安吉踐行“兩山”的毛竹林碳匯研究*

劉 玉 莉

(湖州師范學(xué)院 農(nóng)村發(fā)展研究院， 浙江 湖州 313000)

2005年8月15日，時(shí)任浙江省委書記習(xí)近平在考察安吉縣余村時(shí)提出了著名的“兩山”理念。時(shí)隔15年，“兩山”理念從一個(gè)小山村走向了全國，成為了習(xí)近平生態(tài)文明思想的重要組成部分?！皟缮健崩砟钪敢氖蔷次纷匀?、尊重規(guī)律的發(fā)展，是更有質(zhì)量和效益的發(fā)展，是造福人民的發(fā)展?！皟缮健崩砟畹暮诵氖强沙掷m(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展和高效生態(tài)的現(xiàn)代化發(fā)展。

安吉是中國著名的竹子之鄉(xiāng)，是浙江省九大重點(diǎn)林區(qū)縣之一，擁有豐富的森林資源。安吉全縣的林地面積高達(dá)13.8×104hm2，森林覆蓋率高達(dá)70.2%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，安吉有竹林面積6.73×104hm2，其中毛竹林5.7×104hm2，占林地總面積的41.3%，毛竹的蓄積量和商品竹產(chǎn)量均位居全國第一[1]20[2]1-2。

毛竹林具有較強(qiáng)的固碳能力。研究表明，1hm2毛竹林的年固碳量約為5.09t，為同等立地條件下杉木林的1.46倍、熱帶雨林的1.33倍[3]51-54。由此可見，毛竹林在森林碳匯功能中發(fā)揮著極其重要的作用。豐富的毛竹林資源、發(fā)達(dá)的竹產(chǎn)業(yè)，使安吉具備了開展毛竹林碳匯項(xiàng)目的先天優(yōu)勢。2010年11月11日，全球首座毛竹林碳通量觀測站在安吉建立，安吉就開始積極探索毛竹林碳匯試點(diǎn)。發(fā)展至今，以毛竹林為典型代表的竹林碳匯已成為安吉的綠色產(chǎn)業(yè)，是安吉促進(jìn)鄉(xiāng)村振興的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，也是推動安吉農(nóng)村脫貧致富的產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，安吉也由此踏上了踐行“兩山”理念的毛竹林碳匯實(shí)踐示范之路。

一、安吉毛竹林碳匯的發(fā)展歷程

(一)毛竹林碳匯轉(zhuǎn)型背景

2001年，安吉提出并確立了“生態(tài)立縣”的發(fā)展戰(zhàn)略。2003年，安吉正式提出爭創(chuàng)全國生態(tài)縣的發(fā)展目標(biāo)。2006年6月，安吉獲得“國家生態(tài)縣”榮譽(yù)稱號，成為全國第一個(gè)國家級生態(tài)縣。2007年，安吉被確定為全國新農(nóng)村與生態(tài)縣互促共建示范區(qū)。2008年，安吉被確定為全國生態(tài)文明建設(shè)試點(diǎn)縣。在這一系列榮譽(yù)稱號的鼓舞下，安吉基于自身的竹林資源優(yōu)勢，使竹產(chǎn)業(yè)成為縣域經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。

林業(yè)是生態(tài)文明建設(shè)的主體，是踐行“兩山”理念的主陣地。毛竹林是安吉的特色資源，集經(jīng)濟(jì)、生態(tài)及社會效益于一體，在應(yīng)對氣候變化、減少貧困及綠色可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。據(jù)安吉縣自然資源和規(guī)劃局統(tǒng)計(jì)，2019年安吉竹產(chǎn)業(yè)年出口創(chuàng)匯約3億美元，竹產(chǎn)業(yè)綜合產(chǎn)值超200億元，位居全國首位[2]2-3。然而，由于勞動成本上升、經(jīng)濟(jì)增速放緩，安吉的竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展也面臨著從簡單的加工產(chǎn)品向高附加值產(chǎn)品、綠色產(chǎn)品轉(zhuǎn)變的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型之痛。

(二)毛竹林碳匯探索歷程

1999年，在中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所、浙江省林業(yè)科學(xué)研究院和浙江農(nóng)林大學(xué)的技術(shù)支持下，安吉開始建設(shè)毛竹林現(xiàn)代示范園區(qū)。2005年，安吉竹產(chǎn)業(yè)協(xié)會成立。該協(xié)會主要負(fù)責(zé)竹產(chǎn)品的專利維權(quán)活動。2009年至今，竹產(chǎn)業(yè)協(xié)會逐漸牽頭完成安吉全縣的竹林FSC森林認(rèn)證工作。2010年，在安吉縣人民政府、安吉縣林業(yè)局和浙江農(nóng)林大學(xué)、浙江省森林固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)支持下，安吉縣山川鄉(xiāng)馬家弄村建立全球首個(gè)毛竹林碳通量觀測站。該觀測站采用當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)、最切實(shí)可靠的，可以實(shí)時(shí)連續(xù)觀測毛竹林生態(tài)系統(tǒng)凈CO2交換量的渦度相關(guān)技術(shù)，可以精確估算毛竹林在季節(jié)、年度等不同時(shí)間尺度下的固定CO2量。發(fā)展至今，該觀測站取得的主要成果有：(1)初步明確了毛竹林在不同時(shí)間尺度下的固碳狀況，確定了毛竹林碳匯能力的穩(wěn)定性(參見表1和圖1)。(2)確定了不同時(shí)間尺度影響毛竹林碳通量變化的主要因子(參見圖2)。(3)定量解釋了毛竹林碳通量變化的成因(參見圖3)。

表1 2011-2016年毛竹林凈生態(tài)系統(tǒng)交換量(NEE)、生態(tài)系統(tǒng)呼吸(RE)和總生態(tài)系統(tǒng)交換量(GEE)變化表

由表1可知：毛竹林每年均是碳匯，年均NEE為600.3±53.7 gC·m-2·month-1，約為雷竹林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的6倍，變化范圍為531.9～665.9 gC·m-2·a-1，變異系數(shù)為8.9%。這表明，毛竹林的碳匯能力比較穩(wěn)定。毛竹林同期的RE均值為941.1±15.2 gC·m-2·a-1，其穩(wěn)定性高于其碳匯能力。這表明，毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳排放穩(wěn)定。毛竹林的年GEE的變化范圍為1 461.4～1 565.6 gC·m-2·a-1，均值為1 541.4±59.4 gC·m-2·a-1。通過比較變異系數(shù)，發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定性高于其碳匯能力，低于其生態(tài)呼吸。

圖1為毛竹林月度NEE、RE和GEE的變化情況。研究發(fā)現(xiàn)毛竹林月均NEE均為負(fù)值，這表明全年均為碳匯，即毛竹林是吸收大氣CO2的匯；毛竹林全年月均NEE的變化較大，凈生態(tài)系統(tǒng)碳吸收能力7月最大，1月最小。全年來看，毛竹林在主要生長季(4-10月)內(nèi)的碳吸收量較大，占全年總量的75.4%；冬季(12-次年2月)的碳凈吸收量較小，僅占全年的11%。毛竹林8月的RE最大(94.26 gC·m-2·month-1)，2月最小(61.9 gC·m-2·month-1)，主要生長期內(nèi)的RE占全年的63.9%。毛竹林的月均GEE變化曲線與月均NEE變化曲線相似，毛竹林的總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(數(shù)值與GEE相等，符號為正)7月最大(184.3 gC·m-2·month-1)，1月最小(79.3 gC·m-2·month-1)，主要生長期的總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力占全年的68.4%[4]33-34。

圖1 2011-2016年毛竹林月均碳通量(均值±標(biāo)準(zhǔn)差)的變化趨勢曲線圖

基于隨機(jī)森林算法的計(jì)算結(jié)果表明：影響毛竹林NEE日平均變化的環(huán)境因子主要有飽和水汽壓差、土壤溫度、氣溫、光合有效輻射及土壤含水量(參見圖2A)。其中，土壤溫度、氣溫是毛竹林RE日平均變化的主要影響因子(參見圖2C)，飽和水汽壓差、土壤溫度和氣溫則是顯著影響毛竹林GEE日平均變化的環(huán)境因子(參見圖2E)?？梢?，在同一日變化時(shí)間尺度內(nèi)，毛竹林碳通量(NEE、RE與GEE)的驅(qū)動因子不同。而在月變化尺度內(nèi)，影響毛竹林NEE的因子依次為土壤5 cm溫度、7 m處氣溫(均達(dá)到極顯著水平)、葉面積指數(shù)以及光合有效輻射(均達(dá)到顯著水平，詳見圖2B)。毛竹林RE的主要驅(qū)動因子是土壤溫度和氣溫，其次為蒸散(參見圖2D)。氣溫、土壤溫度以及葉面積指數(shù)是顯著影響毛竹林GEE的因子[4]29-30。由此可見，篩選不同時(shí)間尺度影響毛竹林碳通量變化的驅(qū)動因子，對研究毛竹林碳匯的穩(wěn)定性及其形成機(jī)制具有十分重要的意義。

為進(jìn)一步量化毛竹林碳通量及其與驅(qū)動因子的關(guān)系，基于前文的結(jié)果及生態(tài)系統(tǒng)生理生態(tài)機(jī)制，構(gòu)建了如圖3所示的結(jié)構(gòu)方程模型(參見圖3)，并以毛竹林凈生態(tài)系統(tǒng)交換量為例。結(jié)果顯示，該模型可以解釋毛竹林凈生態(tài)系統(tǒng)交換量54.9%的變異。圖2B顯示，2011-2016年，毛竹林月尺度NEE驅(qū)動因子的重要性排序依次為：土壤5cm溫度(20.36%)、7m處氣溫(17.64%)、葉面積指數(shù)(13.57%)、光合有效輻射(17.17%)，即土壤溫度和氣溫是毛竹林月NEE的重要驅(qū)動因子[4]38。圖3為研究期內(nèi)對毛竹林月尺度凈生態(tài)系統(tǒng)交換量有直接作用的驅(qū)動因子。除了土壤50cm處含水量(SWC50)、飽和水汽壓差及降水有正相關(guān)關(guān)系外，其他因子均與NEE呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤溫度、氣溫是NEE月變化最重要的直接驅(qū)動因子.這與之前隨機(jī)森林模型篩選結(jié)果相一致。

圖3 2011-2016年毛竹林月凈生態(tài)系統(tǒng)交換量的結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果圖示(2)SRMR為結(jié)構(gòu)方程模型的標(biāo)準(zhǔn)化殘差均方和平方根(standardized root mean square residual)，CMIN為卡方統(tǒng)計(jì)量，DF為自由度，公認(rèn)的良好模型與數(shù)據(jù)的擬合標(biāo)準(zhǔn)為CMIN/DF <3，GFI為良適性適配指標(biāo)(goodness-of-fit index)，CFI為比較適配指數(shù)(comparative fit index)。其他因子代表的因子與圖2相同。連線上括號內(nèi)的數(shù)字表示直接作用關(guān)系的顯著性(p值)。實(shí)線表示各因子對NEE負(fù)向的直接作用效果，虛線表示對毛竹林月NEE正面的直接作用效果。R2代表所有因子對NEE變化解釋的比例。

(三)毛竹林碳匯探索成效

本研究基于渦度相關(guān)技術(shù)，采用隨機(jī)森林算法篩選毛竹林不同時(shí)期碳通量變化的驅(qū)動因子，并結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)生理機(jī)制構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型，量化解釋其不同時(shí)間尺度碳通量變化成因，同時(shí)也為定量評價(jià)毛竹林碳匯的穩(wěn)定性、固碳機(jī)制，毛竹林碳匯經(jīng)營及其可持續(xù)發(fā)展提供新的理論參考[4]97。

本研究的順利開展，離不開安吉縣人民政府、安吉縣林業(yè)局、浙江農(nóng)林大學(xué)、浙江省森林固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的合作，同時(shí)也為安吉毛竹林碳匯研究的長期定量監(jiān)測、精準(zhǔn)評估及未來應(yīng)對氣候變化提供了數(shù)據(jù)支撐和實(shí)踐依據(jù)。安吉毛竹林碳通量觀測站是亞熱帶森林的典型代表，也是中國碳通量觀測系統(tǒng)的一部分，應(yīng)該積極與全球碳通量觀測站同緯度的森林碳匯能力進(jìn)行比較分析，以便更加精準(zhǔn)地評估毛竹林的碳匯能力。毛竹林碳匯研究基地的逐漸完善，也為進(jìn)一步開展相關(guān)研究，加強(qiáng)多方合作提供了便利。2012年，安吉與中國綠色碳匯基金會、國際竹藤組織、浙江農(nóng)林大學(xué)等單位簽訂 “竹林可持續(xù)經(jīng)營和竹產(chǎn)品儲碳計(jì)量和交易研究與實(shí)驗(yàn)示范區(qū)”建設(shè)框架協(xié)議，安吉擁有了全球首個(gè)竹林經(jīng)營增匯及竹制品儲碳試驗(yàn)示范區(qū)項(xiàng)目[5]14。該項(xiàng)目在2013年開始實(shí)施，計(jì)劃五年內(nèi)開展竹林的可持續(xù)經(jīng)營和竹制品固碳的方法學(xué)研究，以及相關(guān)示范項(xiàng)目，最終實(shí)現(xiàn)竹林的可持續(xù)經(jīng)營儲碳增匯、竹產(chǎn)品儲碳項(xiàng)目的碳信用交易。2014年，“竹林碳匯試驗(yàn)區(qū)建設(shè)工程”被列為湖州市生態(tài)文明先行示范區(qū)建設(shè)的十大重點(diǎn)工程之一，安吉開始建設(shè)國內(nèi)領(lǐng)先的竹林碳匯機(jī)制創(chuàng)新及其科技研發(fā)試驗(yàn)區(qū)。自此，安吉縣的竹林碳匯研究工作進(jìn)入了快速推進(jìn)時(shí)期[5]14-15。

二、安吉毛竹林碳匯的實(shí)踐與提升

2016年7月，國家環(huán)保部辦公廳復(fù)函，同意將安吉縣列為全國唯一的“綠水青山就是金山銀山”理論實(shí)踐試點(diǎn)縣。2016年9月，浙江省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳下發(fā)《支持安吉縣創(chuàng)建“兩山”理論實(shí)踐示范縣的若干意見》，明確提出支持安吉縣開展“竹林碳匯試驗(yàn)示范區(qū)”建設(shè)，由此加快了安吉縣毛竹林實(shí)現(xiàn)生態(tài)服務(wù)的市場價(jià)值[5]14。與此同時(shí)，《竹林經(jīng)營碳匯項(xiàng)目方法學(xué)》獲國家發(fā)改委備案，也為提高竹林固碳能力及綜合效益提供了技術(shù)支持和標(biāo)準(zhǔn)。比如1 400hm2毛竹林，以30年(2016-2045年)為固定計(jì)算期，會產(chǎn)生約25萬噸CO2當(dāng)量的減排量，還會有數(shù)百萬的額外收益，在增加林農(nóng)收入的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了生態(tài)效益的變現(xiàn)[5]15。2016年12月，安吉建成了中國安吉竹林碳匯展示館。該館展示安吉的竹子歷史及其竹制品，普及了安吉的竹林碳匯及竹文化，成為全國第一個(gè)集科普、體驗(yàn)、教育等為一體的實(shí)踐基地。

經(jīng)過多年的合作研究，依托實(shí)驗(yàn)平臺(毛竹林通量觀測站)和示范基地(毛竹碳匯造林示范基地、毛竹林固碳減排綜合技術(shù)示范基地)，安吉毛竹林碳匯研究取得了一系列的成果。(1)發(fā)表論文180多篇，SCI收錄100篇，其中20多篇發(fā)表在Agricultural and Forest Meteorology、Forest Ecology and Management、Plant and Soil等國際農(nóng)林領(lǐng)域頂級期刊上，一級期刊81篇。(2)出版專著9部，主要有《竹林生態(tài)系統(tǒng)中碳的固定與轉(zhuǎn)化》《竹林生物量碳儲量遙感定量估算》《竹林生態(tài)系統(tǒng)碳匯計(jì)測與增匯技術(shù)》《竹材產(chǎn)品碳儲量與碳足跡研究》《竹林碳匯項(xiàng)目開發(fā)與實(shí)踐》及《竹林生態(tài)系統(tǒng)能量和水分平衡與碳通量特征》等。(3)獲得“竹林生物量碳儲量遙感估算軟件V1.0”“基于非線性偏最小二乘優(yōu)化模型的森林碳匯遙感估算方法”等10多項(xiàng)知識產(chǎn)權(quán)。(4)浙江農(nóng)林大學(xué)的“竹林生態(tài)系統(tǒng)碳過程、碳監(jiān)測與增匯技術(shù)研究”項(xiàng)目榮獲2012年浙江省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。由浙江農(nóng)林大學(xué)周國模教授主導(dǎo)完成的“竹林生態(tài)系統(tǒng)碳匯監(jiān)測與增匯減排關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲2017年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。(5)在項(xiàng)目推廣與效益方面，開發(fā)了41.6萬畝毛竹林，產(chǎn)生了國家核證碳減排量528.2萬噸，新增了2.64億元碳匯收益；通過增匯減排技術(shù)推廣503萬畝，每年增加150.9萬噸碳匯量，可增加9.05億元的竹材和碳匯綜合效益；周國模教授連續(xù)七次參加聯(lián)合國氣候大會并進(jìn)行主題發(fā)言，引起了國際社會對竹林碳匯的高度重視和認(rèn)可。

這些成果解決了毛竹林碳匯的技術(shù)問題，突破了制約毛竹林碳匯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，為提升毛竹林碳匯功能并進(jìn)入碳減排市場提供了強(qiáng)有力的科技支撐，推動了毛竹林碳匯產(chǎn)業(yè)及竹資源的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)的研發(fā)、推廣及應(yīng)用，為我國廣大山區(qū)林農(nóng)踐行“兩山”理念、落實(shí)精準(zhǔn)扶貧提供了有效的轉(zhuǎn)化路徑[6]第8版。

三、安吉毛竹林碳匯發(fā)展建議

毛竹林的固碳過程涉及氣象、凋落物、生物及經(jīng)營措施等多種因素。要理解毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳匯的形成機(jī)制及其對氣候變化的響應(yīng)，需要做好以下幾方面工作：(1)進(jìn)行持續(xù)研究，同時(shí)進(jìn)行野外實(shí)驗(yàn)、模型模擬、院校與地方的持續(xù)合作，并保障政策、技術(shù)和資金的持續(xù)投入。由此，為毛竹林碳匯研究持續(xù)提供實(shí)驗(yàn)平臺及技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)合作共贏。(2)通過毛竹林撫育、森林經(jīng)理學(xué)、林業(yè)遙感及農(nóng)林經(jīng)濟(jì)等多學(xué)科的交叉研究，提高毛竹林碳匯的精確監(jiān)測和計(jì)量水平。(3)通過政府主導(dǎo)、社會廣泛參與的形式，募集資金，建立毛竹林碳匯專項(xiàng)基金；積極組織毛竹林碳匯項(xiàng)目實(shí)施，及時(shí)掌握國內(nèi)外碳交易政策動態(tài)，逐步完善和規(guī)范竹林碳匯碳交易機(jī)制，發(fā)揮毛竹林的綜合經(jīng)濟(jì)效益；以市場為主導(dǎo)，有效發(fā)揮毛竹林固碳減排、應(yīng)對氣候變化的作用。(4)鼓勵(lì)林農(nóng)廣泛參與，規(guī)范生產(chǎn)和經(jīng)營，優(yōu)化毛竹林結(jié)構(gòu)，提高毛竹林生產(chǎn)力。(5)加強(qiáng)毛竹林碳匯專業(yè)人才培養(yǎng)，及時(shí)研發(fā)、應(yīng)用和推廣新技術(shù)，為毛竹林碳匯可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的人才和技術(shù)支撐。