辽宁双台河口芦苇湿地固碳价值评价研究

康晓明崔丽娟赵欣胜李伟张曼胤高琦（中国林业科学研究院湿地研究所，湿地生态功能与恢复北京市重点实验室，北京 0009；辽宁商贸职业学院，沈阳 06）



辽宁双台河口芦苇湿地固碳价值评价研究

康晓明1崔丽娟1赵欣胜1李伟1张曼胤1高琦2
（1中国林业科学研究院湿地研究所，湿地生态功能与恢复北京市重点实验室，北京 100091；2辽宁商贸职业学院，沈阳 110161）

双台河口湿地（李东 供图

摘 要基于野外监测数据和碳税法对辽宁双台河口芦苇湿地的固碳价值进行了定量评价。结果表明：辽宁双台河口芦苇湿地总面积为30 815 hm2，大约占到了自然保护区总面积的20%，其年均净固定二氧化碳（CO2）量为13 320 kg/hm2，年甲烷（CH4）排放的CO2当量为3 330.3 kg/hm2。将芦苇湿地固定CO2的正效应减去CH4排放的负效应，得到辽宁双台河口芦苇湿地的年固碳量为9 989.7 kg CO2/hm2，具有较强的碳汇，其总固碳价值为2.37亿元，其中净吸收CO2的价值为3.16亿元（正效应价值），净排放CH4的价值为0.79亿元（负效应价值）。

关键词芦苇湿地；固碳；通量；价值评价；碳汇

近年来由于温室气体浓度的不断增加，全球气温急剧升高，降水格局发生重大变化，极端气候事件及其相应的自然灾害频繁发生，致使各大生态系统受到不同程度的影响，人类面临严峻的挑战（孙彦坤等，2003；Kang et al，2011）。湿地生态系统作为陆地生物圈碳库的最大组成部分，其固碳功能在减缓全球气候变化和调节区域大气组成和气候方面具有非常重要的作用（宋长春，2003；Kang et al，2014； 崔丽娟等，2015；康晓明等，2015），在全球碳循环中扮演着重要角色（Dixon et al，1995）。因此，定量研究湿地生态系统的固碳功能和价值及其对全球气候变化的减缓作用具有非常重要的意义。

双台河口自然保护区是世界上保护较为完好的滨海沼泽湿地。该湿地植被以芦苇和水稻为主，不仅是亚洲第一大芦苇分布区与辽宁主要商品粮的优质大米出口基地，而且栖息着丹顶鹤、黑嘴鸥等珍稀鸟类二百多种，在世界生物多样性保护中占有重要地位（何奇瑾， 2007）。保护区中芦苇沼泽湿地巨大的碳汇功能及释氧功能对在区域大气调节方面发挥着重要的作用。因此，对辽宁双台河口芦苇湿地的固碳价值进行评价研究极为迫切和重要。

本研究以辽宁双台河口芦苇湿地作为研究对象，利用野外监测数据和碳税法定量评估双台河口芦苇湿地的固碳价值，为定量评估辽宁省滨海湿地的总价值及评价湿地对气候变化的贡献提供数据支持和理论依据。

图1 辽宁双台河口湿地地理位置及景观分布图

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于辽宁双台河口国家级自然保护区，地处我国辽宁省辽东湾北部，距盘锦市区35 km，有118 km长的海岸线，属海岸湿地和内陆三角洲湿地复合生态系统，包括芦苇沼泽、滩涂、浅海海域、河流、水库和水稻田6种湿地生态类型（图1）。区内地势低洼平坦，陆地海拔最高7.5 m，由于淡水和咸水的相互侵淹、混合，使该区植被具有喜湿耐盐植物多、植物种类少、草本植物多、木本植物少、优势种群密度大、生物量高的特点。研究区四季分明，属暖温带大陆性半湿润半干旱季风气候，年平均气温为8.4℃，年均降水量为623.3 mm，年平均蒸发量为1 568.6 mm。地貌类型以冲积平原和潮滩为主（汪宏宇等，2006）。主要植被有芦苇Phragmites australis、蒲草Typha angustifolia、翅碱蓬Suaeda salsa、柽柳Tamarix chinensis等。在滩涂生长的翅碱蓬单一群落，生长季节一片赤红，成为广阔的“红地毯”，是我国沿海少有的自然景观；在海岸线以上陆缘带生长有灰绿碱蓬、柽柳为主的盐生植被，并有翅碱蓬混生红绿相间，甚为可观；陆上沼泽环境是芦苇占绝对优势的耐盐植物群落，是世界上面积较大的芦苇沼泽湿地。

1.2 研究方法

1.2.1 湿地碳汇价值计算方法 湿地生态系统碳循环主要包括总初级生产力（Gross primary productivity，GPP）、 生 态 系 统呼 吸（Ecosystem respiration，Re）和净生态系统CO2交换（Net ecosystem CO2exchange，NEE）。GPP是指单位时间内生物（主要是绿色植物）通过光合作用途径所固定的光合产物量或有机碳总量。湿地植被通过光合作用同化CO2，形成GPP（光合产物总量），它表示了CO2和能量转化为有机碳和能量，进入碳循环过程的起始水平，是生态系统碳循环的基础（于贵瑞等，2006）。Re是整个生态系统向大气中排放CO2，包括植物自养呼吸和土壤异养呼吸，反映了生态系统排放CO2的能力。NEE是生态系统呼吸与总初级生产力之间的差值，主要用于分析各个生态系统的碳源/汇功能，在大尺度上可以用于评价区域湿地生态系统究竟是大气CO2的源还是汇。NEE主要由同化作用和呼吸作用决定，这两个过程时间的长短和量值的大小决定了NEE的季节变化动态（Randerson et al，1999；White et al，1999）。

基于此，本研究对芦苇湿地固碳价值的计算采用碳税法，创新性地利用湿地生态系统净固定CO2的量（即NEE，NEE=Re-GPP）来计算这一过程给人类带来的利益，同时考虑了湿地排放CH4对其碳汇功能的削减效应，最终计算每年湿地净固碳的价值量。计算公式如下：

式中，Vcs为芦苇湿地生态系统的固碳价值（元/a）；NEE为芦苇湿地生态系统的净CO2交换量（kg/hm2），该数据参考（汪宏宇等，2006）的实测NEE通量数据，即芦苇湿地生态系统净固定CO2为13.32 t/ hm2/a；FCH4为 CH4排放量，实测获得；A为芦苇湿地的面积，利用遥感数据对辽宁双台河口湿地的土地利用类型进行划分获得；P为碳的价格，采用瑞典的碳税率150美元/t进行计算。在计算时，本文以增温潜势（GWP）将相同质量的CH4换算为等温室效应的CO2，1 kg的CH4产生的温室效应等同于24.5 kg的CO2产生的温室效应（Jenkins et al，2010），即为24.5。

1.2.2 数据来源 本研究的温室气体主要包括CO2和CH4。湿地生态系统净NEE通量数据引自汪宏宇等（2006）的观测结果，其CO2通量测定采用涡度相关法（Eddy covariance method）， 主要观测仪器安装在距离地面3 m高度，由三维超声风 速 仪（CSAT3，Campbell Scientific Inc，U SA） 、开路式CO2/ H2O 分析仪（ Li- 7500，LicorInc，USA）和数据采集器（CR5000，CSI， U SA）组成， 采样频率为10Hz（汪宏宇等， 2006）。静态箱法也是目前应用较多的测定小样方生态系统气体交换的方法，本研究中所需的CH4通量数据主要采用原位静态箱-气象色谱法进行测定。

图2 2014年辽宁双台河口自然保护区及芦苇湿地的面积

图3 辽宁双台河口芦苇湿地碳收支量及固碳价值

辽宁双台河口芦苇湿地的面积通过对遥感影像数据进行解译获得。其中，研究区所需遥感数据从http：//www.gscloud.cn/下 载获得（2014年7月13日）。采用ENVI软件对遥感影像数据进行监督分类，并利用实测数据对遥感解译结果进行精度验证（解译精度为94.3914%，Kappa系数为0.9298），最终获得辽宁双台河口湿地各土地利用类型的面积和比例。本研究仅用到芦苇湿地的面积数据。

1.3 数据统计分析

本研究数据处理和分析主要利用Excel和标准统计软件SPSS 20.0完成，数据作图主要利用Origin 8.5完成。

2 结果与分析

遥感解译结果表明，辽宁双台河口自然保护区总面积为157 908 hm2，其中芦苇沼泽湿地面积为30 815 hm2，大约占保护区总面积的20%（图2）， 多为受到人为活动或自然灾害干扰后而形成，植被较矮，盖度在60%～80%之间。辽宁双台河口芦苇沼泽湿地由于其巨大的碳吸收能力和较小的碳排放量，表现为较强的碳汇功能。芦苇湿地年净固定CO2量为13 320 kg CO2/hm2，年CH4排放量为135.9 kg CH4/hm2，换算成CO2当量为3 330.3 kg CO2/ hm2。CH4的排放对于湿地固碳效应来说属于负效应，将芦苇湿地固定CO2的正效应减去CH4排放的负效应，得到辽宁双台河口芦苇湿地的年固碳量为9 989.7 kg CO2/ hm2，具有较强的碳汇（图3）。

综合CH4气体的全球增温潜势，通过碳税法计算得到辽宁双台河口芦苇湿地的总固碳价值为2.37亿元。其中净吸收CO2的价值为3.16亿元（正效应价值），净排放CH4的价值为0.79亿元（负效应价值） （图3）。

3 结论与讨论

湿地是仅次于森林的重要碳库，是陆地生态系统的重要组成部分，因其具有较高的生产力及氧化还原能力使其具有“碳汇”的功能，是极为重要的生物地球化学场，对于稳定和维持局部大气环境具有非常重要的作用（宋长春，2003；蒋卫国等，2007；Kang et al，2014；崔丽娟等，2015）。湿地植物通过光合作用从大气中不断同化二氧化碳（CO2），其碳吸收能力要远远超过森林生态系统（李孟颖，2010），且湿地的厌氧环境显著抑制了凋落物的分解，使湿地中大量的无机碳和有机碳在土壤中累积，湿地从而成为抑制大气二氧化碳浓度升高的碳汇，在调节全球气候、减缓全球变暖方面发挥着重要的作用（吕宪国等，1995；Chen et al，2013；Hao et al，2011）。本研究发现，辽宁双台河口芦苇湿地的净吸收CO2的价值为3.16亿元，净排放CH4的价值为0.79亿元，总固碳价值为2.37亿元，低于若尔盖高寒湿地生态系统的固碳价值8.21亿元（庞丙亮等，2014）。双台河口芦苇湿地巨大的固碳及释放氧气的功能对整个辽宁双台河口湿地的大气组分具有重要的调节价值，芦苇沼泽湿地巨大的碳汇功能及其大气调节价值能够作为一个抑制大气CO2浓度升高的碳汇，也必然会对区域的气候变暖和干旱化具有一定的调节和缓解作用（宋长春，2003；童成立等，2005；Kang et al，2014）。

然而，近年来随着人类对河流开发利用程度的增加，以及全球气候趋暖变干，导致双台河口自然湿地面积在逐渐减少，芦苇湿地质量不断下降，红海滩逐渐退化，加上海平面上升打破了原有的水盐平衡和水沙平衡，使得生物栖息地环境发生变化，生物多样性减少（王西琴等，2006；芦晓峰等，2011）。芦苇湿地的退化必然使湿地生态系统正常的水循环与有机物和无机物的循环过程发生改变，改变了湿地生态系统碳循环的模式，可能会显著削弱双台河口芦苇湿地的碳汇功能，导致区域碳格局产生较大的变化，降低其固碳及调节区域大气组分的价值。因此，如何保护并恢复辽宁双台河口芦苇湿地的面积和质量，增强其碳汇能力，并对气候变化和人类扰动的影响机理进行深入探讨，将是后续研究工作的重点。

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E-mail： lkyclj@126.com

doi:10.3969/j.issn.1673-3290.2016.02.04

收稿日期：2016-03-11

基金项目：林业公益性行业科研专项（项目号：201404305）和国家自然科学基金项目（31300417）资助

作者简介：康晓明，副研究员，博士，主要从事湿地生态学研究。E-mail：xmkang@ucas.ac.cn

通讯作者：崔丽娟，研究员，博士生导师，主要从事湿地生态研究。

Valuation of Carbon Sequestration of a Reed （Phragmites australis） Wetland in Liaoning Shuangtai Estuary

KANG Xiao-Ming1CUI Li-Juan1ZHAO Xin-Sheng1LI Wei1ZHANG Man-Yin1GAO Qi2
（1 Beijing Key Laboratory of Wetland Services and Restoration， Institute of Wetland Research， Chinese Academy of Forestry， Beijing 100091；2 Liaoning Vocational College of Business， Shenyang 110161）

AbstractTo assess the carbon sequestration value of a reed （Phragmites australis） wetland in the Liaoning Shuangtai Estuary， we calculated the value of carbon sequestration using carbon tax method and monitoring data obtained in the targeted wetland.The observed and assessed results showed that the area of Liaoning Shuangtai estuary reed wetland was 30 815 hm2， accounting for 20% of the total protected area.The net annual fxation of carbon dioxide （CO2） of the reed wetland was 13 320 kg /hm2，and the annual CO2equivalent of methane （CH4） emission was 3 330.3 kg /hm2.Therefore， subtracting the negative effect of CH4emission， the whole wetland ecosystem was a strong carbon sink， fixing CO29 989.7 kg/（hm2·a）.The total carbon sequestration value of the targeted wetland was RMB 2.37 billion， among them the values of net CO2fxation （positive effects） and CH4emission （negative effects） were RMB 3.16 and 0.79 billion， respectively.

Key wordsReed wetland； Carbon sequestration； Flux； Valuation； Carbon sink