青海省2021年度新建水土保持工程固碳效益估算

摘 要： 将水土保持纳入碳交易体系，是实现生态补偿、促进水土保持可持续发展和改善气候环境的需要，同时也是实现国家“双碳”目标的需要，但目前在小尺度范围水土保持固碳效益测算方面的技术支撑还存在不足。为此，在已有固碳效益测算技术的基础上，针对不同水土保持措施、不同立地条件，提出了水土保持固碳效益分析简易模型，以评估小尺度范围内水土保持工程的固碳效益。评估结果表明，青海省2021年度新建水土保持工程总固碳效益为44 731 t/a，其中小流域水土保持综合治理工程固碳效益40 443 t/a，坡耕地水土流失综合治理工程固碳效益1 139 t/a，淤地坝固碳效益3 149 t/a。

关键词： 固碳效益；碳汇；新建工程；水土保持；青海省；2021年度

中图分类号： S157" 文献标识码： A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.01.012

［引用格式］ 王延秀，段荣薇，王芳，等.青海省2021年度新建水土保持工程固碳效益估算[J].中国水土保持，2025（1）：45-50.

水土保持是生态文明建设的必然要求，也是实现碳中和的重要一环。2020年9月，我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的目标和愿景[1]。余新晓等[2]从水土保持工程措施、植物措施、农业措施、生态清洁小流域建设方面分析碳减排效果，提出了实现碳中和的若干对策；李智广等[3]提出水土保持碳汇是建立在治理水土流失的工程措施、植物措施、耕作措施及其产生的调水蓄水保土效益等物质基础上的，主要固碳途径包括植物途径、土壤途径和水体途径，并且参考陆地生态系统碳汇核算方法，结合水土流失治理措施及其效益基础数据，分析和厘清了水土保持碳汇能力评估指标体系[4]。

从“双碳”目标看，青海是巨大的碳汇盈余地，习近平总书记强调“希望青海在实现碳达峰方面先行先试”。为此，以2021年度青海省水土保持工程完成量为基础，开展水土保持工程固碳效益研究，以期量化青海省水土保持工程固碳效益，逐步推动水土保持碳汇纳入温室气体自愿减排交易机制。

1 研究区概况

青海省地域辽阔，地貌复杂多样，兼具黄土高原、青藏高原和西北高山区三个地域特点，是全国水土流失最为严重的省份之一。由于青海省特殊的自然地理环境，海拔高，气候寒冷、干旱，土壤流失面积大，侵蚀类型多样，植被生长周期短，因此具有独特的水土流失特点，水土流失治理难度大。

根据全国水土流失动态监测，截至2021年末，青海省水土流失面积28.10万km2（含冻融侵蚀），占国土总面积的40%以上。2021年青海省水土保持工程主要集中在湟水流域，见图1。

2 数据与方法

2.1 数据来源

数据来源为《2021年青海省水土保持公报》及青海省水土保持中心2021年度水土保持工程完成量，其中：小流域水土保持综合治理工程28项，治理面积503.30 km2；坡耕地水土流失综合治理工程6项，治理面积28.87 km2；新建淤地坝5座，总库容256.38万m3。

2.2 研究方法

水土保持工程措施通常起到防治水土流失、维持土壤团聚体稳定性、减少泥沙入河的作用，避免土壤有机碳在水蚀、风蚀等影响下随土壤流失产生迁移、土壤结构遭到破坏、土壤碳排放加剧，从而实现土壤有机碳的积累[2]。水土保持植物措施通过植物光合作用将大气中的CO2转化为纤维素等有机质[3]，产生固碳效益。以封禁措施为代表的自然修复方案通过控制外来扰动因素，在封禁区域营造良好的植被生长条件，促进生物量的增加，从而增加区域固碳效益。

根据实际经验，小流域水土保持综合治理工程固碳效益分析采用典型分析法，简易流程为：分析工程分布规律→选定不同类型区的典型工程→计算典型工程单位面积固碳效益→以典型工程推算类型区固碳效益→汇总固碳总量。坡耕地水土流失综合治理工程以治理土壤流失为主，采用计量法，通过计量治理后减少的土壤流失量中固定的碳储量进行固碳效益分析。淤地坝工程以治理沟道土壤流失为主，采用计量法，通过计算淤积泥沙中固定的碳储量进行固碳效益分析。开展水土保持固碳效益分析的简易模型见图2。

参照《森林生态系统碳储量计量指南》[5]，通过计算单位时间内水土保持植物措施乔灌草活体地上生物量、地下生物量和枯落物、枯死木生物量的增加量，以及相对应的含碳率得出植物碳储量。根据土壤有机碳含量和减少的土壤流失量得出保土固碳量[6]。

1）地上生物量计量方法：乔木地上生物量通过查阅立木生物量模型及碳计量参数[7-8]获得数据（林业调查通常采用典型样地抽样调查、运用遥感和地理信息技术等方法获得地上生物量），未发布立木生物量模型及碳计量参数的树种采用蓄积量-生物量转换法[5]计算；灌木地上生物量采用缺省值[5]；草本地上生物量查阅《青海草地资源》[9]。

2）地下生物量计量方法：乔木地下生物量可以根据地下生物量与地上生物量比值（缺省值）计算，本研究通过查阅立木生物量模型及碳计量参数[7-8]获得，或根据蓄积量-生物量转换法[5]计算；灌木地下生物量采用缺省值[5]；草本地下生物量查阅《青海草地资源》[9]。

3）封禁措施生物量计量方法：封禁措施生物量根据封禁区内植物类型（乔木、灌木或草本）参照前文地下、地上部分生物量计量方法计算。青海省封禁区以草本为主，查阅《青海草地资源》[9]确定地下、地上生物量。

4）枯落物生物量计量方法：根据枯落物生物量占地上生物量的比例计算[5]。

5）枯死木生物量计量方法：根据枯死木生物量占乔木地上生物量的比例计算[5]。

3 结果与分析

3.1 小流域水土保持综合治理工程固碳效益

2021年青海省共开展小流域水土保持综合治理工程28项，治理水土流失面积共503.30 km2，完成工程量为：坡改梯1 437.22 hm2，水保乔木林1 921.53 hm2、水保灌木林773.69 hm2，混交林176.33 hm2，经济林79.18 hm2，四旁植树361.10 hm2，封禁治理44 606.09 hm2，种草975.01 hm2（见表1）。

3.1.1 典型小流域综合治理效益

3.1.1.1 选取典型小流域

以青海省行政区划为主，结合草地区划，综合考虑2021年度28项小流域水土保持综合治理工程建设区的海拔、降水量、土壤类型、土壤侵蚀强度等因素，选取各区域内具有代表性的典型小流域进行调查和分析，进而推算全市（州）水土保持工程的固碳效益。

以黄河流域温性草原区为例，该区域有5项小流域水土保持综合治理工程，海拔2 325～3 505 m，土壤侵蚀模数2 337～4 800 t/（km2·a），土壤以灰钙土、栗钙土为主，区域内不同地区年降水量为253～563 mm。经过综合分析，选取平均海拔2 800 m、土壤侵蚀模数3 100 t/（km2·a）、土壤类型为灰钙土和栗钙土、年降水量为342.5 mm的尖扎县尖扎滩乡石乃亥小流域为综合治理项目典型小流域。

3.1.1.2 工程措施固碳效益

尖扎县尖扎滩乡石乃亥小流域综合治理项目中坡改梯措施面积25.80 hm2，该区原土壤侵蚀模数约3 100 t/（km2·a），通过治理减少至1 000 t/（km2·a）以下，减少的水土流失量为541.8 t/a。该区域土壤平均有机质含量为23.55 kg/t[6]，土壤有机碳含量占土壤有机质含量的58%。经计算，工程措施保土固碳量为7.40 t/a。

3.1.1.3 植物措施固碳效益

植物措施通常包括乔灌草种植、封禁修复等。根据《森林生态系统碳储量计量指南》[5]，植物措施乔灌草的碳储量计算公式为

C=∑nk=1（Mk×Fk）×S（1）

Mk=MA，k+MB，k（2）

式中：C为植物措施乔、灌、草的碳储量，单位t；Mk为植物k平均单位面积生物量，单位t/hm2；Fk为植物k的含碳率；S为植物措施乔、灌、草面积，单位hm2；MA，k为植物k平均单位面积地上生物量，单位t/hm2；MB，k为植物k平均单位面积地下生物量，单位t/hm2。

尖扎县尖扎滩乡石乃亥小流域综合治理项目植物措施固碳效益如下：

1）乔灌草种植固碳。该项目栽植水保乔木林9.97 hm2、水保灌木林20.71 hm2、经济林11.01 hm2，无种草措施（因该项目没有种草措施，因此本次只计算乔灌木种植的固碳效益；种草措施的固碳效益计算方法与封禁措施一致）。其中，水保乔木林主要树种为云杉、青杨，混交，各栽植12 488株；经济林树种为山杏，共栽植27 579株。

通过查阅文献[10-12]确定云杉、青杨连年生长量（胸径连年生长量ΔD、高度连年生长量ΔH）。根据《立木生物量模型及碳计量参数——云杉》［7］中立木生物量二元模型MA=0.307 98D1.557 10H0.256 63（MA为单株地上生物量，单位kg；D为胸径，单位cm；H为高度，单位m；下同）和MB=0.094 151D2.225 93H－0.347 53（MB为单株地下生物量，单位kg，下同），结合云杉连年生长量，计算单株云杉年初、年末生物量，其差值为单株云杉生物量年度增量ΔM单株[单位kg/（株·a）]；参照《立木生物量模型及碳计量参数——桦树》［8］中立木生物量二元模型MA=0.202 54D1.480 13H0.520 19和MB=0.075 658D1.690 31H0.280 28，结合青杨连年生长量，计算单株青杨生物量年度增量ΔM单株[单位kg/（株·a）]。乔木单株生物量年度增量与栽植数量的乘积即总生物量。乔木含碳率F采用缺省值0.5。

根据郭欣雨等[13]建立的山杏二元立木材积方程V=0.000 061 60H1.929D0.960 9计算材积（单位m3/株），通过立木材积与栽植密度计算蓄积量（单位m3/hm2）；根据《森林生态系统碳储量计量指南》［5］，地上生物量为蓄积量、木材密度、生物量扩展因子之积，其中木材密度采用缺省值0.482 t/m3，生物量扩展因子为1.514；地下生物量为地上生物量乘以0.262。根据实际调查所得山杏连年生长量，计算山杏单位面积生物量年度增量ΔM[单位t/（hm2·a）]。含碳率F采用缺省值0.5。

项目栽植的水保灌木林为柠条，根据《森林生态系统碳储量计量指南》［5］，灌木平均单位面积生物量采用缺省值：地上生物量为12.51 t/hm2，地下生物量为6.72 t/hm2。柠条5 a成林，单位面积生物量年度增量为：地上生物量年度增量2.50 t/（hm2·a），地下生物量年度增量1.34 t/（hm2·a）。灌木含碳率F采用缺省值0.47。

根据乔灌木生物量年度增量、含碳率和工程量，按照式（1）、式（2）计算该项目植物措施年度碳储量增量，即固碳效益ΔC，共计48.47 t/a（见表2）。

2）封禁措施固碳。该项目围栏封育1 432.51 hm2，属于温性草原区，根据《青海草地资源》［9］，该区天然草地地上、地下单位面积生物量共计1 661.51 kg/（hm2·a）。通过查阅文献，王顺利等[14]的研究显示温性草原区在多年封育措施下，草地生物量增加24.45%，因此有扰动状态下草地生物量为1 335.08 kg/（hm2·a），草地生物量增加量326.43 kg/（hm2·a）。根据《林业碳汇计量监测技术规程》[15]，草本含碳率采用缺省值0.327。因此，通过封禁治理措施，该项目固碳效益为152.91 t/a。

3）枯落物固碳。植物措施地上生物量增量为乔灌木地上单株生物量增量与数量的乘积，或单位面积生物量增量与面积的乘积，经计算地上生物量增量乔木林为7.87 t/a、经济林为9.25 t/a、灌木林为51.78 t/a。枯落物生物量占地上生物量的比例根据《森林生态系统碳储量计量指南》［5］取值，温带针阔混交林为12.077%、经济林为13.940%、灌木林为32.049%。枯落物含碳率采用缺省值0.37。该项目枯落物固碳共计6.97 t/a。

4）枯死木固碳。该项目乔木地上生物量增量为7.87 t/a，枯死木生物量占乔木地上生物量的比例根据《森林生态系统碳储量计量指南》［5］取值，西北地区为3.11%，枯死木含碳率采用缺省值0.37。该项目枯死木固碳共计0.09 t/a。

5）植物措施保土固碳。该项目植物措施面积共计1 474.20 hm2，土壤侵蚀模数差值2 100 t/（km2·a），减少的水土流失量为30 958 t/a。该区域为灰钙土和栗钙土，平均土壤有机碳含量为13.66 kg/t。经计算，植物措施保土固碳量为422.89 t/a。

综上，尖扎县尖扎滩乡石乃亥小流域综合治理项目治理总面积15.00 km2，工程措施和植物措施固碳效益总量638.73 t/a，固碳效益平均值42.58 t/（km2·a），可代表黄河流域温性草原区海南州1项、黄南州4项小流域水土保持综合治理工程的固碳能力。

3.1.2 青海省2021年小流域综合治理效益

采用以上计量方法，计算各类型区典型工程固碳效益，以典型工程推算得出青海省2021年新建小流域水土保持综合治理工程固碳效益共计40 443 t（见表3），单位面积固碳效益80.35 t/（km2·a）。

3.2 坡耕地水土流失综合治理工程固碳效益

青海省2021年新建坡耕地水土流失综合治理工程6项，治理水土流失总面积2 886.66 hm2，均位于西宁市和海东市（民和县2项，其他区县各1项），土壤为灰钙土、栗钙土，均属于中度水土流失区域，土壤侵蚀模数2 800～4 500 t/（km2·a），自然条件差异性较小。通过坡耕地水土流失综合治理，区域土壤流失得到有效控制，土壤侵蚀强度从中度降至微度，并持续产生保土效益。

经过计算，新建坡耕地水土流失综合治理工程每年固碳效益1 139 t（见表4），单位面积固碳效益39.46 t/（km2·a）。

3.3 淤地坝工程固碳效益

2021年，青海省共新建淤地坝5座，分别位于西宁市、海东市，均属于湟水谷地，自然条件类似。淤地坝均为大型工程，总库容256.38万m3，淤积库容209.27万m3，淤地坝集水面积共计30.76 km2。项目区土壤以栗钙土为主，表层土壤密度1.22 t/m3[6]，土壤有机质含量37.9 kg/t[6]，土壤有机碳含量占土壤有机质的58%，为21.98 kg/t。

经计算，2021年新建的5座淤地坝在设计年限内总拦泥固碳量共计56 116 t（见表5），设计淤积年限为13～20 a，经加权平均，年均固碳效益3 149 t，单位面积固碳效益102.37 t/（km2·a）。

4 结论

以现有的水土保持碳汇探讨为基础，参照《森林生态系统碳储量计量指南》［5］，结合《青海土壤》［6］和《青海草地资源》［9］等著作，以及各界学者对林地、草地、土壤的碳储量分析文献，提出了采用典型分析法、计量法为基础的水土保持碳汇效益估算方法。经计算，2021年青海省新建水土保持工程总固碳效益为44 731 t，其中：小流域水土保持综合治理工程固碳效益为40 443 t，坡耕地水土流失综合治理工程固碳效益为1 139 t，淤地坝固碳效益3 149 t。

单位面积平均固碳效益淤地坝工程＞小流域水土保持综合治理工程＞坡耕地水土流失综合治理工程，这是因为：淤地坝通常建设在沟道侵蚀较为剧烈、集水面积较大的流域，能够大量拦蓄流域产生的泥沙，单位面积产生的固碳效益较高，但淤地坝淤积完成后，不再持续产生拦泥固碳效益；小流域水土保持综合治理工程通常采取工程措施、植物措施综合治理，能够持续产生较明显的固碳效益；坡耕地水土流失综合治理工程主要是在较为平缓的坡面（农耕区）拦蓄地表径流、固定土壤，以梯田拦蓄泥沙为主，因此其固碳效益低于小流域水土保持综合治理工程。

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（责任编辑 徐素霞）