西安市果園固碳制氧功能及生態價值評估

宋喜芳, 常小箭, 趙永鋒, 王 濤,劉海衡

(1.西安市農業技術推廣中心，陜西 西安 710061；2.周至縣土壤與肥料工作站, 陜西 周至 710400)

果園具有固碳制氧、消除噪音等生態功能，這對生態環境具有重要調節作用[1]。因此，研究西安市果園生態系統的生長量、固碳制氧等生態效益，估算出果園的生態經濟價值，對實現西安經濟、社會、生態可持續發展具有實際意義。

據統計年鑒顯示[2～3]，2016年西安市水果產量107.74萬t，陜西省水果產量1 714萬t，西安市占6.29%；全省果樹總面積126.38萬hm-2，西安果樹面積為5.32萬hm-2，占全省的4.2%。西安市的果樹種植品種主要包括獼猴桃、葡萄、蘋果、石榴、棗等，其中獼猴桃種植面積和產量均居第一位。筆者采用水熱平衡關系方程及植物的生理生態特點建立的自然植被凈初級生產力模型分析西安市果園生態系統，對西安果園固碳制氧功能及生態價值進行評估。

1 方法與理論

1. 1 計算凈初級生產力

凈初級生產力(NPP)是指在初級生產中，植物固定的能量有一部分被植物自身的呼吸作用所消耗，剩余的能量則可以用于植物的生長和繁殖，它也是可以供生態系統中其他生物利用的能量。估計凈初級生產力可了解能量輸入和通過初級生產者(植物)的轉換效率。采用周廣勝等[4]等的凈初級生產力模型，根據生物溫度等可近似計算出果園凈第一性生產力，公式如下：

(1)

RDI=(0.629+0.237PER-0.00313·PER2)2

(2)

PER=PET/R=BT·58.93/R

(3)

BT=∑T/12

(4)

式中：NPP為果園凈第一性生產力(t·a-1·hm-2)；R為年降水量(mm)；RDI為輻射干燥度；PER為可能蒸散率；PET為年可能蒸散量(mm)；BT為年平均生物溫度(℃)；T為<30℃與>0℃的月均溫。

1.2 固碳制氧物質量計算

果樹利用太陽能通過植物光合作用，吸收空氣中的水分，固定大氣中的二氧化碳并釋放氧氣，將生成的有機物質儲存到自身組織。固碳制氧物質量計算方法，依據公式(5)：

6CO2(264 g)+6H2O(108 g)→C6H12O6(180 g)+6O2(192 g)→多糖 (162 g)

(5)

可知植物每生產1 g多糖，需要二氧化碳1.63 g，釋放氧氣1.2 g。計算2007-2016西安市果園的凈初級生產力，從而得出西安市果園固碳制氧量。碳在二氧化碳中的比例27.3%，以下方程計算固碳制氧總量：

MCO2=1.63·NPP·A

(6)

Mc=0.273·MCO2

(7)

Mo=1.2·NPP·A

(8)

以上方程中：A為果園面積(hm2)，NPP為凈初級生產力(t·a-1·hm-2)，MCO2為固碳量(t),Mc為折合碳量(t)，Mo為制氧量(t)。

1.3 固碳制氧經濟價值評估

結合謝高地[5]等前人成果，目前生態系統固碳制氧經濟價值計算使用較多的是碳稅法以及造林成本法[6]。筆者采用將碳稅法與造林成本法求和取均值的方法，估算果園固碳制氧的經濟價值。造林成本法取值260.90元·tc-1(1990年不變價)和瑞典稅率150美元·tc-1(美元匯率取6.88)，制氧經濟價值計算，采用工業制氧成本法400元·t-1。

Ec=(260.9·Mc+827.7·Mc)/2

(9)

Eo=400·Mo

(10)

上式中：Mc為折合碳量(t),Mo為制氧量(t)，Ec為固碳價值(元)，Eo為制氧價值(元)。

1.4 資料來源

2007-2016年西安市降水量、月溫度、果園面積資料等通過查閱西安市統計年鑒[2]和陜西省統計年鑒[3]獲得。

2 結果與分析

2.1 西安市果園凈初級生產力

利用西安市2007-2016年的降水量及平均溫度，根據公式(1)～(4)計算，從表1可知西安市2007-2016年果園生態系統的凈初級生產力變化范圍為6.45～8.49 t·a-1·hm-2，平均值為7.51 t·a-1·hm-2，與方精云等[7]、田志會[8～9]的研究結果也是接近的。因此，利用以上自然植被凈初級生產力模型對西安果園凈初級生產力進行估算結果是可信的。

表1 西安市果園生態系統的凈初級生產力

2.2 西安市果園生態系統固碳制氧物質量分析

依據方程(6)～(8)分別計算出了西安市果園2007-2016年固碳制氧物質量及單位面積固碳制氧物質量進行計算(見表2)。

由表2可知西安市果園年生長量為832.41萬t，年固定CO2量1 356.83萬 t，年固碳370.42萬 t，年每公頃固定CO2量12.24 t，年每公頃果園固碳3.34 t；年釋放氧氣量998.89萬t，年每公頃果園釋放氧氣量9.01 t。

由圖1可知，2007-2016年西安市果園固定CO2、折合C和釋放O2物質量是逐年遞增并與年份的變化基本一致。其中2014年固定CO2、折合固C和釋放O2物質量均排第一，但不同年份有一定浮動。2012年其種植面積高于2007-2011年(見圖1,圖2)，但其固碳制氧量卻分別低于2009、2010、2011年，其凈初級生產力為6.45 t·a-1·hm-2(見表1)，均低于其他年份。分析原因在于2012年氣象條件降水量的波動較大，僅為426.7 mm，遠低于西安市2007-2016的平均降水量水平(563.04 mm)，屬于較干旱年份。果樹的生產發育因氣候干受到阻礙，導致凈初級生產力值偏低。

圖1 西安市果園固定CO2和釋放O2物質量的年際變化

表2 西安市果園固碳制氧物質量

圖2 西安市果園固定CO2和果園面積的年際變化

2.3 西安市果園固碳制氧的經濟價值分析

西安市果園固碳制氧的經濟價值估算結果(見表3)，造林成本法估算西安市果園固c的經濟價值平均每年為9.66×104萬元·a-1，通過瑞典碳稅法估算結果為38.23×104萬元·a-1，取兩者均值得出西安市果園固碳經濟價值平均每年為23.85×104萬元，年每公頃固C的經濟價值為

2 159.61元·hm-2；年釋放O2的經濟價值為39.96×104萬元，年每公頃釋放O2的經濟價值為3 603.56元·hm-2。

2016年西安市農林牧漁業總產值405.63億元，每年西安市果園固碳制氧功能所創造的經濟價值為56.89億元。可見，西安果園提供經濟效益又創造了可觀的生態效益。

表3 西安市果園固碳制氧經濟價值(1990年不變價)

圖3 西安市果園面積與固碳制氧的經濟價值

3 結論與討論

(1)西安市果園年均生長量為832.41萬t，年固碳370.42萬 t，年每公頃固碳3.34 t；年每公頃釋放氧氣量9.01 t，高于全國經濟林每年固碳制氧量[10]：全國經濟林固碳量為1.31 t·a-1·hm-2，制氧2.84 t·a-1·hm-2。

(2)西安市果園生態系統年固C的經濟價值為23.95×104萬元，年每公頃固C的經濟價值為2 159.61元；年釋放O2的經濟價值為39.96×104萬元，年每公頃釋放O2的經濟價值為3 603.56元。果園生態系統提供經濟效益又創造了可觀的生態效益。

(3)西安市果園生態系統固碳制氧的經濟價值在年際間波動較大，2012年種植面積高于2007-2011年(見圖2)，但是其固定CO2、折合固C和釋放O2物質量卻均低于2009-2011年，原因在于2012年降雨偏少僅為426.7 mm，屬于較干旱年份，導致果樹的生產發育受到阻礙，凈初級生產力值偏低。

(4)果樹的培育期比一般的森林培育期要長，花費的人工管理和經濟投入也較多。所以實際果園造林成本很可能是筆者采用標準的數倍以上。