长江上游地区水土保持林草措施碳汇能力测算

高春泥　马力　尹元银　田红卫　张新

［关键词］ 碳汇；水土保持；林草措施；长江上游地区

［摘 要］ 水土保持植物措施对实现碳中和目标具有重要作用。为科学评估长江上游地区水土保持林草措施的碳汇能力，针对长江上游9省（自治区、直辖市），采用林业碳汇项目方法学，测算了“十三五”期间（2016—2020年）长江上游新增水土保持林草措施20 a的净碳汇量，结果表明：新增林草措施面积、林木的生长速度和生长情况是影响林木净碳储量变化的重要因素；甘肃、湖北、陕西和云南碳汇价值较高，而重庆、西藏碳汇价值较低，水土保持林草措施经济价值的创造受到地域的限制。

［中图分类号］ S157 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1000－0941（2023）09－0020－05

全球气候变化是目前人类面临的严峻挑战之一[1]。目前，“减排、增汇、保碳、封存”是被广泛认可的实现“双碳”目标的有效途径[2]。在增加与保护陆地生态系统的碳蓄积和固碳功能方面，水土流失治理通过减轻地表扰动与破坏、保持土壤团聚体的稳定性，实现土壤有机碳的积累；与此同时，水土保持植物措施通过其固碳释氧的功能发挥相应的固碳作用[3]。目前，关于生态恢复对土壤碳储量影响以及林业碳汇能力的研究已广泛开展[4-6]，但鲜有以水土保持为重点量化分析水土保持措施的碳汇能力及其经济价值的研究。

目前在水土保持行业尚没有特定的针对水土保持措施的碳汇计算方法。林业行业中经过国家发展改革委备案核准的林业碳汇项目方法学分别针对造林、森林经营、竹造林和竹经营[7]，其中《AR-CM-001-V01 碳汇造林项目方法学》现已在林业行业中广泛应用，为林业碳汇计算提供了可靠的计算基础[8-9]。水土保持林草措施实际为新建林地项目，可采用林业行业碳汇计算方法进行碳汇计算。

长江是中华民族的母亲河，受自然条件和人为因素的影响，长江上游也是长江流域乃至全国水土流失最严重的区域之一。新中国成立以来，在国家的高度重视和大力支持下，经过连续治理，到2018年底长江上游水土流失面积由20世纪80年代中期的35.20万km2，逐步下降到22.86万km2[10]。其中，水土保持林、经果林等林草措施是水土流失治理中最主要的措施，其面积约占每年新增治理水土流失面积的36%。水土保持林草措施不仅是水土流失治理的需要，也是提高区域碳汇和碳储量的重要措施。

为研究长江上游地区水土保持林草措施碳汇能力，本研究针对长江上游9省（自治区、直辖市），采用CCER（国家核证自愿减排量）林业碳汇项目方法学，测算“十三五”期间（2016—2020年）长江上游新增水土保持林草措施20 a的净碳汇量，旨在为科学评估水土流失综合治理的碳增汇效益提供数据支撑，为水土保持碳汇监测标准和规范的制定提供一定的指导。

1 研究区概况

长江上游涉及湖北、重庆、四川、贵州、云南、西藏、青海、陕西、甘肃9个省（自治区、直辖市），流域内水系众多，包括金沙江、岷江、乌江、嘉陵江等水系，控制流域面积约100万km2，占长江流域总面积的56%[11]。长江上游地形复杂，地跨我国第一、二级阶梯，由青藏高原、横断山地、云贵高原、秦巴山地、四川盆地等组成。区域内气候差异较大，跨高原、北亚热带和中亚热带三大气候区，以亚热带为基带，区内有局部南亚热带、暖温带、温带、寒温带气候类型分布[12]。流域多年平均气温为11.4 ℃，平均气温自东南向西北递减，多年平均降水量为907.1 mm，降水主要集中在夏季。

2 研究材料与方法

2.1 基础数据获取

研究区内每年新增治理水土流失面积以及林草措施面积主要通过查询全国及省级水土保持公報数据获取。青海省、四川省、西藏自治区、陕西省及甘肃省2016、2017年新增水土保持林、经果林面积数据缺失，本研究通过当年新增治理水土流失面积及2018—2020年3 a内新增水土保持林、经果林面积占新增治理水土流失面积比例进行估算。

2.2 碳汇量测算

水土保持林和经果林措施实际为新建林地项目，在本研究中，其碳汇计量采用国家发展改革委批准备案的CCER林业碳汇项目方法学《AR-CM-001-V01 碳汇造林项目方法学》进行计算，其规定造林项目活动产生的净碳汇量等于项目碳汇量扣除基线碳汇量和泄漏量，具体计算步骤如下。

2.2.1 碳层划分

根据《AR-CM-001-V01 碳汇造林项目方法学》要求，以各省水土保持公报每年统计的新增水土保持林及经果林数据为基础，将当年新栽植的水土保持林及经果林划分为一个碳层。“十三五”期间共划分5个碳层，即2016—2020年每年划分一个碳层，碳汇计入期为20 a（2016年1月1日至2035年12月31日）。

2.2.2 基线碳汇量及泄漏量

采用简单的逻辑推理法，在水土流失治理中，水土保持林与经果林大多营造于水土流失较严重的裸地或荒地，如果不实施水土保持林草措施，则土地会一直荒芜，因此水土保持造林工程中，可保守地将基线碳汇量假定为0。

在水土保持林、经果林建设中，主要的碳泄漏量为运送苗木所需的化石燃料燃烧所排放的CO2。苗木运送只在造林当年发生，其泄漏量相对较小，在本研究中将碳泄漏量简化处理为0。

2.2.3 林木生物质碳储量变化

第t年净碳汇量等于第t年时林木生物质碳储量的年变化量（ΔCt），计算公式为

上二式中：ΔCt为第t年时项目边界内林木生物质碳储量的年变化量，单位t/a；ΔCi，t为第t年时第i项目碳层林木生物质碳储量的年变化量，单位t/a；Ci，t为第t年时第i项目碳层林木生物质碳储量，单位t；Bi，j，t为第t年时第i项目碳层树种j的生物量（干质量），单位t；Fj为树种j生物量中的含碳率，无量纲；i为基线碳层，i=1，2，3，…;j为第i基线碳层中的树种，j=1，2，3，…；t为自项目开始以来的年数，t=1，2，3，…；t1，t2为项目开始以后的第t1年和第t2年，且t1≤t≤t2;44/12为CO2与C的分子量之比。

项目边界内林木生物量Bi，j，t的计算公式为

式中：Vi，j，t为第t年第i基线碳层树种j的材积，单位m3/株；Dj为第i基线碳层树种j的基本木材密度，单位t/m3；Ej为第i基线碳层树种j的生物量扩展因子，用于将树干材积转化为地上生物量，无量纲；Rj为树种j的地下生物量与地上生物量之比，无量纲；Ni，j，t为第t年时第i基线碳层的树种j的株数，单位株/hm2；Ai为第i基线碳层的面积，单位hm2。

2.2.4 材积、生物量变化

由于缺乏水土保持林草措施中林木生长情况的监测数据，因此本研究通过查阅资料及已有研究成果[13]，选取代表性树种建立不同树种材积与树龄的模型（见表1）来计算林木材积和生物量。

2.2.5 碳计量参数选择

本研究将水土保持林划分为针叶林、阔叶林、针阔混交林进行计算，经果林统一以《AR-CM-001-V01 碳汇造林项目方法学》中“杂木”树种组进行计算。因水土保持公报统计数据中水土保持林未进行林分统计，故本研究根据杨少康等[14]的研究成果，即长江上游流域植被类型主要包括栽培植被、灌丛、草甸、针叶林、阔叶林、针阔混交林等，分别占24.1%、21.5%、20.0%、14.9%、6.0%、0.4%，计算出针叶林、阔叶林、针阔混交林在森林植被类型中占比分别为69.95%、28.17%、1.88%。树种组生物质碳储量计算所需的生物量含碳率（F）、地下生物量与地上生物量比值（R）、基本木材密度（D）、生物量扩展因子（E）参数均参照《AR-CM-001-V01 碳汇造林项目方法学》中提供的中国主要优势树种（组）参数参考值获取，见表2。

2.2.6 经济价值估算

根据前人研究成果[15-16]，按照单位碳价格31.74元/t计算。

3 结果与分析

3.1 不同碳层净碳汇量变化

从图1可以看出，除林木种植的第一年外，2016—2035年各碳层净碳汇量均呈现先增加后趋于平缓的趋势，2016—2034年各碳层净碳汇总量逐年上升，至2034年总量达到峰值，合计达122 410万t。净碳汇量与各碳层内林木生长量息息相关，当林木生长到一定程度后，其生物量逐渐维持至恒定水平，因此其年净碳汇量趋于稳定。

从不同碳层的数据对比来看，碳层1净碳汇量最大，碳层5最小。对比2016—2020年各省（自治区、直辖市）水土保持林、经果林数据分析可知，2016年长江上游9省（自治区、直辖市）共新建水土保持林和经果林11 914 km2，2020年新建10 821 km2。由此可知，新增林草措施面积也是影响林木净碳汇量的重要因素，各碳层净碳汇量随碳层造林面积的增加而增加。

3.2 不同林分净碳储量

图2显示了2016—2035年的20 a计入期内9省（自治区、直辖市）不同林分的净碳储量变化情况。从整体来看，水土保持林内针叶林、阔叶林及针阔混交林的净碳储量变化趋势相同，在20 a内呈逐渐上升的趋势；经果林净碳储量在2021—2032年急速上升，随后趋于平稳，其主要原因是乔木林在35 a的树龄范围内均属其快速生长阶段，而经果林成材速度相较于乔木林更快，在成材后其净碳储量变化较小。森林碳汇通过植物的光合作用吸收大气中的CO2并将其固定到森林当中[17]，因此林木的生长速度和生长情况是影响林分净碳储量的重要因素。

从图2不同林分净碳储量可以看出，新建针叶林净碳储量在4种不同林分中最高，累计达1 602 255万t，而针阔混交林净碳储量仅为840万t，阔叶林和经果林净碳储量分别为58 486万和11 168万t。2016—2020年9省（自治区、直辖市）共新建针叶林137 073万株、阔叶林55 197万株、针阔混交林3 680万株、经果林118 006万株，新建针叶林面积远大于其他林分，因此其净碳储量最大。

3.3 各省水土保持林草措施经济价值

图3显示了当单位碳价格为31.74元/t时，2016—2020年间营造的水土保持林和经果林在20 a计入期内不同省（自治区、直辖市）的碳汇价值。从图3中可以看出，甘肃、湖北、陕西和云南碳汇价值较高，分别达到了2 220.48万元、936.52万元、922.36万元、652.39万元；而重庆、西藏碳汇价值较低，分别为48.56万元和26.66万元。从地域情况分析，重庆市国土面积较小，因此其水土保持林草措施实施面积相较于其他省份较小，而西藏自治区受高海拔、恶劣气候影响，水土保持林草措施实施面积亦相对较小。由此可以看出，水土保持林草措施经济价值的创造受到地域的限制。

4 讨论

从本研究中可以发现林木面积及其生长量是影响林木净碳储量变化的重要因素，但林木生长到一定程度后，其生长量逐渐减小，从而影响碳汇增量。李奇[18]通过对中国乔木林碳储量与固碳潜力的研究发现，随着乔木林的进一步成熟增长，当进入成熟林和过熟林时，碳储量的增量将放缓直到不再增加，这与本研究结果是一致的。杨云[19]通过对湘西石漠化地区4种人工林碳汇潜力的分析也得出了相同结论。因此，对水土保持林进行科学的经营管理，增加造林面积并对低产低效林进行改造，可以有效地增加林木蓄积增长潜力，从而稳定提升水土保持林草措施碳汇能力。

不同林分的碳汇能力各不相同。一般来说，阔叶林相较于其他林分拥有较高的碳储量，主要是阔叶林面积较大和具有较高的碳密度所致[20]。而本研究显示长江上游地区针叶林的碳汇效益更大，主要是长江上游地区水土保持林草措施中针叶林占主要部分，从而使其在长江流域碳汇效益中发挥了更大效益。在今后的水土保持林营造过程中，树种选择上除结合当地条件外，还需参考、选择碳汇能力强的树种，以增加水土保持林草措施的碳汇效益。

在碳汇研究中，目前林业行业已形成了較为完整的测算体系[21-23]，而针对水土保持措施的碳汇能力测算的研究还较少，如何整合水土保持措施中已有的观测和研究成果，研究出适宜于水土保持领域的碳汇测算方法可成为下一步研究中的重点。

本研究选取长江上游地区为研究区，由于涉及范围较广，因此在基础数据收集方面，如各省（自治区、直辖市）水土保持林草措施的面积、类型、生长情况等，未能搜集到详尽的数据。在碳汇市场蓬勃发展的势头下，详尽的观测和统计数据是水土保持领域测算碳汇价值的重要支撑，因此确定水土保持碳汇测算观测指标也是今后研究的重点。

5 结论

1）新增林草措施面积是影响林木净碳汇量变化的重要因素，各碳层净碳汇量随碳层面积的增加而增加。各碳层净碳汇量与各碳层内林木生长量息息相关，当林木生长到一定程度后，其生物量逐渐维持至恒定水平，其年净碳汇量趋于稳定。

2）林木的生长速度和生长情况是影响林分净碳储量的重要因素。水土保持林中针叶林、阔叶林及针阔混交林的净碳储量变化趋势相同，长江上游地区水土保持林草措施中针叶林占比大，因此其净碳储量最大。

3）甘肃、湖北、陕西和云南碳汇价值较高，而重庆、西藏碳汇价值较低，水土保持林草措施经济价值的创造受到地域的限制。

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收稿日期： 2023-05-11

基金项目： 长江勘测规划设计有限责任公司自主创新项目（CX2021Z02）

第一作者： 高春泥（1993—），女，重慶人，工程师，博士，主要从事水土保持规划设计工作。

E-mail： gaochunni@cjwsjy.com.cn

（责任编辑 徐素霞）