森林兼具减缓和适应气候变化的双重功能，具备增加碳汇、减少CO₂排放、减缓温室效应等作用^[1]。碳储量估算是人工林碳库平衡、碳交易核算及碳源汇动态研究的基础，合理评价不同森林资源的固碳能力，对定量化研究我国人工林生态系统的固碳能力、碳汇潜力、碳核算及碳汇交易等具有重要意义。在大尺度范围内，森林生态系统碳储量的分布及其生物量的格局基本一致^[2-3]。自20世纪70年代起，就有学者利用森林资源清查数据分析我国森林碳储量的动态变化、总森林碳库与密度、不同林型的碳储量等^{[2, 4-6]}，对探究我国区域范围内的碳平衡变化规律打下扎实的理论基础

不同研究者采用的研究方法不同及森林生态系统碳储量的空间异质性，导致局域性碳储量估算具有很大不确定性^[7]。因此，小尺度森林碳储量的研究有助于正确评价森林的碳汇能力。本研究以福建省沙县水南国有林场小班调查数据为数据源，对林场尺度碳储量及其主要影响因子进行分析，旨在阐明林场经营过程中碳储量的组成特征，从而为提高林场森林碳汇能力和估算小尺度范围植被碳储量提供依据。

1 研究区概况

福建省沙县水南国有林场位于沙县的中南部，地处武夷山脉与戴云山脉之间，北纬26°16′~26°30′，东经117°44′~118°2′，是集营林绿化、木材生产、森林旅游为一体的林业经营单位, 于2016年被评为“全国绿化模范单位”。林场现有林分经营面积达3 477 hm²，其中公益林为487 hm²，属典型亚热带季风气候，年均气温15.6~19.6 ℃，极端最低气温-7.1 ℃，极端最高气温40.1 ℃，年平均降水量1 510~1 840 mm，年蒸发量1 000 mm左右，相对湿度78%~84%，年无霜期253~272 d。

2 研究方法

森林生态系统的碳库包括植被碳库、土壤碳库、枯落物碳库和动物碳库。其中，枯落物碳库及动物碳库占比极小, 分别占全球总碳库的3%及不足0.1%^[8], 植被碳库受人为限制，土壤碳库受长期植被生长影响，短期林木种植对其影响不大。因此，本研究的碳储量仅指森林乔木的碳储量，未对土壤、林下植被、枯落物与动物碳库进行取样分析。

将2014年沙县水南国有林场森林资源调查数据进行碳储量的估算整合，以小班为基本单位 (包括小班的面积、经营措施、起源、类型、树种组成、蓄积量、林龄等)。分类后测算不同类型林分的蓄积量和面积，再根据方精云等^[9]建立的生物量转换因子连续函数模型估算生物量，进一步通过含碳率推算碳储量。

2.1 生物量转换因子连续函数模型

采用生物量转换因子连续函数模型估算生物量：

B=aV+b

式中，B为森林地上部分生物量/(t·hm^-2)；V为单位面积森林蓄积量/(m³·hm^-2)；a和b均为常数。以刘国华等^[8]总结的生物量回归模型及含碳率为基准，计算各小班地上部分生物量 (表 1)。

2.2 森林碳储量估算

采用表 1中各树种含碳率为50%的标准计算沙县水南国有林场森林碳储量：

C=B×C_c

式中，B为森林地上部分生物量/(t·hm^-2)；C_c为地上部分含碳率/%；C为森林碳储量/t。

2.3 森林碳密度估算

碳密度为单位面积上对应的碳质量：

P_c=C/S

式中，C为森林碳储量/t；S为森林面积/hm²；P_c为森林碳密度/(t·hm^-2)。

3 结果与分析 3.1 不同林分的碳储量

根据生物量转换因子连续函数模型，利用沙县水南国有林场森林资源清查资料，推算出水南国有林场不同林分类型的碳储量 (表 2)。由表 2可知，杉木和马尾松的林分面积分别占林场总面积的44.18%和40.34%，其碳储量为53 333.25和50 919.41 t，分别占林场总碳储量的39.36%和37.58%，是沙县水南国有林场森林碳储量的主要贡献林分；木荷和其他阔叶类林分面积分别占林场总面积的4.63%和9.74%，碳储量相对较高，分别占林场总碳储量的5.48%和16.31%；柳杉、建柏、湿地松和樟树等多为零星分布于林场内，面积较小，仅占林场总面积的0.02%、0.23%、0.69%和0.16%，碳储量相对较低，分别占林场总碳储量的0.04%、0.09%、0.91%和0.23%。进一步分析发现，杉木、马尾松的碳密度相对较小，仅高于建柏；柳杉、湿地松、樟树及其他阔叶类的碳密度较高，均高于50 t·hm^-2。

3.2 不同龄级林分的碳储量

沙县水南国有林场各林分的龄级组成较复杂，仅杉木、马尾松、木荷和其他阔叶类的龄级组成较齐全，其余林分均以单组或双组龄级组成，因此本文仅对杉木、马尾松、木荷和其他阔叶类不同龄级的碳储量进行分析 (表 3)。由表 3可知，各林分的碳储量主要分布在成熟林，中、幼龄林的碳储量相对较低。其中，杉木、马尾松的林分结构在长期经营过程中趋于合理，各龄级组成比例相近，碳密度随龄级的增加而增大；木荷幼龄林碳密度较大，这主要是由于其种植较为密集；其他阔叶类林分在近成熟林时碳密度最高，这主要是因为阔叶类近成熟林碳积累速率最大。

3.3 不同经营方式林分的碳储量

沙县水南国有林场除杉木、马尾松、木荷、其他阔叶类具多种经营方式外，其余林分均以单种或双种经营方式为主，因此本文也仅对杉木、马尾松、木荷、其他阔叶类不同经营方式的碳储量进行分析 (表 4)。由表 4可知，杉木、马尾松以用材林为主，中、大径材碳储量较大，约占90%，这与目前林场经营侧重于用材林培育有关。木荷为林场主要阔叶树种，其中慢生阔叶树中径材碳储量占比超过90%；其他阔叶类以生态公益林培育为主，生态公益林类林分碳储量超过80%。

3.4 不同立地条件林分的碳储量

不同立地条件下，不同林分类型碳储量存在一定差异 (表 5)。由表 5可知，杉木、马尾松和其他阔叶类的碳储量在肥沃级与较肥沃级中所占比重较大；马尾松和木荷相对于杉木更耐瘠薄，在中等肥沃级的碳储量也占一定的比重；其他阔叶类在瘠薄立地条件下所占碳储量比例最大，体现了其生态公益价值。

4 小结与讨论

本研究表明，沙县水南国有林场的森林碳储量主要集中于杉木和马尾松林，分别占林场总碳储量的39.36%和37.58%，说明杉木和马尾松林是林场森林碳储量的主要贡献林分。杉木和马尾松林分碳密度分别为35.38和36.98 t·hm^-2，接近于我国平均森林碳密度 (41.32 t·hm^-2)^[5], 这与王旺进^[10]研究的福建省建阳市杉木和马尾松碳密度的结果不一致，主要是由于沙县与建阳两地的林分生长差异所致，但与郑德祥等^[11]对福建省杉木、马尾松碳密度的估算结果相近。由于杉木、马尾松是福建省主要造林树种，在碳储量估算时因产区、气候、生长年龄、计算公式等不同，造成碳密度的计算结果在同一省份甚至同一个县 (市) 内也存在较大差异，而小尺度的研究内容既可以降低大区域估算碳储量因空间异质性带来的计算误差，也可针对林分的不同生长特性，为在特定区域经营措施的具体制定提供参考。

随着沙县水南国有林场大力发展阔叶林成分，木荷与其他阔叶类林分的碳储量也相对较高。从林龄来看，各林分的碳储量主要分布在成熟林，中、幼龄林的碳储量相对较低；从经营方式来看，中、大径材经营方式林分的碳储量占林场总碳储量的80%以上；从立地条件来看，肥沃级与较肥沃级立地条件下生长的林分碳储量占林场总碳储量的比重最大。