成都平原林盘的固碳特征及其效益估算——以郫县为例

刘 勤，王玉宽，徐 佩*，彭培好

(1.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，四川 成都 610041；2.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059)

【研究意义】固碳释氧是植被最重要的生态系统服务功能之一，具有维护区域生态安全以及缓解全球气候变化等方面作用[1-3]。【前人研究进展】目前，林地固碳释氧功能的研究主要以天然林和城市绿地为对象，或采用大尺度(县域以上单元)的模型模拟方法和遥感估算法计算森林的碳储量及固碳速率，如生物量—蓄积量模型[4-7]、生产力回归模型[8-10]、NPP、CHIKUGO、BIOME-BGG、BEPS、CASA和GLO-PEM估算等[11-13]；或采用小尺度(单株或地块)的仪器监测法[14-16]，通过植物光合—呼吸生理过程获取固碳效益[8,17]。总体而言，上述方法各有利弊，能够有效解决主要生态系统的固碳功能研究，但是对于少数复合型生态系统(半自然半人工)，特别是在中小尺度方面，其测算误差较大，可能需要进行样地实测，以提高准确性。

四川省森林资源丰富，固碳功能备受关注[18]，但成都平原林地碳密度低[19]，其效益评价和管理的重视程度明显不足。近年来，气候变化和经济快速发展背景下，四川盆地气温呈显著上升趋势[20]，碳排放水平偏高，给区域绿色发展和生态保护带来挑战。其实，固碳释氧价值量在成都市生态系统服务中所占比重最大[21]，但相关研究多集中于农田生态系统[22]，而林地方面还十分欠缺，特别是针对不同林地结构和植物种类的研究甚少[23]。

【本研究切入点】林盘是成都平原森林资源主体，虽然单个面积较小，但数量多、分布密度高，蓄积总量大，其固碳释效益不容忽视。林盘主要由农宅与周边林木围(嵌)合成形态较规则的复合生态系统，植被覆盖水平20 %以上，属于成都平原独特的景观、生态资源和聚落、文化形态。据统计，当前成都境内林盘约12.11万个，居住人口362.56万人，占全市农村人口72.47 %，其生态系统服务是城乡生态和人居环境安全的重要保障。【拟解决的关键问题】本研究拟通过实地调查数据，采用材积-生物量估算模型和造林成本与制氧成本法，科学、准确地揭示林盘的固碳释氧服务功能和价值，识别不同类型林盘及树种的固碳能力，并为林盘保护与改造的理论和技术体系研究提供参考。

1 研究区概况

本文以成都郫县(现郫都区)为研究区，幅员面积437.50 km2，总人口55.86万人，位于成都平原腹心，属中心城区向远郊区过渡地带。该地区林盘数量多、分布广[24]，且人为活动导致的林盘消失或破坏现象也较严重。同时，选取近-中-远郊3个样区(a德源、b新民、c唐昌，至成都中心城区直线距离分别17.40、24.90和32.40 km)不同类型(规模、覆盖度等)的15个林盘作为典型调查对象(图1)。

2 材料与方法

2.1 典型林盘调查

2016年5月采用小型无人机(DJI Phantom 3 Professional)对典型林盘进行低空拍摄(距地100 m，图2)，相机分辨率为4000*3000，并通过Agisoft PhotoScan、ArcGis软件对照片进行合成、校正和矢量化，分析林盘的形态、面积与组成结构。

2.2 植物调查

2016年6月开展典型林盘植物调查，范围包括整个林盘单元，具体指标为乔木(含竹类)种类、数量、高度、胸径、冠幅；灌木种类、株数、高度、盖度；草本植物(含藤本)种类、高度、盖度及生长状况等。按照常规的分类和统计方法，确定各类植物的名称(科、属和种名)、分布等信息。

图1 研究区与调查样区Fig.1 Location of study area and survey area

DY：德源；XM：新民；TC：唐昌DY:Deyuan; XM:Xinmin; TC:Tangchang图2 典型林盘Fig.2 Typical Linpan

2.3 生物量和生产力估算

由于林盘的生物量和生产力以乔木和竹林占绝对比重，故本文仅以乔木和竹林为研究对象。其中，乔木采用二元材积方程计算每株植物的蓄积量，再根据生物量-蓄积模型中不同类型植物的转换系数[25]，推算出每株乔木的生物量。

V=aDbHc

式中，V为蓄积量(m3)，D为胸径(cm)，H为树高(m)，a、b、c为不同树种材积方程参数。

乔木生产力估算按照胸径将其划分为小型(0～10 cm)、中型(10～20 cm)、大型(20～30 cm)和特大型(>30 cm)4种类型，根据已有的研究[26]， 以四川地区典型的人工阔叶林为参考，分别确定每种类型的平均生产力，即小型、中型、大型和特大型按照4.8、9.4、12.8、15.6 t/hm2·a计算，并根据样地植株数量获取单株生产力。

竹林生物量参数根据四川地区的研究结果[27]，以平均值29.95 t/hm2计算，再乘以林盘的竹林面积获取其生物量。由于林盘中竹林基本处于成熟或老化阶段，农户也有意识的限制竹林扩张，加之该地区竹林生产力较缺乏准确的参数，故本文未对竹林生产力进行估算。

2.4 碳储量和固碳能力

林盘的碳储量和固碳能力采用乔木、竹林的生物量与生产力乘以转换系数进行估算，本文中乔木、竹林的转换系数分别为0.4937[19]和0.4958[27]。

2.5 固碳释氧价值量

基于以上植被生产力物质量估算结果，根据光合作用方程可知，植物每生产1.00 kg有机物将固定1.63 kg CO2，同时释放出1.20 kg O2。本文采用造林成本法(260.90元/t)评估林盘植被固定CO2的价值；造林成本(352.93元/t)和工业制氧成本(400元/t)[28]均值评估林盘植释放O2的价值。

3 结果与分析

3.1 植物组成与结构

3.1.1 物种种类 据调查，林盘内维管束植物合计106科254属310种，其中乔木81种，灌木39种，草本169种，藤本10种，竹类11种。根据出现频次，乔木分布较多的为喜树(Camptothecaacuminata)、朴树(Celtissinensis)、柚(Citrusmaxima)、银杏(Ginkgobiloba)、枫杨(Pterocaryastenoptera)、构树(Broussonetiapapyrifera)、女贞(Ligustrumlucidum)、桂花(Osmanthusfragrans)、皂荚(Gleditsiasinensis)、桉(Eucalyptusrobusta)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)等；竹类分布较多为慈竹(Bambusaemeiensis)、箬叶竹(Indocalamustessellatus)和孝顺竹(Bambusamultiplex)等。本研究涉及乔木和竹类物种及名称详见表1。

3.1.2 分布数量及特征 通过小型无人机调查及分析表明，典型林盘的形态较规则(类似近圆形)，规模普遍不大，平均面积为6678.87 m2，最大值为12 385.00 m2，最小面积仅为1630.00 m2，且植被覆盖度差异较大，其值为43.5 %～76.9 %，主要为树林覆盖，部分林盘以竹林分布为主。根据林盘实地调查结果，分别对每个林盘中乔木数量和竹林面积进行统计和分析，为了便于相关参数查阅整理，本文以胸径(D)为依据，将乔木划分成4个类型，即小型(D<10 cm)、中型(10 cm30 cm)，相关统计结果详见表2。

表1 林盘的乔木和竹林类型

表2 林盘的组成、结构和乔木数量

3.2 碳储量与固碳能力

3.2.1 典型林盘 通过计算表明(表3)，林盘的生物量和生产力具有较大差异，导致其碳储量和固碳水平也不同。总体来看，单个林盘植被的平均碳储量约为21.50 t，按照林盘规模划分，小、中、大型林盘平均碳储量约为6.36、21.91和43.72 t/个。同时，单个林盘植被的平均固碳量约为0.79 t/a·个，按照林盘规模来看，小、中、大型林盘的平均固碳量约为0.26、0.81个和1.56 t/a·个。

表3 林盘的生产力与固碳能力比较

图3 林盘中不同大小和种类乔木的碳储量比值Fig.3 Carbon storage ratio of different sizes and species trees in Linpan

林盘碳储量的具体统计数据(图3)来看，按照乔木大小划分，大型乔木(20 cm30 cm)乔木，数量相对较少，但单株生物量大；小型(D<10 cm)、中型(10 cm

3.2.2 郫县林盘 郫县2015年林盘数量合计6239个，分布密度为14.64个/km2，其中大、中、小型林盘分布比例5:25:70[24]。按照不同规模林盘碳储量和固碳水平进行估算，2015年郫县林盘植被碳储量约为75 594.36 t，固碳能力约为2885.74 t/a。

3.3 固碳效益估算

植物每生产1.00 kg有机物将固定1.63 kg CO2，同时释放出1.20 kg O2。根据上文研究结果，小、中、大型林盘平均生产力约为0.52、1.64和3.15 t/a.个，即2015年郫县林盘植被净生产力为5812.04 t/a，固定CO2物质量9473.62 t，释放O2物质量6974.45 t。据计算，该地区小、中、大型林盘平均固碳释氧气价值量约为456.05元/a.个(固定CO2221.14元/a.个、释放O2234.91元/a.个)、1438.32元/a.个(固定CO2697.44元/a.个、释放O2740.88元/a.个)和2762.63元/a.个(固定CO21339.59元/a.个、释放O21423.04元/a.个)。郫县2015年固碳释氧价值量约为509.73×104元/a(固定CO2247.17×104元/a、释放O2262.56×104元/a)。

4 结 论

(1)本研究通过实地调查发现，成都平原林盘内维管束植物合计106科254属310种，其中乔木81种，灌木39种，草本169种，藤本10种，竹类11种。乔木植物的种类和数量与林盘面积具有相关性，总体上林盘中小型乔木(D<10 cm)数量最多(占比约54 %)，中型(10 cm 30 cm)相对较少。

(2)小、中、大型林盘平均碳储量约为6.36、21.91和43.72 t/个，固碳能力约为0.26、0.81个和1.56 t/a.个。郫县2015年碳储量约为75 594.36 t，固碳能力约为2885.74 t/a。其中，大型乔木(20 cm< D<30 cm)的碳储量最高，其次是特大型(D >30 cm)乔木，而小型(D<10 cm)、中型(10 cm

(3)固碳释氧价值量计算表明，不同规模林盘固碳释氧水平具有差异性，小、中、大型林盘平均固碳释氧气价值量分别为456.05、1438.32和2762.63元/a.个。郫县林盘2015年固碳释氧价值量约为509.73×104元/a，其中固定CO2247.17×104元/a，释放O2262.56×104元/a。

5 讨 论

本研究通过实地调查和物质量、价值量测算方法，对郫县不同类型林盘的固碳释氧服务功能进行了初步评估，选择的样本具有代表性和典型性，调查指标详实(精确到单株)，计算方法科学、合理(误差低于遥感评估)，其结果基本可信。但是，受限于样本数量，相关经济参数的波动性，以及部分物种生产力水平以均值计算，且并未对灌木和草本植物进行测算，这导致研究结果还存在误差。因此，本研究将进一步加强调查和计算分析，并构建林盘标准化的固碳释氧估算模型或参数，为类似中小尺度景观单元生态系统服务评估提供参考，也为林盘的生态系统综合管理提供依据。