遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地固碳價(jià)值評(píng)價(jià)研究

康曉明崔麗娟趙欣勝李偉張曼胤高琦（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，濕地生態(tài)功能與恢復(fù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 0009；遼寧商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，沈陽(yáng) 06）

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遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地固碳價(jià)值評(píng)價(jià)研究

康曉明1崔麗娟1趙欣勝1李偉1張曼胤1高琦2
（1中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，濕地生態(tài)功能與恢復(fù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091；2遼寧商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，沈陽(yáng) 110161）

雙臺(tái)河口濕地（李東 供圖

摘 要基于野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和碳稅法對(duì)遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地的固碳價(jià)值進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地總面積為30 815 hm2，大約占到了自然保護(hù)區(qū)總面積的20%，其年均凈固定二氧化碳（CO2）量為13 320 kg/hm2，年甲烷（CH4）排放的CO2當(dāng)量為3 330.3 kg/hm2。將蘆葦濕地固定CO2的正效應(yīng)減去CH4排放的負(fù)效應(yīng)，得到遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地的年固碳量為9 989.7 kg CO2/hm2，具有較強(qiáng)的碳匯，其總固碳價(jià)值為2.37億元，其中凈吸收CO2的價(jià)值為3.16億元（正效應(yīng)價(jià)值），凈排放CH4的價(jià)值為0.79億元（負(fù)效應(yīng)價(jià)值）。

關(guān)鍵詞蘆葦濕地；固碳；通量；價(jià)值評(píng)價(jià)；碳匯

近年來(lái)由于溫室氣體濃度的不斷增加，全球氣溫急劇升高，降水格局發(fā)生重大變化，極端氣候事件及其相應(yīng)的自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，致使各大生態(tài)系統(tǒng)受到不同程度的影響，人類(lèi)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)（孫彥坤等，2003；Kang et al，2011）。濕地生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生物圈碳庫(kù)的最大組成部分，其固碳功能在減緩全球氣候變化和調(diào)節(jié)區(qū)域大氣組成和氣候方面具有非常重要的作用（宋長(zhǎng)春，2003；Kang et al，2014； 崔麗娟等，2015；康曉明等，2015），在全球碳循環(huán)中扮演著重要角色（Dixon et al，1995）。因此，定量研究濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳功能和價(jià)值及其對(duì)全球氣候變化的減緩作用具有非常重要的意義。

雙臺(tái)河口自然保護(hù)區(qū)是世界上保護(hù)較為完好的濱海沼澤濕地。該濕地植被以蘆葦和水稻為主，不僅是亞洲第一大蘆葦分布區(qū)與遼寧主要商品糧的優(yōu)質(zhì)大米出口基地，而且棲息著丹頂鶴、黑嘴鷗等珍稀鳥(niǎo)類(lèi)二百多種，在世界生物多樣性保護(hù)中占有重要地位（何奇瑾， 2007）。保護(hù)區(qū)中蘆葦沼澤濕地巨大的碳匯功能及釋氧功能對(duì)在區(qū)域大氣調(diào)節(jié)方面發(fā)揮著重要的作用。因此，對(duì)遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地的固碳價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)研究極為迫切和重要。

本研究以遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地作為研究對(duì)象，利用野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和碳稅法定量評(píng)估雙臺(tái)河口蘆葦濕地的固碳價(jià)值，為定量評(píng)估遼寧省濱海濕地的總價(jià)值及評(píng)價(jià)濕地對(duì)氣候變化的貢獻(xiàn)提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

圖1 遼寧雙臺(tái)河口濕地地理位置及景觀分布圖

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧雙臺(tái)河口國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，地處我國(guó)遼寧省遼東灣北部，距盤(pán)錦市區(qū)35 km，有118 km長(zhǎng)的海岸線，屬海岸濕地和內(nèi)陸三角洲濕地復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，包括蘆葦沼澤、灘涂、淺海海域、河流、水庫(kù)和水稻田6種濕地生態(tài)類(lèi)型（圖1）。區(qū)內(nèi)地勢(shì)低洼平坦，陸地海拔最高7.5 m，由于淡水和咸水的相互侵淹、混合，使該區(qū)植被具有喜濕耐鹽植物多、植物種類(lèi)少、草本植物多、木本植物少、優(yōu)勢(shì)種群密度大、生物量高的特點(diǎn)。研究區(qū)四季分明，屬暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)半干旱季風(fēng)氣候，年平均氣溫為8.4℃，年均降水量為623.3 mm，年平均蒸發(fā)量為1 568.6 mm。地貌類(lèi)型以沖積平原和潮灘為主（汪宏宇等，2006）。主要植被有蘆葦Phragmites australis、蒲草Typha angustifolia、翅堿蓬Suaeda salsa、檉柳Tamarix chinensis等。在灘涂生長(zhǎng)的翅堿蓬單一群落，生長(zhǎng)季節(jié)一片赤紅，成為廣闊的“紅地毯”，是我國(guó)沿海少有的自然景觀；在海岸線以上陸緣帶生長(zhǎng)有灰綠堿蓬、檉柳為主的鹽生植被，并有翅堿蓬混生紅綠相間，甚為可觀；陸上沼澤環(huán)境是蘆葦占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的耐鹽植物群落，是世界上面積較大的蘆葦沼澤濕地。

1.2 研究方法

1.2.1 濕地碳匯價(jià)值計(jì)算方法 濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)主要包括總初級(jí)生產(chǎn)力（Gross primary productivity，GPP）、 生 態(tài) 系 統(tǒng)呼 吸（Ecosystem respiration，Re）和凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換（Net ecosystem CO2exchange，NEE）。GPP是指單位時(shí)間內(nèi)生物（主要是綠色植物）通過(guò)光合作用途徑所固定的光合產(chǎn)物量或有機(jī)碳總量。濕地植被通過(guò)光合作用同化CO2，形成GPP（光合產(chǎn)物總量），它表示了CO2和能量轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳和能量，進(jìn)入碳循環(huán)過(guò)程的起始水平，是生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的基礎(chǔ)（于貴瑞等，2006）。Re是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)向大氣中排放CO2，包括植物自養(yǎng)呼吸和土壤異養(yǎng)呼吸，反映了生態(tài)系統(tǒng)排放CO2的能力。NEE是生態(tài)系統(tǒng)呼吸與總初級(jí)生產(chǎn)力之間的差值，主要用于分析各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的碳源/匯功能，在大尺度上可以用于評(píng)價(jià)區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)究竟是大氣CO2的源還是匯。NEE主要由同化作用和呼吸作用決定，這兩個(gè)過(guò)程時(shí)間的長(zhǎng)短和量值的大小決定了NEE的季節(jié)變化動(dòng)態(tài)（Randerson et al，1999；White et al，1999）。

基于此，本研究對(duì)蘆葦濕地固碳價(jià)值的計(jì)算采用碳稅法，創(chuàng)新性地利用濕地生態(tài)系統(tǒng)凈固定CO2的量（即NEE，NEE=Re-GPP）來(lái)計(jì)算這一過(guò)程給人類(lèi)帶來(lái)的利益，同時(shí)考慮了濕地排放CH4對(duì)其碳匯功能的削減效應(yīng)，最終計(jì)算每年濕地凈固碳的價(jià)值量。計(jì)算公式如下：

式中，Vcs為蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳價(jià)值（元/a）；NEE為蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)的凈CO2交換量（kg/hm2），該數(shù)據(jù)參考（汪宏宇等，2006）的實(shí)測(cè)NEE通量數(shù)據(jù)，即蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)凈固定CO2為13.32 t/ hm2/a；FCH4為 CH4排放量，實(shí)測(cè)獲得；A為蘆葦濕地的面積，利用遙感數(shù)據(jù)對(duì)遼寧雙臺(tái)河口濕地的土地利用類(lèi)型進(jìn)行劃分獲得；P為碳的價(jià)格，采用瑞典的碳稅率150美元/t進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算時(shí)，本文以增溫潛勢(shì)（GWP）將相同質(zhì)量的CH4換算為等溫室效應(yīng)的CO2，1 kg的CH4產(chǎn)生的溫室效應(yīng)等同于24.5 kg的CO2產(chǎn)生的溫室效應(yīng)（Jenkins et al，2010），即為24.5。

1.2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源 本研究的溫室氣體主要包括CO2和CH4。濕地生態(tài)系統(tǒng)凈NEE通量數(shù)據(jù)引自汪宏宇等（2006）的觀測(cè)結(jié)果，其CO2通量測(cè)定采用渦度相關(guān)法（Eddy covariance method）， 主要觀測(cè)儀器安裝在距離地面3 m高度，由三維超聲風(fēng) 速 儀（CSAT3，Campbell Scientific Inc，U SA） 、開(kāi)路式CO2/ H2O 分析儀（ Li- 7500，LicorInc，USA）和數(shù)據(jù)采集器（CR5000，CSI， U SA）組成， 采樣頻率為10Hz（汪宏宇等， 2006）。靜態(tài)箱法也是目前應(yīng)用較多的測(cè)定小樣方生態(tài)系統(tǒng)氣體交換的方法，本研究中所需的CH4通量數(shù)據(jù)主要采用原位靜態(tài)箱-氣象色譜法進(jìn)行測(cè)定。

圖2 2014年遼寧雙臺(tái)河口自然保護(hù)區(qū)及蘆葦濕地的面積

圖3 遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地碳收支量及固碳價(jià)值

遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地的面積通過(guò)對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯獲得。其中，研究區(qū)所需遙感數(shù)據(jù)從http：//www.gscloud.cn/下 載獲得（2014年7月13日）。采用ENVI軟件對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，并利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)遙感解譯結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證（解譯精度為94.3914%，Kappa系數(shù)為0.9298），最終獲得遼寧雙臺(tái)河口濕地各土地利用類(lèi)型的面積和比例。本研究?jī)H用到蘆葦濕地的面積數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本研究數(shù)據(jù)處理和分析主要利用Excel和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 20.0完成，數(shù)據(jù)作圖主要利用Origin 8.5完成。

2 結(jié)果與分析

遙感解譯結(jié)果表明，遼寧雙臺(tái)河口自然保護(hù)區(qū)總面積為157 908 hm2，其中蘆葦沼澤濕地面積為30 815 hm2，大約占保護(hù)區(qū)總面積的20%（圖2）， 多為受到人為活動(dòng)或自然災(zāi)害干擾后而形成，植被較矮，蓋度在60%～80%之間。遼寧雙臺(tái)河口蘆葦沼澤濕地由于其巨大的碳吸收能力和較小的碳排放量，表現(xiàn)為較強(qiáng)的碳匯功能。蘆葦濕地年凈固定CO2量為13 320 kg CO2/hm2，年CH4排放量為135.9 kg CH4/hm2，換算成CO2當(dāng)量為3 330.3 kg CO2/ hm2。CH4的排放對(duì)于濕地固碳效應(yīng)來(lái)說(shuō)屬于負(fù)效應(yīng)，將蘆葦濕地固定CO2的正效應(yīng)減去CH4排放的負(fù)效應(yīng)，得到遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地的年固碳量為9 989.7 kg CO2/ hm2，具有較強(qiáng)的碳匯（圖3）。

綜合CH4氣體的全球增溫潛勢(shì)，通過(guò)碳稅法計(jì)算得到遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地的總固碳價(jià)值為2.37億元。其中凈吸收CO2的價(jià)值為3.16億元（正效應(yīng)價(jià)值），凈排放CH4的價(jià)值為0.79億元（負(fù)效應(yīng)價(jià)值） （圖3）。

3 結(jié)論與討論

濕地是僅次于森林的重要碳庫(kù)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，因其具有較高的生產(chǎn)力及氧化還原能力使其具有“碳匯”的功能，是極為重要的生物地球化學(xué)場(chǎng)，對(duì)于穩(wěn)定和維持局部大氣環(huán)境具有非常重要的作用（宋長(zhǎng)春，2003；蔣衛(wèi)國(guó)等，2007；Kang et al，2014；崔麗娟等，2015）。濕地植物通過(guò)光合作用從大氣中不斷同化二氧化碳（CO2），其碳吸收能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)森林生態(tài)系統(tǒng)（李孟穎，2010），且濕地的厭氧環(huán)境顯著抑制了凋落物的分解，使?jié)竦刂写罅康臒o(wú)機(jī)碳和有機(jī)碳在土壤中累積，濕地從而成為抑制大氣二氧化碳濃度升高的碳匯，在調(diào)節(jié)全球氣候、減緩全球變暖方面發(fā)揮著重要的作用（呂憲國(guó)等，1995；Chen et al，2013；Hao et al，2011）。本研究發(fā)現(xiàn)，遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地的凈吸收CO2的價(jià)值為3.16億元，凈排放CH4的價(jià)值為0.79億元，總固碳價(jià)值為2.37億元，低于若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳價(jià)值8.21億元（龐丙亮等，2014）。雙臺(tái)河口蘆葦濕地巨大的固碳及釋放氧氣的功能對(duì)整個(gè)遼寧雙臺(tái)河口濕地的大氣組分具有重要的調(diào)節(jié)價(jià)值，蘆葦沼澤濕地巨大的碳匯功能及其大氣調(diào)節(jié)價(jià)值能夠作為一個(gè)抑制大氣CO2濃度升高的碳匯，也必然會(huì)對(duì)區(qū)域的氣候變暖和干旱化具有一定的調(diào)節(jié)和緩解作用（宋長(zhǎng)春，2003；童成立等，2005；Kang et al，2014）。

然而，近年來(lái)隨著人類(lèi)對(duì)河流開(kāi)發(fā)利用程度的增加，以及全球氣候趨暖變干，導(dǎo)致雙臺(tái)河口自然濕地面積在逐漸減少，蘆葦濕地質(zhì)量不斷下降，紅海灘逐漸退化，加上海平面上升打破了原有的水鹽平衡和水沙平衡，使得生物棲息地環(huán)境發(fā)生變化，生物多樣性減少（王西琴等，2006；蘆曉峰等，2011）。蘆葦濕地的退化必然使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)正常的水循環(huán)與有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的循環(huán)過(guò)程發(fā)生改變，改變了濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的模式，可能會(huì)顯著削弱雙臺(tái)河口蘆葦濕地的碳匯功能，導(dǎo)致區(qū)域碳格局產(chǎn)生較大的變化，降低其固碳及調(diào)節(jié)區(qū)域大氣組分的價(jià)值。因此，如何保護(hù)并恢復(fù)遼寧雙臺(tái)河口蘆葦濕地的面積和質(zhì)量，增強(qiáng)其碳匯能力，并對(duì)氣候變化和人類(lèi)擾動(dòng)的影響機(jī)理進(jìn)行深入探討，將是后續(xù)研究工作的重點(diǎn)。

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E-mail： lkyclj@126.com

doi:10.3969/j.issn.1673-3290.2016.02.04

收稿日期：2016-03-11

基金項(xiàng)目：林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（項(xiàng)目號(hào)：201404305）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31300417）資助

作者簡(jiǎn)介：康曉明，副研究員，博士，主要從事濕地生態(tài)學(xué)研究。E-mail：xmkang@ucas.ac.cn

通訊作者：崔麗娟，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事濕地生態(tài)研究。

Valuation of Carbon Sequestration of a Reed （Phragmites australis） Wetland in Liaoning Shuangtai Estuary

KANG Xiao-Ming1CUI Li-Juan1ZHAO Xin-Sheng1LI Wei1ZHANG Man-Yin1GAO Qi2
（1 Beijing Key Laboratory of Wetland Services and Restoration， Institute of Wetland Research， Chinese Academy of Forestry， Beijing 100091；2 Liaoning Vocational College of Business， Shenyang 110161）

AbstractTo assess the carbon sequestration value of a reed （Phragmites australis） wetland in the Liaoning Shuangtai Estuary， we calculated the value of carbon sequestration using carbon tax method and monitoring data obtained in the targeted wetland.The observed and assessed results showed that the area of Liaoning Shuangtai estuary reed wetland was 30 815 hm2， accounting for 20% of the total protected area.The net annual fxation of carbon dioxide （CO2） of the reed wetland was 13 320 kg /hm2，and the annual CO2equivalent of methane （CH4） emission was 3 330.3 kg /hm2.Therefore， subtracting the negative effect of CH4emission， the whole wetland ecosystem was a strong carbon sink， fixing CO29 989.7 kg/（hm2·a）.The total carbon sequestration value of the targeted wetland was RMB 2.37 billion， among them the values of net CO2fxation （positive effects） and CH4emission （negative effects） were RMB 3.16 and 0.79 billion， respectively.

Key wordsReed wetland； Carbon sequestration； Flux； Valuation； Carbon sink