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；長江上游地區(qū)

［摘 要］ 水土保持植物措施對實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要作用。為科學(xué)評估長江上游地區(qū)水土保持林草措施的碳匯能力，針對長江上游9?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），采用林業(yè)碳匯項(xiàng)目方法學(xué)，測算了“十三五”期間（2016—2020年）長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、林木的生長速度和生長情況是影響林木凈碳儲量變化的重要因素；甘肅、湖北、陜西和云南碳匯價值較高，而重慶、西藏碳匯價值較低，水土保持林草措施經(jīng)濟(jì)價值的創(chuàng)造受到地域的限制。

［中圖分類號］ S157 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 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，水土流失治理通過減輕地表擾動與破壞、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，水土保持植物措施通過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)對土壤碳儲量影響以及林業(yè)碳匯能力的研究已廣泛開展[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)價值的研究。

目前在水土保持行業(yè)尚沒有特定的針對水土保持措施的碳匯計(jì)算方法。林業(yè)行業(yè)中經(jīng)過國家發(fā)展改革委備案核準(zhǔn)的林業(yè)碳匯項(xiàng)目方法學(xué)分別針對造林、森林經(jīng)營、竹造林和竹經(jīng)營[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。

長江是中華民族的母親河，受自然條件和人為因素的影響，長江上游也是長江流域乃至全國水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域之一。新中國成立以來，在國家的高度重視和大力支持下，經(jīng)過連續(xù)治理，到2018年底長江上游水土流失面積由20世紀(jì)80年代中期的35.20萬km2，逐步下降到22.86萬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)域碳匯和碳儲量的重要措施。

為研究長江上游地區(qū)水土保持林草措施碳匯能力，本研究針對長江上游9?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），采用CCER（國家核證自愿減排量）林業(yè)碳匯項(xiàng)目方法學(xué)，測算“十三五”期間（2016—2020年）長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?。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km2，占長江流域總面積的56%[11]。長江上游地形復(fù)雜，地跨我國第一、二級階梯，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查詢?nèi)珖笆〖壦帘３止珗?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)果林劃分為一個碳層。“十三五”期間共劃分5個碳層，即2016—2020年每年劃分一個碳層，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，其泄漏量相對較小，在本研究中將碳泄漏量簡化處理為0。

2.2.3 林木生物質(zhì)碳儲量變化

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

上二式中：ΔCt為第t年時項(xiàng)目邊界內(nèi)林木生物質(zhì)碳儲量的年變化量，單位t/a；ΔCi，t為第t年時第i項(xiàng)目碳層林木生物質(zhì)碳儲量的年變化量，單位t/a；Ci，t為第t年時第i項(xiàng)目碳層林木生物質(zhì)碳儲量，單位t；Bi，j，t為第t年時第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)目開始以來的年數(shù)，t=1，2，3，…；t1，t2為項(xiàng)目開始以后的第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，無量綱；Rj為樹種j的地下生物量與地上生物量之比，無量綱；Ni，j，t為第t年時第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情況的監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此本研究通過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（見表1）來計(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)》中提供的中國主要優(yōu)勢樹種（組）參數(shù)參考值獲取，見表2。

2.2.6 經(jīng)濟(jì)價值估算

根據(jù)前人研究成果[15-16]，按照單位碳價格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，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t。凈碳匯量與各碳層內(nèi)林木生長量息息相關(guān)，當(dāng)林木生長到一定程度后，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)對比來看，碳層1凈碳匯量最大，碳層5最小。對比2016—2020年各省（自治區(qū)、直轄市）水土保持林、經(jīng)果林?jǐn)?shù)據(jù)分析可知，2016年長江上游9省（自治區(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 不同林分凈碳儲量

圖2顯示了2016—2035年的20 a計(jì)入期內(nèi)9?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）不同林分的凈碳儲量變化情況。從整體來看，水土保持林內(nèi)針葉林、闊葉林及針闊混交林的凈碳儲量變化趨勢相同，在20 a內(nèi)呈逐漸上升的趨勢；經(jīng)果林凈碳儲量在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，在成材后其凈碳儲量變化較小。森林碳匯通過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]，因此林木的生長速度和生長情況是影響林分凈碳儲量的重要因素。

從圖2不同林分凈碳儲量可以看出，新建針葉林凈碳儲量在4種不同林分中最高，累計(jì)達(dá)1 602 255萬t，而針闊混交林凈碳儲量僅為840萬t，闊葉林和經(jīng)果林凈碳儲量分別為58 486萬和11 168萬t。2016—2020年9?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）共新建針葉林137 073萬株、闊葉林55 197萬株、針闊混交林3 680萬株、經(jīng)果林118 006萬株，新建針葉林面積遠(yuǎn)大于其他林分，因此其凈碳儲量最大。

3.3 各省水土保持林草措施經(jīng)濟(jì)價值

圖3顯示了當(dāng)單位碳價格為31.74元/t時，2016—2020年間營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）的碳匯價值。從圖3中可以看出，甘肅、湖北、陜西和云南碳匯價值較高，分別達(dá)到了2 220.48萬元、936.52萬元、922.36萬元、652.39萬元；而重慶、西藏碳匯價值較低，分別為48.56萬元和26.66萬元。從地域情況分析，重慶市國土面積較小，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)施面積亦相對較小。由此可以看出，水土保持林草措施經(jīng)濟(jì)價值的創(chuàng)造受到地域的限制。

4 討論

從本研究中可以發(fā)現(xiàn)林木面積及其生長量是影響林木凈碳儲量變化的重要因素，但林木生長到一定程度后，其生長量逐漸減小，從而影響碳匯增量。李奇[18]通過對中國喬木林碳儲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，當(dāng)進(jìn)入成熟林和過熟林時，碳儲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]通過對湘西石漠化地區(qū)4種人工林碳匯潛力的分析也得出了相同結(jié)論。因此，對水土保持林進(jìn)行科學(xué)的經(jīng)營管理，增加造林面積并對低產(chǎn)低效林進(jìn)行改造，可以有效地增加林木蓄積增長潛力，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。一般來說，闊葉林相較于其他林分擁有較高的碳儲量，主要是闊葉林面積較大和具有較高的碳密度所致[20]。而本研究顯示長江上游地區(qū)針葉林的碳匯效益更大，主要是長江上游地區(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造過程中，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算體系[21-23]，而針對水土保持措施的碳匯能力測算的研究還較少，如何整合水土保持措施中已有的觀測和研究成果，研究出適宜于水土保持領(lǐng)域的碳匯測算方法可成為下一步研究中的重點(diǎn)。

本研究選取長江上游地區(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，如各省（自治區(qū)、直轄市）水土保持林草措施的面積、類型、生長情況等，未能搜集到詳盡的數(shù)據(jù)。在碳匯市場蓬勃發(fā)展的勢頭下，詳盡的觀測和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是水土保持領(lǐng)域測算碳匯價值的重要支撐，因此確定水土保持碳匯測算觀測指標(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)林木生長量息息相關(guān)，當(dāng)林木生長到一定程度后，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）林木的生長速度和生長情況是影響林分凈碳儲量的重要因素。水土保持林中針葉林、闊葉林及針闊混交林的凈碳儲量變化趨勢相同，長江上游地區(qū)水土保持林草措施中針葉林占比大，因此其凈碳儲量最大。

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

[參考文獻(xiàn)]

[1] 郭倩.全球氣候變化背景下土地利用和流域水生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2022：1.

[2] 于貴瑞，郝天象，朱劍興.中國碳達(dá)峰、碳中和行動方略之探討[J].中國科學(xué)院院刊，2022，37（4）：423-434.

[3] 余新曉，賈國棟，鄭鵬飛.碳中和的水土保持實(shí)現(xiàn)途徑和對策[J].中國水土保持科學(xué)，2021，19（6）：138-144.

[4] VELOSO M G，DIECKOW J，ZANATTA J A，et al.Reforestation with loblolly pine can restore the initial soil carbon stock relative to a subtropical natural forest after 30years[J].European Journal of Forest Research，2018，137（5）：593-604.

[5] 胡瑞，房煥英，肖勝生，等.南方紅壤典型花崗巖侵蝕區(qū)主要治理模式的土壤碳匯效應(yīng)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2021，30（8）：1617-1626.

[6] 徐青喬.黑龍江省大興安嶺國有林區(qū)森林碳匯量的計(jì)量及發(fā)展?jié)摿υu價研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2015：6.

[7] 鄭芊卉.我國林業(yè)碳匯項(xiàng)目開發(fā)交易政策與實(shí)踐研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2019：5.

[8] 曹先磊，張穎.云南思茅松碳匯造林項(xiàng)目減排量、經(jīng)濟(jì)價值及其敏感性分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2017，26（2）：234-242.

[9] 朱向輝.浙江省CDM-AR碳匯項(xiàng)目方法研究[D].杭州：浙江林學(xué)院，2008：6.

[10] 張小林，張安田.對長江上游水土流失重點(diǎn)治理的回顧與思考[J].中國水土保持，2021（8）：3-7.

[11] 沈嘉聚，楊漢波，劉志武，等.長江上游徑流對氣象要素變化的敏感性分析[J].水資源保護(hù)，2023，39（1）：119-126.

[12] 陳治諫.長江上游的戰(zhàn)略地位與生態(tài)環(huán)境功能[J].山地學(xué)報(bào)，2000，18（3）：258-262.

[13] 魏亞韜.我國造林再造林碳匯項(xiàng)目碳計(jì)量方法研究：以八達(dá)嶺地區(qū)為例[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2011：39.

[14] 楊少康，劉冀，魏榕，等.長江上游流域生長季植被覆蓋度時空變化特征及其成因[J].長江流域資源與環(huán)境，2022，31（7）：1523-1533.

[15] 于海群.華北地區(qū)平原造林工程碳匯能力及碳匯價值研究：以北京市東郊森林公園為例[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2022，38（2）：110-115.

[16] 夏敏，王行，劉振亞，等.四川若爾蓋高原3種濕地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量及碳匯價值[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，49（3）：392-398.

[17] 曹吉鑫，田赟，王小平，等.森林碳匯的估算方法及其發(fā)展趨勢[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18（5）：2001-2005.

[18] 李奇.2010—2050年中國喬木林碳儲量與固碳潛力[D].北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2016：59.

[19] 楊云.湘西石漠化地區(qū)四種人工林碳匯潛力分析[D].長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2022：51.

[20] 王艷芳.河南省退耕還林工程固碳成效及其潛力評估[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2017：90.

[21] 尹曉芬，王曉鳴，王旭，等.林業(yè)碳匯項(xiàng)目基準(zhǔn)線和監(jiān)測方法學(xué)及應(yīng)用分析：以貴州省貞豐縣林業(yè)碳匯項(xiàng)目為例[J].地球與環(huán)境，2012，40（3）：460-465.

[22] 侯瑞萍，夏朝宗，陳健，等.長江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)碳儲量及碳匯量研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2022，42（23）：9483-9498.

[23] 王姝雅.黑龍江省森林碳匯潛力預(yù)測研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2019：7.

收稿日期： 2023-05-11

基金項(xiàng)目： 長江勘測規(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）