森林生态系统作为陆地生态系统的主体，分别贮存了全球陆地植被碳库及土壤碳库80%和40%的碳^[1]。生物量是研究植被净初级生产力的基础，是植被碳库的度量，是评价生态系统结构与功能的重要参数，同时，生物量、碳储量对研究生态系统的营养物质分配和碳循环具有重要意义^[2]。近年来，森林生物量研究已从个体、种群延伸到了区域、生物圈等多个尺度上^[3]。目前，研究工作有基于样地调查、遥感技术等方法对不同种源、林龄和地带的树种、生态系统生物量的估算^{[4, 5]}。如何估算区域森林碳储量一直是森林生态系统碳循环研究的热点问题^[6]。早期的研究主要是根据国际生物学计划期间的全球各地实测资料，利用平均生物量密度法来估算区域、国家甚至全球尺度的森林生物量。由于各类森林的实测资料有限，而且往往是在林分生长良好的样地中获得测量数据，导致估算的全球和区域生物量偏高^[7]。近年来森林资源清查资料虽然提供了不同树种面积和蓄积量在中国各地区分布情况的准确信息，但是却无法了解它们的生物量状况。树干材积与树木生物量存在相关关系，因此可以用树干材积推算树木各组分总生物量，这种方法计算的生物量称作材积源生物量^[8]。材积源生物量法经历了生物量转换因子法^[9]到生物量转换因子连续函数法^[10]的发展过程。目前，中国学者已基于历次中国森林资源清查资料，利用生物量转换因子连续函数法研究了中国不同地理位置各尺度森林植被的碳储量及其动态变化情况^[11]，但多数研究主要集中在对省份等中等大小区域尺度上^[12]，对林业局这种更小尺度上的碳储量研究尚未报道。

内蒙古大兴安岭林区是中国重要国有林区之一，是中国重要的森林碳储库，对中国陆地生态系统碳汇起着重要作用。莫尔道嘎林区森林作为内蒙古大兴安岭林区的重要组成部分，在固碳方面有着重要作用。近年来，有关莫尔道嘎林区森林资源状况的报道大多以森林资源面积、蓄积为研究对象^[13]，但无生物量和碳储量方面的研究。文中以莫尔道嘎林区森林为研究对象，利用其森林资源清查资料，推算该区森林碳储量，分析不同森林类型、龄组、森林类别碳储量变化情况，旨在为中国森林生态系统点或斑块水平的碳储量数据进行补充，并为该林区提供基础和参考数据。

莫尔道嘎林区地处大兴安岭西坡北部，隶属内蒙古自治区额尔古纳市管辖，位于东经119°50′-121°07′，北纬50°59′-52°01′，总面积455 225 hm²，森林覆盖率94.83%(2012年)。莫尔道嘎林区多为中、低山，坡度一般小于15°，海拔在450-1 400 m之间，地势为东南高、西北低，属额尔古纳河水系。该林区气候属寒温带大陆性季风气候，受西伯利亚冷空气影响，冬季寒冷干燥，夏季湿热短促，年平均气温-5.3 ℃，年平均降水量为414-528 mm。林区内野生动植物资源非常丰富，野生植物有74科298属，地带性植被为寒温带针叶林，其中兴安落叶松[Larix gmelinii (Rupr.)Kuzen]和白桦( Betula platyphylla Suk.)为本地区分布最广的树种。

数据来源于莫尔道嘎林区2008年和2012年森林资源清查数据和资源统计数据。森林资源二类清查数据包括全区16 383个小班的实测数据，包含小班号、面积、林种、土地种类、龄组、林龄、平均树高、郁闭度、优势树种、各组成树种蓄积、林分总蓄积等重要信息。森林资源统计数据是由二类调查数据汇总而来，该数据中森林被划分为5个龄组：幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林；从经营类型的角度又被划分为3种森林类别：重点公益林、一般公益林和商品林。

研究中的森林碳储量仅指乔木活立木部分(地上和地下)，未包括枯死木、下木层、草本层、枯枝落叶层以及森林土壤层等碳库。

采用生物量因子连续函数法计算森林生物量。结合小班数据，利用已建立的内蒙古大兴安岭地区落叶松(地上和地下)和白桦(地上)单木生物量模型来确定落叶松、白桦生物量转换方程，分别估测该地区落叶松林和白桦林生物量，白桦林的地下生物量由根茎比获得^[14]。对于其 它面积、蓄积所占比重较小的树种，采用前人建立^{[11, 15, 16]}的生物量—蓄积量回归方程估算其林分生物量。

式中：B为单位面积森林生物量(t·hm^-2); V 为单位面积森林蓄积量(m³·hm^-2); a和b为参数。具体方程见表 1。

以往对碳储量的估算，无论是在样地尺度上，还是在区域、国家等大尺度上，普遍都采用森林生物量乘以含碳系数推算^[17]。文中采用国际上常用的转换系数0.5^{[18, 19]}来推算森林的碳储量。根据莫尔道嘎林区森林资源清查资料，森林碳储量、碳密度及年均增长率的计算公式如下

式中：C为碳储量(t)；C_C为含碳率(%)；Q_C为碳密度(t·hm^-2)；S为森林面积(hm²)；n为间隔期；Z(t)为碳储量年均增长率(%)；C_t-n为调查初期的碳储量(t)；C_t为调查末期的碳储量(t)。

基于森林资源清查资料，利用公式(1)-(4) 估算莫尔道嘎林区森林固碳能力并分析不同森林类型、不同龄组、不同森林类别林分碳储量的变化特征。

莫尔道嘎林区2008年和2012年森林总面积分别是431 799和431 528 hm²，5 a间森林面积减少了271 hm²，但落叶松林和白桦林始终占有绝对优势。2008年和2012年落叶松林、白桦林在全区所占面积比重分别是55.04%、38.37%和55.40%、38.20%。其中，杨树林面积最小，仅46 hm²，占全区森林面积的0.01%(表 2)。从表 2中可知，该林区各森林类型面积大小关系为：落叶松>白桦>山杨>樟子松>黑桦>柳树>蒙古栎>杨树。研究时段内，落叶松林面积由237 663 hm²增加到239 059 hm²，增加了0.59%,柳树、蒙古栎、杨树森林类型的面积没有发生变化，其它森林类型面积均有很小幅度(0.05%-3.47%)的减少。总体上，研究时段内各森林类型面积基本稳定。

莫尔道嘎林区2008年和2012年森林总碳储量分别是18 456 147和20 202 875 t(表 2)，其中，落叶松林和白桦林对森林总碳储量的贡献最大，分别为16 825 635和18 467 468 t，分别占总碳储量的91.17%和91.41% ,各森林类型碳储量的大小关系：落叶松>白桦>山杨>樟子松>黑桦>柳树>蒙古栎>杨树。总体上，5 a间该林区森林总碳储量增加了1 746 728 t，总增长率为9.46%，年均增长率为2.25%。其中柳树林增长率最大，从9 904 t增加到11 366 t，增长率为14.76%；山杨林碳储量增长率最小，由1 000 277 t增长到1 010 351 t，总增长率为1.01%。

莫尔道嘎林区平均森林碳密度由2008年的42.74 t·hm^-2增加到了2012年的46.82 t·hm^-2。研究时期内该林区不同森林类型碳密度变化范围为21.03-94.22 t·hm^-2，其中樟子松林的碳密度最大(88.83-94.22 t·hm^-2)，这是因为该地区樟子松林多数为成、过熟林，蓄积量大，而栎树林株数密度低，且几乎全是幼、中龄林，没有成、过熟林，所以栎树林碳密度最低(21.03-24.06 t·hm^-2)。 整体上看，研究时段内各森林类型碳密度均有所增加。

从龄组结构上看，该林区森林面积以中龄林、成熟林为主，在两期资源统计中分别占林分总面积的44.62%、38.43%和45.18%、33.18%，占绝对优势。研究时段内幼龄林和近熟林面积分别下降了38.06%和24.08%。中龄林、成熟林、过熟林的面积都有所增加，其中过熟林增长率最高，从23 699 hm² 增加到了 34 853 hm²，增长率为47.07%(表 3)。由该林区2012年数据得知，目前林区中龄林、成熟林面积较大，幼龄林和近熟林面积过少，应适当调整各龄组林分的面积使其达到均衡。同时，结合该林区面积变化情况可知，研究时段内尽管林区森林总面积有很小幅度的减少，但林区总碳储量在增加，这归结于幼龄林、中龄林和近熟林较强的固碳能力和较快的生长速度。由此可见，在研究时段内莫尔道嘎林区发挥着一定的碳汇作用。

2008年到2012年间该区碳储量增加了9.46%(表 3)，与面积变化情况相似，中龄林、成熟林、过熟林碳储量均有所增加，其中过熟林碳储量增长率最高，从2008年的1 306 437 t，增加到2012年的1 970 877 t，增长率为50.86%。幼龄林和近熟林碳储量分别降低了27.31%和26.14%。该研究区内中龄林和成熟林碳储量始终占有主导地位，2008、2012年分别占总碳储量的76.62%、79.29%。

从龄组的角度看，碳密度的变化与林龄呈正相关，林龄越大，碳密度越高。同时，林分表现出林龄越大，碳密度的增长速率就越小的规律,碳密度先随林龄增大快速增加，达到近熟状态后碳密度增加缓慢，这主要是因为随着林木达到成熟状态，其碳积累的速率就会下降。另外，在林区内，因为采伐利用、自然风倒和雷击等因素造成成熟林、过熟林碳密度低于近熟林碳密度的现象也很常见。莫尔道嘎林区2012年与2008年调查统计数据相比，除近熟林碳密度有所下降外，其它各龄组碳密度都有增加的趋势。幼龄林、中龄林、成熟林和过熟林的碳密度 分别增加了17.36%、11.62%、3.65%和2.58%，近熟林碳密度下降了2.72%。森林平均碳密度由42.74 t·hm^-2 增加到46.82 t·hm^-2，增长率为9.53%。

表 4是莫尔道嘎林区2012年不同森林类别的林分面积和碳密度。由表 4可知，该林区林分主要是一般公益林和商品林，其面积分别是195 308和214 202 hm²，重点公益林22 018 hm²，仅占全区的5.10%。一般公益林和商品林对森林总碳储量的贡献最大，分别是8 802 532和 10 157 459 t，分别占总碳储量的43.57%和50.28%。重点公益林碳储量为1 243 797 t，仅占总碳储量的6.16%。该林区重点公益林、一般公益林和商品林平均碳密度分别为56.49、45.07和47.42 t·hm^-2(表 4)。其中，由于一般公益林中幼、中龄林占主要地位，所以造成其平均碳密度略低于商品林平均碳密度。从表 4可以看出，总体上，随着林龄的增加，碳密度都呈现增长的趋势。同一龄组内，一般公益林和商品林的碳密度相差不大，而重点公益林的碳密度在各个龄组内均比一般公益林和商品林的大。

森林生态系统包括活立木、枯立木、林下植被层、枯枝落叶层和森林土壤层5个碳库。文中只估算了莫尔道嘎林区森林中活立木生物量(地上和地下)，没有考虑其它4个碳库的生物量。然而，森林中活立木的碳储量只占整个森林生态系统碳储量的76%-90%^[20]。

研究时段内，莫尔道嘎林区森林乔木层碳储量从18 456 147 t增加到20 202 875 t，平均每年以2.25%的速率增长，平均每年增加436 682 t碳。根据光合作用反应式，可以估算出2008年至2012年，莫尔道嘎林区森林平均每年向大气中释放116万t 的O₂。在一个特定的区域内，森林固碳受到很多因素的影响，比如：气候、太阳辐射、干扰、土地利用历史、林龄、物种组成、土壤性质等。莫尔道嘎林区森林平均碳密度为42.74-46.82 t·hm^-2，高于内蒙古森林平均碳密度(21.30-25.27 t·hm^-2)^[19]和黑龙江省平均碳密度(33.44 t·hm^-2)^[21]，同时也高于中国整体森林碳密度平均水平(36-42 t·hm^-2)^[22] 。若假设全区森林面积、林分生长状况和人为干扰强度等条件不发生改变，以2012年的碳储量和碳密度为基数，预计到2020年全区森林乔木林碳储量将达到2 414 万t，乔木林平均碳密度能增加到55.93 t·hm^-2。

从龄组的角度看，目前莫尔道嘎林区的林龄结构特征是：中龄林、成熟林面积比重过大，分别占总面积的45.18%、33.18%，并且呈现持续增加的趋势；幼龄林比重过低，仅占6.03%。林区经营过程中，可充分发挥天然林的绝对优势，同时增强人工林的固碳能力，充分而又合理利用空间，逐渐增加幼龄林面积并提高碳储量比例，调整中龄林、过熟林的面积和蓄积，保持各龄组面积和蓄积的平衡，实现森林可持续发展。

不同森林类别内，随着林龄的增加，碳密度都呈现增长的趋势。同一龄组内，一般公益林和商品林的碳密度相差不大，而重点公益林的碳密度在各个龄组内均比一般公益林和商品林碳密度大，这可能是因为重点公益林中大部分林分是成、过熟林造成的，也可能是由经营措施的不同导致的。莫尔道嘎林区每年都会按森林经营管理计划对用材林进行一定强度的主伐和抚育间伐，对楞场、集材道上的林木进行皆伐处理，对长势不好但又有潜力的林分进行除灌埋青、枯倒木清理等综合抚育方式实施管理。研究结果表明，5 a间该区森林总面积减少了271 hm²，但林区总碳储量在增加，这是因为幼龄林、中龄林和近熟林快速地固碳生长。由此可见，在研究时段内莫尔道嘎林区发挥了一定的碳汇作用。

森林生物量的多少决定着森林生态功能的强弱，掌握森林生物量时空分布信息对了解森林整体的生态功能具有重要的基础作用。近些年来森林健康已成为林业领域的研究热点，森林健康研究的首要环节是森林健康的监测和评价。文中利用森林资源统计资料数据，从树种、龄组、经营类型等不同角度分别对森林碳储量和碳密度进行了估测，并比较分析了近5 a森林碳储量的变化，可为该林区营林和管理提供决策支持和参考，同时本研究取得的森林碳储量和其他结果可以直接作为森林健康的评价因子，为评价该林区森林健康和服务功能提供参考。