曲靖市森林生態系統固碳釋氧的生態效益

朱坤 彭建松 張文莉 黃麗 李曉紅 代繼平

摘 要：為探索曲靖市森林生態系統的固碳釋氧生態效益。根據2016年云南省曲靖市森林資源二類清查數據，采用材積源生物量方法以及碳稅法和造氧成本法，對高原山地城市曲靖市森林生態系統的固碳釋氧生態效益及價值進行評估。計算樹種之間的平均生物量范圍為9.35～73.13 t/hm2，凈生產力為3.29～19.49 t/（hm2·a），單位面積柳杉（Cryptomeria fortunei）固碳釋氧能力最強，柏木（Cupressus funebris）固碳釋氧能力最弱，云南松（Pinus yunnanensis）、華山松（Pinus armandii）等鄉土樹種生物量與生產力最高，遠離城區的宣威市和會澤縣森林生態系統的固碳釋氧價值量最大。曲靖市森林生態系統固碳總量為542.42×104 t/a;價值量為65.09×108 元/a;釋放氧氣總量為1452.15×104 t/a;價值量為145.21×108 元/a;全市森林生態系統固碳釋氧總量1 994.57×104 t/a;總價值為210.30×108 元/a;占曲靖市GDP總量的7.97%。森林生態系統固碳釋氧總價值和GDP占比遠高于同類型其他城市。

關鍵詞：高原山地城市;森林生態系統;固碳釋氧;價值估算;生態價值;曲靖市

中圖分類號：S718.56??? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1006-8023（2022）02-0034-10

Ecological Benefits and Value Evaluation of Carbon Fixation

and Oxygen Release in Qujing City

ZHU Kun1， PENG Jiansong2， ZHANG Wenli3， HUANG Li2， LI Xiaohong1， DAI Jiping2*

（1.College of landscape and Horticulture， Southwest Forestry University， Kunming 650000， China;

2.Forest City Research Institute， Southwest Forestry University， Kunming 650000， China;

3.Zhanyi Forestry and Grassland Bureau， Qujing 655000， China）

Abstract：In order to explore the ecological benefits of carbon fixation and oxygen release of forest ecosystem in Qujing City， based on the class II inventory data of forest resources in Qujing City， Yunnan Province in 2016， the ecological benefits and value of carbon sequestration and oxygen release of forest ecosystem in plateau mountainous city Qujing City are evaluated by using volume source biomass method， carbon tax law and oxygen production cost method. The average biomass among the calculated tree species ranges from 9.35-73.13 t/hm2， the net productivity ranges from 3.29-19.49 t/（hm2·a）， Cryptomeria fortunei has the strongest carbon fixation and oxygen release capacity per unit area; Cupressus funebris has the weakest carbon fixation and oxygen release capacity. The native tree species such as Pinus yunnanensis and Pinus armandii have the highest biomass and productivity， and the carbon sequestration and oxygen release value of forest ecosystem in Xuanwei City and Huize County far away from the urban area is the largest. The total carbon sequestration of forest ecosystem in Qujing City is 542.42×104 t/a; the value is 65.09×108 yuan/a; the total amount of oxygen released is 1 452.15×104 t/a; the value is 145.21×108 yuan/a; the total amount of carbon sequestration and oxygen release of forest ecosystem in the city is 1 994.57×104 t/a; the total value is 210.30×108 yuan/a; it accounts for 7.97% of the total GDP of Qujing City. The total value of carbon sequestration and oxygen release in forest ecosystem and the proportion of GDP are much higher than those in other cities of the same type.

Keywords：Plateau mountain city; forest ecosystem; carbon fixation and oxygen release; value estimation; ecological value; Qujing City

0 引言

近年來，生態文明建設逐漸被推向新的高度，云南省作為生態文明建設的排頭兵，把生態優先、綠色發展更是放在更加突出的位置。云南省多為高原山地城市，由于特殊的地理位置、復雜多樣的地形地貌和生態環境，為各種動植物的生存提供了良好的自然條件，極大地提高了這片區域的生物多樣性，充分發揮了森林生態系統服務功能的重要作用，并且也是重要的碳匯基地。2021年國務院政府工作報告中指出，2030年我國要完成碳達峰任務，而森林資源至關重要，因此對高原山地城市開展森林生態系統服務功能價值評估具有參考價值和重要意義。

1 研究區概況與研究背景

1.1 研究區概況

曲靖市位于云南省東部，是滇中城市經濟圈的核心區域。總占地面積2.89萬km2，是珠江的源頭和爨文化的發祥地，素有“入滇鎖鑰”、珠江源頭第一市之稱，是云南省第二大城市，云南省“滇中城市群”規劃區域中心城市。氣候類型復雜多樣，主要為亞熱帶高原季風氣候，年平均降雨量在1 000 mm以上，平均氣溫14.5 ℃，年積溫4 100 ℃，年日照時數2 108.2 h，年日照百分率49%，年太陽總輻射5 06 MJ/m2，多年平均無霜期240 d，最長達330 d。全市林地面積241 678 hm2，占總面積的55.67%，森林覆蓋率達44.30%（圖1），森林蓄積量達5 950萬m3，有國家級、省、市、縣級自然保護區23個，面積3 034.08 km2，占市域國土面積10.20%。曲靖市森林覆蓋面積相對較大，碳吸收水平相對較高，因此，選取該區域進行森林生態系統的固碳釋氧研究，具有一定的代表性和實踐意義。

1.2 研究背景

在森林生態系統服務諸多功能中，固碳釋氧是最有貢獻價值的服務功能之一，固碳釋氧價值占其生態系統服務功能總價值的18.50%～32.59%。王兵等根據全國第7次（2005—2009年）估算森林資源清查資料估算出我國森林生態系統固碳釋氧服務功能的經濟價值為15 593.55億元/a;肖建武等通過對中國第3個“國家森林城市”長沙市估算出長沙市固碳釋氧總價值約為37.73億元/a;韋惠蘭等基于GIS與RS技術估算出白水江國家級自然保護區固碳釋氧約為34.62億元/a;韓玉潔等基于分布式測算出上海城市森林生態系統固碳釋氧評估價值25.46億元/a。研究城市森林與碳匯釋氧的關系以及價值量的估算是對該市城市建設生態環境進行合理規劃的一個重要前提，也是該地加快創建國家級生態文明城市、實現其綠色可持續發展的必要條件。但綜合來看，針對特定地區尤其是高原山地城市的森林生態系統的相關研究略顯不足，而森林生態系統固碳釋放的生態效益又成為高原山地等城市發展的新趨勢。因此，對高原山地城市森林生態系統的固碳釋氧服務功能進行估值量化，可以更好地督導該市合理地規劃、建設和管理森林生態系統，實現森林資源有效保護和高效利用。

2 研究方法和數據來源

2.1 研究方法

目前對森林固碳釋氧服務價值評估的方法主要分為2種，①依據中華人民共和國林業行業標準《森林生態系統服務功能評估規范》（GB/T 38582—2020）（以下簡稱《規范》），將生態系統凈生產力作為森林最終固碳量來評估固碳釋氧的服務價值;②通過植物進行光合作用，采用小尺度的儀器進行監測，對生理過程數據進行量化處理，獲取固碳釋氧的價值量。但二者在不同尺度上均存在估算價值上的誤差和不準確性，對于曲靖全市森林生態系統來說，采用儀器對植物進行光合作用既不現實，也不符合實際，因此本研究采用方法①作為計算方法。本研究利用生物量與蓄積量以及生物量與生產力之間的關系，計算各類森林的總生物量和總生產力，以此計算固碳量和釋氧量，根據固碳和釋氧價格核算固碳、釋氧價值及固碳釋氧總價值（圖2）。

2.2 數據來源

主要數據來源：①曲靖市及各縣市區各森林類型面積和蓄積量的最近數據，來源于2016年林業部門完成的第二次森林資源規劃設計調查報告數據;②國家權威部門及曲靖市公布的最新社會公共數據;③參照相關研究，固碳價格采用瑞典的碳稅率150美元/t（折合人民幣1 200元/t），制氧價格采用工業制氧平均價格1 000元/t。

2.3 測算過程

具體測算過程如下：①曲靖市包括麒麟區、沾益區、馬龍區、陸良縣、師宗縣、羅平縣、富源縣、會澤縣和宣威市9個縣市區，為一級測算單元;②每個一級測算單元又按照不同的優勢樹種（組），劃分為華山松（Pinus armandii）、云南松（Pinus yunnanensis）、櫟類（Quercus aliena）、柏木（Cupressus funebris）、油杉（Keteleeria fortunei ）、藍桉（Eucalyptus globulus）、喬木經濟林、竹林和灌木林等，為二級測算單元;③最終確定區域單元數據和森林類型數據，測算固碳釋氧價值（圖3）。

2.4 生物量與生產力計算

（1）喬木樹種平均蓄積量計算

2016年曲靖市森林資源二類清查數據已經給出了喬木林各個樹種的栽植面積及其每年的蓄積量，由于曲靖全市森林資源調查表中有些樹種數量少且面積較小，受計算方法限制統歸為雜木林（表1），求其平均蓄積量的公式為

V=v1/S。（1）

式中：V為各樹種地每年每公頃蓄積量，m3/hm2;v1為每年總蓄積量，m3;S為該樹種林地面積，hm2。

（2）不同林分類型凈生產力的計算

平均生物量與各樹種的凈生產力（NPP）之間存在相應的函數關系（表2），曲靖市森林凈生產力依據表2的函數關系進行計算。喬木經濟林、針闊混交林和竹林的相應的平均生物量和凈生產力數據來自方精云等的研究;圣誕樹的平均生物量和凈生產力數據來自袁春明等的研究;栲類的凈生產力數據來自潘標志的研究。

（3）平均生物量的計算

平均生物量的計算采用材積源生物量法，求其平均生物量的公式為

B=b1/S。（2）

式中：B為各樹種地每年每公頃生物量，t/hm2;b1為每年總生物量，t;S為該樹種林地面積，hm2。

（4）總生產力的計算

各類森林的總生產力計算公式為

G=g1×S。（3）

式中：G為樹種一年的總生產力，t/a;g1為樹種每年每公頃的凈生產力，t/（hm2·a）;S為該樹種林地面積，hm2。

2.5 曲靖市森林生態系統固碳釋氧的價值核算

固碳釋氧功能的價值量評估采用市場價值法和影子價格法，即固碳量乘以固碳價格，釋氧量乘以工業制氧價格，進而計算出研究區域森林固碳制氧的成本。

2.5.1 固碳釋氧服務功能實物量

（1）固碳量

根據光合作用化學方程式，積累1 kg的凈初級生產力（NPP）的過程中可以固定1.63 kg的二氧化碳與1.2 kg的氧氣。計算森林植被固碳實物量的公式為

G植被固碳=1.63×A×R碳×B年。（4）

式中：G植被固碳為森林植被年固碳量，t/a;1.63為計算系數;A為林分面積，hm2;R碳為CO2中碳的含量，為27.27%;B年為實測林分凈生產力NPP量，t/（hm2·a）。

（2）釋氧量

根據光合作用化學方程式，森林植被每積累1 kg干物質，釋放1.19 kg氧氣。計算森林植被釋氧實物量的公式為

G氧氣=1.19×A×B年。（5）

式中：G氧氣為林分年釋氧量，t/a;1.19為計算系數。

2.5.2 固碳釋氧服務功能價值量

（1）固碳價值量評估公式為

U碳=G植物固碳×C碳=1.63×A×C碳×R碳×B年。（6）

式中：U碳為林分年固碳價值，元/a;C碳為固碳價格，元/t。

（2）釋氧價值量評估公式為

U氧=G氧×C氧=1.19×A×B年×C氧。（7）

式中：U氧為林分年釋氧價值，元/a;C氧為氧氣價格，元/t。

3 結果與分析

3.1 曲靖市森林凈生產力與固碳釋氧價值量

曲靖市森林生態系統各森林類型的生物量與生產力計算結果見表3。生態系統樹種之間的平均生物量范圍為9.35～73.13 t/hm2，凈生產力為3.29～19.49 t/（hm2·a），不難發現生態系統中不同樹種之間平均生物量與凈生產力存在很大的差異，平均生物量大的樹種凈生產力并不一定大，就其單位面積來說，柳杉固碳釋氧能力最強，凈生產力最高，為19.49 t/（hm2·a），其平均生物量僅為中等水平，柏木固碳釋氧能力最弱，凈生產力3.29 t/（hm2·a），平均生物量也處于相對平均值，這取決于植物區系的屬性。在各森林類型中，云南松和華山松面積最大，為749 342.1 hm2，占總面積的60.09%;蓄積量也最大，為40 264 720 m3，占總蓄積量的70.75%;其總生產力含量也最高，為7 266 557.31 t/a，占總生物量的59.44%，體現了云南松等鄉土樹種占據絕對優勢，其原因在于良好的地理環境和樹種的高度適應性。栲類面積最小，僅158 hm2，占總面積的0.01%，總生產力最低，這是因為栲類主要分布在中亞熱帶低山丘陵，海拔一般在1 000 m以下，海拔等因素對其存在絕對限制作用。各類森林類型總生產力由大到小依次為：云南松、華山松、灌木林、櫟類、杉木、喬木經濟林、其他闊葉樹、其他雜木林、榿木、直干桉、柳杉〉油杉、麻櫟、楊樹、桉類、柏木、其他軟闊、藍桉、竹林、青岡櫟、圣誕樹、黃杉、他硬闊、栲類。

通過對曲靖市各森林類型固碳量釋氧量計算結果（表4）顯示，不同類型樹種固碳釋氧水平具有差異性，在不同的環境類型中，水、土、氣和生等條件差異巨大，森林生態系統對于環境因子的適應能力和調節作用不同。曲靖市森林生態系統固碳總量為542.42×104 t/a，價值為65.09×108元/a;釋放氧氣總量為1 452.15×104 t/a，價值為145.21×108元/a。曲靖市云南松和華山松固碳釋氧總量超過125億元，占固碳釋氧價值總量的59.50%，成為曲靖市固碳釋養價值量來源的主要優勢樹種。在所有森林類型中，柏木、黃杉、栲類、藍桉、青岡櫟、圣誕樹、其他軟闊、其他硬闊和竹林等固碳價值量沒有超過1億元，其他類型均超過1億元，全市固碳釋氧總量1 994.57×104 t/a，總價值為210.30×108元/a，曲靖市2019年GDP為2 637.59億元，占整個曲靖市GDP總量的7.97%。說明在高原山地城市，森林生態系統提供了巨大的價值，為云南省乃至全國高原山地城市的建設和發展提供依據。

3.2 曲靖市城市森林區域固碳釋放價值量分析

通過對曲靖市森林生態系統各林分固碳量釋氧量計算結果顯示（表5），曲靖市森林生態系統的固碳釋氧總價值量各縣市區分布差異較大，主要集中在北部和東南地區，宣威市和會澤縣占曲靖市城市森林固碳釋放價值總量的42.97%。而西部地區等中心城區相對較少，森林分布較為稀疏的區域皆為曲靖經濟較為發達的中心城區（麒麟區和馬龍區），分別占曲靖市城市森林固碳釋放價值總量的0.05%和0.05%;森林分布主要集中在深山、田壩以及水池邊等生態涵養較好的區域。由此可見，除了自然環境影響森林固碳釋氧價值分布外，距離城區的遠近對森林生長也有較大的影響，因此需要加強對中心城區森林的撫育。并選擇固碳釋放能力較強的樹種，以增強森林固碳釋氧能力。

4 結論與討論

從樹種結構來看，不同規模林地固碳釋氧水平具有差異性。其中柳杉固碳釋氧能力最強;而柏木固碳釋氧能力最弱;柳杉、竹林等固碳釋氧優勢樹種可多種植于城區，增加城市負氧離子含量，促進人體健康。云南松和華山松面積和蓄積量最大，其總生產力含量也最高;栲類面積最小，總生產力最低。曲靖市森林資源以造林綠化、水土保持等生態防護功能為主要目的，喬木經濟林碳匯釋氧總價值量僅占總價值的2.89%。因此，在繼續保持現有的森林結構的同時，增加對喬木經濟林的撫育，可以為類似大尺度景觀單元生態系統服務評估提供參考，也為林地的生態系統綜合管理提供依據。

從區域空間分布結構來看。宣威市和會澤縣價值總量最高，其次是富源縣、師宗縣和羅平縣。曲靖市東部、東北、東南地區成為森林結構固碳釋氧價值的主體，究其原因是遠離中心城區，商業活動與人為活動較少，使得森林結構得到更高的撫育與培養。城鎮化的進程不斷加快使得森林結構不斷被破壞，中心城區的森林結構呈現破碎化。而城市森林在熱島效應、調節小氣候等方面發揮越來越重要的作用，城市森林中的數量與質量也成為當代城市與城市之間比較與競爭的核心基礎力量。因此，未來林業的發展趨勢不應該僅僅關注城郊森林。中心城區的森林發展將成為未來城市生態環境建設的發展趨勢。未來中心城區的森林培育，應當引起重視，建議制訂計劃作為風險管理措施。

從價值量來看，曲靖市林地生態系統固碳總量為542.42×104 t/a，價值為65.09×108元/a;釋放氧氣總量為1 452.15×104 t/a，價值為145.21×108元/a，全市森林生態系統的固碳釋氧總量1 994.57×104 t/a，總價值為210.30×108元/a，在計算誤差上，為了計算方便，按照諸多文獻研究內容方法，本次評估中沒有考慮土壤微生物呼吸、動物采食、淋溶和分泌等途徑的碳損失，因此會造成實際價值高于本評估結果。本次評估占比是按照2019年曲靖市經濟社會數據，2019年曲靖市生產總值（GDP）達到2 637.59億元，而森林生態系統的固碳釋氧總價值占整個曲靖市生產總值7.97%，因此曲靖市城市森林的碳匯釋氧價值量可能會更高。

與同類型城市——佛山市，同年對比來看，曲靖市城市森林生態系統固碳釋氧總價值遠高于佛山市，且GDP占比也高于佛山市。這也為以后高原山地城市經濟發展提供一個新思路，生態服務建設將成為高原山地城市發展的指向標。

通過本研究可以推動區域生態文明建設，正確認識和科學評價高原山地城市森林與碳匯釋氧的比重與關系，對該市城市建設科學布局和綠色發展具有重要意義，同時也是該地創建生態園林城市、森林城市的必要條件之一。

對森林生態系統進行科學的評估不僅可以調整森林城市結構，改善城市規劃，指導城市可持續發展，為城市居民提供更多的幸福感、獲得感。更重要的是可以科學地評估森林資源對于碳吸收的價值，為我國2030年前實現碳中和目標提供森林資源上的科技支撐。實現生態環境保護與經濟發展建設雙贏，并且可以為同類型高原山地城市的經濟和生態建設提供參考。

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