不同造林模式土壤碳汇及固碳因子.pdf

河北林业科技第 2 期2023 年 6 月本世纪以来，由于化石燃料的持续密集使用、土地利用的变化，大气中 CO2浓度在不断增加，这种变化给陆地生态系统造成了许多灾难性的后果，为此，通过增加森林面积、恢复现有森林和管理森林，减少大气中 CO2浓度已成为缓解气候变化、实现减排的重要措施1-3。陆地生态系统作为全球最大的碳库，固定了大气中 1/3 的碳，在全球气候变化过程中处于重要地位4-5。土壤碳库作为陆地生态系统最大的碳储库6，包括有机碳库和无机碳库，但由于无机碳库更新周期长，与大气成分进行活性交换的主要是土壤有机碳，土壤有机碳库在碳循环过程中就显得尤为重要7。森林作为陆地生态系统的主体，全球土壤中至少 70%的有机碳储存在森林土壤中8-9。近年来，造林模式对森林土壤碳汇的影响引起了广泛关注。大量研究表明：普通造林方式（迹地采伐及剩余物清理、整地等）虽有利于林木的生长发育，但这些活动大大减少了人工林土壤的碳储量10。与普通造林相比，碳汇造林是以增加森林收稿日期：2023-03-29基金项目：区域森林碳汇监测评价技术研究（2119061）。第一作者：成雅君（2000-），女，在读硕士研究生，研究方向为林木栽培理论与技术。*通讯作者：任士福（1964-），男，教授，硕士生导师，研究方向为林木栽培理论与技术。不同造林模式土壤碳汇及固碳因子成雅君1，韩红英2，任士福1*（1.河北农业大学林学院，河北 保定 071000；2.邯郸市林业局林草资源监测保护中心，河北 邯郸 056000）摘要：实现“碳中和”依赖于碳减排和碳增汇，碳增汇的核心是生态保护、建设和管理。碳汇造林突出森林生态效益，而且能进行碳汇计量和监测，其在施肥、造林模式、整地等具有特殊的技术要求，更加关注森林多重效益的发展。因此，该文综述了目前普遍使用的土壤有机碳储量计算方法和常见的碳汇林造林模式、土壤固碳潜力和对土壤固碳影响因子（自然因子和人为因子）进行分类及整理，通过了解碳汇林的碳汇功能和环境因素对碳汇功能的影响，最终为得出最优碳汇造林模式的评估提供依据。关键词：碳汇计量；碳汇林；造林模式；固碳潜力及因子中图分类号：S714.2文献标识码：A文章编号：1002-3356（2023）02-0059-05Soil carbon sink measurement and carbon sequestration impact factors of different afforestation modelsCHENG Ya-jun1，HAN Hong-ying2，REN Shi-fu1*（1.College of Forestry，Hebei Agricultural University，Baoding，Hebei 071000，China；2.Forest and GrasslandResources Monitoring and Protection Center，Handan Forestry Bureau，Handan，Hebei 056000，China）Abstract：The realization of“carbon neutrality”depends on carbon emission reduction and carbon sink enhance原ment.The core of carbon sink enhancement is ecological protection，construction and management.Carbon sinkafforestation highlights forest ecological benefits，and can measure and monitor carbon sinks.It has special tech原nical requirements in fertilization，afforestation mode，and soil preparation，and pays more attention to the de原velopment of forest multiple benefits.Therefore，this paper summarizes the commonly used soil organic carbonstorage calculation methods and common carbon sink forest afforestation models，soil carbon sequestration poten原tial and soil carbon sequestration impact factors（natural factors and human factors）for classification and colla原tion.By understanding the carbon sink function of carbon sink of environmental factors on carbon sink function，it finally provides a basis for the evaluation of the optimal carbon sink afforestation model.Key words：carbon sink measurement；carbon sink forest；afforestation model；carbon sequestration potentialand factors59-河北林业科技第 2 期2023 年 6 月碳汇为目的，对林分实施碳汇计量和监测的造林活动，它是增加陆地生态系统碳汇、减缓全球温室效应的重要手段11。同时，碳汇造林主要是对宜林荒山荒地和残次林、低效林等碳密度较低的林分进行改造，根据区域森林现状特征，适地适树，采用不同造林模式开展碳汇造林。例如：退耕还林、造林再造林等生态工程通过改变土地的利用方式、土壤结构和物理化学性质等，极大地提高了我国森林土壤的碳汇能力，并有效地缓解了我国在国际上面临的碳汇减排压力12-13。因此，为了更好地评估不同碳汇林固定 CO2的能力，本文通过查阅相关文献，统计了普遍采用的土壤有机碳储量计算方法，比较不同造林模式下碳汇林，并对碳汇林土壤固碳的影响因子进行了分类，以期为后期森林碳汇的科学规划提供参考。1森林土壤有机碳储量的计算森林土壤固碳增汇对减缓全球变暖是一种较好选择14，植物通过光合作用固定大气中的 CO2，将之储存在植物体内，并通过枯枝落叶和死亡根系等形式转移到土壤中15。森林土壤有机碳库的测量对评价森林碳汇功能的意义重大，通过对土壤有机碳储量的估算方法进行总结对比，以期为提高森林土壤碳储量估算精度提供参考（表 1）。优缺点优点：土地利用、植被等相关信息较充分，易识别空间格局和分析有机碳储量高低的原因。缺点：缺乏分布均匀的土壤剖面数据；土壤类型的空间变异性。优点：形成统一的估算体系，方便估算汇总。缺点：土壤信息不足影响估算精度。优点：减少对土壤结构的破坏。缺点：各地主要影响因子不同，只有通过验证后才能使用。优点：易比较不同植被土壤有机碳库总量，各类型可包含多种土壤类型，能反映气候及植被分布对土壤碳库的影响。缺点：统计中不确定因素多，植被与土壤类型不一一对应。应用及适用范围广；应用时间早。优点：可综合考虑各种影响因子。缺点：所用数据必须来自实测值，再利用实测值进行验证，存在较大误差。表 1土壤有机碳储量计算方法计算公式或过程a.基于土壤剖面数据估算1）可用环刀进行取样2）可直接根据土钻内径和高度确定的体积和干重计算土壤容重计算方法：土壤有机碳储量等于土壤各层的有机碳质量分数乘以各层土壤容重（各层碳密度）之和b.基于世界土壤图和全球土壤分类系统估算建立有机碳含量与环境因子（海拔、地形、土壤厚度和质地）、气候因子（降水、温度）及土壤属性之间的相关关系，进而估算碳储量。按照植被类型的土壤有机碳密度与该类型分布面积计算土壤有机碳储量c軃j=ni=0移ci+Hi移Hic=nj=1移（c軃j伊10）衣（1.724伊籽伊s伊20003伊移Hj伊10-2）c軃j：第 j 个土壤类型的加权平均有机质质量分数，（g/kg）；ci：剖面第 i 层土壤的有机质质量分数，（g/kg）；Hi：第 i 层土壤厚度，（cm）；C：碳库，（kg）；籽：土壤密度，取平均 1.4t/m3；S：第 j 个土壤类型的面积；2000/3：换算成平方米的系数。利用各类土壤碳循环模型（相关关系模型、机理过程模型、基于实测数据和遥感数据的模型等）来估算土壤有机碳储量；利用 3S 技术能够估算大面积陆地生态系统的碳储量及土地利用变化对碳储量的影响。方法土壤类型法相关系数估算法植被类型法统计估算法模型方法同时，林地土壤有机碳的积累主要发生在土壤表层（020cm），常采用 020cm 的土层对碳汇林土壤有机碳储量进行计算16。土壤有机碳储量变化计算公式11如下：CSi=移j移kr（i-k）Sjk（1）式中 CSi-第 i 年土壤碳库变化量（mg）；Sjk-j 树种在第 k 年造林面积（hm2）；r-土壤有机碳储量变化速率 mg/（hm2 a）。其中 r 参考 Zhang 等16估算的 020cm 土壤表60-河北林业科技第 2 期2023 年 6 月层内的土壤有机碳固碳速率。2不同造林模式碳汇林当前对于实施不同造林模式（如：新造林、封山育林、补植套种）碳汇林碳汇功能方面的研究而尚不多见。因此，明晰碳汇林不同造林模式下的碳汇效果，对于筛选最优造林模式，提高生态系统整体碳汇能力具有重要的科学意义（表 2）。作用效果采用保护式造林，做到生态系统最优化保存，减少碳的流失。人为干扰少，森林生态系统的自我更新，保留了更多的地表枯落物，增加凋落物有机碳的输入和土壤对有机碳的截存。林分内凋落物的增加能改善土壤的理化性能，从而提高土壤肥力以达到生态效益最大化。植被结构单一的低效纯林演变为混交林，土壤物理结构得到改善，土壤碳累积效果较好，土壤微生物碳有所增加。造林以及作业强度方面要适中，间伐后闭郁度大于等于 0.5，且保留木不交错被压，抚育间伐后即行封山。土壤碳库主要是土壤有机质（包括达到国家规定深度的矿质土和有机土中的有机碳，无法将活的细根与土壤有机物分开时，活细根包括在土壤有机质中）。表 2不同造林模式碳汇林比较定义造林对象为宜林荒山荒地（或生态功能等级低的宜林地），通过新造林恢复其森林植被，增大森林面积，使其发挥更好的碳汇能力。退化情况较轻，乔灌草均有的林分，具有天然萌蘖能力，依靠森林的自我调节与更新能力进行植被恢复，无人为炼山、整地等活动，禁止人为进入干扰森林发育。造林对象是生态功能水平较低的疏林(残林)，林木稀疏，林地内有部分幼树且分布较均匀，有一定的天然更新能力，通过适度采伐、施肥补植、套种乡土阔叶树种，提高森林质量与效益，改善区域生态环境。对现有的低效林进行疏伐，然后选用碳汇效果好的乡土阔叶树种，通过人工植苗方法重新造林，优化森林结构，营建针阔混交林，提高森林质量与生物多样性，从而增加森林碳汇能力（现今主要用于低效松林、桉树林）。对于郁闭度在 0.6 以上，目的树种幼树多且分布均匀的阔叶次生林，实施适当的抚育间伐，间伐采取五砍五留的措施，即砍老留幼、砍腐留壮、砍弯留直、砍灌留乔、砍密留稀。造林和再造林（AR）是指在原来没有森林的土地上植树造林。造林模式新造林17原18封山育林19补植套种20-22更新改造抚育间伐13，23-24造林再造林14，25-263碳汇林土壤固碳潜力计算和影响因子3.1碳汇林土壤固碳潜力计算当前，土壤固碳潜力（soil carbon sequestrationpotential）多指在未来气候变化背景和推荐的管理措施（Recommended Management Practices，RMPs）下，使大气中 CO2封存在土壤中的