大气温室气体浓度增加导致的全球变暖日益受到关注，保护现有森林碳贮存以及开展造林和再造林活动，已成为增强陆地碳汇、减少对大气碳排放的重要措施。退耕还林工程是我国目前最主要的造林活动之一。目前，全球、国家和地区尺度森林生态系统碳贮量及其变化的研究较多(Dixon et al., 1994；Birdsey et al., 1993；Grigal et al., 1992；Fang et al., 2001；Wang et al.; 2001；Like et al., 2000; 周玉荣等，2000；赵敏等，2004；张德全等，2002；曹军等，2002；管东升等，1998)。但对退耕还林工程碳贮量及碳汇潜力的研究还较少见。云南省是退耕还林工程的重要省分之一，于2002年全面开展退耕还林工程，截止到2006年年底，已完成退耕还林(草)面积占全国的3.87%，涉及造林树种近100种(陈建军，2002；李世东，2004)。本研究对云南省退耕还林工程林木生物质碳汇潜力进行预测，进而探索全国退耕还林工程碳汇潜力的预测方法，为今后我国的生态评价体系建设和履约《京都议定书》提供依据。

1 研究地概况

云南(98°—106°E，21°—29° N)属青藏高原的南延部分，地形高低起伏，山脉河流纵横交错，盆地湖泊星罗棋布。地势由西北向东南呈阶梯状倾斜：滇西北最高，平均海拔3 000 m以上；滇中高原分3级“阶梯”：中北部海拔1 600~1 900 m，中南部1 200~1 400 m，南部500~900 m；滇东南河口最低，海拔在500 m以下。以金沙江上段、点苍山、哀牢山及元江一线为界，东部为云南高原，西部为横断山区。西南季风、东南季风与西风南支急流依季节更替，是云南绝大部分地区气候的基本特征。冬半年晴朗干燥，夏半年多雨湿润，干湿季分明。年均气温5~24 ℃，年温差一般为10~15 ℃，日温差可达12~20 ℃。全省大部分地区年降水量为1 100 mm，6—8月降水量约占全年的60%。全年无霜期210~330 d。境内植物种类繁多，几乎集中了从热带、亚热带至温带甚至寒带的所有品种。

2 研究方法 2.1 云南退耕还林工程的总面积与各林分类型面积的计算

根据云南省退耕还林工程历年复查报告，整理得到2000—2006年各树种的年度造林面积。根据全国2010年退耕还林工程规划目标及云南省退耕还林面积占全国退耕还林面积的比例，推算出2007—2010年云南省需完成的退耕还林面积为35.025 4万hm²，其中退耕还林14.035 0万hm², 荒山造林20.990 5万hm²。未来4年的年度造林面积安排有以下3种情景:情景A：云南省退耕还林工程总目标面积中尚未完成的部分, 在余下4个年度内平均安排；情景B：根据近3年(2004—2006)间的年均递减率31.1%安排4个年度的退耕还林面积；情景C：2006年以后不再安排任何退耕还林面积(表 1)。2007—2010年各树种的年度造林面积，按已退耕还林的各树种的比例计算。

2.2 碳贮量计算

由于造林对土壤、枯死木和枯落物碳贮量的影响相对较小(Paul et al., 2002)，且缺乏估计这些碳库变化的相关参数，本研究只关注林木生物质碳贮量。各林分类型林木生物质碳贮量采用下式计算：

(1)

式中：Cs_i为第i目标年各林分类型林木生物质碳贮量(MgC)；

A_jk为第k年营造的j林分类型的面积(hm²)；

V_ijk为第k年营造的j林分类型到第i目标年时的林分蓄积量(m³·hm^-2)；

D_j为j林分类型的木材干质量密度(Mg·m^-3)；

F_bej为j林分类型的生物量扩展因子(树干生物量转换到全林生物量的转换系数；

F_cj为j林分类型的碳含量(Mg C·Mg^-1)。

根据云南省历次森林资源连续清查所得到的不同龄级不同树种人工林面积和蓄积量数据，用下述理查得方程拟合各林分类型的蓄积生长曲线，并用于计算第k年营造的j林分类型到第i目标年时的林分蓄积量, 即：

(2)

式中：A为林龄(A=i-k)，a、b和c为拟合参数，造林当年的蓄积量假设为零。拟合结果如图 1。由于云南省森林资源连续清查资料中人工林分树(林)种的相关数据不全，现有数据只能拟合出云南省主要人工林类型的生长方程(图 1)。其他林分类型的生长曲线用这几个主要林分类型的生长曲线替代，即针叶类林分采用针叶混交林的生长曲线，硬阔叶类林分采用阔叶混交林的生长曲线，软阔叶类林分采用多树种混交林拟合的生长曲线。工程中营造的灌木、藤本及草本植物均不纳入测算。

生物量扩展因子(F_bej)和木材密度(D_j)计算采用中国初始国家信息通报中土地利用变化和林业温室气体排放清单中采用的相关参数¹⁾，碳含量来自文献资料(程根伟等，2003；刘华等，2005；丁圣严等，2004；方晰等，2003等)。

1) 中国林业科学研究院森林生态环境研究所.2004.中国土地利用变化和林业温室气体清单报告.

云南省退耕还林工程所营造的林分中，95%以上属于生态公益林(陈建军，2002；李世东，2004)。根据《生态公益林技术规程》，只有当其进入过熟林后才可能进行采伐。生态公益林中部分主要树种的最短轮伐期如表 2。工程中已造或者即将营造的林分也可能不采伐，因为这些林分通常都位于偏远的山区或属于重要水源林。因此，我们进一步将情景A、B和C细分为如下6种情景：情景A-1：无采伐的情景A；情景A-2：在最小采伐林龄采伐的情景A；情景B-1：无采伐的情景B；情景B-2：在最小采伐林龄采伐的情景B；情景C-1：无采伐的情景C；情景C-2：在最小采伐林龄采伐的情景C。

根据上述6种情景，利用公式(1)和(2)预测退耕还林工程林木生物质碳贮量。对于有采伐的情景，假设所有采伐迹地在采伐当年便完成更新造林，且采伐残留物已全部移出采伐地。

2 结果与分析 2.1 年度造林面积的变化

截止到2006年，云南省退耕还林工程年度造林面积的变化是先增后减，峰值出现在2003年。工程经3年(1999—2001)试点后，由于政府的鼓励政策，使得2002与2003这2年造林面积迅速增长，在2003年达到峰值(34.689 4万hm²)。2004—2006年，为了提高已营造或正在营造林的质量，政府逐渐减少工程面积。根据这种趋势推断的3种预测情景(A、B与C)中，情景B的可能性最大(2007—2010年每年造林面积分别为3.674 44、2.531 49、1.744 08和1.201 59万hm²)。目前造林趋势为缩减耕地造林面积、增加封山育林面积。

2.2 退耕还林工程林木生物质碳汇潜力

基于6种情景，计算得到2010、2020、2030、2040及2050年云南省退耕还林工程林木生物质碳贮量分别为8.1~8.8、19.6~25.7、18.4~33.0、20.3~34.9和23.6~35.4 TgC。情景B的碳贮量小于情景A，而大于情景C(图 2)。在采伐情景下，情景A-2、B-2和C-2的碳贮量相应地小于情景A-1、B-1和C-1。退耕还林工程林木生物质碳汇量在实施造林后逐年增加，情景C、B和A分别在2009、2011和2013年达到最大值，分别为1.4、1.5和1.9 TgC·a^-1，然后均逐渐减小；对于有采伐的情景(A-2、B-2和C-2)，在采伐期间为净排放(图 3)。在退耕地上营造的林分的林木生物质碳贮量占退耕还林工程林木生物质碳贮量的比例在2010年为41%~43%、2020年为40%~45%、2030年为40%~46%、2040和2050年均为39%~46%。

2.3 退耕还林工程林主要树种的碳汇潜力

2000—2006年，在云南省退耕还林工程已造林面积中，华山松(Pinus armandi)、云南松(P. yunnanensis)、思茅松(P. kesiya var.langbianensis)、侧柏(Platycladus orientalis)、杉木(Cunninghamia laceolata)、桉树(Eucalyptus)和桦木(Betula)7个主要林分类型的面积占总面积的44%。对应于情景C-1和C-2，这些主要林分类型的生物质碳贮量占整个工程所有林分生物质碳贮量的比例分别为35.4%~48.5%和35.4%~56.2%，其中2010、2020、2030、2040和2050年华山松碳贮量分别为0.037、2.460、3.334、3.394和3.389 TgC，云南松分别为0.773、1.930、2.536、2.803和2.915TgC，桉树分别为0.805、1.632、1.886 (0.940)、1.954 (1.244)和1.973 (1.841) TgC(括号内数字为有采伐的情景下的结果)。到2010年整个退耕还林工程结束，根据预测，情景A-1和A-2中7个主要林分类型的生物质碳贮量占所有林分类型生物质碳贮量的比例分别为34.1%~47.4%和34.3%~47.4%。对于情景B-1和B-2分别为34.1%~55.8%和34.3%~57.6%。

3 结论与讨论

基于6种情景的研究表明，云南省退耕还林工程具有很大的碳汇潜力，预计到2010、2020、2030、2040和2050年，其累计碳汇量将分别达到8.1~8.8、19.6~25.7、18.4~33.0、20.3~34.9和23.6~35.4 TgC，其中退耕地造林林木生物质碳汇量占云南省退耕还林工程林木生物质碳汇量的33%~41%。

本研究只估算了退耕还林生物质碳贮量及其变化，由于缺乏相关参数，没有考虑退耕还林对土壤有机碳、枯落物碳和枯死木碳的影响，而通常情况下退耕造林均会在一定程度上增加这几部分碳库中的碳贮量。同时，本研究假定在采伐情景下，采伐的林木立即计为排放，而忽略了木质林产品中保存的碳贮量。有研究表明，木质林产品中的碳贮量占采伐的生物质碳贮量的比例可高达32%(Niu et al., 2006)。因此，从长远来看，需要开展退耕还林工程对土壤有机碳的影响以及木质林产品碳贮量的进一步调查研究，以便能够估计退耕还林工程对土壤碳和林产品碳库的增汇效益。