高春泥　馬力　尹元銀　田紅衛(wèi)　張新

［關(guān)鍵詞］ 碳匯；水土保持；林草措施；長(zhǎng)江上游地區(qū)

［摘 要］ 水土保持植物措施對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要作用。為科學(xué)評(píng)估長(zhǎng)江上游地區(qū)水土保持林草措施的碳匯能力，針對(duì)長(zhǎng)江上游9省（自治區(qū)、直轄市），采用林業(yè)碳匯項(xiàng)目方法學(xué)，測(cè)算了“十三五”期間（2016—2020年）長(zhǎng)江上游新增水土保持林草措施20 a的凈碳匯量，結(jié)果表明：新增林草措施面積、林木的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)情況是影響林木凈碳儲(chǔ)量變化的重要因素；甘肅、湖北、陜西和云南碳匯價(jià)值較高，而重慶、西藏碳匯價(jià)值較低，水土保持林草措施經(jīng)濟(jì)價(jià)值的創(chuàng)造受到地域的限制。

［中圖分類號(hào)］ S157 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1000－0941（2023）09－0020－05

全球氣候變化是目前人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一[1]。目前，“減排、增匯、保碳、封存”是被廣泛認(rèn)可的實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效途徑[2]。在增加與保護(hù)陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳蓄積和固碳功能方面，水土流失治理通過(guò)減輕地表擾動(dòng)與破壞、保持土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)碳的積累；與此同時(shí)，水土保持植物措施通過(guò)其固碳釋氧的功能發(fā)揮相應(yīng)的固碳作用[3]。目前，關(guān)于生態(tài)恢復(fù)對(duì)土壤碳儲(chǔ)量影響以及林業(yè)碳匯能力的研究已廣泛開(kāi)展[4-6]，但鮮有以水土保持為重點(diǎn)量化分析水土保持措施的碳匯能力及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的研究。

目前在水土保持行業(yè)尚沒(méi)有特定的針對(duì)水土保持措施的碳匯計(jì)算方法。林業(yè)行業(yè)中經(jīng)過(guò)國(guó)家發(fā)展改革委備案核準(zhǔn)的林業(yè)碳匯項(xiàng)目方法學(xué)分別針對(duì)造林、森林經(jīng)營(yíng)、竹造林和竹經(jīng)營(yíng)[7]，其中《AR-CM-001-V01 碳匯造林項(xiàng)目方法學(xué)》現(xiàn)已在林業(yè)行業(yè)中廣泛應(yīng)用，為林業(yè)碳匯計(jì)算提供了可靠的計(jì)算基礎(chǔ)[8-9]。水土保持林草措施實(shí)際為新建林地項(xiàng)目，可采用林業(yè)行業(yè)碳匯計(jì)算方法進(jìn)行碳匯計(jì)算。

長(zhǎng)江是中華民族的母親河，受自然條件和人為因素的影響，長(zhǎng)江上游也是長(zhǎng)江流域乃至全國(guó)水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域之一。新中國(guó)成立以來(lái)，在國(guó)家的高度重視和大力支持下，經(jīng)過(guò)連續(xù)治理，到2018年底長(zhǎng)江上游水土流失面積由20世紀(jì)80年代中期的35.20萬(wàn)km2，逐步下降到22.86萬(wàn)km2[10]。其中，水土保持林、經(jīng)果林等林草措施是水土流失治理中最主要的措施，其面積約占每年新增治理水土流失面積的36%。水土保持林草措施不僅是水土流失治理的需要，也是提高區(qū)域碳匯和碳儲(chǔ)量的重要措施。

為研究長(zhǎng)江上游地區(qū)水土保持林草措施碳匯能力，本研究針對(duì)長(zhǎng)江上游9省（自治區(qū)、直轄市），采用CCER（國(guó)家核證自愿減排量）林業(yè)碳匯項(xiàng)目方法學(xué)，測(cè)算“十三五”期間（2016—2020年）長(zhǎng)江上游新增水土保持林草措施20 a的凈碳匯量，旨在為科學(xué)評(píng)估水土流失綜合治理的碳增匯效益提供數(shù)據(jù)支撐，為水土保持碳匯監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定提供一定的指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江上游涉及湖北、重慶、四川、貴州、云南、西藏、青海、陜西、甘肅9個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），流域內(nèi)水系眾多，包括金沙江、岷江、烏江、嘉陵江等水系，控制流域面積約100萬(wàn)km2，占長(zhǎng)江流域總面積的56%[11]。長(zhǎng)江上游地形復(fù)雜，地跨我國(guó)第一、二級(jí)階梯，由青藏高原、橫斷山地、云貴高原、秦巴山地、四川盆地等組成。區(qū)域內(nèi)氣候差異較大，跨高原、北亞熱帶和中亞熱帶三大氣候區(qū)，以亞熱帶為基帶，區(qū)內(nèi)有局部南亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶氣候類型分布[12]。流域多年平均氣溫為11.4 ℃，平均氣溫自東南向西北遞減，多年平均降水量為907.1 mm，降水主要集中在夏季。

2 研究材料與方法

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取

研究區(qū)內(nèi)每年新增治理水土流失面積以及林草措施面積主要通過(guò)查詢?nèi)珖?guó)及省級(jí)水土保持公報(bào)數(shù)據(jù)獲取。青海省、四川省、西藏自治區(qū)、陜西省及甘肅省2016、2017年新增水土保持林、經(jīng)果林面積數(shù)據(jù)缺失，本研究通過(guò)當(dāng)年新增治理水土流失面積及2018—2020年3 a內(nèi)新增水土保持林、經(jīng)果林面積占新增治理水土流失面積比例進(jìn)行估算。

2.2 碳匯量測(cè)算

水土保持林和經(jīng)果林措施實(shí)際為新建林地項(xiàng)目，在本研究中，其碳匯計(jì)量采用國(guó)家發(fā)展改革委批準(zhǔn)備案的CCER林業(yè)碳匯項(xiàng)目方法學(xué)《AR-CM-001-V01 碳匯造林項(xiàng)目方法學(xué)》進(jìn)行計(jì)算，其規(guī)定造林項(xiàng)目活動(dòng)產(chǎn)生的凈碳匯量等于項(xiàng)目碳匯量扣除基線碳匯量和泄漏量，具體計(jì)算步驟如下。

2.2.1 碳層劃分

根據(jù)《AR-CM-001-V01 碳匯造林項(xiàng)目方法學(xué)》要求，以各省水土保持公報(bào)每年統(tǒng)計(jì)的新增水土保持林及經(jīng)果林?jǐn)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將當(dāng)年新栽植的水土保持林及經(jīng)果林劃分為一個(gè)碳層?！笆濉逼陂g共劃分5個(gè)碳層，即2016—2020年每年劃分一個(gè)碳層，碳匯計(jì)入期為20 a（2016年1月1日至2035年12月31日）。

2.2.2 基線碳匯量及泄漏量

采用簡(jiǎn)單的邏輯推理法，在水土流失治理中，水土保持林與經(jīng)果林大多營(yíng)造于水土流失較嚴(yán)重的裸地或荒地，如果不實(shí)施水土保持林草措施，則土地會(huì)一直荒蕪，因此水土保持造林工程中，可保守地將基線碳匯量假定為0。

在水土保持林、經(jīng)果林建設(shè)中，主要的碳泄漏量為運(yùn)送苗木所需的化石燃料燃燒所排放的CO2。苗木運(yùn)送只在造林當(dāng)年發(fā)生，其泄漏量相對(duì)較小，在本研究中將碳泄漏量簡(jiǎn)化處理為0。

2.2.3 林木生物質(zhì)碳儲(chǔ)量變化

第t年凈碳匯量等于第t年時(shí)林木生物質(zhì)碳儲(chǔ)量的年變化量（ΔCt），計(jì)算公式為

上二式中：ΔCt為第t年時(shí)項(xiàng)目邊界內(nèi)林木生物質(zhì)碳儲(chǔ)量的年變化量，單位t/a；ΔCi，t為第t年時(shí)第i項(xiàng)目碳層林木生物質(zhì)碳儲(chǔ)量的年變化量，單位t/a；Ci，t為第t年時(shí)第i項(xiàng)目碳層林木生物質(zhì)碳儲(chǔ)量，單位t；Bi，j，t為第t年時(shí)第i項(xiàng)目碳層樹種j的生物量（干質(zhì)量），單位t；Fj為樹種j生物量中的含碳率，無(wú)量綱；i為基線碳層，i=1，2，3，…;j為第i基線碳層中的樹種，j=1，2，3，…；t為自項(xiàng)目開(kāi)始以來(lái)的年數(shù)，t=1，2，3，…；t1，t2為項(xiàng)目開(kāi)始以后的第t1年和第t2年，且t1≤t≤t2;44/12為CO2與C的分子量之比。

項(xiàng)目邊界內(nèi)林木生物量Bi，j，t的計(jì)算公式為

式中：Vi，j，t為第t年第i基線碳層樹種j的材積，單位m3/株；Dj為第i基線碳層樹種j的基本木材密度，單位t/m3；Ej為第i基線碳層樹種j的生物量擴(kuò)展因子，用于將樹干材積轉(zhuǎn)化為地上生物量，無(wú)量綱；Rj為樹種j的地下生物量與地上生物量之比，無(wú)量綱；Ni，j，t為第t年時(shí)第i基線碳層的樹種j的株數(shù)，單位株/hm2；Ai為第i基線碳層的面積，單位hm2。

2.2.4 材積、生物量變化

由于缺乏水土保持林草措施中林木生長(zhǎng)情況的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此本研究通過(guò)查閱資料及已有研究成果[13]，選取代表性樹種建立不同樹種材積與樹齡的模型（見(jiàn)表1）來(lái)計(jì)算林木材積和生物量。

2.2.5 碳計(jì)量參數(shù)選擇

本研究將水土保持林劃分為針葉林、闊葉林、針闊混交林進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)果林統(tǒng)一以《AR-CM-001-V01 碳匯造林項(xiàng)目方法學(xué)》中“雜木”樹種組進(jìn)行計(jì)算。因水土保持公報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中水土保持林未進(jìn)行林分統(tǒng)計(jì)，故本研究根據(jù)楊少康等[14]的研究成果，即長(zhǎng)江上游流域植被類型主要包括栽培植被、灌叢、草甸、針葉林、闊葉林、針闊混交林等，分別占24.1%、21.5%、20.0%、14.9%、6.0%、0.4%，計(jì)算出針葉林、闊葉林、針闊混交林在森林植被類型中占比分別為69.95%、28.17%、1.88%。樹種組生物質(zhì)碳儲(chǔ)量計(jì)算所需的生物量含碳率（F）、地下生物量與地上生物量比值（R）、基本木材密度（D）、生物量擴(kuò)展因子（E）參數(shù)均參照《AR-CM-001-V01 碳匯造林項(xiàng)目方法學(xué)》中提供的中國(guó)主要優(yōu)勢(shì)樹種（組）參數(shù)參考值獲取，見(jiàn)表2。

2.2.6 經(jīng)濟(jì)價(jià)值估算

根據(jù)前人研究成果[15-16]，按照單位碳價(jià)格31.74元/t計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同碳層凈碳匯量變化

從圖1可以看出，除林木種植的第一年外，2016—2035年各碳層凈碳匯量均呈現(xiàn)先增加后趨于平緩的趨勢(shì)，2016—2034年各碳層凈碳匯總量逐年上升，至2034年總量達(dá)到峰值，合計(jì)達(dá)122 410萬(wàn)t。凈碳匯量與各碳層內(nèi)林木生長(zhǎng)量息息相關(guān)，當(dāng)林木生長(zhǎng)到一定程度后，其生物量逐漸維持至恒定水平，因此其年凈碳匯量趨于穩(wěn)定。

從不同碳層的數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，碳層1凈碳匯量最大，碳層5最小。對(duì)比2016—2020年各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水土保持林、經(jīng)果林?jǐn)?shù)據(jù)分析可知，2016年長(zhǎng)江上游9?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）共新建水土保持林和經(jīng)果林11 914 km2，2020年新建10 821 km2。由此可知，新增林草措施面積也是影響林木凈碳匯量的重要因素，各碳層凈碳匯量隨碳層造林面積的增加而增加。

3.2 不同林分凈碳儲(chǔ)量

圖2顯示了2016—2035年的20 a計(jì)入期內(nèi)9省（自治區(qū)、直轄市）不同林分的凈碳儲(chǔ)量變化情況。從整體來(lái)看，水土保持林內(nèi)針葉林、闊葉林及針闊混交林的凈碳儲(chǔ)量變化趨勢(shì)相同，在20 a內(nèi)呈逐漸上升的趨勢(shì)；經(jīng)果林凈碳儲(chǔ)量在2021—2032年急速上升，隨后趨于平穩(wěn)，其主要原因是喬木林在35 a的樹齡范圍內(nèi)均屬其快速生長(zhǎng)階段，而經(jīng)果林成材速度相較于喬木林更快，在成材后其凈碳儲(chǔ)量變化較小。森林碳匯通過(guò)植物的光合作用吸收大氣中的CO2并將其固定到森林當(dāng)中[17]，因此林木的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)情況是影響林分凈碳儲(chǔ)量的重要因素。

從圖2不同林分凈碳儲(chǔ)量可以看出，新建針葉林凈碳儲(chǔ)量在4種不同林分中最高，累計(jì)達(dá)1 602 255萬(wàn)t，而針闊混交林凈碳儲(chǔ)量?jī)H為840萬(wàn)t，闊葉林和經(jīng)果林凈碳儲(chǔ)量分別為58 486萬(wàn)和11 168萬(wàn)t。2016—2020年9?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）共新建針葉林137 073萬(wàn)株、闊葉林55 197萬(wàn)株、針闊混交林3 680萬(wàn)株、經(jīng)果林118 006萬(wàn)株，新建針葉林面積遠(yuǎn)大于其他林分，因此其凈碳儲(chǔ)量最大。

3.3 各省水土保持林草措施經(jīng)濟(jì)價(jià)值

圖3顯示了當(dāng)單位碳價(jià)格為31.74元/t時(shí)，2016—2020年間營(yíng)造的水土保持林和經(jīng)果林在20 a計(jì)入期內(nèi)不同省（自治區(qū)、直轄市）的碳匯價(jià)值。從圖3中可以看出，甘肅、湖北、陜西和云南碳匯價(jià)值較高，分別達(dá)到了2 220.48萬(wàn)元、936.52萬(wàn)元、922.36萬(wàn)元、652.39萬(wàn)元；而重慶、西藏碳匯價(jià)值較低，分別為48.56萬(wàn)元和26.66萬(wàn)元。從地域情況分析，重慶市國(guó)土面積較小，因此其水土保持林草措施實(shí)施面積相較于其他省份較小，而西藏自治區(qū)受高海拔、惡劣氣候影響，水土保持林草措施實(shí)施面積亦相對(duì)較小。由此可以看出，水土保持林草措施經(jīng)濟(jì)價(jià)值的創(chuàng)造受到地域的限制。

4 討論

從本研究中可以發(fā)現(xiàn)林木面積及其生長(zhǎng)量是影響林木凈碳儲(chǔ)量變化的重要因素，但林木生長(zhǎng)到一定程度后，其生長(zhǎng)量逐漸減小，從而影響碳匯增量。李奇[18]通過(guò)對(duì)中國(guó)喬木林碳儲(chǔ)量與固碳潛力的研究發(fā)現(xiàn)，隨著喬木林的進(jìn)一步成熟增長(zhǎng)，當(dāng)進(jìn)入成熟林和過(guò)熟林時(shí)，碳儲(chǔ)量的增量將放緩直到不再增加，這與本研究結(jié)果是一致的。楊云[19]通過(guò)對(duì)湘西石漠化地區(qū)4種人工林碳匯潛力的分析也得出了相同結(jié)論。因此，對(duì)水土保持林進(jìn)行科學(xué)的經(jīng)營(yíng)管理，增加造林面積并對(duì)低產(chǎn)低效林進(jìn)行改造，可以有效地增加林木蓄積增長(zhǎng)潛力，從而穩(wěn)定提升水土保持林草措施碳匯能力。

不同林分的碳匯能力各不相同。一般來(lái)說(shuō)，闊葉林相較于其他林分擁有較高的碳儲(chǔ)量，主要是闊葉林面積較大和具有較高的碳密度所致[20]。而本研究顯示長(zhǎng)江上游地區(qū)針葉林的碳匯效益更大，主要是長(zhǎng)江上游地區(qū)水土保持林草措施中針葉林占主要部分，從而使其在長(zhǎng)江流域碳匯效益中發(fā)揮了更大效益。在今后的水土保持林營(yíng)造過(guò)程中，樹種選擇上除結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件外，還需參考、選擇碳匯能力強(qiáng)的樹種，以增加水土保持林草措施的碳匯效益。

在碳匯研究中，目前林業(yè)行業(yè)已形成了較為完整的測(cè)算體系[21-23]，而針對(duì)水土保持措施的碳匯能力測(cè)算的研究還較少，如何整合水土保持措施中已有的觀測(cè)和研究成果，研究出適宜于水土保持領(lǐng)域的碳匯測(cè)算方法可成為下一步研究中的重點(diǎn)。

本研究選取長(zhǎng)江上游地區(qū)為研究區(qū)，由于涉及范圍較廣，因此在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集方面，如各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水土保持林草措施的面積、類型、生長(zhǎng)情況等，未能搜集到詳盡的數(shù)據(jù)。在碳匯市場(chǎng)蓬勃發(fā)展的勢(shì)頭下，詳盡的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是水土保持領(lǐng)域測(cè)算碳匯價(jià)值的重要支撐，因此確定水土保持碳匯測(cè)算觀測(cè)指標(biāo)也是今后研究的重點(diǎn)。

5 結(jié)論

1）新增林草措施面積是影響林木凈碳匯量變化的重要因素，各碳層凈碳匯量隨碳層面積的增加而增加。各碳層凈碳匯量與各碳層內(nèi)林木生長(zhǎng)量息息相關(guān)，當(dāng)林木生長(zhǎng)到一定程度后，其生物量逐漸維持至恒定水平，其年凈碳匯量趨于穩(wěn)定。

2）林木的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)情況是影響林分凈碳儲(chǔ)量的重要因素。水土保持林中針葉林、闊葉林及針闊混交林的凈碳儲(chǔ)量變化趨勢(shì)相同，長(zhǎng)江上游地區(qū)水土保持林草措施中針葉林占比大，因此其凈碳儲(chǔ)量最大。

3）甘肅、湖北、陜西和云南碳匯價(jià)值較高，而重慶、西藏碳匯價(jià)值較低，水土保持林草措施經(jīng)濟(jì)價(jià)值的創(chuàng)造受到地域的限制。

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收稿日期： 2023-05-11

基金項(xiàng)目： 長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司自主創(chuàng)新項(xiàng)目（CX2021Z02）

第一作者： 高春泥（1993—），女，重慶人，工程師，博士，主要從事水土保持規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

E-mail： gaochunni@cjwsjy.com.cn

（責(zé)任編輯 徐素霞）