長江上游地區水土保持林草措施碳匯能力測算

高春泥　馬力　尹元銀　田紅衛　張新

［關鍵詞］ 碳匯；水土保持；林草措施；長江上游地區

［摘 要］ 水土保持植物措施對實現碳中和目標具有重要作用。為科學評估長江上游地區水土保持林草措施的碳匯能力，針對長江上游9省（自治區、直轄市），采用林業碳匯項目方法學，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濟價值的創造受到地域的限制。

［中圖分類號］ S157 ［文獻標識碼］ 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峻挑戰之一[1]。目前，“減排、增匯、保碳、封存”是被廣泛認可的實現“雙碳”目標的有效途徑[2]。在增加與保護陸地生態系統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、保持土壤團聚體的穩定性，實現土壤有機碳的積累；與此同時，水土保持植物措施通過其固碳釋氧的功能發揮相應的固碳作用[3]。目前，關于生態恢復對土壤碳儲量影響以及林業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量化分析水土保持措施的碳匯能力及其經濟價值的研究。

目前在水土保持行業尚沒有特定的針對水土保持措施的碳匯計算方法。林業行業中經過國家發展改革委備案核準的林業碳匯項目方法學分別針對造林、森林經營、竹造林和竹經營[7]，其中《AR-CM-001-V01 碳匯造林項目方法學》現已在林業行業中廣泛應用，為林業碳匯計算提供了可靠的計算基礎[8-9]。水土保持林草措施實際為新建林地項目，可采用林業行業碳匯計算方法進行碳匯計算。

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重的區域之一。新中國成立以來，在國家的高度重視和大力支持下，經過連續治理，到2018年底長江上游水土流失面積由20世紀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，也是提高區域碳匯和碳儲量的重要措施。

為研究長江上游地區水土保持林草措施碳匯能力，本研究針對長江上游9省（自治區、直轄市），采用CCER（國家核證自愿減排量）林業碳匯項目方法學，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，旨在為科學評估水土流失綜合治理的碳增匯效益提供數據支撐，為水土保持碳匯監測標準和規范的制定提供一定的指導。

1 研究區概況

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個省（自治區、直轄市），流域內水系眾多，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。區域內氣候差異較大，跨高原、北亞熱帶和中亞熱帶三大氣候區，以亞熱帶為基帶，區內有局部南亞熱帶、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 基礎數據獲取

研究區內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全國及省級水土保持公報數據獲取。青海省、四川省、西藏自治區、陜西省及甘肅省2016、2017年新增水土保持林、經果林面積數據缺失，本研究通過當年新增治理水土流失面積及2018—2020年3 a內新增水土保持林、經果林面積占新增治理水土流失面積比例進行估算。

2.2 碳匯量測算

水土保持林和經果林措施實際為新建林地項目，在本研究中，其碳匯計量采用國家發展改革委批準備案的CCER林業碳匯項目方法學《AR-CM-001-V01 碳匯造林項目方法學》進行計算，其規定造林項目活動產生的凈碳匯量等于項目碳匯量扣除基線碳匯量和泄漏量，具體計算步驟如下。

2.2.1 碳層劃分

根據《AR-CM-001-V01 碳匯造林項目方法學》要求，以各省水土保持公報每年統計的新增水土保持林及經果林數據為基礎，將當年新栽植的水土保持林及經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，水土保持林與經果林大多營造于水土流失較嚴重的裸地或荒地，如果不實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、經果林建設中，主要的碳泄漏量為運送苗木所需的化石燃料燃燒所排放的CO2。苗木運送只在造林當年發生，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 林木生物質碳儲量變化

第t年凈碳匯量等于第t年時林木生物質碳儲量的年變化量（ΔCt），計算公式為

上二式中：ΔCt為第t年時項目邊界內林木生物質碳儲量的年變化量，單位t/a；ΔCi，t為第t年時第i項目碳層林木生物質碳儲量的年變化量，單位t/a；Ci，t為第t年時第i項目碳層林木生物質碳儲量，單位t；Bi，j，t為第t年時第i項目碳層樹種j的生物量（干質量），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為自項目開始以來的年數，t=1，2，3，…；t1，t2為項目開始以后的第t1年和第t2年，且t1≤t≤t2;44/12為CO2與C的分子量之比。

項目邊界內林木生物量Bi，j，t的計算公式為

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的生物量擴展因子，用于將樹干材積轉化為地上生物量，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，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測數據，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）來計算林木材積和生物量。

2.2.5 碳計量參數選擇

本研究將水土保持林劃分為針葉林、闊葉林、針闊混交林進行計算，經果林統一以《AR-CM-001-V01 碳匯造林項目方法學》中“雜木”樹種組進行計算。因水土保持公報統計數據中水土保持林未進行林分統計，故本研究根據楊少康等[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%。樹種組生物質碳儲量計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）、生物量擴展因子（E）參數均參照《AR-CM-001-V01 碳匯造林項目方法學》中提供的中國主要優勢樹種（組）參數參考值獲取，見表2。

2.2.6 經濟價值估算

根據前人研究成果[15-16]，按照單位碳價格31.74元/t計算。

3 結果與分析

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年總量達到峰值，合計達122 410萬t。凈碳匯量與各碳層內林木生長量息息相關，當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定。

從不同碳層的數據對比來看，碳層1凈碳匯量最大，碳層5最小。對比2016—2020年各省（自治區、直轄市）水土保持林、經果林數據分析可知，2016年長江上游9省（自治區、直轄市）共新建水土保持林和經果林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計入期內9省（自治區、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內呈逐漸上升的趨勢；經果林凈碳儲量在2021—2032年急速上升，隨后趨于平穩，其主要原因是喬木林在35 a的樹齡范圍內均屬其快速生長階段，而經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，累計達1 602 255萬t，而針闊混交林凈碳儲量僅為840萬t，闊葉林和經果林凈碳儲量分別為58 486萬和11 168萬t。2016—2020年9省（自治區、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、經果林118 006萬株，新建針葉林面積遠大于其他林分，因此其凈碳儲量最大。

3.3 各省水土保持林草措施經濟價值

圖3顯示了當單位碳價格為31.74元/t時，2016—2020年間營造的水土保持林和經果林在20 a計入期內不同省（自治區、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施面積相較于其他省份較小，而西藏自治區受高海拔、惡劣氣候影響，水土保持林草措施實施面積亦相對較小。由此可以看出，水土保持林草措施經濟價值的創造受到地域的限制。

4 討論

從本研究中可以發現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現，隨著喬木林的進一步成熟增長，當進入成熟林和過熟林時，碳儲量的增量將放緩直到不再增加，這與本研究結果是一致的。楊云[19]通過對湘西石漠化地區4種人工林碳匯潛力的分析也得出了相同結論。因此，對水土保持林進行科學的經營管理，增加造林面積并對低產低效林進行改造，可以有效地增加林木蓄積增長潛力，從而穩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針葉林的碳匯效益更大，主要是長江上游地區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，樹種選擇上除結合當地條件外，還需參考、選擇碳匯能力強的樹種，以增加水土保持林草措施的碳匯效益。

在碳匯研究中，目前林業行業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域的碳匯測算方法可成為下一步研究中的重點。

本研究選取長江上游地區為研究區，由于涉及范圍較廣，因此在基礎數據收集方面，如各省（自治區、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據。在碳匯市場蓬勃發展的勢頭下，詳盡的觀測和統計數據是水土保持領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也是今后研究的重點。

5 結論

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林木生長量息息相關，當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濟價值的創造受到地域的限制。

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收稿日期： 2023-05-11

基金項目： 長江勘測規劃設計有限責任公司自主創新項目（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劃設計工作。

E-mail： gaochunni@cjwsjy.com.cn

（責任編輯 徐素霞）