成都平原林盤的固碳特征及其效益估算
——以郫縣為例

劉 勤，王玉寬，徐 佩*，彭培好

(1.中國科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

【研究意義】固碳釋氧是植被最重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之一，具有維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全以及緩解全球氣候變化等方面作用[1-3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，林地固碳釋氧功能的研究主要以天然林和城市綠地為對象，或采用大尺度(縣域以上單元)的模型模擬方法和遙感估算法計算森林的碳儲量及固碳速率，如生物量—蓄積量模型[4-7]、生產(chǎn)力回歸模型[8-10]、NPP、CHIKUGO、BIOME-BGG、BEPS、CASA和GLO-PEM估算等[11-13]；或采用小尺度(單株或地塊)的儀器監(jiān)測法[14-16]，通過植物光合—呼吸生理過程獲取固碳效益[8,17]。總體而言，上述方法各有利弊，能夠有效解決主要生態(tài)系統(tǒng)的固碳功能研究，但是對于少數(shù)復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)(半自然半人工)，特別是在中小尺度方面，其測算誤差較大，可能需要進(jìn)行樣地實測，以提高準(zhǔn)確性。

四川省森林資源豐富，固碳功能備受關(guān)注[18]，但成都平原林地碳密度低[19]，其效益評價和管理的重視程度明顯不足。近年來，氣候變化和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，四川盆地氣溫呈顯著上升趨勢[20]，碳排放水平偏高，給區(qū)域綠色發(fā)展和生態(tài)保護(hù)帶來挑戰(zhàn)。其實，固碳釋氧價值量在成都市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中所占比重最大[21]，但相關(guān)研究多集中于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)[22]，而林地方面還十分欠缺，特別是針對不同林地結(jié)構(gòu)和植物種類的研究甚少[23]。

【本研究切入點】林盤是成都平原森林資源主體，雖然單個面積較小，但數(shù)量多、分布密度高，蓄積總量大，其固碳釋效益不容忽視。林盤主要由農(nóng)宅與周邊林木圍(嵌)合成形態(tài)較規(guī)則的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，植被覆蓋水平20 %以上，屬于成都平原獨特的景觀、生態(tài)資源和聚落、文化形態(tài)。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前成都境內(nèi)林盤約12.11萬個，居住人口362.56萬人，占全市農(nóng)村人口72.47 %，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是城鄉(xiāng)生態(tài)和人居環(huán)境安全的重要保障?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究擬通過實地調(diào)查數(shù)據(jù)，采用材積-生物量估算模型和造林成本與制氧成本法，科學(xué)、準(zhǔn)確地揭示林盤的固碳釋氧服務(wù)功能和價值，識別不同類型林盤及樹種的固碳能力，并為林盤保護(hù)與改造的理論和技術(shù)體系研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

本文以成都郫縣(現(xiàn)郫都區(qū))為研究區(qū)，幅員面積437.50 km2，總?cè)丝?5.86萬人，位于成都平原腹心，屬中心城區(qū)向遠(yuǎn)郊區(qū)過渡地帶。該地區(qū)林盤數(shù)量多、分布廣[24]，且人為活動導(dǎo)致的林盤消失或破壞現(xiàn)象也較嚴(yán)重。同時，選取近-中-遠(yuǎn)郊3個樣區(qū)(a德源、b新民、c唐昌，至成都中心城區(qū)直線距離分別17.40、24.90和32.40 km)不同類型(規(guī)模、覆蓋度等)的15個林盤作為典型調(diào)查對象(圖1)。

2 材料與方法

2.1 典型林盤調(diào)查

2016年5月采用小型無人機(DJI Phantom 3 Professional)對典型林盤進(jìn)行低空拍攝(距地100 m，圖2)，相機分辨率為4000*3000，并通過Agisoft PhotoScan、ArcGis軟件對照片進(jìn)行合成、校正和矢量化，分析林盤的形態(tài)、面積與組成結(jié)構(gòu)。

2.2 植物調(diào)查

2016年6月開展典型林盤植物調(diào)查，范圍包括整個林盤單元，具體指標(biāo)為喬木(含竹類)種類、數(shù)量、高度、胸徑、冠幅；灌木種類、株數(shù)、高度、蓋度；草本植物(含藤本)種類、高度、蓋度及生長狀況等。按照常規(guī)的分類和統(tǒng)計方法，確定各類植物的名稱(科、屬和種名)、分布等信息。

圖1 研究區(qū)與調(diào)查樣區(qū)Fig.1 Location of study area and survey area

DY：德源；XM：新民；TC：唐昌DY:Deyuan; XM:Xinmin; TC:Tangchang圖2 典型林盤Fig.2 Typical Linpan

2.3 生物量和生產(chǎn)力估算

由于林盤的生物量和生產(chǎn)力以喬木和竹林占絕對比重，故本文僅以喬木和竹林為研究對象。其中，喬木采用二元材積方程計算每株植物的蓄積量，再根據(jù)生物量-蓄積模型中不同類型植物的轉(zhuǎn)換系數(shù)[25]，推算出每株喬木的生物量。

V=aDbHc

式中，V為蓄積量(m3)，D為胸徑(cm)，H為樹高(m)，a、b、c為不同樹種材積方程參數(shù)。

喬木生產(chǎn)力估算按照胸徑將其劃分為小型(0～10 cm)、中型(10～20 cm)、大型(20～30 cm)和特大型(>30 cm)4種類型，根據(jù)已有的研究[26]， 以四川地區(qū)典型的人工闊葉林為參考，分別確定每種類型的平均生產(chǎn)力，即小型、中型、大型和特大型按照4.8、9.4、12.8、15.6 t/hm2·a計算，并根據(jù)樣地植株數(shù)量獲取單株生產(chǎn)力。

竹林生物量參數(shù)根據(jù)四川地區(qū)的研究結(jié)果[27]，以平均值29.95 t/hm2計算，再乘以林盤的竹林面積獲取其生物量。由于林盤中竹林基本處于成熟或老化階段，農(nóng)戶也有意識的限制竹林?jǐn)U張，加之該地區(qū)竹林生產(chǎn)力較缺乏準(zhǔn)確的參數(shù)，故本文未對竹林生產(chǎn)力進(jìn)行估算。

2.4 碳儲量和固碳能力

林盤的碳儲量和固碳能力采用喬木、竹林的生物量與生產(chǎn)力乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行估算，本文中喬木、竹林的轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為0.4937[19]和0.4958[27]。

2.5 固碳釋氧價值量

基于以上植被生產(chǎn)力物質(zhì)量估算結(jié)果，根據(jù)光合作用方程可知，植物每生產(chǎn)1.00 kg有機物將固定1.63 kg CO2，同時釋放出1.20 kg O2。本文采用造林成本法(260.90元/t)評估林盤植被固定CO2的價值；造林成本(352.93元/t)和工業(yè)制氧成本(400元/t)[28]均值評估林盤植釋放O2的價值。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物組成與結(jié)構(gòu)

3.1.1 物種種類 據(jù)調(diào)查，林盤內(nèi)維管束植物合計106科254屬310種，其中喬木81種，灌木39種，草本169種，藤本10種，竹類11種。根據(jù)出現(xiàn)頻次，喬木分布較多的為喜樹(Camptothecaacuminata)、樸樹(Celtissinensis)、柚(Citrusmaxima)、銀杏(Ginkgobiloba)、楓楊(Pterocaryastenoptera)、構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)、女貞(Ligustrumlucidum)、桂花(Osmanthusfragrans)、皂莢(Gleditsiasinensis)、桉(Eucalyptusrobusta)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)等；竹類分布較多為慈竹(Bambusaemeiensis)、箬葉竹(Indocalamustessellatus)和孝順竹(Bambusamultiplex)等。本研究涉及喬木和竹類物種及名稱詳見表1。

3.1.2 分布數(shù)量及特征 通過小型無人機調(diào)查及分析表明，典型林盤的形態(tài)較規(guī)則(類似近圓形)，規(guī)模普遍不大，平均面積為6678.87 m2，最大值為12 385.00 m2，最小面積僅為1630.00 m2，且植被覆蓋度差異較大，其值為43.5 %～76.9 %，主要為樹林覆蓋，部分林盤以竹林分布為主。根據(jù)林盤實地調(diào)查結(jié)果，分別對每個林盤中喬木數(shù)量和竹林面積進(jìn)行統(tǒng)計和分析，為了便于相關(guān)參數(shù)查閱整理，本文以胸徑(D)為依據(jù)，將喬木劃分成4個類型，即小型(D<10 cm)、中型(10 cm30 cm)，相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果詳見表2。

表1 林盤的喬木和竹林類型

表2 林盤的組成、結(jié)構(gòu)和喬木數(shù)量

3.2 碳儲量與固碳能力

3.2.1 典型林盤 通過計算表明(表3)，林盤的生物量和生產(chǎn)力具有較大差異，導(dǎo)致其碳儲量和固碳水平也不同?？傮w來看，單個林盤植被的平均碳儲量約為21.50 t，按照林盤規(guī)模劃分，小、中、大型林盤平均碳儲量約為6.36、21.91和43.72 t/個。同時，單個林盤植被的平均固碳量約為0.79 t/a·個，按照林盤規(guī)模來看，小、中、大型林盤的平均固碳量約為0.26、0.81個和1.56 t/a·個。

表3 林盤的生產(chǎn)力與固碳能力比較

圖3 林盤中不同大小和種類喬木的碳儲量比值Fig.3 Carbon storage ratio of different sizes and species trees in Linpan

林盤碳儲量的具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)(圖3)來看，按照喬木大小劃分，大型喬木(20 cm30 cm)喬木，數(shù)量相對較少，但單株生物量大；小型(D<10 cm)、中型(10 cm

3.2.2 郫縣林盤 郫縣2015年林盤數(shù)量合計6239個，分布密度為14.64個/km2，其中大、中、小型林盤分布比例5:25:70[24]。按照不同規(guī)模林盤碳儲量和固碳水平進(jìn)行估算，2015年郫縣林盤植被碳儲量約為75 594.36 t，固碳能力約為2885.74 t/a。

3.3 固碳效益估算

植物每生產(chǎn)1.00 kg有機物將固定1.63 kg CO2，同時釋放出1.20 kg O2。根據(jù)上文研究結(jié)果，小、中、大型林盤平均生產(chǎn)力約為0.52、1.64和3.15 t/a.個，即2015年郫縣林盤植被凈生產(chǎn)力為5812.04 t/a，固定CO2物質(zhì)量9473.62 t，釋放O2物質(zhì)量6974.45 t。據(jù)計算，該地區(qū)小、中、大型林盤平均固碳釋氧氣價值量約為456.05元/a.個(固定CO2221.14元/a.個、釋放O2234.91元/a.個)、1438.32元/a.個(固定CO2697.44元/a.個、釋放O2740.88元/a.個)和2762.63元/a.個(固定CO21339.59元/a.個、釋放O21423.04元/a.個)。郫縣2015年固碳釋氧價值量約為509.73×104元/a(固定CO2247.17×104元/a、釋放O2262.56×104元/a)。

4 結(jié) 論

(1)本研究通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，成都平原林盤內(nèi)維管束植物合計106科254屬310種，其中喬木81種，灌木39種，草本169種，藤本10種，竹類11種。喬木植物的種類和數(shù)量與林盤面積具有相關(guān)性，總體上林盤中小型喬木(D<10 cm)數(shù)量最多(占比約54 %)，中型(10 cm 30 cm)相對較少。

(2)小、中、大型林盤平均碳儲量約為6.36、21.91和43.72 t/個，固碳能力約為0.26、0.81個和1.56 t/a.個。郫縣2015年碳儲量約為75 594.36 t，固碳能力約為2885.74 t/a。其中，大型喬木(20 cm< D<30 cm)的碳儲量最高，其次是特大型(D >30 cm)喬木，而小型(D<10 cm)、中型(10 cm

(3)固碳釋氧價值量計算表明，不同規(guī)模林盤固碳釋氧水平具有差異性，小、中、大型林盤平均固碳釋氧氣價值量分別為456.05、1438.32和2762.63元/a.個。郫縣林盤2015年固碳釋氧價值量約為509.73×104元/a，其中固定CO2247.17×104元/a，釋放O2262.56×104元/a。

5 討 論

本研究通過實地調(diào)查和物質(zhì)量、價值量測算方法，對郫縣不同類型林盤的固碳釋氧服務(wù)功能進(jìn)行了初步評估，選擇的樣本具有代表性和典型性，調(diào)查指標(biāo)詳實(精確到單株)，計算方法科學(xué)、合理(誤差低于遙感評估)，其結(jié)果基本可信。但是，受限于樣本數(shù)量，相關(guān)經(jīng)濟(jì)參數(shù)的波動性，以及部分物種生產(chǎn)力水平以均值計算，且并未對灌木和草本植物進(jìn)行測算，這導(dǎo)致研究結(jié)果還存在誤差。因此，本研究將進(jìn)一步加強調(diào)查和計算分析，并構(gòu)建林盤標(biāo)準(zhǔn)化的固碳釋氧估算模型或參數(shù)，為類似中小尺度景觀單元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估提供參考，也為林盤的生態(tài)系統(tǒng)綜合管理提供依據(jù)。