安吉踐行“兩山”的毛竹林碳匯研究*

劉 玉 莉

(湖州師范學院 農村發展研究院， 浙江 湖州 313000)

2005年8月15日，時任浙江省委書記習近平在考察安吉縣余村時提出了著名的“兩山”理念。時隔15年，“兩山”理念從一個小山村走向了全國，成為了習近平生態文明思想的重要組成部分。“兩山”理念指引的是敬畏自然、尊重規律的發展，是更有質量和效益的發展，是造福人民的發展。“兩山”理念的核心是可持續發展、綠色發展和高效生態的現代化發展。

安吉是中國著名的竹子之鄉，是浙江省九大重點林區縣之一，擁有豐富的森林資源。安吉全縣的林地面積高達13.8×104hm2，森林覆蓋率高達70.2%。據統計，安吉有竹林面積6.73×104hm2，其中毛竹林5.7×104hm2，占林地總面積的41.3%，毛竹的蓄積量和商品竹產量均位居全國第一[1]20[2]1-2。

毛竹林具有較強的固碳能力。研究表明，1hm2毛竹林的年固碳量約為5.09t，為同等立地條件下杉木林的1.46倍、熱帶雨林的1.33倍[3]51-54。由此可見，毛竹林在森林碳匯功能中發揮著極其重要的作用。豐富的毛竹林資源、發達的竹產業，使安吉具備了開展毛竹林碳匯項目的先天優勢。2010年11月11日，全球首座毛竹林碳通量觀測站在安吉建立，安吉就開始積極探索毛竹林碳匯試點。發展至今，以毛竹林為典型代表的竹林碳匯已成為安吉的綠色產業，是安吉促進鄉村振興的先導產業，也是推動安吉農村脫貧致富的產業。同時，安吉也由此踏上了踐行“兩山”理念的毛竹林碳匯實踐示范之路。

一、安吉毛竹林碳匯的發展歷程

(一)毛竹林碳匯轉型背景

2001年，安吉提出并確立了“生態立縣”的發展戰略。2003年，安吉正式提出爭創全國生態縣的發展目標。2006年6月，安吉獲得“國家生態縣”榮譽稱號，成為全國第一個國家級生態縣。2007年，安吉被確定為全國新農村與生態縣互促共建示范區。2008年，安吉被確定為全國生態文明建設試點縣。在這一系列榮譽稱號的鼓舞下，安吉基于自身的竹林資源優勢，使竹產業成為縣域經濟的支柱產業。

林業是生態文明建設的主體，是踐行“兩山”理念的主陣地。毛竹林是安吉的特色資源，集經濟、生態及社會效益于一體，在應對氣候變化、減少貧困及綠色可持續發展中發揮著重要作用。據安吉縣自然資源和規劃局統計，2019年安吉竹產業年出口創匯約3億美元，竹產業綜合產值超200億元，位居全國首位[2]2-3。然而，由于勞動成本上升、經濟增速放緩，安吉的竹產業發展也面臨著從簡單的加工產品向高附加值產品、綠色產品轉變的產業轉型之痛。

(二)毛竹林碳匯探索歷程

1999年，在中國林業科學研究院林業研究所、浙江省林業科學研究院和浙江農林大學的技術支持下，安吉開始建設毛竹林現代示范園區。2005年，安吉竹產業協會成立。該協會主要負責竹產品的專利維權活動。2009年至今，竹產業協會逐漸牽頭完成安吉全縣的竹林FSC森林認證工作。2010年，在安吉縣人民政府、安吉縣林業局和浙江農林大學、浙江省森林固碳減排重點實驗室的技術支持下，安吉縣山川鄉馬家弄村建立全球首個毛竹林碳通量觀測站。該觀測站采用當時世界上最先進、最切實可靠的，可以實時連續觀測毛竹林生態系統凈CO2交換量的渦度相關技術，可以精確估算毛竹林在季節、年度等不同時間尺度下的固定CO2量。發展至今，該觀測站取得的主要成果有：(1)初步明確了毛竹林在不同時間尺度下的固碳狀況，確定了毛竹林碳匯能力的穩定性(參見表1和圖1)。(2)確定了不同時間尺度影響毛竹林碳通量變化的主要因子(參見圖2)。(3)定量解釋了毛竹林碳通量變化的成因(參見圖3)。

表1 2011-2016年毛竹林凈生態系統交換量(NEE)、生態系統呼吸(RE)和總生態系統交換量(GEE)變化表

由表1可知：毛竹林每年均是碳匯，年均NEE為600.3±53.7 gC·m-2·month-1，約為雷竹林生態系統生產力的6倍，變化范圍為531.9～665.9 gC·m-2·a-1，變異系數為8.9%。這表明，毛竹林的碳匯能力比較穩定。毛竹林同期的RE均值為941.1±15.2 gC·m-2·a-1，其穩定性高于其碳匯能力。這表明，毛竹林生態系統碳排放穩定。毛竹林的年GEE的變化范圍為1 461.4～1 565.6 gC·m-2·a-1，均值為1 541.4±59.4 gC·m-2·a-1。通過比較變異系數，發現其穩定性高于其碳匯能力，低于其生態呼吸。

圖1為毛竹林月度NEE、RE和GEE的變化情況。研究發現毛竹林月均NEE均為負值，這表明全年均為碳匯，即毛竹林是吸收大氣CO2的匯；毛竹林全年月均NEE的變化較大，凈生態系統碳吸收能力7月最大，1月最小。全年來看，毛竹林在主要生長季(4-10月)內的碳吸收量較大，占全年總量的75.4%；冬季(12-次年2月)的碳凈吸收量較小，僅占全年的11%。毛竹林8月的RE最大(94.26 gC·m-2·month-1)，2月最小(61.9 gC·m-2·month-1)，主要生長期內的RE占全年的63.9%。毛竹林的月均GEE變化曲線與月均NEE變化曲線相似，毛竹林的總生態系統生產力(數值與GEE相等，符號為正)7月最大(184.3 gC·m-2·month-1)，1月最小(79.3 gC·m-2·month-1)，主要生長期的總生態系統生產力占全年的68.4%[4]33-34。

圖1 2011-2016年毛竹林月均碳通量(均值±標準差)的變化趨勢曲線圖

基于隨機森林算法的計算結果表明：影響毛竹林NEE日平均變化的環境因子主要有飽和水汽壓差、土壤溫度、氣溫、光合有效輻射及土壤含水量(參見圖2A)。其中，土壤溫度、氣溫是毛竹林RE日平均變化的主要影響因子(參見圖2C)，飽和水汽壓差、土壤溫度和氣溫則是顯著影響毛竹林GEE日平均變化的環境因子(參見圖2E)。可見，在同一日變化時間尺度內，毛竹林碳通量(NEE、RE與GEE)的驅動因子不同。而在月變化尺度內，影響毛竹林NEE的因子依次為土壤5 cm溫度、7 m處氣溫(均達到極顯著水平)、葉面積指數以及光合有效輻射(均達到顯著水平，詳見圖2B)。毛竹林RE的主要驅動因子是土壤溫度和氣溫，其次為蒸散(參見圖2D)。氣溫、土壤溫度以及葉面積指數是顯著影響毛竹林GEE的因子[4]29-30。由此可見，篩選不同時間尺度影響毛竹林碳通量變化的驅動因子，對研究毛竹林碳匯的穩定性及其形成機制具有十分重要的意義。

為進一步量化毛竹林碳通量及其與驅動因子的關系，基于前文的結果及生態系統生理生態機制，構建了如圖3所示的結構方程模型(參見圖3)，并以毛竹林凈生態系統交換量為例。結果顯示，該模型可以解釋毛竹林凈生態系統交換量54.9%的變異。圖2B顯示，2011-2016年，毛竹林月尺度NEE驅動因子的重要性排序依次為：土壤5cm溫度(20.36%)、7m處氣溫(17.64%)、葉面積指數(13.57%)、光合有效輻射(17.17%)，即土壤溫度和氣溫是毛竹林月NEE的重要驅動因子[4]38。圖3為研究期內對毛竹林月尺度凈生態系統交換量有直接作用的驅動因子。除了土壤50cm處含水量(SWC50)、飽和水汽壓差及降水有正相關關系外，其他因子均與NEE呈負相關關系。土壤溫度、氣溫是NEE月變化最重要的直接驅動因子.這與之前隨機森林模型篩選結果相一致。

圖3 2011-2016年毛竹林月凈生態系統交換量的結構方程模型結果圖示(2)SRMR為結構方程模型的標準化殘差均方和平方根(standardized root mean square residual)，CMIN為卡方統計量，DF為自由度，公認的良好模型與數據的擬合標準為CMIN/DF <3，GFI為良適性適配指標(goodness-of-fit index)，CFI為比較適配指數(comparative fit index)。其他因子代表的因子與圖2相同。連線上括號內的數字表示直接作用關系的顯著性(p值)。實線表示各因子對NEE負向的直接作用效果，虛線表示對毛竹林月NEE正面的直接作用效果。R2代表所有因子對NEE變化解釋的比例。

(三)毛竹林碳匯探索成效

本研究基于渦度相關技術，采用隨機森林算法篩選毛竹林不同時期碳通量變化的驅動因子，并結合生態系統生理機制構建結構方程模型，量化解釋其不同時間尺度碳通量變化成因，同時也為定量評價毛竹林碳匯的穩定性、固碳機制，毛竹林碳匯經營及其可持續發展提供新的理論參考[4]97。

本研究的順利開展，離不開安吉縣人民政府、安吉縣林業局、浙江農林大學、浙江省森林固碳減排重點實驗室的合作，同時也為安吉毛竹林碳匯研究的長期定量監測、精準評估及未來應對氣候變化提供了數據支撐和實踐依據。安吉毛竹林碳通量觀測站是亞熱帶森林的典型代表，也是中國碳通量觀測系統的一部分，應該積極與全球碳通量觀測站同緯度的森林碳匯能力進行比較分析，以便更加精準地評估毛竹林的碳匯能力。毛竹林碳匯研究基地的逐漸完善，也為進一步開展相關研究，加強多方合作提供了便利。2012年，安吉與中國綠色碳匯基金會、國際竹藤組織、浙江農林大學等單位簽訂 “竹林可持續經營和竹產品儲碳計量和交易研究與實驗示范區”建設框架協議，安吉擁有了全球首個竹林經營增匯及竹制品儲碳試驗示范區項目[5]14。該項目在2013年開始實施，計劃五年內開展竹林的可持續經營和竹制品固碳的方法學研究，以及相關示范項目，最終實現竹林的可持續經營儲碳增匯、竹產品儲碳項目的碳信用交易。2014年，“竹林碳匯試驗區建設工程”被列為湖州市生態文明先行示范區建設的十大重點工程之一，安吉開始建設國內領先的竹林碳匯機制創新及其科技研發試驗區。自此，安吉縣的竹林碳匯研究工作進入了快速推進時期[5]14-15。

二、安吉毛竹林碳匯的實踐與提升

2016年7月，國家環保部辦公廳復函，同意將安吉縣列為全國唯一的“綠水青山就是金山銀山”理論實踐試點縣。2016年9月，浙江省住房和城鄉建設廳下發《支持安吉縣創建“兩山”理論實踐示范縣的若干意見》，明確提出支持安吉縣開展“竹林碳匯試驗示范區”建設，由此加快了安吉縣毛竹林實現生態服務的市場價值[5]14。與此同時，《竹林經營碳匯項目方法學》獲國家發改委備案，也為提高竹林固碳能力及綜合效益提供了技術支持和標準。比如1 400hm2毛竹林，以30年(2016-2045年)為固定計算期，會產生約25萬噸CO2當量的減排量，還會有數百萬的額外收益，在增加林農收入的同時也實現了生態效益的變現[5]15。2016年12月，安吉建成了中國安吉竹林碳匯展示館。該館展示安吉的竹子歷史及其竹制品，普及了安吉的竹林碳匯及竹文化，成為全國第一個集科普、體驗、教育等為一體的實踐基地。

經過多年的合作研究，依托實驗平臺(毛竹林通量觀測站)和示范基地(毛竹碳匯造林示范基地、毛竹林固碳減排綜合技術示范基地)，安吉毛竹林碳匯研究取得了一系列的成果。(1)發表論文180多篇，SCI收錄100篇，其中20多篇發表在Agricultural and Forest Meteorology、Forest Ecology and Management、Plant and Soil等國際農林領域頂級期刊上，一級期刊81篇。(2)出版專著9部，主要有《竹林生態系統中碳的固定與轉化》《竹林生物量碳儲量遙感定量估算》《竹林生態系統碳匯計測與增匯技術》《竹材產品碳儲量與碳足跡研究》《竹林碳匯項目開發與實踐》及《竹林生態系統能量和水分平衡與碳通量特征》等。(3)獲得“竹林生物量碳儲量遙感估算軟件V1.0”“基于非線性偏最小二乘優化模型的森林碳匯遙感估算方法”等10多項知識產權。(4)浙江農林大學的“竹林生態系統碳過程、碳監測與增匯技術研究”項目榮獲2012年浙江省科學技術獎一等獎。由浙江農林大學周國模教授主導完成的“竹林生態系統碳匯監測與增匯減排關鍵技術及應用”項目榮獲2017年國家科學技術進步獎二等獎。(5)在項目推廣與效益方面，開發了41.6萬畝毛竹林，產生了國家核證碳減排量528.2萬噸，新增了2.64億元碳匯收益；通過增匯減排技術推廣503萬畝，每年增加150.9萬噸碳匯量，可增加9.05億元的竹材和碳匯綜合效益；周國模教授連續七次參加聯合國氣候大會并進行主題發言，引起了國際社會對竹林碳匯的高度重視和認可。

這些成果解決了毛竹林碳匯的技術問題，突破了制約毛竹林碳匯產業發展的技術瓶頸，為提升毛竹林碳匯功能并進入碳減排市場提供了強有力的科技支撐，推動了毛竹林碳匯產業及竹資源的可持續發展。同時，相關技術的研發、推廣及應用，為我國廣大山區林農踐行“兩山”理念、落實精準扶貧提供了有效的轉化路徑[6]第8版。

三、安吉毛竹林碳匯發展建議

毛竹林的固碳過程涉及氣象、凋落物、生物及經營措施等多種因素。要理解毛竹林生態系統碳匯的形成機制及其對氣候變化的響應，需要做好以下幾方面工作：(1)進行持續研究，同時進行野外實驗、模型模擬、院校與地方的持續合作，并保障政策、技術和資金的持續投入。由此，為毛竹林碳匯研究持續提供實驗平臺及技術支撐，實現合作共贏。(2)通過毛竹林撫育、森林經理學、林業遙感及農林經濟等多學科的交叉研究，提高毛竹林碳匯的精確監測和計量水平。(3)通過政府主導、社會廣泛參與的形式，募集資金，建立毛竹林碳匯專項基金；積極組織毛竹林碳匯項目實施，及時掌握國內外碳交易政策動態，逐步完善和規范竹林碳匯碳交易機制，發揮毛竹林的綜合經濟效益；以市場為主導，有效發揮毛竹林固碳減排、應對氣候變化的作用。(4)鼓勵林農廣泛參與，規范生產和經營，優化毛竹林結構，提高毛竹林生產力。(5)加強毛竹林碳匯專業人才培養，及時研發、應用和推廣新技術，為毛竹林碳匯可持續發展提供堅實的人才和技術支撐。