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退耕还林工程对河南省森林地上碳储量的影响

王艳芳 刘领 悦飞雪 李冬 上官周平

王艳芳, 刘领, 悦飞雪, 李冬, 上官周平. 退耕还林工程对河南省森林地上碳储量的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2019, 36(3): 507-514. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.03.011
引用本文: 王艳芳, 刘领, 悦飞雪, 李冬, 上官周平. 退耕还林工程对河南省森林地上碳储量的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2019, 36(3): 507-514. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.03.011
WANG Yanfang, LIU Ling, YUE Feixue, LI Dong, SHANGGUAN Zhouping. Forest aboveground carbon storage with the Grain for Green Program in Henan Province[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2019, 36(3): 507-514. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.03.011
Citation: WANG Yanfang, LIU Ling, YUE Feixue, LI Dong, SHANGGUAN Zhouping. Forest aboveground carbon storage with the Grain for Green Program in Henan Province[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2019, 36(3): 507-514. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.03.011

退耕还林工程对河南省森林地上碳储量的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.03.011
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 31700367

“十三五”国家重点研发计划项目 2016YFC0501605

河南科技大学博士科研启动基金资助项目 13480081

详细信息
    作者简介: 王艳芳, 讲师, 博士, 从事森林植被碳汇研究。E-mail:wyfll1977@126.com
    通信作者: 上官周平, 研究员, 从事植物恢复生态研究。E-mail:shangguan@ms.iswc.ac.cn
  • 中图分类号: S718.5

Forest aboveground carbon storage with the Grain for Green Program in Henan Province

  • 摘要: 退耕还林工程作为中国重要的植被恢复工程,其碳汇能力巨大。基于河南省退耕还林实施期间河南省森林资源清查数据(1998-2003年,2003-2008年,2008-2013年),利用生物量转换因子连续函数法,估算河南省森林及人工林的碳储量,同时利用2000-2012年河南省退耕还林工程逐年造林树种和面积,估算退耕还林所种树木的碳储量。结果表明:河南省森林面积、蓄积、碳储量和碳密度分别从1998年的149.77×104 hm2,5 258.50×104 m3,30.49 Tg和20.36 Mg·hm-2增加到2013年的305.36×104 hm2,17 094.56×104 m3,91.02 Tg和29.81 Mg·hm-2,其中人工林面积、碳储量、碳密度增幅较大。人工林碳储量占林分总碳储量的比例由1998年的29.26%提高到2013年的58.46%。人工林在河南省森林碳汇中发挥着越来越重要的作用,是河南省森林碳汇的主要贡献者,这主要归因于退耕还林工程的实施引起人工林碳储量的增加。2003,2008和2013年退耕还林工程碳储量分别占森林总碳储量的1.58%,15.40%和30.95%。河南省实施退耕还林工程具有较大的碳汇能力。
  • 图  1  河南省退耕还林工程各地区造林面积示意图

    Figure  1  Afforestation area in different regions of Grain for Green Program (GGP) in Henan Province

    图  2  河南省5个地区不同退耕还林方式造林面积

    Figure  2  Area of different afforestation types under Grain for Green Program (GGP) in five regions of Henan Province

    图  3  河南省不同时期森林年碳汇

    Figure  3  Carbon accumulation rate of the forests in different periods in Henan Province

    表  1  河南省退耕还林工程不同树种/森林类型有效造林面积

    Table  1.   Effective planted area for each tree species/forest types under the GGP in Henan Province

    树种/森林类型 2000-2012年不同树种有效造林面积/hm2
    2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
    杨树 13 160.713 352.9 68 803.6 114 281.5 75 699.1 72 351.2 17 320.2 23 866.5 24 755.8 15 139.8 15 572.4 6 338.0 6 770.9
    刺槐 2 207.4 2 239.7 11 540.3 19 168.2 12 696.9 12 135.3 2 905.1 4 003.1 4 152.2 2 539.4 2 611.9 1 063.1 1 135.7
    泡桐 447.1 453.6 2 337.3 3 882.2 2 571.5 2 457.8 588.4 810.8 841.0 514.3 529.0 215.3 230.0
    楸树 27.9 28.4 146.1 242.6 160.7 153.6 36.8 50.7 52.6 32.1 33.061 13.5 14.4
    阔叶混 3 012.2 3 056.1 15 747.4 26 156.1 17 325.6 16 559.4 3 964.2 5 462.4 5 666.0 3 465.1 3 564.1 1 450.6 1 549.7
    干果类经济树种 3 856.0 3 912.3 20 159.0 33 483.8 22 179.4 21 198.4 5 074.7 6 992.7 7 253.3 4 435.9 4 562.6 1 857.0 1 983.8
    水果类经济树种 1 285.3 1 304.1 6 719.7 11 161.3 7 393.1 7 066.2 1 691.6 2 330.9 2 417.8 1 478.6 1 520.9 619.0 661.3
    硬阔混 1 793.9 1 820.1 9 378.3 15 577.2 10 318.2 9 861.9 2 360.9 3 253.2 3 374.4 2 063.6 2 122.6 863.9 922.9
    马尾松 1 002.6 1 017.2 5 241.3 8 705.8 5 766.6 5 511.6 1 319.4 1 818.1 1 885.9 1 153.3 1 186.3 482.8 515.8
    杉木 610.3 619.2 3 190.4 5 299.2 3 510.1 3 354.9 803.1 1 106.7 1 147.9 702.0 722.1 293.9 314.0
    其他针叶树种 566.7 574.9 2 962.5 4 920.7 3 259.4 3 115.3 745.8 1 027.6 1 065.9 651.9 670.5 272.9 291.5
    合计 27 970.128 378.4 146 225.8 242 878.5 160 880.7 153 765.5 36 810.1 50 722.7 52 612.632 176.1 33 095.513 470.014 390.0
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    表  2  不同树种生物量转换参数和含碳系数

    Table  2.   Parameters used to calculate biomass of forest stands and carbon fraction for different dominant tree species

    优势树种 a b N R2 参考文献 含碳系数
    栎类 1.145 3 8.547 3 12 0.98 [7] 0.500 4
    硬阔 0.756 4 8.310 3 11 0.98 [7] 0.483 4
    侧柏 0.612 9 46.145 1 11 0.98 [7] 0.503 4
    油松 0.755 4 5.092 8 82 0.98 [7] 0.520 7
    马尾松 0.510 1 1.045 1 12 0.92 [7] 0.459 6
    杨树 0.981 0 0.004 0 10 0.99 [20] 0.495 6
    泡桐 0.895 6 0.004 8 22 0.99 [21] 0.469 5
    杉木 0.537 1 11.985 8 29 1.00 [22] 0.520 1
    落叶松 0.544 2 16.123 5 35 1.00 [23] 0.521 1
    针叶混 0.589 4 24.515 1 [24] 0.510 1
    阔叶混 0.836 2 9.415 7 [24] 0.490 0
    针阔混 0.714 3 16.965 4 [24] 0.497 8
    说明:ab为不同树种的蓄积量转换为生物量的参数;N为样本数量;R2为生物量生长方程的拟合优度系数
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    表  3  人工林生物量生长方程

    Table  3.   Empirical growth equations of plantations biomass

    树种/森林类型 方程 R2
    柏木 B=155.72/(1+10.568 1e-0.0443t) 0.912
    落叶松 B=130.20/(1+2.659 4e-0.0696t) 0.981
    油松 B=87.98/(1+12.236 0e-0.1144t) 0.977
    马尾松 B=81.67/(1+2.173 5e-0.052 2t) 0.996
    杉木 B=69.61/(1+2.436 9e-0.096 3t) 0.963
    栎类 B=197.09/(1+8.490 7e-0.042 2t) 0.992
    硬阔类 B=160.99/(1+10.313 0e-0.049 2t) 0.990
    杨树 B=70.76/(1+1.492 0e-0.1434t) 0.934
    泡桐 B=110.42/(1+4.094 6e-0.050 5t) 0.876
    软阔类 B=132.24/(1+5.275 5e-0.1302t) 0.956
    针叶混 B=158.94/(1+20.804 2e-0.1017t) 0.949
    针阔混 B=290.96/(1+8.577 4e-0.056 0t) 0.993
    阔叶混 B=237.57/(1+12.272 1e-0.1677t) 0.980
    说明:B为生物量密度(Mg·hm-2),t为林龄(a)
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    表  4  河南省退耕还林实施期间森林面积、蓄积及碳储量

    Table  4.   Area, volume, carbon storage and density of forest stand during implementing GGP in Henan Province

    年份 总面积/×104 hm2 退耕还林面积/×104 hm2 总蓄积/×104 m3 总碳储量/Tg 退耕还林碳储量/Tg 森林碳密度/(Mg·hm-2)
    1998 149.77 0 5 258.50 30.49 0 20.36
    2003 197.72 44.54 8 404.64 46.28 0.73 23.41
    2008 283.36 90.02 12 936.12 69.16 10.65 24.41
    2013 305.36 99.34 17 094.56 91.02 28.17 29.81
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    表  5  1998-2013年不同林分起源森林面积、蓄积及碳储量

    Table  5.   Area, volume, carbon storage and density under different forest origins from 1998 to 2013 in Henan Province

    年份 森林类型 面积/×104 hm2 蓄积/×104 m3 碳储量/Tg 比例/% 碳密度/(Mg·hm-2)
    1998 天然林 95.92 3 606.32 21.57 70.74 22.49
    人工林 53.85 1 652.18 8.92 29.26 16.56
    2003 天然林 107.25 4 367.27 26.29 56.81 24.51
    人工林 90.47 4 037.37 19.99 43.19 22.10
    2008 天然林 118.72 5 456.00 31.27 45.21 26.34
    人工林 160.70 7 480.12 37.89 54.79 23.56
    2013 天然林 131.47 6 628.80 37.81 41.54 28.76
    人工林 173.89 10 465.76 53.21 58.46 30.60
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-15
  • 修回日期:  2018-10-17
  • 刊出日期:  2019-06-20

退耕还林工程对河南省森林地上碳储量的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.03.011
    基金项目:

    国家自然科学基金资助项目 31700367

    “十三五”国家重点研发计划项目 2016YFC0501605

    河南科技大学博士科研启动基金资助项目 13480081

    作者简介:

    王艳芳, 讲师, 博士, 从事森林植被碳汇研究。E-mail:wyfll1977@126.com

    通信作者: 上官周平, 研究员, 从事植物恢复生态研究。E-mail:shangguan@ms.iswc.ac.cn
  • 中图分类号: S718.5

摘要: 退耕还林工程作为中国重要的植被恢复工程,其碳汇能力巨大。基于河南省退耕还林实施期间河南省森林资源清查数据(1998-2003年,2003-2008年,2008-2013年),利用生物量转换因子连续函数法,估算河南省森林及人工林的碳储量,同时利用2000-2012年河南省退耕还林工程逐年造林树种和面积,估算退耕还林所种树木的碳储量。结果表明:河南省森林面积、蓄积、碳储量和碳密度分别从1998年的149.77×104 hm2,5 258.50×104 m3,30.49 Tg和20.36 Mg·hm-2增加到2013年的305.36×104 hm2,17 094.56×104 m3,91.02 Tg和29.81 Mg·hm-2,其中人工林面积、碳储量、碳密度增幅较大。人工林碳储量占林分总碳储量的比例由1998年的29.26%提高到2013年的58.46%。人工林在河南省森林碳汇中发挥着越来越重要的作用,是河南省森林碳汇的主要贡献者,这主要归因于退耕还林工程的实施引起人工林碳储量的增加。2003,2008和2013年退耕还林工程碳储量分别占森林总碳储量的1.58%,15.40%和30.95%。河南省实施退耕还林工程具有较大的碳汇能力。

English Abstract

王艳芳, 刘领, 悦飞雪, 李冬, 上官周平. 退耕还林工程对河南省森林地上碳储量的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2019, 36(3): 507-514. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.03.011
引用本文: 王艳芳, 刘领, 悦飞雪, 李冬, 上官周平. 退耕还林工程对河南省森林地上碳储量的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2019, 36(3): 507-514. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.03.011
WANG Yanfang, LIU Ling, YUE Feixue, LI Dong, SHANGGUAN Zhouping. Forest aboveground carbon storage with the Grain for Green Program in Henan Province[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2019, 36(3): 507-514. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.03.011
Citation: WANG Yanfang, LIU Ling, YUE Feixue, LI Dong, SHANGGUAN Zhouping. Forest aboveground carbon storage with the Grain for Green Program in Henan Province[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2019, 36(3): 507-514. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.03.011
  • 土地利用方式的变化对全球碳循环以及耕地资源的数量和质量产生重要的影响[1-2]。退耕还林工程作为中国一项重要的土地利用方式改变工程,国家高度重视,全民参与度高。该工程主要是在坡耕地和荒山荒地上植树造林,增加了植被覆盖率,进而控制水土流失[3]。退耕还林工程主要包括退耕地造林、荒山荒地造林和封山育林3种植被恢复类型。截止2013年,全国实施退耕还林面积达2 981.91×104 hm2,其中退耕地造林面积为926.41×104 hm2,荒山荒地造林面积为1 745.50×104 hm2,封山育林面积为310.00×104 hm2[4]。河南省退耕还林工程自2000年开始首先在洛阳、三门峡、济源3个地区进行试点,2002年全省全面启动退耕还林工程。工程范围涉及全省18个省辖市的137个县(市、区),覆盖了全省85%以上的县级单位和90%的国土面积。其中退耕地造林涉及106个县(市、区),129.1万退耕农户,488.9万农民[5]。近年来,退耕还林工程的实施已带来显著的生态、经济和社会效益。土地利用方式的变化通过改变土壤碳和植被生物量对全球碳循环产生重要的影响[2, 6-8],通过植树造林来减少温室气体排放已经成为当前减缓全球气候变化的主要策略之一[9-11]。一些学者针对中国人工林碳储量和分配格局进行了研究[12-13],特别是一些学者在全国和地区尺度上针对退耕还林工程实施对地上植被碳汇和土壤碳汇的影响也进行了研究。蔡丽莎等[14]研究了贵州省退耕还林工程的碳汇潜力。DENG等[3]利用整合分析方法研究了全国退耕还林工程实施对土壤碳库的影响。刘博杰等[15]研究了中国退耕还林工程净固碳量。SONG等[16]研究了中国退耕还林土壤碳储量变化。CHEN等[17]研究了云南省退耕还林工程碳汇能力。这些研究均表明退耕还林工程的实施具有较大的碳汇潜力。河南省作为中部退耕还林工程重点实施地区,实施退耕还林工程对森林植被碳储量的影响研究较薄弱。本研究对河南省实施退耕还林工程后森林碳储量的影响进行了研究,一方面为研究河南省退耕还林地上植被碳储量提供基础数据,另一方面为评估人工林的碳汇效益提供参考。

    • 河南省(31°23′~36°22′N,110°21′~116°39′E)位于中国中东部,黄河中下游、黄淮海大平原的西南部。河南省土地总面积为16.70×104 km2,约占全国土地总面积的1.74%。全省年平均气温约14.0 ℃,具有由东向西递减、由北向南递增的趋势。全省年平均降水量为600.0~1 200.0 mm,淮河以南降水达1 000.0~1 200.0 mm,黄河淮河之间为700.0~900.0 mm,豫北和豫西丘陵区为600.0~700.0 mm。

    • 河南省退耕还林工程主要包括退耕地造林、荒山荒地造林和封山育林3种植被恢复类型[3],主要造林树种有杨树Populus,刺槐Robinia pseudoacacia,泡桐Paulownia,楸树Catalpa bungei,栎类Quercus spp.,柏木Cupressus funebris,马尾松Pinus massoniana和杉木Cunninghamia lanceolata等生态树种;柿树Diospyros kaki,枣树Ziziphus jujuba,核桃Juglans regia和板栗Castanea mollissima等干果类生态经济兼用树种;苹果Malus pumila,梨Pyrus,杏Armeniaca vulgaris,桃Amygdalus persica等水果类经济树种。通过河南省林业厅历年安排退耕还林任务和复查结果,得到2000-2012年河南省退耕还林工程实施期不同树种逐年有效造林面积(表 1),河南省不同地区的造林总面积和不同植被恢复类型下的造林面积。

      表 1  河南省退耕还林工程不同树种/森林类型有效造林面积

      Table 1.  Effective planted area for each tree species/forest types under the GGP in Henan Province

      树种/森林类型 2000-2012年不同树种有效造林面积/hm2
      2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
      杨树 13 160.713 352.9 68 803.6 114 281.5 75 699.1 72 351.2 17 320.2 23 866.5 24 755.8 15 139.8 15 572.4 6 338.0 6 770.9
      刺槐 2 207.4 2 239.7 11 540.3 19 168.2 12 696.9 12 135.3 2 905.1 4 003.1 4 152.2 2 539.4 2 611.9 1 063.1 1 135.7
      泡桐 447.1 453.6 2 337.3 3 882.2 2 571.5 2 457.8 588.4 810.8 841.0 514.3 529.0 215.3 230.0
      楸树 27.9 28.4 146.1 242.6 160.7 153.6 36.8 50.7 52.6 32.1 33.061 13.5 14.4
      阔叶混 3 012.2 3 056.1 15 747.4 26 156.1 17 325.6 16 559.4 3 964.2 5 462.4 5 666.0 3 465.1 3 564.1 1 450.6 1 549.7
      干果类经济树种 3 856.0 3 912.3 20 159.0 33 483.8 22 179.4 21 198.4 5 074.7 6 992.7 7 253.3 4 435.9 4 562.6 1 857.0 1 983.8
      水果类经济树种 1 285.3 1 304.1 6 719.7 11 161.3 7 393.1 7 066.2 1 691.6 2 330.9 2 417.8 1 478.6 1 520.9 619.0 661.3
      硬阔混 1 793.9 1 820.1 9 378.3 15 577.2 10 318.2 9 861.9 2 360.9 3 253.2 3 374.4 2 063.6 2 122.6 863.9 922.9
      马尾松 1 002.6 1 017.2 5 241.3 8 705.8 5 766.6 5 511.6 1 319.4 1 818.1 1 885.9 1 153.3 1 186.3 482.8 515.8
      杉木 610.3 619.2 3 190.4 5 299.2 3 510.1 3 354.9 803.1 1 106.7 1 147.9 702.0 722.1 293.9 314.0
      其他针叶树种 566.7 574.9 2 962.5 4 920.7 3 259.4 3 115.3 745.8 1 027.6 1 065.9 651.9 670.5 272.9 291.5
      合计 27 970.128 378.4 146 225.8 242 878.5 160 880.7 153 765.5 36 810.1 50 722.7 52 612.632 176.1 33 095.513 470.014 390.0
    • 本研究采用河南省6~8期(1998-2003年,2003-2008年,2008-2013年)森林清查资料数据,根据国家林业局的安排,河南省隔5 a进行1次森林资源复查,森林清查资料提供了主要森林类型不同林龄、林分起源、林种的面积和蓄积量信息。本研究主要采用不同林分起源(人工林和天然林)的面积和蓄积信息。

    • 根据地理因素和行政划分将河南省18个地区分为5个地理综合区:豫中(郑州、许昌、漯河),豫南(南阳、信阳、驻马店),豫东(开封、商丘、周口),豫西(平顶山、洛阳、三门峡),豫北(安阳、鹤壁、新乡、焦作、濮阳、济源)。

    • 利用生物量转换因子连续函数法[7]计算林木生物量:B=aV+b。其中:B为某树种(组)的单位面积生物量(Mg·hm-2);V为某一树种(组)的单位面积蓄积量(m3·hm-2);ab为将不同树种(组)的蓄积量转换为生物量的参数。河南省林木资源主要包括12种优势树种,其中落叶松Larix gmelinii,杉木,杨树和泡桐这4种树木在河南省已有学者进行了研究[18-21],所以,采用文献已有的参数对这4类树种进行生物量的研究。FANG等[7]构建了中国21种树木蓄积量转换生物量的参数,其中有5类树种:栎类,侧柏Platycladus orientalis,油松Pinus tabulaeformis,马尾松和硬阔类的转换参数应用于河南省较合适,另外3类树木针叶混、阔叶混和针阔混的转换参数可以采用曾伟生[22]的研究结果,其转换参数适合在河南省应用。林木碳储量通过林木生物量乘以其含碳系数(CF)获得,不同树种的含碳系数来自文献[23]。表 2为本研究采用的蓄积量与生物量的转换参数及不同树种的含碳系数。

      表 2  不同树种生物量转换参数和含碳系数

      Table 2.  Parameters used to calculate biomass of forest stands and carbon fraction for different dominant tree species

      优势树种 a b N R2 参考文献 含碳系数
      栎类 1.145 3 8.547 3 12 0.98 [7] 0.500 4
      硬阔 0.756 4 8.310 3 11 0.98 [7] 0.483 4
      侧柏 0.612 9 46.145 1 11 0.98 [7] 0.503 4
      油松 0.755 4 5.092 8 82 0.98 [7] 0.520 7
      马尾松 0.510 1 1.045 1 12 0.92 [7] 0.459 6
      杨树 0.981 0 0.004 0 10 0.99 [20] 0.495 6
      泡桐 0.895 6 0.004 8 22 0.99 [21] 0.469 5
      杉木 0.537 1 11.985 8 29 1.00 [22] 0.520 1
      落叶松 0.544 2 16.123 5 35 1.00 [23] 0.521 1
      针叶混 0.589 4 24.515 1 [24] 0.510 1
      阔叶混 0.836 2 9.415 7 [24] 0.490 0
      针阔混 0.714 3 16.965 4 [24] 0.497 8
      说明:ab为不同树种的蓄积量转换为生物量的参数;N为样本数量;R2为生物量生长方程的拟合优度系数
    • 依据“人工林生长曲线法”估算退耕还林工程林木生物质碳储量的变化,林木生物质碳储量的计算通常是通过树木的生物量乘以含碳系数(CF)获得,估算树木生物质碳储量公式为:${C_{\rm{B}}} = \sum\limits_{i = 1}^n {\sum\limits_{j = 1}^m {\left({{A_{ijk}} \times {B_{ijk}} \times {C_{{\rm{F}}j}}} \right)} } $。其中:CBi代表第i目标年林木生物质碳储量(Mg);i代表研究目标年;j代表造林树种;nm分别代表目标年和造林树种的数量;Aijk代表j树种在第k年的造林面积(hm2);CFj表示j树种的含碳系数;Bijk表示第k年造林的j树种到第i目标年时的生物量(Mg·hm-2)。

      人工林生物量生长方程采用XU等[24]利用Logistic生长方程拟合的各森林类型生物量密度与林龄的关系(表 3)。河南省退耕还林工程中栽植一定面积的经济树木,大多属于阔叶类树种。因此,经济树种的蓄积量采用阔叶类树种生物量生长方程进行估算。本研究中,假设造林当年的林龄为1 a。

      表 3  人工林生物量生长方程

      Table 3.  Empirical growth equations of plantations biomass

      树种/森林类型 方程 R2
      柏木 B=155.72/(1+10.568 1e-0.0443t) 0.912
      落叶松 B=130.20/(1+2.659 4e-0.0696t) 0.981
      油松 B=87.98/(1+12.236 0e-0.1144t) 0.977
      马尾松 B=81.67/(1+2.173 5e-0.052 2t) 0.996
      杉木 B=69.61/(1+2.436 9e-0.096 3t) 0.963
      栎类 B=197.09/(1+8.490 7e-0.042 2t) 0.992
      硬阔类 B=160.99/(1+10.313 0e-0.049 2t) 0.990
      杨树 B=70.76/(1+1.492 0e-0.1434t) 0.934
      泡桐 B=110.42/(1+4.094 6e-0.050 5t) 0.876
      软阔类 B=132.24/(1+5.275 5e-0.1302t) 0.956
      针叶混 B=158.94/(1+20.804 2e-0.1017t) 0.949
      针阔混 B=290.96/(1+8.577 4e-0.056 0t) 0.993
      阔叶混 B=237.57/(1+12.272 1e-0.1677t) 0.980
      说明:B为生物量密度(Mg·hm-2),t为林龄(a)
    • 河南省退耕还林工程自2000年实施以来,不同地区造林面积差异较大。西南部地区的洛阳、三门峡、南阳和信阳地区造林面积最大,造林面积在60.01×103~180.00×103 hm2,中东部地区造林面积较小,其中商丘和漯河造林面积最小,造林面积在9.00×103~18.00×103 hm2图 1)。

      图  1  河南省退耕还林工程各地区造林面积示意图

      Figure 1.  Afforestation area in different regions of Grain for Green Program (GGP) in Henan Province

      图 2可知:2000-2012年,河南省5个地区中豫东没有安排封山育林任务,且造林面积在5个地区中是最少的,仅占全省造林面积的6.27%,其中退耕地造林为10.40×103 hm2,荒山造林为57.21×103 hm2。豫南地区造林面积最大,占全省造林面积的30.96%,其中退耕地造林为87.99×103 hm2,荒山造林为234.21×103 hm2,封山育林为53.83×103 hm2。另外,豫西地区退耕地造林为87.45×103 hm2,荒山造林为198.30×103 hm2,封山育林为48.35×103 hm2;豫北地区退耕地造林为44.55×103 hm2,荒山造林为161.66×103 hm2,封山育林为20.40×103 hm2;豫中地区退耕地造林为20.74×103 hm2,荒山造林为48.35×103 hm2,封山育林为5.71×103 hm2。2000-2012年河南省退耕还林工程共完成造林面积为1 079.15×103 hm2,其中退耕地造林为251.13×103 hm2,荒山造林为699.72×103 hm2,封山育林为128.30×103 hm2

      图  2  河南省5个地区不同退耕还林方式造林面积

      Figure 2.  Area of different afforestation types under Grain for Green Program (GGP) in five regions of Henan Province

    • 表 4可知:实施退耕还林后,1998-2013年河南省森林面积、蓄积、碳储量和碳密度均呈增加趋势,其中森林面积从1998年149.77×104 hm2增加到2013年的305.36×104 hm2,增加了103.89%;森林蓄积由1998年5 258.50×104 m3提高到2013年的17 094.56 104 m3,提高比例为225.10%;碳储量由1998年30.49 Tg提高到2013年的91.02 Tg,提高比例为198.52%;碳密度由1998年20.36 Mg·hm-2提高到2013年的29.81 Mg·hm-2,提高比例为46.41%。特别是2008-2013年森林碳密度提高较多,提高了22.12%,主要是由于退耕还林工程所种植的主要树种杨树等软阔类树木达到中龄林阶段,中龄林较幼龄林具有较高的碳密度。2003,2008和2013年退耕还林造林面积分别占森林总面积的22.53%,31.77%和32.53%;退耕还林工程碳储量占森林总碳储量的1.58%,15.40%和30.95%。造林面积和碳储量均呈增加趋势,碳储量增加幅度要高于造林面积,因为随着树龄的增加林木碳汇能力逐渐增强。

      表 4  河南省退耕还林实施期间森林面积、蓄积及碳储量

      Table 4.  Area, volume, carbon storage and density of forest stand during implementing GGP in Henan Province

      年份 总面积/×104 hm2 退耕还林面积/×104 hm2 总蓄积/×104 m3 总碳储量/Tg 退耕还林碳储量/Tg 森林碳密度/(Mg·hm-2)
      1998 149.77 0 5 258.50 30.49 0 20.36
      2003 197.72 44.54 8 404.64 46.28 0.73 23.41
      2008 283.36 90.02 12 936.12 69.16 10.65 24.41
      2013 305.36 99.34 17 094.56 91.02 28.17 29.81
    • 根据林分起源的不同,将森林分为天然林和人工林。由表 5可知:1998-2013年,天然林和人工林的面积、蓄积、碳储量和碳密度均有不同程度增加,尤其是人工林增加显著,人工林面积由1998年的53.85×104 hm2增加到2013年的173.89×104 hm2,增加了222.92%。在此期间河南省退耕还林工程造林107.92×104 hm2,对人工林面积的增加起主要作用。人工林蓄积增加了533.47%,碳储量增加了496.52%,人工林碳密度由1998年的16.56 Mg·hm-2增加到2013年的30.60 Mg·hm-2,增幅较大。随着时间的推移,人工林在河南省森林碳汇中将会发挥越来越显著的作用。人工林占林分总碳储量的比例由1998年的29.26%提高到2013年的58.46%。人工林在河南省森林碳汇中起着重要的作用,是河南省森林碳汇的主要贡献者,这主要归因于退耕还林工程的实施,大面积人工造林引起碳储量的增加。截止2013年,退耕还林工程造林面积占人工林面积的57.13%,碳储量占人工林碳储量的52.94%。

      表 5  1998-2013年不同林分起源森林面积、蓄积及碳储量

      Table 5.  Area, volume, carbon storage and density under different forest origins from 1998 to 2013 in Henan Province

      年份 森林类型 面积/×104 hm2 蓄积/×104 m3 碳储量/Tg 比例/% 碳密度/(Mg·hm-2)
      1998 天然林 95.92 3 606.32 21.57 70.74 22.49
      人工林 53.85 1 652.18 8.92 29.26 16.56
      2003 天然林 107.25 4 367.27 26.29 56.81 24.51
      人工林 90.47 4 037.37 19.99 43.19 22.10
      2008 天然林 118.72 5 456.00 31.27 45.21 26.34
      人工林 160.70 7 480.12 37.89 54.79 23.56
      2013 天然林 131.47 6 628.80 37.81 41.54 28.76
      人工林 173.89 10 465.76 53.21 58.46 30.60
    • 图 3可知:1998-2013年,河南省森林年碳汇量为0.63 Mg·hm-2·a-1,其中1998-2003,2003-2008和2008-2013年碳汇量分别为0.61,0.20和1.08 Mg·hm-2·a-1。1998-2013年,天然林和人工林的年碳汇量分别为0.42和0.94 Mg·hm-2·a-1,其中1998-2003,2003-2008和2008-2013年天然林的年碳汇量分别为0.41,0.37和0.48 Mg·hm-2·a-1,而人工林的年碳汇量分别为1.11,0.27和1.41 Mg·hm-2·a-1。2003-2008年人工林和天然林年碳汇量均低于1998-2003和2008-2013年。人工林年碳汇量显著高于天然林年碳汇量,主要是由于退耕还林工程的大面积实施以及树木的生长引起人工林碳汇能力的快速增长。

      图  3  河南省不同时期森林年碳汇

      Figure 3.  Carbon accumulation rate of the forests in different periods in Henan Province

    • 1998-2013年河南省退耕还林工程实施期,森林面积和碳储量逐渐增加,特别是人工林面积和碳储量增加幅度较天然林要大很多。主要是由于在此期间河南省实施了退耕还林工程,人工林面积增加较多,从而引起碳储量增加。2013年森林碳储量和碳密度较1998年分别提高193.01%和22.15%。研究进一步证实了实施造林工程是提高森林碳储量的根本途径[25-27]

      经过1998-2013年15 a的森林恢复,森林碳储量持续升高。1998-2013年,林分年碳汇量为0.63 Mg·hm-2·a-1,其中人工林年碳汇量是天然林年碳汇量的2.24倍,人工林碳汇能力要高于天然林,主要是由于退耕还林工程的大面积实施以及对造林地加强了抚育和管理。1998-2003年,2008-2013年人工林年碳汇量均高于天然林,只有2003-2008年人工林年碳汇量低于天然林,主要是由于在此阶段退耕还林工程造林面积较大,共造林758.00×103 hm2图 2),所造林木处于幼龄林阶段,碳汇能力较成熟林而言较弱。随着人工林生长为碳汇能力较强的成熟林河南省森林将具有较大的碳汇潜力。

      ZHANG等[26]研究表明:2013年全中国森林碳储量和碳密度分别为6 896.3 Tg和41.0 Mg·hm-2。可见,河南省2013年森林碳储量占全中国2013年森林碳储量的1.32%,河南省森林碳密度低于全国森林植被碳密度,表明河南省森林质量低于全国森林质量平均水平,需要加强抚育和管理,提高森林质量和碳汇能力。李世东等[28]研究得出:河南省森林碳储量和碳密度分别为87.96 Tg和31.04 Mg·hm-2,碳密度高于本研究结果,主要是由于运用不同的估算方法计算森林碳储量。河南省2013年森林碳储量为91.02 Tg,相当于河南省2010年碳释放量的65.86%[29],相当于中国年碳释放量(10 000 Tg)的0.91%[30]。森林植被在碳汇和减缓全球变化方面发挥着重要的作用[31]

      人工林在河南省森林碳汇中发挥越来越重要的作用,其碳储量和碳密度在2013年分别为53.21 Tg和30.60 Mg·hm-2。ZHANG等[26]研究的2013年全国人工林碳储量和碳密度分别为1 400.0 Tg和29.7 Mg·hm-2,河南省人工林碳储量占全国的3.80%,河南省人工林碳密度略高于全国人工林碳密度,表明河南省人工林质量较高。主要是由于造林后政府、林业部门和农户加强对林木的抚育和管理,林木生长状况良好,具有较强的碳汇能力。

      运用生物量转换因子连续函数法计算林分生物量将会产生一定误差。误差主要来源于蓄积量转换为生物量的公式中一些相关参数(ab)。本研究采用的一些参数在河南省进行过研究,但多数是采用全国的或相似地区的参数进行估算,存在一定的误差。REN等[32]分析了估算广东省森林植被碳储量的误差,认为误差主要来源于蓄积量转换为生物量公式中所使用的参数,在1992,1997和2002年森林清查时所产生的误差分别占97.26%,96.96%和95.75%。为了提高蓄积量转换为生物量公式参数使用的可靠性,需要针对河南省地区不同树种开展研究,采用适合当地条件的生物量转换参数。

参考文献 (32)

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