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2014年6月北京 

目录

前言 1

项目目标和技术路线 2

主要活动 3

活动I：调研了土地利用变化和林业碳计量方法、参数、计量系统或模型,包括： 3

活动II：评估了四川省土地利用变化和林业数据及其适用性 3

活动III：在上述调研活动的基础上，基于四川土地利用变化和林业数据、适用模型和相关成本，制定了符合IPCC第三层次方法学的碳计量模型框架，以及碳计量体系框架。 4

活动IV：四川省土地利用变化和林业数据的收集、解译、标准化，林业土地利用变化转移矩阵的确定。 6

活动V：收集了国内外所有有关中国生物量和生物量方程的研究文献，进行综合分析，建立了全国尺度的生物量和枯落物方程以及其他碳计量参数。这些参数用于本碳计量体系中的方法I的计量。 8

活动VI：四川森林生物量、灌木林生物量、林下灌草、枯落物的补充调查测定和模型建立。本项目测定和建模用于计量体系中的方法II样木和样地水平碳计量和方法III模型的初始化。 13

活动VII：四川森林土壤有机碳调研、调查和测定 16

活动VIII：测定了49种植物的生理生态参数：野外测定了32类乔木、15类灌木以及4类草本植物光合作用A-Ci曲线（净光合速率与胞间CO2浓度）、暗呼吸、气孔导度、最大羧化速率、最大电子传递速率、比叶面积等生理生态参数，以及各器官氮含量和碳/氮比。 17

活动IX：收集和购买了到2010年的历史气候数据，开发、验证和率定了辐射传输模型，对气候台站数据进行了空间查值。 17

活动X：调研生态过程模型和遥感模型，开发了四川省土地利用变化和林业碳计量模型。 17

活动XI：开发了链接程序，进行了聚类和叠加分析，确定了最小1054万个计算的空间单元，改进模型循环结构和输入和输出。 19

活动XII：运行了模型，对四川省过去20多年的碳源汇进行了计量，并对结果进行了分析，作为本计量体系的第三层次的方法学。 19

活动XII：开发了基于森林资源统计的第1方法学和基于森林资源调查样地和样木数据的第2方法学，包括相关参数（木材密度、生物量扩展方程、根冠比、含碳率等）, 对四川省过去20多年的碳源汇进行了计量，并对结果进行了分析。 19

活动XIII：采用用户友好界面，开发了系统使用软件，使现第1层次和第2层次方法学的运算，以及三个层次方法学长时间序列结果的查询、输出等。 19

活动XIV：对三个方法学进行了综合分析，起草了项目技术报告。包括三个方法学的技术描述报告（400余页）和结果图集。 19

活动XV：项目研讨会议：在项目执行期间，举行了大量的研讨会，其中重要的研讨会有： 20

活动XVI：国际培训：6位项目技术人员参加了2012年2月27日到3月1日在加拿大维多利亚太平洋林业研究中心举办的CBM-CFS3的培训。 21

活动XVII：2014年6月6日在德国波恩的气候变化会议期间，举行了森林碳计量的边会，介绍了本项目的研究成果。 21

活动XVIII：国际评审会：。 21

活动XVIIII：项目总结会 21

主要成果 21

 

 

前言

定期报告温室气体清单是各国履行《联合国气候变化框架公约》（The United Nations Framework Convertion on Climate Change，UNFCCC）的最基本的义务。中国政府也要求各省区定期提交温室气体清单。土地利用变化和林业碳源汇是各国和国内各省区温室气体清单的重要组成部分之一。土地利用变化和林业异常复杂，不确定性很高。我国幅员辽阔，地形复杂，地理跨度大，从热带到寒温带，从湿润区到干旱半干旱区，植被类型多样，使得我国的土地利用变化和林业碳源汇的计量异常复杂和困难。

为提高各国编制国家温室气体清单的准确性、可靠性、透明性和可比性，政府间气候变化专门委员会（IPCC）自1995年以来多次发布和更新了国家温室气体清单编制指南。按由低到高的三个层次的方法学对温室气体源汇进行计量。其中第一层次方法学（Tier 1）是应用IPCC的计算方法和国际参数进行计量，第二层次方法学是应用IPCC的计算方法和国别参数进行计量，第三层次的方法学是应用国别方法和参数，包括建立国家碳计量体系或模型，以及卫星遥感和GIS的应用等。

针对土地利用变化和林业，目前主要发达国家，如加拿大、澳大利亚、美国、英国等均全部或部分采用了第三层次的方法学，特别是加拿大、澳大利亚等国家专门建立了国家碳计量体系或模型。我国已经向UNFCCC提交了两次国家温室气体清单，土地利用变化和林业主要采用的是IPCC第二层次的方法学，可确定性高达50%。在省级温室气体清单的编制中，也是采用类似的方法。

2009年国家林业局启动了“林业碳汇计量监测体系建设”。本项目于2009年启动，并被国家林业局列为首批四个试点省份之一。四川是我国森林资源大省，森林面积占全国的8.4%，蓄积占12%左右。四川省地形复杂，从平原、丘陵、低山、中山到高山，涵盖了我国主要的生态系统类型。因此选择四川作为示范省份，具有典型意义。本项目旨在探索建立符合IPCC最高层次方法学的省级或区域土地利用变化和林业碳计量体系。本项目得到了德国环境、自然保护、建筑和核安全部（(BMUB)）、国家林业局和四川省林业厅的资助。

 

项目目标和技术路线

项目目标：以四川省为示范省区，基于IPCC最新指南较高层次的方法学，建立满足UNFCCC报告和未来可能的国际义务报告要求的、国际认可的区域土地利用变化和林业碳计量方法体系（包括森林及其与其它地类之间转化），同时满足四川省林业应对气候变化和林业碳源汇管理政策的信息需求，提高中国建立土地利用变化和林业碳源汇计量的能力。

技术路线：基于我国森林资源调查、监测体系，整合多源、多期森林资源调查成果数据、遥感数据、气候数据，通过森林碳源汇计量的基础数据、计量模型参数、计量方法和模型的研究，构建尺度逐渐细化、精度逐渐提高适用于不同尺度、不同对象的区域林业碳汇/源计量平台，应用计量体系对四川林业碳储量及碳汇/源时空动态进行定量核算，并对相关计量方法进行比较验证。

首先研究计量的基础数据。①对40年来森林、气象和遥感等已有数据进行信息化、标准化研究；②二是对生物量、森林土壤有机碳以及生理生态参数等关键要素进行专题研究；③对40年来土地利用变化和森林干扰，进行系统还原和反演。

其次研究计量方法。①以省级统计成果为尺度，优化IPCC推荐的第二层次方法学，作为本计量体系的第一层次的方法学；②将尺度细化到样地、样木，对生物量、森林土壤有机碳等计量模型进行系统研究，开发基于样地、样木尺度的方法学，即本计量体系的第二层次方法学；③在第二层次方法学的基础上，融合遥感、气候数据、生理生态参数等多源、多期数据，进一步将计量空间单元扩展到山头地块，研发基于生态系统过程模型的第三层次方法学。

 

主要活动

活动III：(图1)。

 

 

活动IV：

 

表1 土地利用转移矩阵

转出

 

转入 林地 非林地

有林地 疏林地 灌木林地 其他林地 农地 草地 水域 未利用地 建设用地

林分 经济林 竹林

林分 10738959  15284  42212  76376  26409  113562  23458  0  0  0  0 

经济林 58114  699096  6814  0  7025  14390  111907  0  6994  0  27977 

竹林 15114  4762  319755  7370  13433  13382  0  0  0  0  0 

疏林地 200919  12135  0  375426  18916  14125  0  0  0  0  0 

灌木林地 38793  0  18922  15725  6809678  30344  8897  0  710  0  710 

其他林地 343867  48986  36822  25510  374312  1882915  47021  0  0  5225  7837

农地 246963  215096  61496  0  14617  109782  9528775  4862  14585  0  140987 

草地 4842  0  0  0  4865  24911  8651706  0  0  0  0

水域 0  0  0  0  4865  0  801133  0  0  0  0

未利用地 4842  0  0  0  4865  0  5059338  0  0  0  0

建设用地 0  0  0  0  0  0  815708  0  0  0  0

 

图4 土地利用变化图

 

 

表2 单株生物量模型

树种 部位 方程形式

（B=林木单株生物量，kg d.m.） 参数值 样本数 适用范围 建模地点 文献来源

a b c 胸径DBH (cm) 树高H (m) 林龄 (年)

柏木 地上部   0.12703 0.79975 6~20 贵州德江 安和平等，1991

地上部   0.1789 0.7406 16 - 四川盐亭 石培礼等，1996

福建柏 全林   0.0614 0.9119 17 10~37 福建安溪 杨宗武等，2000

全林   0.13059 2.20446 28 4.4~14.8 4.4~9.3 6~15 湖南株洲 薛秀康等，1993

侧柏 地上部 B=a+b∙(DBH^2∙H) 2.57097 0.03172 75 3.9~15.2 3.16~10.35 河北易县 马增旺等，2006

黑松 全林   0.1425 0.9181 18 33 山东牟平 许景伟等，2005

红松 全林   0.30891 0.79746 53 2.8~32.8 2.80~20.71 辽宁 贾云等，1985

地上部   0.0615 0.3815 15 白河林业局 陈传国等，1984

华山松 全林   -2.9132 0.9302 86 4.0~38.3  3.0~20.1 14~57 甘肃小陇山 程堂仁等，2007

黄山松 全林   0.02193 1.04658 6.0~17.95 5.75~9.15 河南商城 赵体顺等，1989

火炬松 全林   -2.77631 2.52444 50 9~17 江苏句容 孔凡斌等，2003

峨眉冷杉 地上部   0.0387 0.9293 6.2~29.1 7.7~15.8 四川峨边 宿以明等，2000

冷杉 地上部   0.0323 0.9294 20 白河林业局 陈传国等，1984

云冷杉 全林   -3.2999 0.9501 57 5.5~45.7  6.0~20.5 10~69 甘肃小陇山 程堂仁等，2007

红皮云杉 地上部   5.2883 -2.3268 0.5775 17 6~37 黑龙江绥棱 穆丽蔷等，1995

………….

 

竹林类型 竹种(组) 方程

（Kg d.m.株-1） 建模地点 文献

大径散生竹 刚竹属(毛竹)

四川长宁 何亚平等,2007

  

闽北 陈辉等,1998

 

  

黔北 巫启新, 1983

 

江西大岗山 巫启新

 

聂道平, 1994

 

浙江 周国模, 2006

W地上=-11.497+3.0465DBH+0.111 7DBH2 江西、浙南 陈双林等,2004

W地上= 0.04504749281DBH2.2890229H0.28643528 赣南 黎曦等,2007

刚竹属(毛环竹)   

徐道旺等,2004

刚竹属(台湾桂竹)

 

福建东部 郑郁善等,1997

W地上=0.00152DBH 2.4094H-0.3028

W总=0.000721DBH2.8382H-0.3078 福建东部 郑郁善和梁鸿燊, 1998

大径丛生竹 牡竹属(麻竹) W地上=0.540093DBH1.9305                

W地上=0.172139DBH1.5684H0.3916 福建、海南 梁鸿燊和陈学魁, 1998

绿竹属(绿竹)

 

福建 郑郁善等,1997

….. ….. ……. ….. ….

 

表3 地上生物量-蓄积相关方程

树种（组）

 

 

 

 

云杉、冷杉 4.165749 0.653489

落叶松 1.641699 0.801589

红松 2.783807 0.695848

樟子松 2.844362 0.677522

油松 2.632238 0.696978

华山松 4.573398 0.583726

马尾松 1.827539 0.792975

湿地松 2.053735 0.772233

其他松（包括思茅松、云南松、台湾松、赤松、黑松、高山松、长白松、火炬松等） 2.403794 0.723530

柏木 1.985272 0.794173

杉木 2.536998 0.674639

其他杉（水杉、柳杉、红杉、油杉、池杉） 2.694643 0.665671

栎类 1.340549 0.896018

桦木 1.075562 0.902351

枫香、荷木、水曲柳、胡桃楸、黄菠萝 2.685404 0.741345

樟树、楠木 4.292969 0.613426

其他硬阔类 3.322268 0.687013

杨树 0.942576 0.871034

桉树 1.221362 0.869172

相思 2.969276 0.706251

木麻黄 6.932459 0.595017

其他软阔类（椴树、檫木、柳树、泡桐、楝树等） 1.142254 0.876051

针叶混 3.211378 0.6466

针阔混 2.208249 0.7437

 

表4 枯落物-地上生物量相关方程

树种（组）

 

 

 

 

云冷杉 20.7385 -0.0102

落叶松 67.413 -0.0141

油松 24.2749 -0.0217

马尾松 7.2175 -0.0067

其他松（包括思茅松、云南松、台湾松、赤松、黑松、高山松、长白松、火炬松、红松、樟子松、华山松、湿地松等） 13.1198 -0.009

柏木 3.7595 -0.0047

杉木和其他杉类 4.9897 -0.0025

栎类 7.7325 -0.0048

桦木、枫香、荷木、水胡黄、樟树、楠木和其他硬阔类 6.9779 -0.0043

杨树 12.3106 -0.0069

桉树 24.697 -0.014

相思 9.5338 -0.0004

其他软阔类（椴树、檫木、柳树、泡桐、楝树、木麻黄等） 8.1286 -0.0046

针叶混 31.4239 -0.0257

阔叶混 10.7653 -0.0057

针阔混 9.7816 -0.0063

 

活动VI：四川森林生物量、灌木林生物量、林下灌草、枯落物的补充调查测定和模型建立。本项目测定和建模用于计量体系中的方法II样木和样地水平碳计量和方法III模型的初始化。

林木生物量测定采用系统抽样、典型选样方法，现场采集15类主要森林类型建群树种样木1477株，测定各器官（干、枝、叶、根）生物量。

 

建立了15个势树种（组）单株林木各器官生物量与测树因子交互项（D2H）的回归模型，如下表5。

表5单株林木各器官生物量与测树因子交互项（D2H）的回归模型

模型形式：y=a（D2H）+b

优势树种（组）

干 枝 叶 根

a b a b a b a b

云杉 0.0114 37.5626 0.0665 0.7169 0.0430 0.6821 0.0345 0.7994

云南松 0.0120 6.9646 0.0349 0.7164 0.0578 0.5700 0.0723 0.5810

柏木 0.0187 2.4597 0.1317 0.5290 0.2205 0.4404 0.1011 0.5461

杉木 0.0101 5.0111 0.0728 0.5699 0.1656 0.4384 0.0577 0.6238

马尾松 0.0134 13.0579 0.015 0.8166 0.0263 0.6604 0.0525 0.7136

落叶松 0.0111 4.7674 0.0474 0.618 0.0310 0.5661 0.0140 0.8206

其他松类 0.0206 1.6156 0.0047 0.9834 0.0051 0.9249 0.0048 1.0287

桦类 0.0121 30.3463 0.0114 0.8854 0.0076 0.7340 0.0184 0.8186

栎类 0.0178 20.5873 0.0271 0.7687 0.0465 0.5449 0.0773 0.7186

樟类 0.0168 6.7421 0.0257 0.7968 0.0312 0.6505 0.0086 0.9625

楠木类 0.0174 6.1856 0.0207 0.7735 0.0271 0.6093 0.1408 0.6558

杨属 0.0093 25.8334 0.0423 0.7713 0.1318 0.4315 0.1157 0.6272

桉属 0.0169 -0.5333 0.0638 0.5490 0.2170 0.2665 0.0342 0.7237

硬阔 0.0217 7.4214 0.0079 0.9124 0.0164 0.7005 0.0051 1.0082

软阔 0.0169 4.0108 0.0373 0.7287 0.0889 0.4166 0.0876 0.6115

 

利用森林资源清查样地测定数据，通过逐步回归分析，建立了30组测树因子交互项（D2H）与地理因子（经度（lon）、经度平方项（lon）2、纬度（lat）、纬度平方项（lat）2、海拔（elev）、海拔平方项（elev）2）的回归方程（表6），通过融合上述生物量与（D2H）的异速生物量方程，实现生物量方程的空间扩展。

表6 （D2H）与地理环境因子相关方程

优势树种

（组） 模型形式：f（D2H）=aD2+bD+c（lon）2+d（lon）+e（lat）2+f（lat）+g（elev）2+h（elev）+K

A b c d e f g h K

云杉 43.54 -926.04 -274.34 55283.76 / / / / -2772311.75

冷杉 35.75 -636.49 -5.25 / 224.59 -13302 / / 256096.84

铁杉 54.22 -1516.6 / / / / / / 11052.41

云南松 32.84 -523.99 -181.87 36855.05 78.51 -4464.19 / / -1801214.28

马尾松 22.76 -199.65 16.19 -3492.23 / / --E+00 / 188793.11

高山柏类 19.62 -266.53 -89.94 18608.54 / / / 10.26 -978330.72

低、中山柏类 20.61 -158.16 / / -0.3 / / -0.34 875.79

落叶松 30.6 -524.14 / -1152.39 / / / / 128038.05

杉木 26.35 -295.47 -0.16 / / 30.81 / / 1835.8

湿地松 21.69 -170.02 -5502.2 1155200.23 10689.55 -620167.84 / / -51639309.06

柳杉 22.13 -180.92 / / / / / 1.68 -173.53

华山松 36.78 -659.8 115.9 -24689.17 3.65 / / / 1315417.89

高山松 30.62 -446.9 441.97 -89058.57 / / / -2.12 4495223.28

油松 66.65 -1835.12 / 3564.17 1541.2 -100688.81 / 5.03 1274255.21

油杉 27.66 -485.65 3952.86 -803800.14 -8.68 / / -4.5 40875436.88

樟树 19.77 -187.59 / / 1.83 / / -0.14 -815.57

楠木 24.3 -263.16 / / / / / 1.4 183.02

桉树 18.18 -71.54 -44.41 9369.41 -72.28 4411.34 / -- -561336.58

高山杨属 25.21 -242.97 / / -13.93 847.31 / -3.89 -5704.95

低、中山杨属 18.95 / / / / / / / -871.2

高山桦类 27.77 -369.61 -159.31 32406.41 / / / / -1646180.34

低、中山桦类 22.37 -211.5 -35.91 7566.31 / / / 1.21 -398222.42

高山栎类 24.42 -362.14 -181.65 36742.67 115.51 -6768.48 / 4.08 -1763119.14

低、中山栎类 23.13 -301.38 / -87.77 -60.85 3753.21 / / -47019.16

高山硬阔 13.92 / 29621.07 -6118458.23 -24173.58 1579478.62 / / 290152586

中山硬阔 18.08 -150.63 / / 85.21 / / / -2059.66

低山硬阔 19.7 -133.28 / / / / / -1.68 751.98

高山软阔 31.99 -559.93 / / / / -0.01 34.39 -55578.55

中山软阔 32.87 -580.84 / / 0.96 / / 1.81 804.53

低山软阔 38.35 -583.95 -0.37 / / 94.36 / 1.09 3354.75

 

测定了122个森林资源连续清查样地附近的林下灌木和草本生物量。拟合并筛选出林下灌木和草本生物量模型：

林下灌木：叶：Y=0.0005〖∙V〗_s^0.814

枝茎：Y=0.001〖∙V〗_s^0.990

地下：Y=0.002〖∙V〗_s^0.848

总：Y=0.003〖∙V〗_s^0.875

 

林下草本：地上：Y=0.007〖∙C〗_h^1.077

地下：Y=0.012〖∙C〗_h^0.979

总：Y=0.019〖∙C〗_h^1.034

 

林下灌草：地上：Y=0.072〖∙V〗_s^0.433

枝茎：Y=0.085〖∙V〗_s^0.414

地下：Y=0.166〖∙V〗_s^0.422

 

式中Y为生物量（t/ha）；〖∙C〗_h^ 为草本平均盖度（%）；V_s^ 为灌木平均高度(cm)与盖度（%）之积。

 

测定了214个森林资源连续清查样地的枯落物量，并采集枯落物样品，分析其碳、氮比含量。拟合并筛选出枯落物量模型：

针叶林：Y=-1.929+5.427∙X_1+0.008∙X_2

针阔混交林：Y=136.217+0.005∙X_7+4.392∙X_6 2-2.537∙X_5

落叶阔叶林：Y=-0.418+4.649∙X_1

常绿阔叶林：Y=9.472+0.004∙X_3-0.493∙X_4

竹林：Y=0.0354∙X_3^0.5210

式中：Y为枯落物量(t/ha)；X_1、X_2、X_3、X_4分别为枯落物层厚度（cm）、林分蓄积量（m3/ha）、林分密度（株/ha）和优势树种平均高（m）。X_5、X_6、X_7分别为经度、纬度和海拔。

选择了四川省森林资源连续清查样地中的21个毛竹样地和37个杂竹样地，测定了不同径阶毛竹（每个样地和每个径阶各1-2株）各器官生物量，共78株，以及杂竹样地生物量。拟合并筛选出毛竹最优单株物量模型：

竹秆：Y=0.1857∙D^2-1.057∙D+3.6895 (D为眉径)

竹枝：Y=0.0412〖∙D〗^1.5335

竹叶：Y=0.0647∙D^1.2727

竹鞭（根）：Y=0.1018∙D^2-0.5893∙D+2.6153

由于在2007年以前的森林资源清查中，只调查了毛竹株数，无单株检尺数据。杂竹样地也只有株数调查。为此，建立并筛选出了单位面积毛竹和杂竹生物量Y（t/ha）与立竹株数N（株/ha）的最优回归模型：

毛竹：Y=0.0006〖∙N〗^1.4779

杂竹：Y=0.6964〖∙N〗^0.3547

选择了四川省8种典型灌木设置27个调查样地，测定了各器官生物量和枯落物量，拟合并筛选出灌木林生物量和枯落物量(Y)与灌木盖度(X)的最优回归模型：

灌木生物量：Y=5.7953〖∙e〗^(2.1959∙X)

灌木枯落物量：Y=10.98〖∙ln⁡(X)〗^ +56.485

在测定各类林分、竹林、林下灌草、灌木林生物量和枯落物量的同时，采集了不同器官的植物样品1000多个，包括乔木样本400余个，毛竹样本84个，杂竹样本个，林下灌木样本276个，林下草本样本186个，灌木林样本100余个，枯落物样本221个。对碳含量进行了分析测定。

 

主要成果

本项目产出的大量参数，如生物量方程、蓄积生物量缺省方程、枯落物方程等，直接被国家发展与改革委员会批准的用于中国自愿减排项目的造林碳汇项目方法学和森林经营碳汇项目方法学采用。下图为使用本项目成果的方法学的网页截屏。