广东省乳阳林场，广东 韶关

收稿日期：2022年10月24日；录用日期：2022年11月22日；发布日期：2022年11月29日

摘要

基于广东省乳阳林场2018年~2021年森林资源更新数据，采用蓄积量–生物量转换因子(BEF)法，分析了4个年度林场森林碳汇资源的动态变化。结果表明：4年中林场森林总面积略微减少(0.66%)；森林总蓄积量有大幅度的增加，增加量达22.09万m³，4年间增幅为8.85%；碳储量由2018年的127.41万t增加到2021年的136.10万t，碳密度则由37.74 t/hm²增加到40.57 t/hm²；随着森林朝着正向演替方向发展，其碳汇速率呈现逐年下降的趋势，由3.62万t/a下降至3.47万t/a，年平均下降速率为1.02%。乳阳林场现以中幼林为主，具有强大的碳汇能力，应进一步加强森林保护，提高森林生态系统的稳定性和生态质量。

关键词

森林资源，蓄积量，碳储量，碳汇速率，广东乳阳林场

Study on the Dynamic Change of Forest Carbon Sink in Ruyang Forest Farm, Guangdong Province

Xiaodong Lu, Hongbo Yang

Ruyang Forest Farm of Guangdong Province, Shaoguan Guangdong

Received: Oct. 24^th, 2022; accepted: Nov. 22^nd, 2022; published: Nov. 29^th, 2022

ABSTRACT

Based on the renewal forest resources data in Ruyang Forest Farm of Guangdong Province from 2018 to 2021, the dynamic changes of forest carbon sink by using biomass expansion factor (BEF) method were analyzed in this paper. The results showed that the total forest area of the Forest Farm decreased slightly (0.66%) in 4 years; and the total forest stock volume has increased significantly, with an increase of 22.90 × 10⁴ m³, which is 8.85% in 4 years; the carbon storage in the Forest Farm was increased from 127.41 × 10⁴ t in 2018 to 136.10 × 10⁴ t in 2021, and the carbon density was also increased from 37.74 t/hm² to 40.57 t/hm². With the forest toward positive succession process, the carbon sink accumulative rate presents a downward trend year by year, from 3.62 × 10⁴ t/a to 3.47 × 10⁴ t/a, with an average annual decline rate of 1.02%. Ruyang Forest Farm is now dominated by young and middle-aged forests, with strong carbon storage potential. Forest protection should be further strengthened to improve the stability and ecological quality of the forest ecosystem.

Keywords:Forest Resources, Forest Stock, Carbon Sink, Carbon Sink Rate, Ruyang Forest Farm of Guangdong Province

Copyright © 2022 by author(s) and Hans Publishers Inc.

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1. 引言

森林是陆地生态系统极为重要的组成部分，在维持生物多样性、调节水量平衡、控制水土流失、改善气候环境、为人类提供多种多样的生产生活资源等方面，发挥着巨大的功能作用。因此，森林被誉为是“水库、钱库、粮库和碳库” [1]。由于全球变暖已严重影响了世界各国的经济社会发展，甚至威胁到人类的生存 [2]，作为全球陆地生态系统中最大的碳储存库之一的森林生态系统，在应对全球气候变化中是维持大气碳平衡的重要载体，是大气二氧化碳的巨大储存库，因此，研究森林碳库及其动态变化、碳汇能力与碳汇潜力等生态功能，是众多学者关注的前沿热点 [3] [4]。森林碳汇研究从全球 [5] [6]、国家 [3] [4] [7] [8] [9]、地区 [10] - [15] 等不同空间尺度上，采用不同的方法已开展了大量研究，积累了丰富的研究成果。由于森林生物量测定是森林碳储量估算的基础，因此在森林碳储量计量方法上，森林生物量的计量非常重要。李意德(1993)在对海南热带雨林生物量的研究中，从林分(样地)尺度比较了生物量实测法、生物量模型法和材积转换法之间的差异 [16]，发现在样地尺度上材积转换法的误差较大。1998年Fang等提出了采用森林蓄积量与森林生物量的转换方法(即蓄积量–生物量转换因子法，简称BEF法)来估算大区域的森林碳储量 [17]，效果很好并得到了广泛应用。李笑笑(2020)则根据已有的研究案例，综合分析了不同的森林碳汇计量方法优缺点和适宜的使用情景 [18]。

乳阳林场是广东省林业局直属的13个国有林场之一，始建于1958年，总面积为30067.89 hm²。1993年在林场基础上建立了南岭国家森林公园和乳阳八宝山省级自然保护区；并于1994年联合广东省天井山林场(大顶山省级自然保护区)、广东清远市阳山县秤架林场(秤架省级自然保护区和龙潭角省级自然保护区)、大东山省级自然保护区等成立了南岭国家级自然保护区。南岭森林公园和保护区管理局设在乳阳林场。乳阳林场地处广东省北部，南岭山脉中段南麓，属广东南岭山地的中心地带。林场内的石坑崆海拔1902米，是“广东第一峰”，四周群峰高耸，分布错落有致。乳阳林场位于南亚热带至中亚热带分界区域，保存有广东连片面积最大的原生性强的亚热带常绿阔叶林，是岭南生物多样性的“物丰之地”。

乳阳林场一直以保护、培育和合理利用森林资源以及保护森林生态系统与物种多样性为主要任务。林场的科研监测工作也同步推进，依托广东省科学院广州地理研究所、广东省林业科学研究院、中国科学院华南植物园、中国林科院热带林业研究所、广州大学等科研教学机构建立了森林生态系统定位监测研究站点，在森林防火 [19]、生物多样性 [20] [21] [22]、树木的生态分布与生态环境 [23] [24] 等方面，开展了大量的研究，但在森林资源特别是森林碳汇资源动态变化研究方面，相关研究报道罕见，已成为限制林场森林管理高质量发展的技术瓶颈之一。为解决这个问题，本文以乳阳林场2018年至2021年4年间的森林资源变化数据为基础，分析其近年的森林碳储量、碳汇量与蓄积量动态变化，探讨其变化原因，为有效分析区域性森林碳储汇量问题及森林资源的有效保护和持续管理提供科学依据。

2. 研究方法

本研究基于乳阳林场森林资源更新数据，采用BEF方法并结合文献资料分析法，以森林碳库和碳汇为核算目标，测算林场森林资源时间动态变化，用Excel和R预言进行数据处理和绘图。

2.1. 数据来源

本研究的基础数据来源于乳阳林场2018年至2022年的森林资源更新数据，包括不同森林类型各龄级的面积和蓄积量数据。由于乳阳林场的森林植被以乔木林分占绝对优势(约占森林总面积的98.5%，灌木林只占约1.5%，且灌木林无蓄积量数据)，因此本文仅选择乔木林的相关数据进行分析。

2.2. 森林类型分类

乳阳林场乔木林林分类型有：杉木(Cunninghamia lanceolata)林、马尾松(Pinus massoniana)林、广东松(Pinus kwangtungensis)林、针叶混交林(杉木 + 松树)、针阔混交林(杉木 + 阔叶树、松树 + 阔叶树)、软阔叶树种混交林、硬阔叶树种混交林、其他阔叶树种混交林、其他阔叶类的木本经济林等。经过对资源数据进行统计分析，发现广东松林、软阔叶树种混交林、其他阔叶树种混交林、其他阔叶类的木本经济林所等所占面积的比例很小，均只占总面积的0.2%以下；而硬阔叶树种混交林则占总面积的70%以上。为简化计算，将广东松林归并到马尾松林类型中(本文简称“松树林”)；将软阔叶树种混交林、其他阔叶树种混交林、其他阔叶类的木本经济林统一归并到硬阔叶树种混交林中(本文简称“阔叶混交林”)。归并后各森林类型的面积见表1。

表1. 乳阳林场2018~2021年主要林分类型面积表(单位：hm²)

2.3. 碳储量计算

采用林分蓄积量与生物量的换算关系的“生物量换算因子法(BEF法)” [17]，根据不同森林类型各龄级的面积、蓄积量等基本数据进行生物量转换，再根据生物量的碳含率转换系数测算其碳储量；生物量换算因子的a和b值还参考了中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统碳储量计量指南(LY/T 2988-2018)》中的给定值。植物的碳含率一般变化在0.44~0.55之间 [2]，本文采用IPCC提出的参考值(0.5) [25] 用于计算林分的碳储量。

2.4. 碳汇量计算

根据乳阳林场2018年至2021年各年份林分类型的材积生长率，按照面积进行加权，获得各林分在各年度的生长率，计算得出蓄积量的年净生长量，再根据BEF法和碳含率计算得到生物量净增量和碳汇量。

3. 结果分析

3.1. 各森林类型面积动态变化

总体上来说，乳阳林场森林面积在2018年至2021年间的变化很小(表1)，但略有减少的趋势，由2018年的28,824 hm²减少至2021年的28,635 hm²，绝对量减少了189 hm²，相对量减少了0.66%，其原因主要是在2020年由林业部门的森林资源二类调查数据融合为由自然资源部门统一管理的国土三调数据引起的，在数据融合过程中，一是对林场边界进行了精细化的调整，二是对林场周边(如广东乐昌市、阳山县和湖南宜章县)的边界进行了清理，减少了重合和争议的林地面积。

从各森林类型面积的年度间变化来看(图1)，杉木林减少的幅度较大，针叶混交林增加较多，这主要是林场目前是以生态保护为主，将杉木纯林逐步改造为混交林。阔叶混交林面积的减少则可能与森林资源数据融合而导致的面积变化有关。

图1. 乳阳林场各森林类型年际间面积动态变化

从各森林类型不同龄级的面积变化趋势来看(图2)，幼龄林面积减少最多，而中龄林在增加，近熟林中除杉木林外，与成熟林一样，其面积均在增加。说明林场的各类森林均向成熟林方向发展，保护成效明显。

图2. 乳阳林场各森林类型2018~2021年间各龄级面积动态变化

3.2. 各森林类型蓄积量动态变化

乳阳林场作为大型的国有林场，又在林场基础上建立了自然保护区和森林公园，因此，森林资源得到了有效保护，其林分蓄积量持续得到增长，由2018年的总蓄积量249.55万m³增长到2021年的271.64万m³，其中阔叶混交林占比达75%左右。4年间乳阳林场的蓄积量净增加了22.09万m³，其中，杉木林净减少了1.18万m³，松树林、针叶混交林、针阔混交林和阔叶混交林则分别净增加了2.18、0.69、6.12和14.28万m³，其中阔叶混交林增幅最大。

从各龄级的蓄积量变化情况来看，2018年至2021年间，幼龄林净减少了13.05万m³，中龄林、近熟林、成熟林和过熟林则分别增加了22.85、3.44、8.41和0.43万m³。从蓄积量这一林分指标来看，乳阳林场的森林植被是朝着顺行演替的方向发展的，说明森林生态系统功能质量得到进一步提升，森林健康度向好的方向发展。

3.3. 各森林类型的碳储量动态变化

与蓄积量的动态变化趋势一致，乳阳林场的森林碳储量(碳库)由2018年的127.41万t，增加至2021年的136.10万t，4年间净增加8.69万t，并且表现出逐年增加的趋势。从各森林类型的年度变化情况来看(图3)，除杉木林在2019年和2021年有减少外，其他各林分在不同的年份中都表现出增加的态势，尤以阔叶混交林和针阔混交林的增加量最多。在总碳储量中，阔叶混交林类型占比高达79%左右。

进一步分析各森林类型在不同龄级的碳储量变化情况(图4)，发现各森林类型幼龄林的碳储量均在减少，其他各龄级的碳储量均在增加，但近熟林中杉木林表现为碳储量的减少，其减少量应为转化为成熟林中的杉木林和针阔混交林增加量中。

图3. 乳阳林场各林分类型碳储量的动态变化

图4. 乳阳林场各森林类型2018~2021年间不同龄级的碳储量动态变化

3.4. 各森林类型的碳密度和碳汇量动态变化

碳密度指某时间点上单位面积上森林生态系统的总碳储量，包括森林植被、凋落物层和森林土壤层的单位面积碳储量。乳阳林场的森林碳密度，不同的型有差异较大，从杉木林最小值的28 t/hm²至阔叶混交林的52 t/hm²不等(表2)，平均值变化在37.74 t/hm²~ 40.57 t/hm²之间。这个碳密度值，与全国110多处的国家森林公园平均碳密度水平相比 [26]，其碳密度仅为全国森林公园平均水平(96.16 t/hm²)的39.25%~42.19%之间；但与中国森林生物量的平均碳密度(55.70 t/hm²) [27] 相比，虽有一定的差距，但差距不大，因为本研究中并未将林下灌草层的碳密度进行叠加。

表2. 乳阳林场2018年~2021年间各森林类型平均碳密度(t/hm²)

碳汇增量指在一定面积上一定的时间内森林固定大气二氧化碳的量，是反映森林碳汇能力的重要指标。乳阳林场森林植被的碳汇量，从2018年净固定碳量的3.62万t/a，逐年减少至2021年的3.47万t/a，这是正常现象，根据森林植物的异速生长规律，林分由幼龄林向成熟林的过渡中，固碳能力是逐步降低的 [27]。

不同森林类型在各年度的碳汇增量动态变化(图5)，主要表现为杉木林和松树林的碳汇增量均在减少，且杉木林减少幅度较大，而针叶混交林、针阔混交林基本上表现为增加的态势。因此，从森林类型年际变化的角度来说，反映出针叶纯林的碳汇增量减少，混交林的碳汇增量在增加。阔叶混交林碳汇增量的减少，可能与森林的成熟度有关。

图5. 乳阳林场各森林类型在各年度的碳汇增量动态变化

进一步分析各龄级的碳汇能力(图6)，可以发现各类森林的幼龄林碳汇增量在减少，而中龄林、近熟林、成熟林和过熟林的碳汇量都在不同程度的增加(近熟林中的杉木林除外)，反映出乳阳林场的森林资源正朝着顺序演替的方向发展。总体上，杉木林碳汇量的减少，主要是由于在林分改造中转变为针阔混交林类型所致。

图6. 乳阳林场各森林类型在2018年至2021年间的碳汇增量动态变化

4. 结论与讨论

4.1. 结论

本文对乳阳林场2018年至2021年4年间森林碳汇资源的变化分析结果表明，经多年的保护，森林资源得到了明显的增长，森林蓄积量由2018年的249.55万m³，增加至2021年的271.64万m³，4年间净增加了22.09万m³；森林碳库则由2018年的127.41万t，增加至2021年的136.10万t，净增加了8.69万t；碳汇量则由2018年的3.62万t减少至2021年的3.47万t，碳积累的速率(碳汇能力)呈逐年减少的趋势，与2018年相比，年均减少1.02%。

4.2. 讨论

研究结果表明，乳阳林场在2018年至2021年的4年间，各类森林面积均是以幼龄林和中龄林为主，但幼龄林面积是逐年减少的，总面积由2018年的20.53%减少至2021年的11.14%，而中龄林面积则由64.95%增加至2021年的71.47%，中幼林面积占总面积的80%以上，这与2008年的我国南方冰雪灾害对乳阳林场的影响有很大关系 [28]，2008年的冰雪灾害至今已经过去了14年，当年自然恢复或人为促进恢复的森林，目前已大多进入了中龄林阶段，其碳储量也在逐年增加，但由于仍有20%左右的近熟林、成熟林和过熟林，导致其碳汇速率整体处于轻微下降的趋势，这是因为随林分年龄的增加，碳汇能力的逐步降低的 [27]，但研究表明，成熟森林生态系统仍然是具有碳汇能力的 [29]。加强森林资源的保护和修复，提高森林生态系统的稳定性和生态质量，维持生态系统生产力的持续性，减少森林火灾和人为不必要的干扰破坏，是今后森林资源保护管理的重要任务。目前，乳阳林场开展了生物防火林带建设、矿山石场的生态修复和广东省乳阳林场(广东南岭国家森林公园管理处)重点区域生态保护和修复工程(封山育林)等生态保护工程项目，其目的就是促进森林资源持续增长，增强森林生态系统的多样性和稳定性。

作为广东省最大的国有林场——乳阳林场的森林碳汇潜力究竟有多大？还不清楚，因为目前尚未见有乳阳林场地带性顶级森林群落碳汇研究相关文献报道，今后应加强这方面的研究。

基金项目

本项目属广东省乳阳林场2021年重点区域生态保护和修复工程项目内容的一部分。

文章引用

卢小冬,杨鸿博. 广东乳阳林场森林碳汇资源动态变化研究
Study on the Dynamic Change of Forest Carbon Sink in Ruyang Forest Farm, Guangdong Province[J]. 世界生态学, 2022, 11(04): 520-529. https://doi.org/10.12677/IJE.2022.114065

参考文献