安吉践行“两山”的毛竹林碳汇研究*

刘 玉 莉

(湖州师范学院 农村发展研究院， 浙江 湖州 313000)

2005年8月15日，时任浙江省委书记习近平在考察安吉县余村时提出了著名的“两山”理念。时隔15年，“两山”理念从一个小山村走向了全国，成为了习近平生态文明思想的重要组成部分。“两山”理念指引的是敬畏自然、尊重规律的发展，是更有质量和效益的发展，是造福人民的发展。“两山”理念的核心是可持续发展、绿色发展和高效生态的现代化发展。

安吉是中国著名的竹子之乡，是浙江省九大重点林区县之一，拥有丰富的森林资源。安吉全县的林地面积高达13.8×104hm2，森林覆盖率高达70.2%。据统计，安吉有竹林面积6.73×104hm2，其中毛竹林5.7×104hm2，占林地总面积的41.3%，毛竹的蓄积量和商品竹产量均位居全国第一[1]20[2]1-2。

毛竹林具有较强的固碳能力。研究表明，1hm2毛竹林的年固碳量约为5.09t，为同等立地条件下杉木林的1.46倍、热带雨林的1.33倍[3]51-54。由此可见，毛竹林在森林碳汇功能中发挥着极其重要的作用。丰富的毛竹林资源、发达的竹产业，使安吉具备了开展毛竹林碳汇项目的先天优势。2010年11月11日，全球首座毛竹林碳通量观测站在安吉建立，安吉就开始积极探索毛竹林碳汇试点。发展至今，以毛竹林为典型代表的竹林碳汇已成为安吉的绿色产业，是安吉促进乡村振兴的先导产业，也是推动安吉农村脱贫致富的产业。同时，安吉也由此踏上了践行“两山”理念的毛竹林碳汇实践示范之路。

一、安吉毛竹林碳汇的发展历程

(一)毛竹林碳汇转型背景

2001年，安吉提出并确立了“生态立县”的发展战略。2003年，安吉正式提出争创全国生态县的发展目标。2006年6月，安吉获得“国家生态县”荣誉称号，成为全国第一个国家级生态县。2007年，安吉被确定为全国新农村与生态县互促共建示范区。2008年，安吉被确定为全国生态文明建设试点县。在这一系列荣誉称号的鼓舞下，安吉基于自身的竹林资源优势，使竹产业成为县域经济的支柱产业。

林业是生态文明建设的主体，是践行“两山”理念的主阵地。毛竹林是安吉的特色资源，集经济、生态及社会效益于一体，在应对气候变化、减少贫困及绿色可持续发展中发挥着重要作用。据安吉县自然资源和规划局统计，2019年安吉竹产业年出口创汇约3亿美元，竹产业综合产值超200亿元，位居全国首位[2]2-3。然而，由于劳动成本上升、经济增速放缓，安吉的竹产业发展也面临着从简单的加工产品向高附加值产品、绿色产品转变的产业转型之痛。

(二)毛竹林碳汇探索历程

1999年，在中国林业科学研究院林业研究所、浙江省林业科学研究院和浙江农林大学的技术支持下，安吉开始建设毛竹林现代示范园区。2005年，安吉竹产业协会成立。该协会主要负责竹产品的专利维权活动。2009年至今，竹产业协会逐渐牵头完成安吉全县的竹林FSC森林认证工作。2010年，在安吉县人民政府、安吉县林业局和浙江农林大学、浙江省森林固碳减排重点实验室的技术支持下，安吉县山川乡马家弄村建立全球首个毛竹林碳通量观测站。该观测站采用当时世界上最先进、最切实可靠的，可以实时连续观测毛竹林生态系统净CO2交换量的涡度相关技术，可以精确估算毛竹林在季节、年度等不同时间尺度下的固定CO2量。发展至今，该观测站取得的主要成果有：(1)初步明确了毛竹林在不同时间尺度下的固碳状况，确定了毛竹林碳汇能力的稳定性(参见表1和图1)。(2)确定了不同时间尺度影响毛竹林碳通量变化的主要因子(参见图2)。(3)定量解释了毛竹林碳通量变化的成因(参见图3)。

表1 2011-2016年毛竹林净生态系统交换量(NEE)、生态系统呼吸(RE)和总生态系统交换量(GEE)变化表

由表1可知：毛竹林每年均是碳汇，年均NEE为600.3±53.7 gC·m-2·month-1，约为雷竹林生态系统生产力的6倍，变化范围为531.9～665.9 gC·m-2·a-1，变异系数为8.9%。这表明，毛竹林的碳汇能力比较稳定。毛竹林同期的RE均值为941.1±15.2 gC·m-2·a-1，其稳定性高于其碳汇能力。这表明，毛竹林生态系统碳排放稳定。毛竹林的年GEE的变化范围为1 461.4～1 565.6 gC·m-2·a-1，均值为1 541.4±59.4 gC·m-2·a-1。通过比较变异系数，发现其稳定性高于其碳汇能力，低于其生态呼吸。

图1为毛竹林月度NEE、RE和GEE的变化情况。研究发现毛竹林月均NEE均为负值，这表明全年均为碳汇，即毛竹林是吸收大气CO2的汇；毛竹林全年月均NEE的变化较大，净生态系统碳吸收能力7月最大，1月最小。全年来看，毛竹林在主要生长季(4-10月)内的碳吸收量较大，占全年总量的75.4%；冬季(12-次年2月)的碳净吸收量较小，仅占全年的11%。毛竹林8月的RE最大(94.26 gC·m-2·month-1)，2月最小(61.9 gC·m-2·month-1)，主要生长期内的RE占全年的63.9%。毛竹林的月均GEE变化曲线与月均NEE变化曲线相似，毛竹林的总生态系统生产力(数值与GEE相等，符号为正)7月最大(184.3 gC·m-2·month-1)，1月最小(79.3 gC·m-2·month-1)，主要生长期的总生态系统生产力占全年的68.4%[4]33-34。

图1 2011-2016年毛竹林月均碳通量(均值±标准差)的变化趋势曲线图

基于随机森林算法的计算结果表明：影响毛竹林NEE日平均变化的环境因子主要有饱和水汽压差、土壤温度、气温、光合有效辐射及土壤含水量(参见图2A)。其中，土壤温度、气温是毛竹林RE日平均变化的主要影响因子(参见图2C)，饱和水汽压差、土壤温度和气温则是显著影响毛竹林GEE日平均变化的环境因子(参见图2E)。可见，在同一日变化时间尺度内，毛竹林碳通量(NEE、RE与GEE)的驱动因子不同。而在月变化尺度内，影响毛竹林NEE的因子依次为土壤5 cm温度、7 m处气温(均达到极显著水平)、叶面积指数以及光合有效辐射(均达到显著水平，详见图2B)。毛竹林RE的主要驱动因子是土壤温度和气温，其次为蒸散(参见图2D)。气温、土壤温度以及叶面积指数是显著影响毛竹林GEE的因子[4]29-30。由此可见，筛选不同时间尺度影响毛竹林碳通量变化的驱动因子，对研究毛竹林碳汇的稳定性及其形成机制具有十分重要的意义。

为进一步量化毛竹林碳通量及其与驱动因子的关系，基于前文的结果及生态系统生理生态机制，构建了如图3所示的结构方程模型(参见图3)，并以毛竹林净生态系统交换量为例。结果显示，该模型可以解释毛竹林净生态系统交换量54.9%的变异。图2B显示，2011-2016年，毛竹林月尺度NEE驱动因子的重要性排序依次为：土壤5cm温度(20.36%)、7m处气温(17.64%)、叶面积指数(13.57%)、光合有效辐射(17.17%)，即土壤温度和气温是毛竹林月NEE的重要驱动因子[4]38。图3为研究期内对毛竹林月尺度净生态系统交换量有直接作用的驱动因子。除了土壤50cm处含水量(SWC50)、饱和水汽压差及降水有正相关关系外，其他因子均与NEE呈负相关关系。土壤温度、气温是NEE月变化最重要的直接驱动因子.这与之前随机森林模型筛选结果相一致。

图3 2011-2016年毛竹林月净生态系统交换量的结构方程模型结果图示(2)SRMR为结构方程模型的标准化残差均方和平方根(standardized root mean square residual)，CMIN为卡方统计量，DF为自由度，公认的良好模型与数据的拟合标准为CMIN/DF <3，GFI为良适性适配指标(goodness-of-fit index)，CFI为比较适配指数(comparative fit index)。其他因子代表的因子与图2相同。连线上括号内的数字表示直接作用关系的显著性(p值)。实线表示各因子对NEE负向的直接作用效果，虚线表示对毛竹林月NEE正面的直接作用效果。R2代表所有因子对NEE变化解释的比例。

(三)毛竹林碳汇探索成效

本研究基于涡度相关技术，采用随机森林算法筛选毛竹林不同时期碳通量变化的驱动因子，并结合生态系统生理机制构建结构方程模型，量化解释其不同时间尺度碳通量变化成因，同时也为定量评价毛竹林碳汇的稳定性、固碳机制，毛竹林碳汇经营及其可持续发展提供新的理论参考[4]97。

本研究的顺利开展，离不开安吉县人民政府、安吉县林业局、浙江农林大学、浙江省森林固碳减排重点实验室的合作，同时也为安吉毛竹林碳汇研究的长期定量监测、精准评估及未来应对气候变化提供了数据支撑和实践依据。安吉毛竹林碳通量观测站是亚热带森林的典型代表，也是中国碳通量观测系统的一部分，应该积极与全球碳通量观测站同纬度的森林碳汇能力进行比较分析，以便更加精准地评估毛竹林的碳汇能力。毛竹林碳汇研究基地的逐渐完善，也为进一步开展相关研究，加强多方合作提供了便利。2012年，安吉与中国绿色碳汇基金会、国际竹藤组织、浙江农林大学等单位签订 “竹林可持续经营和竹产品储碳计量和交易研究与实验示范区”建设框架协议，安吉拥有了全球首个竹林经营增汇及竹制品储碳试验示范区项目[5]14。该项目在2013年开始实施，计划五年内开展竹林的可持续经营和竹制品固碳的方法学研究，以及相关示范项目，最终实现竹林的可持续经营储碳增汇、竹产品储碳项目的碳信用交易。2014年，“竹林碳汇试验区建设工程”被列为湖州市生态文明先行示范区建设的十大重点工程之一，安吉开始建设国内领先的竹林碳汇机制创新及其科技研发试验区。自此，安吉县的竹林碳汇研究工作进入了快速推进时期[5]14-15。

二、安吉毛竹林碳汇的实践与提升

2016年7月，国家环保部办公厅复函，同意将安吉县列为全国唯一的“绿水青山就是金山银山”理论实践试点县。2016年9月，浙江省住房和城乡建设厅下发《支持安吉县创建“两山”理论实践示范县的若干意见》，明确提出支持安吉县开展“竹林碳汇试验示范区”建设，由此加快了安吉县毛竹林实现生态服务的市场价值[5]14。与此同时，《竹林经营碳汇项目方法学》获国家发改委备案，也为提高竹林固碳能力及综合效益提供了技术支持和标准。比如1 400hm2毛竹林，以30年(2016-2045年)为固定计算期，会产生约25万吨CO2当量的减排量，还会有数百万的额外收益，在增加林农收入的同时也实现了生态效益的变现[5]15。2016年12月，安吉建成了中国安吉竹林碳汇展示馆。该馆展示安吉的竹子历史及其竹制品，普及了安吉的竹林碳汇及竹文化，成为全国第一个集科普、体验、教育等为一体的实践基地。

经过多年的合作研究，依托实验平台(毛竹林通量观测站)和示范基地(毛竹碳汇造林示范基地、毛竹林固碳减排综合技术示范基地)，安吉毛竹林碳汇研究取得了一系列的成果。(1)发表论文180多篇，SCI收录100篇，其中20多篇发表在Agricultural and Forest Meteorology、Forest Ecology and Management、Plant and Soil等国际农林领域顶级期刊上，一级期刊81篇。(2)出版专著9部，主要有《竹林生态系统中碳的固定与转化》《竹林生物量碳储量遥感定量估算》《竹林生态系统碳汇计测与增汇技术》《竹材产品碳储量与碳足迹研究》《竹林碳汇项目开发与实践》及《竹林生态系统能量和水分平衡与碳通量特征》等。(3)获得“竹林生物量碳储量遥感估算软件V1.0”“基于非线性偏最小二乘优化模型的森林碳汇遥感估算方法”等10多项知识产权。(4)浙江农林大学的“竹林生态系统碳过程、碳监测与增汇技术研究”项目荣获2012年浙江省科学技术奖一等奖。由浙江农林大学周国模教授主导完成的“竹林生态系统碳汇监测与增汇减排关键技术及应用”项目荣获2017年国家科学技术进步奖二等奖。(5)在项目推广与效益方面，开发了41.6万亩毛竹林，产生了国家核证碳减排量528.2万吨，新增了2.64亿元碳汇收益；通过增汇减排技术推广503万亩，每年增加150.9万吨碳汇量，可增加9.05亿元的竹材和碳汇综合效益；周国模教授连续七次参加联合国气候大会并进行主题发言，引起了国际社会对竹林碳汇的高度重视和认可。

这些成果解决了毛竹林碳汇的技术问题，突破了制约毛竹林碳汇产业发展的技术瓶颈，为提升毛竹林碳汇功能并进入碳减排市场提供了强有力的科技支撑，推动了毛竹林碳汇产业及竹资源的可持续发展。同时，相关技术的研发、推广及应用，为我国广大山区林农践行“两山”理念、落实精准扶贫提供了有效的转化路径[6]第8版。

三、安吉毛竹林碳汇发展建议

毛竹林的固碳过程涉及气象、凋落物、生物及经营措施等多种因素。要理解毛竹林生态系统碳汇的形成机制及其对气候变化的响应，需要做好以下几方面工作：(1)进行持续研究，同时进行野外实验、模型模拟、院校与地方的持续合作，并保障政策、技术和资金的持续投入。由此，为毛竹林碳汇研究持续提供实验平台及技术支撑，实现合作共赢。(2)通过毛竹林抚育、森林经理学、林业遥感及农林经济等多学科的交叉研究，提高毛竹林碳汇的精确监测和计量水平。(3)通过政府主导、社会广泛参与的形式，募集资金，建立毛竹林碳汇专项基金；积极组织毛竹林碳汇项目实施，及时掌握国内外碳交易政策动态，逐步完善和规范竹林碳汇碳交易机制，发挥毛竹林的综合经济效益；以市场为主导，有效发挥毛竹林固碳减排、应对气候变化的作用。(4)鼓励林农广泛参与，规范生产和经营，优化毛竹林结构，提高毛竹林生产力。(5)加强毛竹林碳汇专业人才培养，及时研发、应用和推广新技术，为毛竹林碳汇可持续发展提供坚实的人才和技术支撑。