海南主要森林类型植被碳贮量与固碳价值评价

王鑫瑶 ，王 旭 ，2，朱美玲 ，王文蕾 ，梁卿雅 ，邹耀进 ，李 超 ，唐鹏 ，任浩天

（1. 海南大学 热带农林学院，海南 海口 570228；2. 农业部儋州热带农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站，海南 儋州 571737）

海南主要森林类型植被碳贮量与固碳价值评价

王鑫瑶1，王 旭1，2，朱美玲1，王文蕾1，梁卿雅1，邹耀进1，李 超1，唐鹏1，任浩天1

（1. 海南大学 热带农林学院，海南 海口 570228；2. 农业部儋州热带农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站，海南 儋州 571737）

基于海南省森林资源二类调查报告（2008—2011），本文以海南省八种主要森林类型作为研究对象，对不同森林类型的碳贮量、碳密度及经济价值进行估算。结果表明：海南森林总碳贮量为3 489.122 5万t，碳贮量按龄级分布状况为中龄林＞成熟林＞近熟林＞幼龄林＞过熟林，碳密度按龄级分布状况为成熟林＞近熟林＞过熟林＞中龄林＞幼龄林，主要森林类型平均总经济价值2 174 857万元。天然阔叶混交林是海南面积最大、碳贮量最大，碳汇价值最高的林种；而作为海南重要的经济作物，橡胶树与桉树类人工林对海南森林碳汇贡献不可低估。

森林；碳贮量；经济价值；海南省

作为陆地生态系统中最大的碳库，森林生态系统以其独特的碳汇能力在应对全球气候变化方面扮演着重要角色。据统计，森林生态系统中地上部分碳储为452亿吨，占全球陆地植物地上部分总碳储量的86%[1]。作为森林生态系统的主体，森林植被起着明显的CO2碳汇作用，并具有较大的碳汇潜力。随着生态环境的不断恶化及全球对气候问题的日益重视，森林碳汇的巨大经济利益得到了前所未有的关注:碳汇项目迅速发展，碳减排全球化时代正式来临，森林碳汇已成为世界上最为经济的碳吸收手段，森林的碳汇服务功能转变为碳汇经济也已成为发展的必然趋势。20世纪70年代后期，我国碳循环研究工作正式开展，至今已取得较为丰硕的成果：“九五”期间，李克让与陈冠雄研究员[2]对我国森林植被碳库估算方法、碳储量及区域特征及碳收支计算等问题进行了全面、系统的研究，为后续森林碳汇工作开展提供了宝贵的经验。罗天祥[3]利用森林资源清查资料，采用生长经验方程深入研究我国森林生物生产力格局，并建立生物生产力优化模型用以估算生物总产量，方精云教授等[4]使用材积源生物量法及土壤有机质含量测定法估算了我国森林植被量、土壤碳储量，赵士洞研究员等[5]利用生物地理模型和生物地球化学模型模拟地球碳循环过程，预测碳循环变化。“八五”期间，随着“中国森林碳平衡”项目的开展，森林碳贸易、碳汇政策等经济问题、社会问题得到了更广泛的关注，森林碳汇研究逐渐成熟起来。

海南是我国森林资源最为丰富的地区之一，森林碳汇能力持续增长，研究海南森林碳储量、评价其森林碳汇功能经济价值旨在更好地评估海南森林碳汇在应对气候变化方面的作用和对经济发展的贡献，为林业生态效益补偿机制的建立和完善提供合理的科学依据，对估测热带森林生态系统碳循环特点及热带森林生态系统对全球碳平衡贡献具有重大意义。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

海南省位于中国南端，地理位置介于18°10′～ 20°10′N，108°37′～ 111°05′E，地势呈穹窿山地形：中部高耸，四周低平。海南地处热带北缘，属热带季风气候，年平均气温22～27 ℃，日气温≥10 ℃的年有效积温为8 200 ℃，光热充足，雨量充沛，全年无霜冻，年光照1 750～2 650 h，年降水量在1 000～2 600 mm之间，多年平均降水量1 639 mm。海南地势平缓，土壤深厚，湿热同期，气候优越，是我国林业发展最具优势的区域，全省有林面积207.20万hm2（其中天然林65.93万hm2、人工林121.87万hm2、灌木林19.40万hm2），森林蓄积量达1.25亿m3，森林覆盖率为60.2%。

1.2 研究方法

1.2.1 研究资料

根据森林清查资料推算碳贮量是区域碳汇研究及碳收支推算的有效途径之一[6]。根据已有对海南森林资源的清查资料，本研究所用基本数据来源于海南省森林资源二类调查报告（2008—2011）以及海南省统计年鉴，报告中详实记录了现阶段海南省森林资源状况，调查成果包括衡量海南省碳贮量基本参数的有效数据：全省各类森林资源的森林占地面积（hm2）与立木蓄积量（m3），以及不同森林类型各龄级的天然林和人工林的面积和蓄积量在各市县的分布状况。根据清查资料本文按优势种组将森林类型划分为八大类:松杉类、桉树类、相思类、木麻黄、橡胶林、人工阔叶混交林、其他乔木及天然阔叶混交林，林龄分级为：幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林与过熟林。

1.2.2 森林生物量估算方法

森林生物量是反映森林生产力特点与林木质量的重要指标，是指森林在一定时间内单位空间中森林植物群落在其生命过程中所产干物质的累积量。森林蓄积量是森林生长的立地条件、气候条件和森林年龄级及其他各因素的综合反映。目前常用的森林生物量估算方法包括模型模拟法、样地清查法和遥感估算法，本研究根据已有清查资料采用换算因子连续函数法（BEF）[7]，以清查材料中立木材积数据为基础建立生物量与蓄积量的关系方程用以估算不同类型森林生物量，生物量换算因子的相关系数采用方精云[8-10]等建立的不同森林类型生物量基本参数（见表1）。

表1 不同林分类型生物量—蓄积量回归方程†Table 1 Regression equations between stand biomass and stock volume in different types of forest

1.2.3 碳贮量与碳密度估算方法

森林碳贮量是指森林碳元素的质量或物质的量的多少，森林碳密度即单位面积森林的碳贮量，而单位生物量的含碳量称为转换系数（BEF）。通常植物生物量转化为碳贮量是按照植物干有机物中碳所占的比重，但由于不同森林类型植被组成、林龄等条件存有差异，因此森林碳贮量根据单位面积林分干物质质量（生物量）与转换系数（国际常用转化率0.50）[10]乘积求得，森林碳密度是用森林碳贮量与森林面积之比得出。森林中乔木层生物量是森林生物量的主体，大约占森林总生物量的90%以上，本研究中森林碳贮量仅指森林中林木活生物量。

1.2.4 碳汇固碳经济价值估算方法

本研究结合造林成本法和碳税法估算森林碳汇的经济价值，森林碳汇资源价值等于森林生物量固碳量与森林碳汇单价（元·t-1C）乘积，为了得到精准的经济价值数据，中国造林成本法中森林碳汇单价使用四个单价价位（251.4元·t-1[11]、260.9 元·t-1[12]、273.3 元·t-1[13]和 305 元·t-1[14]） 的 算术平均值，碳税法采用国际上通用的瑞典碳税率（150 美元·t-1=1245 元·t-1），[15]最终森林碳汇单价为造林成本法碳汇价格与碳税率的算术平均值，得到森林碳汇固碳经济价值公式如下：

式中：Vt为森林资源碳汇价值；CF为森林碳汇量；P为森林碳汇价格（元·t-1）

2 结果与分析

2.1 不同森林类型生物量与碳贮量

表2所示为8种不同森林类型的蓄积量、生物量与碳贮量。由数据可知，不同森林类型碳贮量存在明显差异，具体表现为天然阔叶混交林＞桉树类＞橡胶林＞相思类＞其他乔木＞木麻黄＞人工阔叶混交林＞松杉类，总蓄积量、生物量与碳贮量分别为150 041 774 m3、6 978.245万t与3 489.122 5万t，总碳贮量在11.900 5万～2 305.091 5万t之间。其中松杉类碳贮量最小，为11.900 5万t，占森林总碳贮量的0.34%。作为海南省的主要林种，蓄积量与生物量优势使得天然阔叶混交林在海南森林碳汇方面发挥着主导作用：天然阔叶混交林碳贮量最大，为2 305.091 5万t，占森林总碳贮量的66.07%，是松杉类碳贮量的194倍，其次是桉树，碳贮量为519.432万t，占总碳贮量14.89%，说明其作为热带重要的经济作物对海南省碳贮量的贡献具有很大潜力。

表2 不同森林类型蓄积量、生物量、碳贮量Table 2 Volume, biomass, carbon storage of different forest types

2.2 不同森林类型各龄级树种的生物量与碳贮量

根据清查资料对8种森林类型不同龄级组的生物量与碳贮量统计结果如下（见表3）：

表3 不同森林类型各龄级的生物量与碳贮量Table 3 Biomass and carbon storage of different age classes in different forest types ×104 t

2.2.1 同一森林类别不同龄级的碳汇能力比较

由表3可知，不同树龄的森林，碳源汇功能存在着一定的差异。由统计数据可见，海南省森林面积按龄级分布状况为中龄林＞幼龄林＞近熟林＞成熟林＞过熟林，蓄积量分布状况为幼龄林＞中龄林＞成熟林＞近熟林＞过熟林（见图1），森林碳贮量按龄级分布状况为中龄林＞成熟林＞近熟林＞幼龄林＞过熟林，中龄林与成熟林是5个年龄梯度中碳贮量最大的林种，对海南省森林碳汇起到了一定的主导作用，而中龄林巨大的碳贮量也预示着海南森林碳汇的可观前景。

图1 海南省不同龄级森林林分面积比、蓄积比Fig. 1 The area ratio and stock volume ratio of different age class forests in Hainan province

在研究的8种主要林种中，桉树类、相思类、其他乔木及天然阔叶混交林都是中龄林、近熟林、过熟林碳贮量较大，幼龄林、过熟林碳贮量较小；木麻黄、人工阔叶混交林是中龄林、近熟林碳贮量较大，幼龄林、成熟林、过熟林碳贮量较小；松杉类、橡胶类是近熟林、成熟林、过熟林碳贮量较大，幼龄林、中龄林碳贮量较小。作为海南省蓄积量最大的林种，天然阔叶混交林在各龄级的碳贮量中占有很大比例，主要表现为中龄林（68.57%）＞幼龄林（40.75%）＞近熟林（39.62%）＞成熟林（29.83%）＞过熟林（3.09%），可见以年轻立木为主的天然阔叶混交林具有更大的碳汇潜力。而作为海南最重要的经济作物，橡胶树各龄级碳汇贮量表现为过熟林（68.30%）＞成熟林（58.98%）＞幼龄林（40.32%）＞近熟林（34.60%）＞中龄林（15.68%），对海南碳库贡献不可低估。

2.2.2 同一龄级不同森林类型的碳汇能力比较

由表3可知，同一龄级不同森林类型的碳汇能力有很大差异，具体表现为:在幼龄林、中龄林与近熟林中，天然阔叶混交林碳贮量最大，橡胶树次之，松杉类碳贮量最小；在成熟林和过熟林中，橡胶林碳贮量最大，桉树林次之，人工阔叶混交林碳贮量最小。海南天然阔叶混交林年龄以中生代树龄为主，具有较高的生长力及较强的稳定性，立木质量在龄级分布上十分健康。橡胶林以成熟林与过熟林为主，老生代树对碳汇具有很大贡献，这与海南近几年大力建设自然保护区、保护原生森林生态系统具有一定关系，老龄化橡胶树更易受病虫害、台风等自然因素及相当大人为因素的影响，橡胶属海南最具特色的热带经济林，经济价值高、易在短时间内取得较大经济效益，因此如何适度调整林龄结构，加固系统生态稳定有待于进一步探讨。

2.2.3 天然林与人工林的面积、碳贮量和碳密度比较

森林植被层碳库大小与单位面积碳贮密度密切相关，如表4所示为不同龄级天然林与人工林的面积、碳贮量与碳密度。由于植被类型、环境因子及管理方式等因素的不同，天然林与人工林碳贮量与碳密度存在明显差异，人工林是海南主要的森林类型，拥有1 253 506.200 hm2的面积与2 974.252万t的碳贮量，天然林面积达到65 838.267 hm2，碳贮量为1 133.104万t。虽然森林植被的碳密度与森林面积大小并不完全一致，但与森林年龄结构有显著关系：碳密度均表现为成熟林＞近熟林＞过熟林＞中龄林＞幼龄林。

表4 不同龄级天然林与人工林的面积、碳贮量与碳密度Table 4 The area, carbon storage and carbon density of natural forest and artificial forest in different age class

2.3 不同森林类型碳汇经济价值计算

表5所示为海南省不同森林类型碳汇价值，由统计数据可知，海南省碳汇总经济价值在877 165.4～339 8405万元之间，平均总经济价值为2 174 857万元。在八种主要森林类型中，天然阔叶混交林碳汇价值最大，平均经济总价值1 436 821万元占全省总价值的66.07%，其次是桉树类，碳汇价值323 775万元占全省总价值的14.89%。海南省森林龄级趋于年轻化，大面积的幼龄林和中龄林对森林碳库增加具有长久的积极作用，由此可见，海南省森林生态系统具有巨大的碳汇潜力和可观的经济价值，在未来，碳汇经济的可持续发展将成为碳汇服务功能转变的重要趋向。

3 结论与讨论

3.1 基于不同森林类型的碳贮量差异性分析

研究海南省八种森林类型植被碳贮量得知：海南省森林植被总碳贮量3 489.122 5万t，但不同森林类型碳贮量具有明显差异，具体表现为天然阔叶混交林（2 305.091 5万t）＞桉树类（519.432万t）＞橡胶林（228.994万t）＞相思类（206.708 5万t）＞其他乔木（80.822 5万t）＞木麻黄（77.784万t）＞人工阔叶混交林（58.389 5万t）＞松杉类（11.900 5万t）。作为海南省面积最广、蓄积量最大的林种，天然阔叶混交林具有2 305.091 5万t的碳贮量，占森林总碳贮量的66.07%，对海南森林生态系统碳汇功能起到决定性作用。而作为海南省最为重要的两大经济作物，桉树类与橡胶林碳贮量占森林总碳贮量的21.45%，碳汇前景十分可观。海南省巨大的森林碳汇量是由其生态系统类型及自然地理特点所决定的，有研究表示，温度上升导致的森林生物量增长有助于大气CO2的吸收，海南地处热带，气候温润，雨水充沛，为森林植被生长提供了良好的生长环境，林木组成种类丰富、群落结构发育良好，也使植物通过光合作用吸收了大量的二氧化碳，加之近些年海南省对林区的重视与保护使得林分质量进一步提升，人为干扰相对减弱，也因此，海南碳汇发展潜力巨大，扩大森林资源面积和提高森林单位面积蓄积是实现碳汇扩大再生产的有效途径。

3.2 森林类型与龄级间关系的分析对比

同一森林类型不同龄级的碳贮量具有显著差异，中龄林、近熟林与成熟林是碳贮量较大的3个龄级，幼龄林、过熟林碳贮量相对较小，由此可见海南森林碳汇功能还具有很大潜力。对同一龄级不同森林类型碳贮量进行研究发现，幼龄林、中龄林、近熟林中天然阔叶混交林碳贮量最大，分别占该龄级总碳贮量的40.75%，68.57%及39.62%；成熟林与过熟林中橡胶林碳贮量最大，分别占该龄级总碳贮量的58.98%及68.30%。海南省中幼龄林面积与蓄积量相对较大，不同龄级森林植被与不同森林类型对碳汇贡献具有很大差异，这说明海南省森林年龄结构不尽合理，短时间内可以用森林资源有限，植被蓄积量较大程度上受限于幼龄林和中龄林的生长状况。因此在林业管理经营当中，应适当抚育中、幼龄林，调整林木采伐结构，均有助于碳汇服务功能与碳储能力的进一步提高。现阶段，如何合理配置森林资源，科学调整林业结构，缓解森林资源可采伐量少、木材供需矛盾激化的现状急需研究者进一步探索与思考。

3.3 天然林与人工林碳贮量及碳密度之间的差异分析

对海南省不同龄级天然林与人工林面积、碳贮量及碳密度统计结果表明，海南省天然林总面积658 389.267 hm2，总碳贮量1133.104万t；人工林总面积1 253 506.2 hm2，总碳贮量2 974.252万t。由此可见人工林在海南森林碳汇中发挥着主导作用。天然林与人工林碳密度在不同龄级均表现为成熟林＞近熟林＞过熟林＞中龄林＞幼龄林，这主要是森林植被碳库与碳密度受气候条件、林木性质与人为干扰相互作用的结果，在生长至近熟期时林木结构愈加完整，林体群落更为丰富，森林生态系统稳定性持续平衡，因此碳密度相对较高。在各龄级中天然林碳密度明显高于人工林碳密度，这主要是由于海南省天然林多分布于自然保护区内，属水源涵养林，林分质量好，植被碳密度高，而人工林相对有较多人工干扰，尤其存在大量乔木经济林以收获橡胶或水果为目的而缩减林分密度，控制林体结构，因此碳密度较低。在林级分布上过熟林碳密度并不是最高，这是由于偶发事件是影响碳汇变化的潜在因素，海南省地处沿海热带，受台风、病虫害、极端温度等自然灾害影响，森林土壤肥力较差，受海风胁迫和雨水冲刷作用，局部高海拔地区土壤厚度较低，老龄化植被不易存活，更不利于过熟植被有机碳的积累。早于1978年，著名的生态学家Woodwell[1]就曾估算出全球热带林每年CO2净排放汇高达3.5 PgC，1985年Houghton等[16]得出由于毁林，1980年热带向大气净释放0.7～1.4 PgC的结论，虽然在其后的研究中森林植被碳汇量大小仍具有很大的不确定性，但热带毁林及林、农用地扩张是热带林CO2失汇的重要原因已成为不争的事实[17]。1997年签署的里程碑式协议《京都议定书》肯定了营造人工林作为部分抵消本国CO2超量排放的重要途径，因此加强规划人工林资源并严格管护天然林资源是保障海南省森林碳汇功能发挥、扩大森林碳贮量的一项重要工作。

3.4 海南森林碳汇价值估算结果分析

森林碳贸易是目前各国密切关注的新型经济增长方式之一。本研究以造林成本法与碳税法相结合的方式估算海南省主要森林类型平均总经济价值为2 174 857万元，其中天然阔叶混交林碳汇总经济价值最大，占全省碳汇经济价值的66.07%，桉树类其次，占全省碳汇经济价值的14.89%。森林植被具有调节大气CO2浓度、减缓全球气候变化速度的公益价值，加快森林碳交易对海南省经济增长加速具有一定的积极作用，进一步探讨如何通过合理的碳市场机制[18]，坚持生态立省的可持续发展观念，发挥碳汇贸易最大经济价值具有重要的现实意义。

4 小 结

海南省素有“生态岛”之称，具有得天独厚的地理优势与优渥的气候环境，因此拥有更为丰富的热带林资源。近几年来，海南省重点实施天然林封育、自然保护区建设、天然林保护、短轮伐期工业原料林建设等林业工程，完善森林生态效益补偿机制、建立健全科技支撑体系，实现了森林资源总量显著增加、森林资源质量大幅提升、森林碳汇能力持续增加的可持续发展目标。现阶段应更加注重优化林业产业结构、改善森林生态功能、发展特色碳汇经济，充分发挥海南省区域自然和政策优势，最大限度地发挥海南森林生态系统在应对气候变化、调整热带地区气候变化的重大作用。

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Carbon storage and economic assessment of the main forest types vegetation in Hainan

WANG Xinyao1, WANG Xu1,2, ZHU Meiling1, WANG Wenlei1, LIANG Qingya1, ZOU Yaojin1, LI Chao1, TANG Peng1, REN Haotian1
(1.College of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou 570228, Hainan, China; 2. Danzhou Investigation &Experiment Station of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Danzhou571737, Hainan, China)

Eight kinds of main forest types in Hainan province were used as research object to estimate the carbon storage, carbon density and carbon economic value of different types, based on Report of Forest Management Inventory on Hainan province (2008—2011). Results show that the total forest carbon storage of main types in Hainan has achieved to 34,891,225 t. The range of carbon storage among different stage-structure forests are as follows: half-mature forest＞ mature forest＞ near-mature forest ＞ young forest＞ over-mature forest, the range of carbon density among different stage-structure forests are as follows: mature forest＞ nearmature forest＞ over-mature forest ＞ half-mature forest＞ young forest, the economic value of carbon sequestration amount to 21 748 570 000 yuan. Natural broad-leaved mixed forest is the forest with the largest area ,the largest amount of carbon storage and the highest carbon sequestration value in Hainan. As the most important economic crop, the carbon sequestration contribution in Hainan from rubber tree and eucalyptus plantation should not be underestimated.

forest; carbon storage; economic value; Hainan province

S718

A

1673-923X(2017)07-0092-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.07.014

2016-04-11

中国科学院战略性先导科技专项（XDA0505020602）；中国科学院战略性先导科技专项A类（XDA05050208-5）； 中国灌丛生态系统的固碳现状、变化和机制（XDA05050300）； 农业部儋州热带农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站开放课题基金项目（DKFS0903）； 海南省应对气候变化规划思路研究（1113035）

王鑫瑶，硕士研究生

王 旭，副教授，博士；E-mail：75194718@qq.com

王鑫瑶，王 旭，朱美玲，等.海南主要森林类型植被碳贮量与固碳价值评价[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(7):92-98.

[本文编校：吴 毅]