏林场、松柏镇、宋洛乡碳汇经营提升空间较大,是林区实施增汇经营措施的重点地区;老君山管理处、木鱼林场、温水林场、新华林场等地的乔木林现状相对较好,是开展森林保护、遏制森林转化和林地退化的重点地区。(8)根据乔木林碳汇经营潜力的评价结果,结合森林碳汇经营的3种自然解决途径,从提高林区碳吸收能力、林区碳保存能力和林区碳管理能力3个方面提出了神农架林区造林和再造林增汇、森林增汇经营、天然林保护与减少森林转化、加强林区自然灾害防治等增汇措施和策略。
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