西安市果園固碳制氧功能及生態(tài)價值評估

宋喜芳, 常小箭, 趙永鋒, 王 濤,劉海衡

(1.西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 西安 710061；2.周至縣土壤與肥料工作站, 陜西 周至 710400)

果園具有固碳制氧、消除噪音等生態(tài)功能，這對生態(tài)環(huán)境具有重要調(diào)節(jié)作用[1]。因此，研究西安市果園生態(tài)系統(tǒng)的生長量、固碳制氧等生態(tài)效益，估算出果園的生態(tài)經(jīng)濟(jì)價值，對實(shí)現(xiàn)西安經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展具有實(shí)際意義。

據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒顯示[2～3]，2016年西安市水果產(chǎn)量107.74萬t，陜西省水果產(chǎn)量1 714萬t，西安市占6.29%；全省果樹總面積126.38萬hm-2，西安果樹面積為5.32萬hm-2，占全省的4.2%。西安市的果樹種植品種主要包括獼猴桃、葡萄、蘋果、石榴、棗等，其中獼猴桃種植面積和產(chǎn)量均居第一位。筆者采用水熱平衡關(guān)系方程及植物的生理生態(tài)特點(diǎn)建立的自然植被凈初級生產(chǎn)力模型分析西安市果園生態(tài)系統(tǒng)，對西安果園固碳制氧功能及生態(tài)價值進(jìn)行評估。

1 方法與理論

1. 1 計(jì)算凈初級生產(chǎn)力

凈初級生產(chǎn)力(NPP)是指在初級生產(chǎn)中，植物固定的能量有一部分被植物自身的呼吸作用所消耗，剩余的能量則可以用于植物的生長和繁殖，它也是可以供生態(tài)系統(tǒng)中其他生物利用的能量。估計(jì)凈初級生產(chǎn)力可了解能量輸入和通過初級生產(chǎn)者(植物)的轉(zhuǎn)換效率。采用周廣勝等[4]等的凈初級生產(chǎn)力模型，根據(jù)生物溫度等可近似計(jì)算出果園凈第一性生產(chǎn)力，公式如下：

(1)

RDI=(0.629+0.237PER-0.00313·PER2)2

(2)

PER=PET/R=BT·58.93/R

(3)

BT=∑T/12

(4)

式中：NPP為果園凈第一性生產(chǎn)力(t·a-1·hm-2)；R為年降水量(mm)；RDI為輻射干燥度；PER為可能蒸散率；PET為年可能蒸散量(mm)；BT為年平均生物溫度(℃)；T為<30℃與>0℃的月均溫。

1.2 固碳制氧物質(zhì)量計(jì)算

果樹利用太陽能通過植物光合作用，吸收空氣中的水分，固定大氣中的二氧化碳并釋放氧氣，將生成的有機(jī)物質(zhì)儲存到自身組織。固碳制氧物質(zhì)量計(jì)算方法，依據(jù)公式(5)：

6CO2(264 g)+6H2O(108 g)→C6H12O6(180 g)+6O2(192 g)→多糖 (162 g)

(5)

可知植物每生產(chǎn)1 g多糖，需要二氧化碳1.63 g，釋放氧氣1.2 g。計(jì)算2007-2016西安市果園的凈初級生產(chǎn)力，從而得出西安市果園固碳制氧量。碳在二氧化碳中的比例27.3%，以下方程計(jì)算固碳制氧總量：

MCO2=1.63·NPP·A

(6)

Mc=0.273·MCO2

(7)

Mo=1.2·NPP·A

(8)

以上方程中：A為果園面積(hm2)，NPP為凈初級生產(chǎn)力(t·a-1·hm-2)，MCO2為固碳量(t),Mc為折合碳量(t)，Mo為制氧量(t)。

1.3 固碳制氧經(jīng)濟(jì)價值評估

結(jié)合謝高地[5]等前人成果，目前生態(tài)系統(tǒng)固碳制氧經(jīng)濟(jì)價值計(jì)算使用較多的是碳稅法以及造林成本法[6]。筆者采用將碳稅法與造林成本法求和取均值的方法，估算果園固碳制氧的經(jīng)濟(jì)價值。造林成本法取值260.90元·tc-1(1990年不變價)和瑞典稅率150美元·tc-1(美元匯率取6.88)，制氧經(jīng)濟(jì)價值計(jì)算，采用工業(yè)制氧成本法400元·t-1。

Ec=(260.9·Mc+827.7·Mc)/2

(9)

Eo=400·Mo

(10)

上式中：Mc為折合碳量(t),Mo為制氧量(t)，Ec為固碳價值(元)，Eo為制氧價值(元)。

1.4 資料來源

2007-2016年西安市降水量、月溫度、果園面積資料等通過查閱西安市統(tǒng)計(jì)年鑒[2]和陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒[3]獲得。

2 結(jié)果與分析

2.1 西安市果園凈初級生產(chǎn)力

利用西安市2007-2016年的降水量及平均溫度，根據(jù)公式(1)～(4)計(jì)算，從表1可知西安市2007-2016年果園生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力變化范圍為6.45～8.49 t·a-1·hm-2，平均值為7.51 t·a-1·hm-2，與方精云等[7]、田志會[8～9]的研究結(jié)果也是接近的。因此，利用以上自然植被凈初級生產(chǎn)力模型對西安果園凈初級生產(chǎn)力進(jìn)行估算結(jié)果是可信的。

表1 西安市果園生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力

2.2 西安市果園生態(tài)系統(tǒng)固碳制氧物質(zhì)量分析

依據(jù)方程(6)～(8)分別計(jì)算出了西安市果園2007-2016年固碳制氧物質(zhì)量及單位面積固碳制氧物質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算(見表2)。

由表2可知西安市果園年生長量為832.41萬t，年固定CO2量1 356.83萬 t，年固碳370.42萬 t，年每公頃固定CO2量12.24 t，年每公頃果園固碳3.34 t；年釋放氧氣量998.89萬t，年每公頃果園釋放氧氣量9.01 t。

由圖1可知，2007-2016年西安市果園固定CO2、折合C和釋放O2物質(zhì)量是逐年遞增并與年份的變化基本一致。其中2014年固定CO2、折合固C和釋放O2物質(zhì)量均排第一，但不同年份有一定浮動。2012年其種植面積高于2007-2011年(見圖1,圖2)，但其固碳制氧量卻分別低于2009、2010、2011年，其凈初級生產(chǎn)力為6.45 t·a-1·hm-2(見表1)，均低于其他年份。分析原因在于2012年氣象條件降水量的波動較大，僅為426.7 mm，遠(yuǎn)低于西安市2007-2016的平均降水量水平(563.04 mm)，屬于較干旱年份。果樹的生產(chǎn)發(fā)育因氣候干受到阻礙，導(dǎo)致凈初級生產(chǎn)力值偏低。

圖1 西安市果園固定CO2和釋放O2物質(zhì)量的年際變化

表2 西安市果園固碳制氧物質(zhì)量

圖2 西安市果園固定CO2和果園面積的年際變化

2.3 西安市果園固碳制氧的經(jīng)濟(jì)價值分析

西安市果園固碳制氧的經(jīng)濟(jì)價值估算結(jié)果(見表3)，造林成本法估算西安市果園固c的經(jīng)濟(jì)價值平均每年為9.66×104萬元·a-1，通過瑞典碳稅法估算結(jié)果為38.23×104萬元·a-1，取兩者均值得出西安市果園固碳經(jīng)濟(jì)價值平均每年為23.85×104萬元，年每公頃固C的經(jīng)濟(jì)價值為

2 159.61元·hm-2；年釋放O2的經(jīng)濟(jì)價值為39.96×104萬元，年每公頃釋放O2的經(jīng)濟(jì)價值為3 603.56元·hm-2。

2016年西安市農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值405.63億元，每年西安市果園固碳制氧功能所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價值為56.89億元?？梢姡靼补麍@提供經(jīng)濟(jì)效益又創(chuàng)造了可觀的生態(tài)效益。

表3 西安市果園固碳制氧經(jīng)濟(jì)價值(1990年不變價)

圖3 西安市果園面積與固碳制氧的經(jīng)濟(jì)價值

3 結(jié)論與討論

(1)西安市果園年均生長量為832.41萬t，年固碳370.42萬 t，年每公頃固碳3.34 t；年每公頃釋放氧氣量9.01 t，高于全國經(jīng)濟(jì)林每年固碳制氧量[10]：全國經(jīng)濟(jì)林固碳量為1.31 t·a-1·hm-2，制氧2.84 t·a-1·hm-2。

(2)西安市果園生態(tài)系統(tǒng)年固C的經(jīng)濟(jì)價值為23.95×104萬元，年每公頃固C的經(jīng)濟(jì)價值為2 159.61元；年釋放O2的經(jīng)濟(jì)價值為39.96×104萬元，年每公頃釋放O2的經(jīng)濟(jì)價值為3 603.56元。果園生態(tài)系統(tǒng)提供經(jīng)濟(jì)效益又創(chuàng)造了可觀的生態(tài)效益。

(3)西安市果園生態(tài)系統(tǒng)固碳制氧的經(jīng)濟(jì)價值在年際間波動較大，2012年種植面積高于2007-2011年(見圖2)，但是其固定CO2、折合固C和釋放O2物質(zhì)量卻均低于2009-2011年，原因在于2012年降雨偏少僅為426.7 mm，屬于較干旱年份，導(dǎo)致果樹的生產(chǎn)發(fā)育受到阻礙，凈初級生產(chǎn)力值偏低。

(4)果樹的培育期比一般的森林培育期要長，花費(fèi)的人工管理和經(jīng)濟(jì)投入也較多。所以實(shí)際果園造林成本很可能是筆者采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)倍以上。