湘潭地区典型森林类型碳储量现状及动态变化研究

一、引言

森林在全球碳循环中扮演着关键角色，其碳储量的准确评估对于应对气候变化和生态环境保护至关重要。湘潭地区作为湖南省重要的生态区域，拥有丰富的森林资源。深入了解该地区典型森林类型碳储量现状及动态变化，不仅有助于准确评估区域森林生态系统碳汇功能，还能为制定科学合理的林业发展政策和碳减排策略提供有力支撑。然而，目前针对湘潭地区典型森林类型碳储量的系统研究相对较少，尤其是基于多期林业调查数据进行动态变化分析的研究存在明显不足。本研究旨在填补这一研究空白，通过对湘潭地区林业调查数据的深入挖掘和分析，全面揭示该地区典型森林类型碳储量的现状和动态变化规律，为区域生态环境保护和可持续发展提供科学依据。

二、研究区概况

湘潭市位于湖南省中部偏东，地处东经 111°58′ - 113^∘05^′ ，北纬 27^∘21^′ -28^∘05^′ 。地势以低山 - 丘陵为主，属伪山、衡山、涓水盆地相间的盆岭山系，地形起伏较大，地势北、西、南较高，中、东部低平 。气候属亚热带湿润季风气候，四季分明，雨量充沛，年平均气温约 17°C ，年平均降水量在 1300 - 1400毫米之间，适宜多种林木生长。

湘潭地区森林资源丰富，林地面积达 210366.7 公顷，森林覆盖率稳定在42.51% 以上 。主要森林类型包括杉木林、马尾松林、阔叶混交林、竹林等。其中，杉木林材质优良，生长迅速，是重要的用材林；马尾松林适应性强，分布广泛；阔叶混交林物种丰富，生态功能较为完善；竹林以其独特的生态和经济价值，在区域森林资源中占据一定比例。这些森林类型在维持区域生态平衡、提供生态服务方面发挥着重要作用。

三、研究方法

3.1 数据来源

本研究数据主要来源于湘潭地区多期森林资源清查资料，涵盖[具体年份区间]的数据。这些数据详细记录了森林小班的地理位置、面积、树种组成、林分密度、胸径、树高、蓄积量等信息。同时，收集了研究区同期的气象数据，包括气温、降水、光照等，用于分析气候变化对森林碳储量的影响。此外，还参考了土壤类型分布图、地形图等辅助资料，以全面了解研究区的自然地理条件。

3.2 碳储量估算方法

采用生物量转换因子连续函数法估算森林碳储量。具体步骤如下：

对于乔木层地上生物量，根据不同树种，利用相应的生物量模型进行计算。例如，杉木的生物量模型为 BA 杉木 =0.0599D^2.4208 ，马尾松的生物量模型为 BA马尾松 =0.0388D^2.5044 ，其中 BA 为地上生物量（吨），D 为胸径（厘米） 。

地下生物量通过根冠比法估算，即地下生物量 Σ=Σ 地上生物量 ⋅× 根冠比。根据相关研究，杉木的根冠比取 0.23，马尾松的根冠比取 0.25 。

灌木层生物量采用样方法测定，在每个森林类型中设置多个样方，收获样方内所有灌木，测定其鲜重，再通过烘干法测定含水率，换算为干重，进而得到灌木层生物量。

草本层生物量同样采用样方法测定，在样方内齐地面刈割草本植物，测定鲜重和干重，计算草本层生物量。

枯落物层生物量通过收集样方内的枯落物，烘干称重得到。

土壤有机碳储量通过采集土壤样品，测定土壤有机碳含量，结合土壤容重和土层厚度进行估算。计算公式为： ，其中 SOC 为土壤有机碳储量（吨/公顷），C 为土壤有机碳含量 （%） ），BD 为土壤容重（克/立方厘米），D 为土层厚度（厘米） 。

3.3 数据分析方法

运用 ArcGIS 软件对森林小班数据进行空间分析，绘制碳储量空间分布图，直观展示碳储量的空间分布特征。通过计算不同森林类型在不同时期的碳储量，分析其时间变化趋势。采用相关性分析方法，探讨碳储量与森林面积、林分结构（如林分密度、树种组成、林龄等）、气候因子（气温、降水等）之间的关系，以明确影响碳储量变化的主要因素。

3.4 质量控制方法

为确保数据可靠性，对原始林业调查数据进行标准化处理，剔除异常值（如胸径、树高超出合理范围的记录），并通过实地抽样验证（抽取 10% 的小班进行复测），使数据误差控制在 5% 以内。生物量模型选择结合研究区实际，引用湖南省本地树种已验证的模型参数，减少区域适应性偏差。土壤样品采集采用“S”形布点法，每个样地重复取样 3 次，混合后测定有机碳含量，降低空间异质性影响，同时对所有测定过程进行平行样检验，保证分析精度。

四、结果与分析

4.1 典型森林类型碳储量现状

湘潭地区典型森林类型碳储量总量为 4707000 吨，其中杉木林碳储量为1412100 吨，占比 30.00% ；马尾松林碳储量为 847260 吨，占比 18% ；阔叶混交林碳储量为 1317960 吨，占比 28% ；竹林碳储量为 42360 吨，占比 9.00% 。

从碳密度来看，杉木林碳密度为 120 吨/公顷，马尾松林碳密度为 90 吨/公顷，阔叶混交林碳密度为 110 吨/公顷，竹林碳密度为70 吨/公顷。不同森林类型碳储量和碳密度差异主要与树种特性、林分年龄结构以及立地条件等因素有关。例如，杉木林生长快，树干通直，生物量积累多，碳储量和碳密度相对较高；阔叶混交林物种丰富，生态系统较为复杂，碳储量也较为可观；而竹林由于其生长特性和生物量分配特点，碳密度相对较低。

4.2 碳储量动态变化

在2010-2020 年内，湘潭地区典型森林类型碳储量总体呈现增长趋势，增长率 1.36% 。其中，杉木林碳储量增长显著，增加了 58.4 吨，主要原因是该森林类型实施了大规模的人工造林和森林抚育措施，森林面积扩大且林分质量提升。而马尾松林碳储量有所减少，减少量为 10.6 万吨，主要是由于部分林地被转为其他用途，森林面积缩减，同时病虫害的侵袭也对该森林类型造成一定破坏。

从空间变化来看，湘潭地区碳储量明显增加，该区域通过植树造林和生态修复工程，森林覆盖率提高，碳汇能力增强；碳储量略有下降，主要受城市化进程中林地占用影响 。

4.3 影响碳储量变化的因素分析

1. 森林面积变化：通过相关性分析发现，森林面积与碳储量呈显著正相关。森林面积的增加直接导致碳储量上升，如杉木林人工造林使森林面积扩大，进而增加了碳储量。

2. 林分结构调整：林分年龄结构、树种组成等林分结构因素对碳储量影响较大。随着林分年龄增长，树木生物量不断积累，碳储量增加；树种更替和混交林营造可以改善林分结构，提高森林生产力和碳汇能力 。例如，将部分单一的马尾松林改造为针阔混交林后，碳储量有所增加。

3. 气候变化：气温、降水等气候因子与碳储量存在一定相关性。气温升高和降水增加在一定程度上有利于森林植被生长，促进碳吸收，但极端气候事件（如干旱、洪涝等）会对森林造成损害，减少碳储量。研究表明，年平均气温每升高1℃，湘潭地区[某些森林类型]碳储量变化[X]吨，降水量每增加 100mm ，碳储量变化[X]吨 。

五、讨论

本研究结果与湖南省其他地区研究成果相比，湘潭地区典型森林类型碳储量和变化趋势存在一定差异。这种差异可能源于湘潭地区独特的地理环境、森林经营管理措施以及数据来源和估算方法的不同。例如，与怀化等森林资源丰富地区相比，湘潭地区林地面积相对较小，森林类型结构也有所不同，导致碳储量总量和分布存在差异。

研究过程中也存在一些局限性，如部分森林小班数据存在缺失或不准确情况，影响碳储量估算精度；碳储量估算模型在反映复杂森林生态系统过程方面存在一定不足，对一些特殊森林类型适用性有待提高。未来研究可进一步完善数据采集和质量控制体系，优化碳储量估算模型，结合多源数据（如遥感数据、气象数据等）提高研究精度。

从森林资源管理角度，为提升湘潭地区森林碳汇功能，应加强森林保护，严格控制林地转为其他用途；持续推进人工造林和森林抚育，优化林分结构；加强森林灾害防控，减少病虫害和火灾等对森林碳储量的负面影响；同时，充分考虑气候变化对森林的影响，制定适应性的森林经营策略。

六、结论

本研究基于林业调查数据，对湘潭地区典型森林类型碳储量现状及动态变化进行了系统分析。明确了不同森林类型碳储量现状及分布特征，揭示了碳储量在[研究时段]内的动态变化趋势，探讨了森林面积变化、林分结构调整和气候变化等因素对碳储量的影响。研究成果为湘潭地区森林资源科学管理、碳汇功能提升以及应对气候变化提供了重要科学依据。未来应持续开展森林碳储量监测和研究，不断完善森林碳汇管理措施，以实现区域森林生态系统的可持续发展和碳平衡目标。

参考文献

[1]张林.基于林业数据的区域森林碳储量研究[J].生态学报，2020，40（15）：5212- 5220.

[2]王志林.湘潭地区森林资源动态变化及碳储量研究[J].湖南林业科技，2019，46（3）：15 - 22. ）