長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)碳儲(chǔ)量及碳匯量研究

侯瑞萍,夏朝宗,*,陳 健,鄭芊卉,李?？?黃金金,黃 翔,鄧?yán)^峰,韓 旭,安天宇,郝月蘭,茍麗暉

1 國(guó)家林業(yè)和草原局林草調(diào)查規(guī)劃院,北京 100714 2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所,北京 100091 3 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué),沈陽(yáng) 110866 4 天津市規(guī)劃和自然資源局林業(yè)事務(wù)中心,天津 300191

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)光合作用的主體,每年固定的碳量占整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的2/3左右,在緩解和阻止氣候暖化方面發(fā)揮著十分重要的作用[1—2]。研究表明,森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積存儲(chǔ)的碳是農(nóng)田的20—100倍[3],全球30%的森林面積儲(chǔ)存的碳量占陸地生態(tài)系統(tǒng)總量的比例高達(dá)77%[4—5]。因此,通過(guò)增加森林面積和提升森林質(zhì)量來(lái)增加碳匯已成為國(guó)際社會(huì)應(yīng)對(duì)氣候變化的主要措施[6]。在森林固定CO2的過(guò)程中,從大氣中吸收的碳按儲(chǔ)存介質(zhì)分為植被碳庫(kù)、土壤碳庫(kù)和死有機(jī)物碳庫(kù)三大類,各碳庫(kù)之間以相互獨(dú)立又相互聯(lián)系的方式共同完成森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的分配[7—8]。為更全面的理解森林固碳和氣候變化之間的關(guān)系,必須有以上碳庫(kù)科學(xué)全面的數(shù)據(jù)作支撐,必須建立方法科學(xué)、模型精確、參數(shù)合理的計(jì)量體系,才能更好的服務(wù)于林業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化工作。

森林碳儲(chǔ)量及其變化已成為國(guó)內(nèi)外研究CO2排放量和吸收量之間平衡的重要內(nèi)容之一[9—11],森林在減小碳收支平衡中起著關(guān)鍵作用[12—19],是重要的碳匯。目前,關(guān)于森林碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化主要集中的單一碳庫(kù)(植被碳庫(kù)或土壤碳庫(kù))[20—31]或單個(gè)類型森林生態(tài)系統(tǒng)[32—40]。涉及多個(gè)類型森林生態(tài)系統(tǒng)或多個(gè)碳庫(kù)的現(xiàn)存研究成果相對(duì)較少,針對(duì)某一區(qū)域同時(shí)包含多個(gè)類型森林生態(tài)系統(tǒng)和多個(gè)碳庫(kù)的研究幾乎沒(méi)有。本文以林業(yè)碳匯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和森林碳庫(kù)專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源,以林地和其他生物質(zhì)(包括四旁樹(shù)、散生木)為主要研究對(duì)象,研究分析了我國(guó)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶森林碳儲(chǔ)量和碳匯量,其成果不僅可以為該地區(qū)森林碳匯可持續(xù)發(fā)展的宏觀政策制定提供科學(xué)依據(jù),也可以為全球氣候變化研究提供典型的地方案例。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶橫跨中國(guó)東中西三大區(qū)域,東起上海,西至云南,覆蓋上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、云南、貴州11個(gè)省市,面積約205.23萬(wàn)km2,是中央重點(diǎn)實(shí)施的“三大戰(zhàn)略”之一。人口和經(jīng)濟(jì)總量均超過(guò)全國(guó)的40%,生態(tài)地位重要、綜合實(shí)力較強(qiáng)、發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｒ詿釒啛釒Ъ撅L(fēng)氣候?yàn)橹?夏季高溫多雨,冬季溫和少雨。地勢(shì)東西差異大,主要位于第二、三級(jí)階梯,東部平原、丘陵面積廣大,長(zhǎng)江中下游平原是我國(guó)地勢(shì)最低的平原,河汊縱橫交錯(cuò),湖泊星羅棋布；江南丘陵是我國(guó)最大的丘陵,大多有東北-西南走向的低山和河谷盆地相間分布；南嶺地區(qū)巖漿巖分布廣泛；西部以高原、盆地為主。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)林業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)體系建設(shè)成果,包括林業(yè)碳匯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和森林碳庫(kù)專項(xiàng)調(diào)查兩部分?jǐn)?shù)據(jù)。前者是依據(jù)系統(tǒng)抽樣原理和我國(guó)地理格網(wǎng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),以24 km×24 km格網(wǎng)中心點(diǎn)為抽樣點(diǎn),在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶布設(shè)3695個(gè)大小為16 km2(4 km×4 km)的碳匯監(jiān)測(cè)樣地(各邊方位角分別為0°、90°、180°、270°)。以2016年和2020年時(shí)相為植物生長(zhǎng)季的資源三號(hào)星(分辨率2 m左右)為基準(zhǔn)影像,依據(jù)森林資源管理“一張圖”年度更新、濕地資源調(diào)查等林草專項(xiàng)監(jiān)測(cè)成果,對(duì)樣地內(nèi)的林地、濕地、草地等土地利用類型進(jìn)行區(qū)劃判讀,更新土地利用類型、優(yōu)勢(shì)樹(shù)種、起源、齡組等屬性因子；依據(jù)第8—9次森林資源清查結(jié)果,采用插值分析法,分樹(shù)種按起源和齡組測(cè)算2020年各省市喬木林單位面積蓄積量及其年均變化、其他生物質(zhì)蓄積量、“一直為喬木林的土地”和“轉(zhuǎn)為喬木林的土地”的單位面積蓄積量年均變化,更新公頃蓄積、蓄積量等屬性因子。

后者是為建立森林碳儲(chǔ)量計(jì)量模型,采用典型分層抽樣方法,按氣候帶、起源、齡組、森林類型開(kāi)展的森林碳庫(kù)專項(xiàng)調(diào)查(全國(guó)共布設(shè)4663個(gè)樣地),其中喬木樣地是每木檢尺,同時(shí)調(diào)查枯立木、枯死木,林下設(shè)置3個(gè)2 m×2 m的灌木層調(diào)查樣方、3個(gè)1 m×1 m的枯落物調(diào)查樣方和1個(gè)土壤調(diào)查樣方,調(diào)查因子包括：?jiǎn)棠玖謨?yōu)勢(shì)樹(shù)種、胸徑、平均樹(shù)高、林齡、郁閉度、枯立木分解狀態(tài)、枯倒木區(qū)分段直徑、長(zhǎng)度、密度級(jí)；灌木層(草本層)優(yōu)勢(shì)種、蓋度、平均高、樣方地上和地下部分鮮重和干重、含碳率等；枯落物層厚度、鮮重、干重等,土壤類型、厚度、容重和有機(jī)質(zhì)含量等,用于獲得枯死木、枯落物、林下灌木層、林下草本層、土壤等建模數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

根據(jù)GPG-LULUCF指南[41]第4卷第3章對(duì)于“土地一致性的表述”,對(duì)接第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查、森林資源清查、濕地資源調(diào)查等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的土地分類,本研究將土地利用類別劃分為：林地、農(nóng)地、草地、濕地、聚居地和其它土地六大地類。其中林地包括喬木林地、竹林地、灌木林地、其它林地(疏林地、未成林造林地、苗圃地和跡地)。計(jì)量碳庫(kù)包括生物量碳庫(kù)(包括地上生物量和地下生物量)、死有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)(包括枯死木和枯落物碳庫(kù))和土壤有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)。本文碳儲(chǔ)量計(jì)量對(duì)象為林地和其他生物質(zhì)(四旁樹(shù)和散生木),碳匯量計(jì)量對(duì)象為林地、農(nóng)地、草地、濕地、聚居地和其它土地六大地類。

2.2.1 碳儲(chǔ)量計(jì)量

基于2020年林業(yè)碳匯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),利用森林碳庫(kù)專項(xiàng)調(diào)查建立的碳儲(chǔ)量計(jì)量模型和參數(shù),按生物量碳庫(kù)、死有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)和土壤有機(jī)質(zhì)碳庫(kù),計(jì)算2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)碳儲(chǔ)量。其中：生物量碳庫(kù)包括喬木林地、竹林地、灌木林地、疏林地、其他林地、其他生物質(zhì)的地上和地下生物量,以及喬木林地的林下灌木層和草本層地上和地下生物量；死有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)包括喬木林地的枯死木、枯落物碳庫(kù),以及竹林地、灌木林地和疏林地的枯落物碳庫(kù)；土壤有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)包括喬木林地、竹林地、灌木林地、其它林地、其他生物質(zhì)的土壤有機(jī)質(zhì)。碳儲(chǔ)量估算方法可概括為生物量擴(kuò)展因子法、生物量關(guān)系模型或比重法、單位面積生物量法、碳密度法。

(1)生物量擴(kuò)展因子法

喬木林地、疏林地、其他生物質(zhì)的生物量碳儲(chǔ)量估算采用IPCC法,即生物量擴(kuò)展因子法[8]。是遵循GPG-LULUCF指南[41]和LULUCF清單編制指南[42],依據(jù)《中國(guó)森林植被生物量和碳儲(chǔ)量評(píng)估》[43]建立的材積源生物量法和生物量轉(zhuǎn)換因子,在落葉松等立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,利用最近四次森林資源清查的全部喬木林樣地和立木數(shù)據(jù),分省市建立的由生物量擴(kuò)展因子(BEF)、木材基本密度(D)、根莖比(R)和含碳率(CF)組成的計(jì)算模型(表1)。具體公式如下：

(1)

式中,Vi為i樹(shù)種的蓄積量(m3)；BEFi為i樹(shù)種的生物量擴(kuò)展因子；Di為i樹(shù)種的木材基本密度[44](t/m3)；Ri為i樹(shù)種的根莖比；CFi為i樹(shù)種的含碳率。

表1 主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種(組)碳儲(chǔ)量計(jì)量模型

(2)生物量關(guān)系模型或比重法

喬木林地林下灌木層、枯落物、枯死木碳儲(chǔ)量估算采用生物量關(guān)系模型法。即利用森林碳庫(kù)專項(xiàng)調(diào)查建模數(shù)據(jù),分氣候帶按森林類型分別建立枯死木、林下灌木層、枯落物單位面積生物量與喬木層單位面積蓄積量的關(guān)系模型(表2—4)。對(duì)于擬合效果較差的模型,以相應(yīng)碳庫(kù)單位面積生物量和林分單位面積地上生物量比值的平均值表示,疏林地、竹林地、灌木林地枯落物碳儲(chǔ)量估算采取此方法。具體表達(dá)式如下：

(2)

或

(3)

表2 喬木林地林下灌木層生物量計(jì)量模型

表3 喬木林地枯死木碳庫(kù)計(jì)量模型

表4 主要樹(shù)種(組)枯落物碳庫(kù)計(jì)量模型

(3)單位面積生物量法

竹林地、灌木林地、林下草本層碳儲(chǔ)量估算采用此方法。即利用森林碳庫(kù)專項(xiàng)調(diào)查的建模數(shù)據(jù),分省或分區(qū)(包括華中、華南、華東、西南)建立竹林地、灌木林地、林下草本層單面面積生物量模型(表5和表6),計(jì)算相應(yīng)碳庫(kù)碳儲(chǔ)量。未成林地、苗圃地碳儲(chǔ)量估算方法同灌木林地。表達(dá)式如下：

(4)

式中,Bi,j為某森林類型某碳庫(kù)單位面積生物量(Mg C/hm2)；Ai,j為某森林類型對(duì)應(yīng)的面積(hm2)；CFi,j表示某森林類型某碳庫(kù)平均含碳率,其中竹林生物量平均含碳率為0.4705,灌木林為0.465,林下草本層為0.45。

表5 竹林、灌木林單位面積生物量/(Mg C/hm2)

表6 喬木林地林下草本層單位面積生物量

(4)碳密度法

喬木林地、竹林地、灌木林地、其它林地、其他生物質(zhì)土壤碳儲(chǔ)量估算采用此方法。即利用森林碳庫(kù)專項(xiàng)調(diào)查獲取的樣地各土層容重、土層厚度和土壤有機(jī)碳含量樣品數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)(表7),按土綱和土壤類型建立土壤有機(jī)碳密度,計(jì)算土壤碳儲(chǔ)量,表達(dá)式如下：

CS,i=Ai×Di

(5)

式中,Ai為某土壤類型面積(hm2)；Di為某森林碳庫(kù)專項(xiàng)調(diào)查建立的各土壤類型有機(jī)碳密度(Mg C/hm2)。

表7 土壤容重、有機(jī)質(zhì)含量和有機(jī)碳密度

2.2.2 碳匯量計(jì)量

以2016年和2020年林業(yè)碳匯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),構(gòu)建2016—2020年間的土地利用變化矩陣。利用森林碳庫(kù)專項(xiàng)調(diào)查建立的碳計(jì)量模型和參數(shù),采用“庫(kù)-差別法”和“儲(chǔ)量變化法”,分別估算前期與后期的碳儲(chǔ)量年變化量(Tg C/a)(1 Tg C=1×1012g C),也可以用CO2與C的分子量之比(44/12)將碳儲(chǔ)量年變化量換算為二氧化碳當(dāng)量(Tg CO2/a),估算2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)產(chǎn)生的碳匯量。

(1)庫(kù)-差別法

①一直為林地的土地

分別估算“一直為林地的土地”前期與后期的碳儲(chǔ)量年變化量。喬木林地、竹林地、灌木林地、疏林地、其他生物質(zhì)、喬木林地林下灌木層等涉及的前后兩期生物量碳庫(kù)和死有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)碳儲(chǔ)量估算方法詳見(jiàn)2.2.1。喬木林地林下草本層碳庫(kù)總量小,且年變化量小,視為沒(méi)有變化。未成林地、跡地和苗圃地等其它林地生物量碳儲(chǔ)量年變化量小,視為沒(méi)有變化。

同一林地地類,年際間的土壤有機(jī)質(zhì)碳儲(chǔ)量變化很小,因此,只計(jì)算2016—2020年間林地內(nèi)二級(jí)地類變化引起的土壤碳儲(chǔ)量變化。根據(jù)GPG-LULUCF指南[41],土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量變化達(dá)到穩(wěn)定的缺省時(shí)間間隔期為20年,本研究以20年間的有機(jī)碳儲(chǔ)量年均變化量為換算因子,計(jì)算2020年各類林地土壤碳儲(chǔ)量變化量。表達(dá)式如下：

(6)

式中,ΔCFL_SOC為“一直為林地的土地”中土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化(Mg C/hm2)；SOCk為轉(zhuǎn)化后林地亞類型k的平均土壤有機(jī)碳密度(Mg C/hm2)；SOCm為轉(zhuǎn)化前林地亞類型m的平均土壤有機(jī)碳密度(Mg C/hm2)；AFL,mk為間隔期內(nèi)m類林地與k類林地之間轉(zhuǎn)化的總面積(hm2)；m,k為林地類型；20為IPCC規(guī)定的土地利用變化地塊土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間。

②轉(zhuǎn)為林地的土地

分別估算農(nóng)地、草地、濕地、聚居地和其它土地轉(zhuǎn)為喬木林地、竹林地、灌木林地和其它林地各碳庫(kù)碳儲(chǔ)量年變化量。農(nóng)地、草地、濕地、聚居地和其它土地轉(zhuǎn)為林地,轉(zhuǎn)入前的地上生物量、地下生物量、枯落物、枯死木碳儲(chǔ)量總量小,統(tǒng)一視作0；轉(zhuǎn)入后的生物量碳儲(chǔ)量,根據(jù)相應(yīng)林地地類計(jì)算其生物量碳儲(chǔ)量年變化量。喬木林地枯死木碳儲(chǔ)量采用枯死木碳儲(chǔ)量與喬木層蓄積量的關(guān)系模型計(jì)算,喬木林地、竹林地、灌木林地、疏林地枯落物碳儲(chǔ)量采用枯落物生物量比重法計(jì)算；根據(jù)轉(zhuǎn)入前后地類的土壤有機(jī)碳密度差異(表8),以20年為時(shí)間間隔,計(jì)算土壤有機(jī)質(zhì)碳儲(chǔ)量年變化量。

表8 主要土地類型土壤有機(jī)碳密度/(Mg C/hm2)

(2)儲(chǔ)量變化法

采用“儲(chǔ)量變化法”估算其他生物質(zhì)(散生木、四旁樹(shù))的碳儲(chǔ)量年變化量,

(7)

式中：ΔCTOF為散生木和四旁樹(shù)的生物量碳儲(chǔ)量變化量(Mg C/hm2)；CTOF為散生木和四旁樹(shù)的生物量碳儲(chǔ)量(Mg C)；t為計(jì)量年。

3 結(jié)果與分析

3.1 碳儲(chǔ)量及分配特征

2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地碳儲(chǔ)量24543.58 Tg C、散生木和四旁樹(shù)等其他生物質(zhì)碳儲(chǔ)量329.59 Tg C(表9)。(1)從不同地類碳儲(chǔ)量來(lái)看(圖1),喬木林地碳儲(chǔ)量最大,為18110.56 Tg C,占總碳儲(chǔ)量72.81%,其次是灌木林地碳儲(chǔ)量,為4486.00 Tg C,占總碳儲(chǔ)量18.04%。竹林地和其它林地碳儲(chǔ)量相當(dāng),占總碳儲(chǔ)量的4%左右。碳儲(chǔ)量最小的是散生木、四旁樹(shù)等其他生物質(zhì),占總碳儲(chǔ)量的1.33%。碳儲(chǔ)量從大到小排序?yàn)椋簡(jiǎn)棠玖值?灌木林地>竹林地>其它林地>其他生物質(zhì)。(2)從不同碳庫(kù)碳儲(chǔ)量分配來(lái)看(圖2),土壤有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)最大,為20262.61 Tg C,占總碳儲(chǔ)量81.46%,其次是生物量碳庫(kù),為4387.43 Tg C,占總碳儲(chǔ)量17.63%,最小的是死有機(jī)質(zhì)碳庫(kù),為223.13 Tg C,僅占總碳儲(chǔ)量的0.91%。由表3可知,喬木林地生物量碳儲(chǔ)量(3740.39 Tg C)中,喬木層碳儲(chǔ)量為3581.45 Tg C,占喬木林地生物量碳儲(chǔ)量95.75%,林下灌木層、草本層碳儲(chǔ)量較小,碳儲(chǔ)量分別為99.36 Tg C和59.58 Tg C,分別占2.66%和1.59%。(3)從不同地理區(qū)域碳儲(chǔ)量分布來(lái)看(圖3),云南、四川、貴州、湖南、江西、湖北等6省2020年林地和其他生物質(zhì)碳儲(chǔ)量20570.79 Tg C,占總碳儲(chǔ)量的82.70%。云南省最大,占總碳儲(chǔ)量的25.49%,其次是四川省,占總碳儲(chǔ)量的21.58%。貴州、湖南、江西、湖北、浙江等省占總碳儲(chǔ)量5%—10%之間。安徽、江蘇、重慶、上海等4省市均小于5%。上海林地和其他生物質(zhì)碳儲(chǔ)量最小,僅占總碳儲(chǔ)量的0.09%。碳儲(chǔ)量從大到小排序?yàn)椋涸颇?四川>貴州>湖南>江西>湖北>浙江>安徽>江蘇>重慶>上海。

表9 2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)碳儲(chǔ)量按地類和碳庫(kù)統(tǒng)計(jì)/Tg C

2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶森林植被碳儲(chǔ)量(包括喬木林地、竹林地、灌木林地、疏林地、四旁樹(shù)和散生木,僅含生物量碳庫(kù))為4372.85 Tg C。(1)從不同地類碳儲(chǔ)量來(lái)看(圖4),喬木林地森林植被碳儲(chǔ)量最大,為3740.39 Tg C,占森林植被碳儲(chǔ)量85.54%,其次是其他生物質(zhì)森林植被碳儲(chǔ)量,為329.59 Tg C,占森林植被碳儲(chǔ)量7.54%,竹林地和灌木林地森林植被碳儲(chǔ)量相當(dāng),分別占森林植被碳儲(chǔ)量的3.17%和3.53%。疏林地森林植被碳儲(chǔ)量最小,為9.77 Tg C,僅占0.22%。(2)從不同地理區(qū)域碳儲(chǔ)量分布來(lái)看(圖4),云南和四川兩省森林植被碳儲(chǔ)量占總森林植被碳儲(chǔ)量的52.76%,其中云南省占森林植被碳儲(chǔ)量29.10%,其次是四川省,占森林植被碳儲(chǔ)量23.66%；江西、湖北、湖南、貴州、浙江、安徽、重慶等7省市森林植被碳儲(chǔ)量介于200—4008 Tg C之間,森林植被碳儲(chǔ)量占比介于4%—9%之間；江蘇和上海兩省市森林植被碳儲(chǔ)量較小,占比不到1.5%。

圖1 2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)按地類的碳儲(chǔ)量 Fig.1 Carbon storage of various land types of forest land and other biomass of the Yangtze River Economic Belt in 2020

圖2 2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)按碳庫(kù)的碳儲(chǔ)量 Fig.2 Carbon storage of various carbon pools of forest land and other biomass of the Yangtze River Economic Belt in 2020

圖3 2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市林地和其他生物質(zhì)碳儲(chǔ)量 Fig.3 Carbon storage of forest land and other biomass in each province or city of the Yangtze River Economic Belt in 2020

圖4 2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市森林植被碳儲(chǔ)量 Fig.4 Carbon storage of various forest vegetation types in each province or city of the Yangtze River Economic Belt in 2020

3.2 碳匯量及分配特征

2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地碳匯量為81.81 Tg C/a(300.26 Tg CO2/a),散生木和四旁樹(shù)等其他生物質(zhì)碳儲(chǔ)量6.60 Tg C/a(24.21 Tg CO2/a),分別占總碳匯量的92.54%和7.46%(表10)。(1)從不同土地利用變化類型碳匯量分配來(lái)看(圖5),“一直為林地的土地”產(chǎn)生碳匯量貢獻(xiàn)最大,為63.42 Tg C/a(232.76 Tg CO2/a),占總碳匯量71.74%；“轉(zhuǎn)為林地的土地”產(chǎn)生碳匯量貢獻(xiàn)較小,為18.39 Tg C/a(67.50 Tg CO2/a),僅占總碳匯量20.80%。“一直為林地的土地”產(chǎn)生的碳匯量中,一直為喬木林的土地產(chǎn)生的碳匯量貢獻(xiàn)最大,占總碳匯量的69.89%；“轉(zhuǎn)為林地的土地”產(chǎn)生的碳匯量中,由農(nóng)地轉(zhuǎn)為林地的產(chǎn)生的碳匯量最大,占總碳匯量的13.12%。碳匯量從大到小排序?yàn)椋骸耙恢睘榱值氐耐恋亍?“轉(zhuǎn)為林地的土地”>其他生物質(zhì)。(2)從不同碳庫(kù)碳匯量分配來(lái)看(圖6),生物量碳庫(kù)碳匯量貢獻(xiàn)最大,為80.45 Tg C/a(295.26 Tg CO2/a),占總碳匯量90.99%,其次是土壤有機(jī)質(zhì)碳庫(kù),為4.79 Tg C/a(17.56 Tg CO2/a),占總碳匯量5.41%,最小的是死有機(jī)質(zhì)碳庫(kù),為3.17 Tg C/a(11.65 Tg CO2/a),僅占總碳儲(chǔ)量的3.59%。碳匯量貢獻(xiàn)從大到小的排序?yàn)椋荷锪刻紟?kù)>土壤有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)>死有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)。(3)從不同地理區(qū)域碳匯量分布來(lái)看(圖7),云南、貴州、湖北、江西、浙江等5省2020年林地和其他生物質(zhì)碳匯量占總碳匯量的67.40%。其中云南省最大,占總碳匯量的20.49%,貴州省、湖北、江西、浙江等4省碳匯量相當(dāng),占總碳匯量介于10%—14%之間。湖南、重慶、安徽、四川等4省市占比介于6%—10%之間。江蘇和上海碳匯量較小,占比均低于3%,上海最小,僅占0.3%。碳匯量從大到小排序?yàn)椋涸颇?貴州>湖北>江西>浙江>湖南>重慶>安徽>四川>江蘇>上海。

表10 2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)各碳庫(kù)碳匯量 *

圖5 2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)按土地利用變化的碳匯量Fig.5 Carbon sinks of various types of land use change of forest land and other biomass in the Yangtze River Economic Belt in 2020

圖6 2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)按碳庫(kù)的碳匯量Fig.6 Carbon sinks of various carbon pools of forest land and other biomass in each province or city in the Yangtze River Economic Belt in 2020

圖7 2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市林地和其他生物質(zhì)碳匯量Fig.7 Carbon sinks of forest land and other biomass in each province or city of the Yangtze River Economic Belt in 2020

4 討論與結(jié)論

4.1 討論s

4.1.1重點(diǎn)生態(tài)工程對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶碳儲(chǔ)量和碳匯量的貢獻(xiàn)

改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)相繼啟動(dòng)的重點(diǎn)生態(tài)工程中,涉及長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省市的重點(diǎn)工程包括長(zhǎng)江防護(hù)林工程、天然林資源保護(hù)工程、珠江防護(hù)林工程和沿海防護(hù)林工程等4個(gè)重點(diǎn)生態(tài)工程。按照本研究方法測(cè)算結(jié)果表明：長(zhǎng)江防護(hù)林工程對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶碳儲(chǔ)量貢獻(xiàn)最大,其次是天然林資源保護(hù)工程,珠江防護(hù)林工程和沿海防護(hù)林工程因涉及長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶省份較少,對(duì)其碳儲(chǔ)量影響較小。這些重點(diǎn)生態(tài)工程的實(shí)施,促進(jìn)了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地碳儲(chǔ)量的積累和增加,增強(qiáng)了森林固碳能力和森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的發(fā)揮。經(jīng)測(cè)算,長(zhǎng)江防護(hù)林工程林地碳儲(chǔ)量為22224.29 Tg C,涉及長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶絕大多數(shù)省份,長(zhǎng)江防護(hù)林工程的實(shí)施對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率為83.00%。天然林資源保護(hù)工程林地碳儲(chǔ)量為34925.19 Tg C,對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率為37.13%。珠江防護(hù)林工程和沿海防護(hù)林工程涉及長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶省份較少,林地碳儲(chǔ)量分別為6802.83 Tg C、3968.47 Tg C,對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率分別為23.86%和19.09%。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省市中,四川省林地碳儲(chǔ)量在長(zhǎng)江防護(hù)林工程和天然林資源保護(hù)工程比重最高,在35%—50%之間,原因是四川省碳密度較高,森林面積大,這和與張逸如[45]等對(duì)天然林保護(hù)工程區(qū)近20年森林植被碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)及碳匯(源)特征研究是一致的,也與長(zhǎng)江上游地區(qū)天然林保護(hù)工程區(qū)的研究一致[46]。

從長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)碳匯量來(lái)看,研究表明：長(zhǎng)江防護(hù)林工程、天然林資源保護(hù)工程、珠江防護(hù)林工程和沿海防護(hù)林工程等4個(gè)重點(diǎn)生態(tài)工程中,長(zhǎng)江防護(hù)林工程林地碳匯量為79.05 Tg C/a(290.10 Tg CO2/a),工程實(shí)施對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶貢獻(xiàn)最大,貢獻(xiàn)率達(dá)81.28%,其次是天然林資源保護(hù)工程,林地碳匯量為127.60 Tg C/a(468.29 Tg CO2/a),貢獻(xiàn)率為32.18%,珠江防護(hù)林工程和沿海防護(hù)林工程對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地碳匯量的影響較小,分別為36.85 Tg C/a(135.26 Tg CO2/a)和30.49 Tg C/a(111.91 Tg CO2/a),貢獻(xiàn)率分別為14.55%和19.05%。喬木林仍為各重點(diǎn)生態(tài)工程碳匯增加的主力,所占比重在80%—90%之間。重點(diǎn)生態(tài)工程的實(shí)施,使得長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶新增固碳量逐步增加,碳匯能力不斷增強(qiáng)。

4.1.2 生態(tài)保護(hù)修復(fù)措施對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶碳匯量的貢獻(xiàn)

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地碳匯量81.81 Tg C/a(300.26 Tg CO2/a)中,“一直為林地的土地”產(chǎn)生碳匯量63.42 Tg C/a(232.76 Tg CO2/a)貢獻(xiàn)最大(71.74%),其中以一直為喬木林的土地產(chǎn)生的碳匯量為主體。原因可能與我國(guó)實(shí)施的生態(tài)保護(hù)修復(fù)措施有關(guān)。根據(jù)2021年中國(guó)國(guó)土綠化狀況公報(bào),我國(guó)共完成天然林撫育113.33萬(wàn)hm2,實(shí)施全國(guó)“十四五”期間年森林采伐限額,開(kāi)展森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升,完成退化林修復(fù)93.33萬(wàn)hm2。林業(yè)有害生物防治面積達(dá)966.67萬(wàn)hm2。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶現(xiàn)有喬木林以中幼齡林為主,處于快速生長(zhǎng)固碳的關(guān)鍵時(shí)期。通過(guò)近年來(lái)實(shí)施中幼林撫育、次生林、低效林改造、退化林修復(fù)、封山育林、森林防火、病蟲害防治等措施,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶森林質(zhì)量有所提升,優(yōu)化了森林結(jié)構(gòu)和功能,增強(qiáng)了林地儲(chǔ)碳能力,提高了森林固碳效率。

“轉(zhuǎn)為林地的土地”產(chǎn)生碳匯量為18.39 Tg C/a(67.50 Tg CO2/a),占林地總碳匯量20.80%。原因可能與我國(guó)持續(xù)推進(jìn)的國(guó)土綠化措施有關(guān)。根據(jù)2021年中國(guó)國(guó)土綠化狀況公報(bào),我國(guó)退耕還林工程共完成38.08萬(wàn)hm2。長(zhǎng)江、珠江、沿海、太行山等重點(diǎn)防護(hù)林工程完成造林34.26萬(wàn)hm2。完成石漠化綜合治理33萬(wàn)hm2。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶還有一定數(shù)量的適宜造林地,通過(guò)在宜林荒山荒地荒灘、廢棄地、邊角地以及其他土地等開(kāi)展國(guó)土綠化,持續(xù)增加森林面積和蓄積,營(yíng)造高效固碳林,有效發(fā)揮森林固碳作用,提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯增量。

4.1.3 碳中和愿景下森林固碳增匯途徑

2020年第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上,中國(guó)政府承諾采用更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和；同年12月的氣候雄心峰會(huì)上,提出了2030年森林蓄積量將比2005年增加60億m3的具體指標(biāo)；2021年3月,明確把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)的整體布局,有效發(fā)揮森林和草原等固碳作用,提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯增量。實(shí)現(xiàn)碳中和有兩條途徑,一是減少碳排放,二是增加碳封存,在自然界主要通過(guò)陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)中形成的碳庫(kù)“收集”大氣層中的碳。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,全球陸地約80%的地上碳儲(chǔ)量和40%的地下碳儲(chǔ)量發(fā)生在森林生態(tài)系統(tǒng)。碳中和愿景下,加強(qiáng)森林的固碳增匯功能是抵消和吸納碳排放最經(jīng)濟(jì)和最有效的途徑[47]。本研究表明,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地碳匯量中生物量碳庫(kù)碳匯量80.45 Tg C/a(295.26 Tg CO2/a)。生物量碳庫(kù)在碳匯量所做貢獻(xiàn)(占比約91%)遠(yuǎn)大于在碳儲(chǔ)量中所做貢獻(xiàn)(占比約17%),可見(jiàn),通過(guò)在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶科學(xué)開(kāi)展國(guó)土綠化、森林質(zhì)量提升、森林資源保護(hù),是鞏固和提升森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的有效途徑。

結(jié)合長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶區(qū)域特點(diǎn),森林固碳增匯的主要實(shí)現(xiàn)途徑為：一是科學(xué)推進(jìn)國(guó)土綠化,增加碳匯增量。實(shí)施擴(kuò)綠增碳攻堅(jiān)行動(dòng),科學(xué)推進(jìn)綠化,實(shí)施重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程,深入開(kāi)展全民義務(wù)植樹(shù),協(xié)同推進(jìn)部門綠化,統(tǒng)籌推進(jìn)城鄉(xiāng)綠化,不斷增加生態(tài)系統(tǒng)碳匯量。二是精準(zhǔn)提升森林質(zhì)量,提高碳匯能力。全面保護(hù)天然林,實(shí)施天然次生林撫育修復(fù)。建立健全森林經(jīng)營(yíng)方案制度,實(shí)施森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升工程,全面加強(qiáng)森林經(jīng)營(yíng),提高森林生態(tài)系統(tǒng)固碳與適應(yīng)能力。依據(jù)林木生長(zhǎng)與碳匯功能變化規(guī)律,科學(xué)開(kāi)展森林更新,維持生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能穩(wěn)定。積極發(fā)展能源林,實(shí)施木竹替代行動(dòng),提升生物減排固碳能力。三是加強(qiáng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶森林資源保護(hù),減少碳庫(kù)損失。加強(qiáng)林地定額管理、森林采伐限額管理,減少林地流失、森林破壞導(dǎo)致的碳損失；健全林草火災(zāi)預(yù)防體系,減少火災(zāi)導(dǎo)致的碳損失。落實(shí)重大森林草原有害生物監(jiān)測(cè),減少有害生物災(zāi)害導(dǎo)致的碳損失。

4.2 結(jié)論

本研究以全國(guó)林業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)體系建設(shè)成果為基礎(chǔ),對(duì)2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶林地和其他生物質(zhì)碳儲(chǔ)量、碳匯量進(jìn)行了估算和分析,結(jié)果表明喬木林是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶碳匯的主體,土壤有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)對(duì)碳儲(chǔ)量貢獻(xiàn)最大,而生物量碳庫(kù)對(duì)碳匯量貢獻(xiàn)最大。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11個(gè)省市中,云南省碳儲(chǔ)量和碳匯量最大,上海市最小。重點(diǎn)生態(tài)工程的實(shí)施增強(qiáng)了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶固碳能力。研究表明長(zhǎng)江防護(hù)林工程對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶碳儲(chǔ)量和碳匯量的貢獻(xiàn)最大,其次是天然林資源保護(hù)工程,珠江防護(hù)林工程和沿海防護(hù)林工程影響較小。近年來(lái)持續(xù)推進(jìn)的生態(tài)保護(hù)修復(fù)措施對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶碳儲(chǔ)量和碳匯量具有重要貢獻(xiàn)。碳中和愿景下,可通過(guò)科學(xué)推進(jìn)國(guó)土綠化、精準(zhǔn)提升森林質(zhì)量、加強(qiáng)森林資源保護(hù)等固碳增匯途徑來(lái)提高長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶碳匯能力。