前言

森林是陆地生态系统的主体，覆盖了地球陆地面积的三分之一。作为陆地生态系统中最大的碳库，森林在全球碳循环中扮演着关键角色。开展森林碳储量评估不仅有助于了解其动态变化和空间分布格局，更为深入的碳汇研究提供了重要的基础数据，包括森林生态系统碳汇潜力的估算以及森林生态系统与大气之间的碳交换研究。

虽然样地尺度的碳储量调查在考虑生态系统空间异质性方面存在一定局限，但它为大尺度森林碳循环模型的构建提供了必要的样本数据，是开展区域、国家乃至全球尺度森林碳储量研究的基石。

样地尺度森林生态系统碳储量估算

根据《温室气体自愿减排项目方法学 造林碳汇》（CCER-14-001-V01），森林生态系统中的碳储存库主要包括地上生物质、地下生物质、枯落物、枯死木、土壤有机碳和木（竹）产品：

• 森林植被碳储量包括地上和地下两个组分。其中，地上生物质碳储量主要来自乔木的树干、树冠（包括枝、叶）以及林下植被层，地下生物质碳储量则主要源自根系，通常不包括难以从土壤有机成分或枯落物中区分出来的直径≤2mm 的细根。可认为这两个组分共同构成了完整的森林植被碳库。"
• 枯落物：枯落物是土壤层以上，直径≤5cm、处于不同分解状态的所有死有机质，包括凋落物、腐殖质，以及难以从地下生物质区分出来的细根；
• 枯死木：枯落物以外的所有死有机质，包括枯立木、枯倒木以及直径＞5cm 的枯枝、死根和树桩。
• 土壤有机碳：一定深度内（通常为 30cm）矿质土和有机土（包括泥炭土）中的有机碳，包括难以从地下生物质中区分出来的直径≤2mm 的细根

森林植被碳储量估算

虽然乔木层、竹林和林下植被的具体参数可能不同，但估算原理相通。本文重点介绍乔木层的估算方法。
在样地尺度，森林植被碳储量估算的核心是对样地内每株单木关键结构参数的精准测量。通过生物量方程或生物量转换因子法计算出生物量，再乘以碳含量系数推算植被碳储量。

• 生物量是指某一时刻单位面积内实际存活的有机物质（干重），及生命有机体的干重。
• 生物量方程：通过一定但足够数量的样木生物量、或细化到干、枝、叶、根等不同器官的生物量与树木测树因子构建的方程。目前，我国较为广泛使用和推广的是生物量方程法。

• 生物量转换因子法：先计算蓄积量，再乘以生物量转换因子（Biomass Expansion Factor, BEF）得到生物量，最后乘以生物量含碳率得出碳储量。需注意的是，BEF 不是恒定值，会因林龄、立地条件、林分密度等变化而异。为此，使用连续函数替代平均值能提高估算精度。
  生物量和蓄积量的简单线性关系可表示为：
  
  上式中，B为生物量，v为蓄积量，a、b为常数

在《温室气体自愿减排项目方法学 造林碳汇》 提供了中国主要乔木树种的单株生物量方程和生物量含碳率表（如下图所示）。根据实测数据（如胸径、树高），带入相应方程即可计算地上和地下生物量，再结合生物量含碳率表计算单株碳储量。

当缺乏对应树种的生物量方程或需要更高精度时，需要自行采样构建生物量方程，并测定碳含量：

• 生物量方程构建：以胸径(D)或胸径与树高的复合指标（D²H）为自变量，器官生物量为因变量，建立方程。
• 碳含量测定：采集标准木的根、干、枝、叶等样本，经 80℃ 烘干、粉碎并过 0.25 mm 筛后，采用重铬酸钾容量法测定有机碳含量。树木的平均碳含量理论上为各器官碳含量的加权平均值，但研究表明，算术平均值与加权结果接近，为提高工作效率，可用算术平均值代替：

为树干、枝条、树皮、树叶、树根的碳含量，为该数种的平均碳含量。

凋落物碳储量估算

在样地内可布设 1 至 3 个 1m × 1m 的样方，收集样方内所有凋落物并称重。随后将样品烘干称重，计算干重与鲜重比。粉碎过筛后，再使用重铬酸钾容量法测定有机碳含量，最后通过计算出的凋落物的碳储量除以样放面积以计算出单位面积的凋落物碳储量。

土壤有机碳储量估算

每个样地随机挖取 3 个土壤剖面，并按深度分层采样（如 0–20 cm、20–40 cm、40–60 cm、60–80 cm）。每层土壤样品由 3 个剖面混合形成一个样本。同时，用 200 cm³ 的环刀测定土壤容重，再采用重铬酸钾容量法测定有机碳含量。再根据以下公式计算：

土壤有机碳密度 (SOCD, kg/m²)：

土壤有机碳储量 (SOCS, kg)：

式中：SOCD 为土壤有机碳密度 (kg/m²)，为i层土壤有机碳含量 (g/kg)，为i层土壤容重 (g/cm³)，为i层样品深度 (cm)，SOCS 为总有机碳储量 (kg)，为将总土壤面积划分为n个区域后第 j 区域的土壤面积大小 (m²)

参考：
《中国森林生态系统碳储量---动态及机制》 王万同
《湖南省森林生态系统碳储量动态及其碳吸存潜力》 李斌
《华北主要森林类型建群种的含碳率分析》马钦彦
《Carbon storage in Norwegian ecosystems》onarheim (2018)
《红层区耕地土壤有机碳储量估算与固碳潜力分析》周萌