西安市果园固碳制氧功能及生态价值评估

宋喜芳, 常小箭, 赵永锋, 王 涛,刘海衡

(1.西安市农业技术推广中心，陕西 西安 710061；2.周至县土壤与肥料工作站, 陕西 周至 710400)

果园具有固碳制氧、消除噪音等生态功能，这对生态环境具有重要调节作用[1]。因此，研究西安市果园生态系统的生长量、固碳制氧等生态效益，估算出果园的生态经济价值，对实现西安经济、社会、生态可持续发展具有实际意义。

据统计年鉴显示[2～3]，2016年西安市水果产量107.74万t，陕西省水果产量1 714万t，西安市占6.29%；全省果树总面积126.38万hm-2，西安果树面积为5.32万hm-2，占全省的4.2%。西安市的果树种植品种主要包括猕猴桃、葡萄、苹果、石榴、枣等，其中猕猴桃种植面积和产量均居第一位。笔者采用水热平衡关系方程及植物的生理生态特点建立的自然植被净初级生产力模型分析西安市果园生态系统，对西安果园固碳制氧功能及生态价值进行评估。

1 方法与理论

1. 1 计算净初级生产力

净初级生产力(NPP)是指在初级生产中，植物固定的能量有一部分被植物自身的呼吸作用所消耗，剩余的能量则可以用于植物的生长和繁殖，它也是可以供生态系统中其他生物利用的能量。估计净初级生产力可了解能量输入和通过初级生产者(植物)的转换效率。采用周广胜等[4]等的净初级生产力模型，根据生物温度等可近似计算出果园净第一性生产力，公式如下：

(1)

RDI=(0.629+0.237PER-0.00313·PER2)2

(2)

PER=PET/R=BT·58.93/R

(3)

BT=∑T/12

(4)

式中：NPP为果园净第一性生产力(t·a-1·hm-2)；R为年降水量(mm)；RDI为辐射干燥度；PER为可能蒸散率；PET为年可能蒸散量(mm)；BT为年平均生物温度(℃)；T为<30℃与>0℃的月均温。

1.2 固碳制氧物质量计算

果树利用太阳能通过植物光合作用，吸收空气中的水分，固定大气中的二氧化碳并释放氧气，将生成的有机物质储存到自身组织。固碳制氧物质量计算方法，依据公式(5)：

6CO2(264 g)+6H2O(108 g)→C6H12O6(180 g)+6O2(192 g)→多糖 (162 g)

(5)

可知植物每生产1 g多糖，需要二氧化碳1.63 g，释放氧气1.2 g。计算2007-2016西安市果园的净初级生产力，从而得出西安市果园固碳制氧量。碳在二氧化碳中的比例27.3%，以下方程计算固碳制氧总量：

MCO2=1.63·NPP·A

(6)

Mc=0.273·MCO2

(7)

Mo=1.2·NPP·A

(8)

以上方程中：A为果园面积(hm2)，NPP为净初级生产力(t·a-1·hm-2)，MCO2为固碳量(t),Mc为折合碳量(t)，Mo为制氧量(t)。

1.3 固碳制氧经济价值评估

结合谢高地[5]等前人成果，目前生态系统固碳制氧经济价值计算使用较多的是碳税法以及造林成本法[6]。笔者采用将碳税法与造林成本法求和取均值的方法，估算果园固碳制氧的经济价值。造林成本法取值260.90元·tc-1(1990年不变价)和瑞典税率150美元·tc-1(美元汇率取6.88)，制氧经济价值计算，采用工业制氧成本法400元·t-1。

Ec=(260.9·Mc+827.7·Mc)/2

(9)

Eo=400·Mo

(10)

上式中：Mc为折合碳量(t),Mo为制氧量(t)，Ec为固碳价值(元)，Eo为制氧价值(元)。

1.4 资料来源

2007-2016年西安市降水量、月温度、果园面积资料等通过查阅西安市统计年鉴[2]和陕西省统计年鉴[3]获得。

2 结果与分析

2.1 西安市果园净初级生产力

利用西安市2007-2016年的降水量及平均温度，根据公式(1)～(4)计算，从表1可知西安市2007-2016年果园生态系统的净初级生产力变化范围为6.45～8.49 t·a-1·hm-2，平均值为7.51 t·a-1·hm-2，与方精云等[7]、田志会[8～9]的研究结果也是接近的。因此，利用以上自然植被净初级生产力模型对西安果园净初级生产力进行估算结果是可信的。

表1 西安市果园生态系统的净初级生产力

2.2 西安市果园生态系统固碳制氧物质量分析

依据方程(6)～(8)分别计算出了西安市果园2007-2016年固碳制氧物质量及单位面积固碳制氧物质量进行计算(见表2)。

由表2可知西安市果园年生长量为832.41万t，年固定CO2量1 356.83万 t，年固碳370.42万 t，年每公顷固定CO2量12.24 t，年每公顷果园固碳3.34 t；年释放氧气量998.89万t，年每公顷果园释放氧气量9.01 t。

由图1可知，2007-2016年西安市果园固定CO2、折合C和释放O2物质量是逐年递增并与年份的变化基本一致。其中2014年固定CO2、折合固C和释放O2物质量均排第一，但不同年份有一定浮动。2012年其种植面积高于2007-2011年(见图1,图2)，但其固碳制氧量却分别低于2009、2010、2011年，其净初级生产力为6.45 t·a-1·hm-2(见表1)，均低于其他年份。分析原因在于2012年气象条件降水量的波动较大，仅为426.7 mm，远低于西安市2007-2016的平均降水量水平(563.04 mm)，属于较干旱年份。果树的生产发育因气候干受到阻碍，导致净初级生产力值偏低。

图1 西安市果园固定CO2和释放O2物质量的年际变化

表2 西安市果园固碳制氧物质量

图2 西安市果园固定CO2和果园面积的年际变化

2.3 西安市果园固碳制氧的经济价值分析

西安市果园固碳制氧的经济价值估算结果(见表3)，造林成本法估算西安市果园固c的经济价值平均每年为9.66×104万元·a-1，通过瑞典碳税法估算结果为38.23×104万元·a-1，取两者均值得出西安市果园固碳经济价值平均每年为23.85×104万元，年每公顷固C的经济价值为

2 159.61元·hm-2；年释放O2的经济价值为39.96×104万元，年每公顷释放O2的经济价值为3 603.56元·hm-2。

2016年西安市农林牧渔业总产值405.63亿元，每年西安市果园固碳制氧功能所创造的经济价值为56.89亿元。可见，西安果园提供经济效益又创造了可观的生态效益。

表3 西安市果园固碳制氧经济价值(1990年不变价)

图3 西安市果园面积与固碳制氧的经济价值

3 结论与讨论

(1)西安市果园年均生长量为832.41万t，年固碳370.42万 t，年每公顷固碳3.34 t；年每公顷释放氧气量9.01 t，高于全国经济林每年固碳制氧量[10]：全国经济林固碳量为1.31 t·a-1·hm-2，制氧2.84 t·a-1·hm-2。

(2)西安市果园生态系统年固C的经济价值为23.95×104万元，年每公顷固C的经济价值为2 159.61元；年释放O2的经济价值为39.96×104万元，年每公顷释放O2的经济价值为3 603.56元。果园生态系统提供经济效益又创造了可观的生态效益。

(3)西安市果园生态系统固碳制氧的经济价值在年际间波动较大，2012年种植面积高于2007-2011年(见图2)，但是其固定CO2、折合固C和释放O2物质量却均低于2009-2011年，原因在于2012年降雨偏少仅为426.7 mm，属于较干旱年份，导致果树的生产发育受到阻碍，净初级生产力值偏低。

(4)果树的培育期比一般的森林培育期要长，花费的人工管理和经济投入也较多。所以实际果园造林成本很可能是笔者采用标准的数倍以上。