康曉明崔麗娟趙欣勝李偉張曼胤高琦（中國林業(yè)科學研究院濕地研究所，濕地生態(tài)功能與恢復北京市重點實驗室，北京 0009；遼寧商貿職業(yè)學院，沈陽 06）

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遼寧雙臺河口蘆葦濕地固碳價值評價研究

康曉明1崔麗娟1趙欣勝1李偉1張曼胤1高琦2
（1中國林業(yè)科學研究院濕地研究所，濕地生態(tài)功能與恢復北京市重點實驗室，北京 100091；2遼寧商貿職業(yè)學院，沈陽 110161）

雙臺河口濕地（李東 供圖

摘 要基于野外監(jiān)測數(shù)據(jù)和碳稅法對遼寧雙臺河口蘆葦濕地的固碳價值進行了定量評價。結果表明：遼寧雙臺河口蘆葦濕地總面積為30 815 hm2，大約占到了自然保護區(qū)總面積的20%，其年均凈固定二氧化碳（CO2）量為13 320 kg/hm2，年甲烷（CH4）排放的CO2當量為3 330.3 kg/hm2。將蘆葦濕地固定CO2的正效應減去CH4排放的負效應，得到遼寧雙臺河口蘆葦濕地的年固碳量為9 989.7 kg CO2/hm2，具有較強的碳匯，其總固碳價值為2.37億元，其中凈吸收CO2的價值為3.16億元（正效應價值），凈排放CH4的價值為0.79億元（負效應價值）。

關鍵詞蘆葦濕地；固碳；通量；價值評價；碳匯

近年來由于溫室氣體濃度的不斷增加，全球氣溫急劇升高，降水格局發(fā)生重大變化，極端氣候事件及其相應的自然災害頻繁發(fā)生，致使各大生態(tài)系統(tǒng)受到不同程度的影響，人類面臨嚴峻的挑戰(zhàn)（孫彥坤等，2003；Kang et al，2011）。濕地生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生物圈碳庫的最大組成部分，其固碳功能在減緩全球氣候變化和調節(jié)區(qū)域大氣組成和氣候方面具有非常重要的作用（宋長春，2003；Kang et al，2014； 崔麗娟等，2015；康曉明等，2015），在全球碳循環(huán)中扮演著重要角色（Dixon et al，1995）。因此，定量研究濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳功能和價值及其對全球氣候變化的減緩作用具有非常重要的意義。

雙臺河口自然保護區(qū)是世界上保護較為完好的濱海沼澤濕地。該濕地植被以蘆葦和水稻為主，不僅是亞洲第一大蘆葦分布區(qū)與遼寧主要商品糧的優(yōu)質大米出口基地，而且棲息著丹頂鶴、黑嘴鷗等珍稀鳥類二百多種，在世界生物多樣性保護中占有重要地位（何奇瑾， 2007）。保護區(qū)中蘆葦沼澤濕地巨大的碳匯功能及釋氧功能對在區(qū)域大氣調節(jié)方面發(fā)揮著重要的作用。因此，對遼寧雙臺河口蘆葦濕地的固碳價值進行評價研究極為迫切和重要。

本研究以遼寧雙臺河口蘆葦濕地作為研究對象，利用野外監(jiān)測數(shù)據(jù)和碳稅法定量評估雙臺河口蘆葦濕地的固碳價值，為定量評估遼寧省濱海濕地的總價值及評價濕地對氣候變化的貢獻提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

圖1 遼寧雙臺河口濕地地理位置及景觀分布圖

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧雙臺河口國家級自然保護區(qū)，地處我國遼寧省遼東灣北部，距盤錦市區(qū)35 km，有118 km長的海岸線，屬海岸濕地和內陸三角洲濕地復合生態(tài)系統(tǒng)，包括蘆葦沼澤、灘涂、淺海海域、河流、水庫和水稻田6種濕地生態(tài)類型（圖1）。區(qū)內地勢低洼平坦，陸地海拔最高7.5 m，由于淡水和咸水的相互侵淹、混合，使該區(qū)植被具有喜濕耐鹽植物多、植物種類少、草本植物多、木本植物少、優(yōu)勢種群密度大、生物量高的特點。研究區(qū)四季分明，屬暖溫帶大陸性半濕潤半干旱季風氣候，年平均氣溫為8.4℃，年均降水量為623.3 mm，年平均蒸發(fā)量為1 568.6 mm。地貌類型以沖積平原和潮灘為主（汪宏宇等，2006）。主要植被有蘆葦Phragmites australis、蒲草Typha angustifolia、翅堿蓬Suaeda salsa、檉柳Tamarix chinensis等。在灘涂生長的翅堿蓬單一群落，生長季節(jié)一片赤紅，成為廣闊的“紅地毯”，是我國沿海少有的自然景觀；在海岸線以上陸緣帶生長有灰綠堿蓬、檉柳為主的鹽生植被，并有翅堿蓬混生紅綠相間，甚為可觀；陸上沼澤環(huán)境是蘆葦占絕對優(yōu)勢的耐鹽植物群落，是世界上面積較大的蘆葦沼澤濕地。

1.2 研究方法

1.2.1 濕地碳匯價值計算方法 濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)主要包括總初級生產力（Gross primary productivity，GPP）、 生 態(tài) 系 統(tǒng)呼 吸（Ecosystem respiration，Re）和凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換（Net ecosystem CO2exchange，NEE）。GPP是指單位時間內生物（主要是綠色植物）通過光合作用途徑所固定的光合產物量或有機碳總量。濕地植被通過光合作用同化CO2，形成GPP（光合產物總量），它表示了CO2和能量轉化為有機碳和能量，進入碳循環(huán)過程的起始水平，是生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的基礎（于貴瑞等，2006）。Re是整個生態(tài)系統(tǒng)向大氣中排放CO2，包括植物自養(yǎng)呼吸和土壤異養(yǎng)呼吸，反映了生態(tài)系統(tǒng)排放CO2的能力。NEE是生態(tài)系統(tǒng)呼吸與總初級生產力之間的差值，主要用于分析各個生態(tài)系統(tǒng)的碳源/匯功能，在大尺度上可以用于評價區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)究竟是大氣CO2的源還是匯。NEE主要由同化作用和呼吸作用決定，這兩個過程時間的長短和量值的大小決定了NEE的季節(jié)變化動態(tài)（Randerson et al，1999；White et al，1999）。

基于此，本研究對蘆葦濕地固碳價值的計算采用碳稅法，創(chuàng)新性地利用濕地生態(tài)系統(tǒng)凈固定CO2的量（即NEE，NEE=Re-GPP）來計算這一過程給人類帶來的利益，同時考慮了濕地排放CH4對其碳匯功能的削減效應，最終計算每年濕地凈固碳的價值量。計算公式如下：

式中，Vcs為蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳價值（元/a）；NEE為蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)的凈CO2交換量（kg/hm2），該數(shù)據(jù)參考（汪宏宇等，2006）的實測NEE通量數(shù)據(jù)，即蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)凈固定CO2為13.32 t/ hm2/a；FCH4為 CH4排放量，實測獲得；A為蘆葦濕地的面積，利用遙感數(shù)據(jù)對遼寧雙臺河口濕地的土地利用類型進行劃分獲得；P為碳的價格，采用瑞典的碳稅率150美元/t進行計算。在計算時，本文以增溫潛勢（GWP）將相同質量的CH4換算為等溫室效應的CO2，1 kg的CH4產生的溫室效應等同于24.5 kg的CO2產生的溫室效應（Jenkins et al，2010），即為24.5。

1.2.2 數(shù)據(jù)來源 本研究的溫室氣體主要包括CO2和CH4。濕地生態(tài)系統(tǒng)凈NEE通量數(shù)據(jù)引自汪宏宇等（2006）的觀測結果，其CO2通量測定采用渦度相關法（Eddy covariance method）， 主要觀測儀器安裝在距離地面3 m高度，由三維超聲風 速 儀（CSAT3，Campbell Scientific Inc，U SA） 、開路式CO2/ H2O 分析儀（ Li- 7500，LicorInc，USA）和數(shù)據(jù)采集器（CR5000，CSI， U SA）組成， 采樣頻率為10Hz（汪宏宇等， 2006）。靜態(tài)箱法也是目前應用較多的測定小樣方生態(tài)系統(tǒng)氣體交換的方法，本研究中所需的CH4通量數(shù)據(jù)主要采用原位靜態(tài)箱-氣象色譜法進行測定。

圖2 2014年遼寧雙臺河口自然保護區(qū)及蘆葦濕地的面積

圖3 遼寧雙臺河口蘆葦濕地碳收支量及固碳價值

遼寧雙臺河口蘆葦濕地的面積通過對遙感影像數(shù)據(jù)進行解譯獲得。其中，研究區(qū)所需遙感數(shù)據(jù)從http：//www.gscloud.cn/下 載獲得（2014年7月13日）。采用ENVI軟件對遙感影像數(shù)據(jù)進行監(jiān)督分類，并利用實測數(shù)據(jù)對遙感解譯結果進行精度驗證（解譯精度為94.3914%，Kappa系數(shù)為0.9298），最終獲得遼寧雙臺河口濕地各土地利用類型的面積和比例。本研究僅用到蘆葦濕地的面積數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

本研究數(shù)據(jù)處理和分析主要利用Excel和標準統(tǒng)計軟件SPSS 20.0完成，數(shù)據(jù)作圖主要利用Origin 8.5完成。

2 結果與分析

遙感解譯結果表明，遼寧雙臺河口自然保護區(qū)總面積為157 908 hm2，其中蘆葦沼澤濕地面積為30 815 hm2，大約占保護區(qū)總面積的20%（圖2）， 多為受到人為活動或自然災害干擾后而形成，植被較矮，蓋度在60%～80%之間。遼寧雙臺河口蘆葦沼澤濕地由于其巨大的碳吸收能力和較小的碳排放量，表現(xiàn)為較強的碳匯功能。蘆葦濕地年凈固定CO2量為13 320 kg CO2/hm2，年CH4排放量為135.9 kg CH4/hm2，換算成CO2當量為3 330.3 kg CO2/ hm2。CH4的排放對于濕地固碳效應來說屬于負效應，將蘆葦濕地固定CO2的正效應減去CH4排放的負效應，得到遼寧雙臺河口蘆葦濕地的年固碳量為9 989.7 kg CO2/ hm2，具有較強的碳匯（圖3）。

綜合CH4氣體的全球增溫潛勢，通過碳稅法計算得到遼寧雙臺河口蘆葦濕地的總固碳價值為2.37億元。其中凈吸收CO2的價值為3.16億元（正效應價值），凈排放CH4的價值為0.79億元（負效應價值） （圖3）。

3 結論與討論

濕地是僅次于森林的重要碳庫，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，因其具有較高的生產力及氧化還原能力使其具有“碳匯”的功能，是極為重要的生物地球化學場，對于穩(wěn)定和維持局部大氣環(huán)境具有非常重要的作用（宋長春，2003；蔣衛(wèi)國等，2007；Kang et al，2014；崔麗娟等，2015）。濕地植物通過光合作用從大氣中不斷同化二氧化碳（CO2），其碳吸收能力要遠遠超過森林生態(tài)系統(tǒng)（李孟穎，2010），且濕地的厭氧環(huán)境顯著抑制了凋落物的分解，使?jié)竦刂写罅康臒o機碳和有機碳在土壤中累積，濕地從而成為抑制大氣二氧化碳濃度升高的碳匯，在調節(jié)全球氣候、減緩全球變暖方面發(fā)揮著重要的作用（呂憲國等，1995；Chen et al，2013；Hao et al，2011）。本研究發(fā)現(xiàn)，遼寧雙臺河口蘆葦濕地的凈吸收CO2的價值為3.16億元，凈排放CH4的價值為0.79億元，總固碳價值為2.37億元，低于若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳價值8.21億元（龐丙亮等，2014）。雙臺河口蘆葦濕地巨大的固碳及釋放氧氣的功能對整個遼寧雙臺河口濕地的大氣組分具有重要的調節(jié)價值，蘆葦沼澤濕地巨大的碳匯功能及其大氣調節(jié)價值能夠作為一個抑制大氣CO2濃度升高的碳匯，也必然會對區(qū)域的氣候變暖和干旱化具有一定的調節(jié)和緩解作用（宋長春，2003；童成立等，2005；Kang et al，2014）。

然而，近年來隨著人類對河流開發(fā)利用程度的增加，以及全球氣候趨暖變干，導致雙臺河口自然濕地面積在逐漸減少，蘆葦濕地質量不斷下降，紅海灘逐漸退化，加上海平面上升打破了原有的水鹽平衡和水沙平衡，使得生物棲息地環(huán)境發(fā)生變化，生物多樣性減少（王西琴等，2006；蘆曉峰等，2011）。蘆葦濕地的退化必然使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)正常的水循環(huán)與有機物和無機物的循環(huán)過程發(fā)生改變，改變了濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的模式，可能會顯著削弱雙臺河口蘆葦濕地的碳匯功能，導致區(qū)域碳格局產生較大的變化，降低其固碳及調節(jié)區(qū)域大氣組分的價值。因此，如何保護并恢復遼寧雙臺河口蘆葦濕地的面積和質量，增強其碳匯能力，并對氣候變化和人類擾動的影響機理進行深入探討，將是后續(xù)研究工作的重點。

參考文獻

崔麗娟，康曉明，趙欣勝，等.2015.北京典型城市濕地小氣候效應時空變化特征［J］.生態(tài)學雜志，34（1）：212-218

董洪芳，于君寶，孫志高，等.2010.黃河口濱岸潮灘濕地植物-土壤系統(tǒng)有機碳空間分布特征［J］.環(huán)境科學，31（6）：1594-1599

蔣衛(wèi)國，李京，陳云浩.2007.城市濕地與城市熱島效應關系探討［J］.上海環(huán)境科學，24（4）：151-155

李孟穎.2010.濕地的固碳作用初探——以京津冀地區(qū)為例［J］.南水北調與水利科技，8（3）：60-64

李玉，康曉明，郝彥賓，等，2014.黃河三角洲蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)碳、水熱通量特征研究［J］.生態(tài)學報.34（15）：4400-4411

蘆曉峰，王鐵良，孫毅，等.2011.盤錦雙臺河口濕地功能評價研究［J］.沈陽農業(yè)大學學報，4（4）：460-464

呂憲國，何巖，楊青.1995.濕地碳循環(huán)在全球變化中的響應［M］//陳宜瑜.中國濕地研究.北京：科學出版社：68-71

龐丙亮，崔麗娟，馬牧源，等.2014.若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價［J］.濕地科學，12（3）：273-278

宋長春.2003.濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究進展［J］.地理科學，23（5）：622-628

孫彥坤，肖同玉，劉春生.2003.濕地碳循環(huán)研究在氣候變化中的作用［J］.黑龍江科技信息（1）：75-75

童成立，張文菊，王洪慶，等.2005.三江平原濕地沉積物有機碳與水分的關系［J］.環(huán)境科學，26（6）：38-42

王西琴，李力.2006.遼河三角洲濕地退化及其保護對策［J］.生態(tài)環(huán)境，15（3）：650-653

汪宏宇，周廣勝.2006.盤錦濕地蘆葦生態(tài)系統(tǒng)長期通量觀測研究［J］.氣象與環(huán)境學報，22（4）：18-24

Chen H， Wu N， Wang Y， et al.2013.Inter-Annual Variations of Methane Emission from an Open Fen on the Qinghai-Tibetan Plateau: A Three-Year Study ［J］.Plos One， 8（1）:173-185

Dixon R K， Krankina O N.1995.Can the Terrestrial Biosphere Be Managed to Conserve and Sequester Carbon？ ［J］.NATO ASI Series， 33:153-179

Hao Y B， Cui X Y， Wang Y F， et al.2011.Predominance of Precipitation and Temperature Controls on Ecosystem CO2Exchange in Zoige Alpine Wetlands of Southwest China ［J］.Wetlands， 31:413-422

Jenkins W A， Murray B C， Kramer R A， et al.2010.Valuing ecosystem services from wetlands restoration in the Mississippi Alluvial Valley ［J］.Ecological Economics， 69（5）: 1051-1061

Kang X M， Hao Y B， Li C S， et al.2011.Modeling impacts of climate change on carbon dynamics in a steppe ecosystem in Inner Mongolia， China ［J］.Journal of Soils and Sediments， 11: 562-576

Kang X M， Wang Y F，Chen H，et al.2014.Modeling carbon fluxes using multitemporal MODIS imagery and CO2eddy flux tower data in Zoige alpine wetland，south-west China ［J］.Wetlands，34: 603-618

Randerson J， Field C， Fung I， et al.1999.Increases in early season ecosystem uptake explain recent changes in the seasonal cycle of atmospheric CO2at high northern latitudes ［J］.Geophysical Research Letters（26）: 2765-2768

White A， Cannell M G R， Friend A D.1999.Climate change impacts on ecosystems and the terrestrial carbon sink: a new assessment ［J］.Global Environmental Change （9）: S21-S30

E-mail： lkyclj@126.com

doi:10.3969/j.issn.1673-3290.2016.02.04

收稿日期：2016-03-11

基金項目：林業(yè)公益性行業(yè)科研專項（項目號：201404305）和國家自然科學基金項目（31300417）資助

作者簡介：康曉明，副研究員，博士，主要從事濕地生態(tài)學研究。E-mail：xmkang@ucas.ac.cn

通訊作者：崔麗娟，研究員，博士生導師，主要從事濕地生態(tài)研究。

Valuation of Carbon Sequestration of a Reed （Phragmites australis） Wetland in Liaoning Shuangtai Estuary

KANG Xiao-Ming1CUI Li-Juan1ZHAO Xin-Sheng1LI Wei1ZHANG Man-Yin1GAO Qi2
（1 Beijing Key Laboratory of Wetland Services and Restoration， Institute of Wetland Research， Chinese Academy of Forestry， Beijing 100091；2 Liaoning Vocational College of Business， Shenyang 110161）

AbstractTo assess the carbon sequestration value of a reed （Phragmites australis） wetland in the Liaoning Shuangtai Estuary， we calculated the value of carbon sequestration using carbon tax method and monitoring data obtained in the targeted wetland.The observed and assessed results showed that the area of Liaoning Shuangtai estuary reed wetland was 30 815 hm2， accounting for 20% of the total protected area.The net annual fxation of carbon dioxide （CO2） of the reed wetland was 13 320 kg /hm2，and the annual CO2equivalent of methane （CH4） emission was 3 330.3 kg /hm2.Therefore， subtracting the negative effect of CH4emission， the whole wetland ecosystem was a strong carbon sink， fixing CO29 989.7 kg/（hm2·a）.The total carbon sequestration value of the targeted wetland was RMB 2.37 billion， among them the values of net CO2fxation （positive effects） and CH4emission （negative effects） were RMB 3.16 and 0.79 billion， respectively.

Key wordsReed wetland； Carbon sequestration； Flux； Valuation； Carbon sink