碳中和背景下濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復重建及碳匯效益評價①

白甲林 劉軍省 楊博宇

1 中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，北京 100101

2 自然資源部礦區(qū)生態(tài)修復工程技術創(chuàng)新中心，北京 100083

現(xiàn)階段溫室氣體導致全球變暖的形勢日趨嚴峻，碳中和是一個應對溫室效應的重要管理工具，目前全球已有130多個國家和地區(qū)提出了“零碳”或“碳中和”的減碳目標。我國提出的“碳達峰”、“碳中和”承諾表明我國已進入碳中和牽引發(fā)展階段，各行各業(yè)需達成共識、形成合力，為目標的實現(xiàn)發(fā)揮自己的貢獻。碳中和是一個系統(tǒng)性超級工程，要著眼全局，國土空間和自然資源是實現(xiàn)“雙碳”目標的基礎載體和關鍵媒介，積極推進優(yōu)化國土空間治理、統(tǒng)籌自然資源管理、恢復重建生態(tài)系統(tǒng)等方向的工作可以助力“雙碳”目標的實現(xiàn)[1]。

生態(tài)系統(tǒng)固碳是降低大氣二氧化碳濃度最為經(jīng)濟可行和環(huán)境友好的途徑，生態(tài)系統(tǒng)恢復重建對于我國碳達峰和碳中和目標的實現(xiàn)有重大意義。濕地作為生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，在防洪防旱防內(nèi)澇、保護雨洪資源、保證水質(zhì)安全和水資源安全、保護生物多樣性、維護區(qū)域生態(tài)平衡等方面發(fā)揮著其他生態(tài)系統(tǒng)不可替代的作用[2]。濕地碳匯主要通過泥炭土進行“鎖碳”，濕地植物通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，隨著根、莖、葉和果實的枯落，堆積在微生物活動相對較弱的濕地中，逐漸形成泥炭。由于泥炭水分過于飽和的厭氧特性，導致植物殘體分解釋放二氧化碳的過程十分緩慢，從而有效固定了植物殘存體中的大部分碳。濕地不僅能夠吸收二氧化碳，還能存儲大量未被分解的有機物質(zhì)，避免里面的碳以二氧化碳的形式回到大氣中去，起著碳庫的作用[3]。然而，根據(jù)原國家林業(yè)局公布的第二次全國濕地資源調(diào)查結(jié)果顯示，全國濕地總面積53.6萬km2，占國土面積為5.58%；兩次調(diào)查間隔10年，同類型濕地面積減少了3.39萬km2，其中自然濕地面積減少了9.33%。

國外對于生態(tài)系統(tǒng)碳匯效益評價的研究，Daily[4]和Costanza[5]分別從生態(tài)系統(tǒng)服務功能的定義及價值估算上做出了巨大貢獻；Woodward等[6]將濕地生態(tài)系統(tǒng)的服務功能分為10類，將多年來濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價方法進行了系統(tǒng)總結(jié)；Meta效益轉(zhuǎn)移方法在濕地效益評價中使用較多，被EPA（Environmental Protection Agency）評為最精密的一種效益轉(zhuǎn)移方法，Chaikumbung等[7]利用這種方法對50個國家379個不同的濕地進行碳匯效益評價，針對濕地范圍、濕地種類等參數(shù)進行了回歸分析；Sharma等[8]使用基于市場以及效益轉(zhuǎn)移的方法，對尼泊爾的野生生物濕地公園進行了效益評價，發(fā)現(xiàn)濕地改善了當?shù)鼐用竦纳顥l件，產(chǎn)生了極大的碳匯效益。

國內(nèi)就生態(tài)系統(tǒng)碳匯效益評價在20世紀90年代有了較大發(fā)展：歐陽志云等[9]首先在國內(nèi)對生態(tài)系統(tǒng)的直接及間接服務功能進行了分類，并利用影子價格、替代工程及損益分析等方法評價其碳匯價值；黃國柱[10]對天津臨港經(jīng)濟區(qū)人工生態(tài)濕地進行了效益評價，主要包括污水處理、涵養(yǎng)水源、改善局部氣候、增加生物多樣性、促進區(qū)域低碳發(fā)展等；駱林川等[11]分析了南京秦淮河濕地公園所產(chǎn)生的效益，提出濕地公園建設可以帶動區(qū)域經(jīng)濟增長，增加碳匯，有效地提升了生態(tài)價值。

綜上，濕地碳匯效益評價是不可或缺的環(huán)節(jié)，不僅能指導濕地恢復規(guī)劃設計重建，還有助于后期發(fā)展狀況的監(jiān)測與管理。濕地的碳匯效益評價區(qū)別于單獨或單角度的生態(tài)系統(tǒng)評價、景觀評價、旅游評價以及美學評價，其涉及生態(tài)效益、經(jīng)濟效益以及社會效益三大方面，并由此從碳匯角度綜合評價濕地效益。近些年來，由于人類生產(chǎn)、生活等影響，眉山市太和濕地面積大幅減少，濕地生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重，急需進行濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復和重建。鑒于以上考慮，本文以指標體系的構(gòu)建以及評價方法的研究為基礎，探索碳中和背景下濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復的碳匯效益。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文以四川省眉山市太和濕地恢復重建為研究對象。研究區(qū)位于四川盆地成都平原西南部、岷江中游和青衣江下游的扇形地帶、眉山市的東坡區(qū)東北部，總面積約16.16km2。研究區(qū)地勢呈北高南低，自北向南沿岷江分布，岷江東側(cè)以低山丘陵為主，西岸以平原和河流沖積平壩為主，海拔高度430～400m，岷江防洪堤較堤內(nèi)地坪高3～8m。中部區(qū)域為平坦的沖擊平壩，地勢平緩，多數(shù)地區(qū)坡度處于3°以下，濕地區(qū)坡度變化劇烈、坡向起伏多變。區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較為單一，主要為第四系松散巖層孔隙水，埋藏于漫灘及一級階地中，主要受大氣降水補給，年降水量在1000～1200mm，5～9月為降雨集中時段，其降雨量占年總降雨量的85%左右。

1.2 研究方法

本文以地貌形態(tài)學、水文學、地理信息系統(tǒng)科學、景觀生態(tài)學原理為理論基礎，綜合運用數(shù)字地形分析、空間分析等分析方法，并利用空間預測手段，結(jié)合文獻資料搜集歸納、理論分析與實際驗證相結(jié)合、定性與定量相結(jié)合的分析方法，評價濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復重建給區(qū)域帶來的碳匯效益。

1.3 碳匯效益評價方法

本文通過不同用地類型單位面積的碳吸收量來評價眉山市太和濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復重建帶來的碳匯效益。研究區(qū)具有碳吸收能力的生態(tài)系統(tǒng)主要為陸地植被生態(tài)系統(tǒng)和水域濕地生態(tài)系統(tǒng)。在陸地植被生態(tài)系統(tǒng)中，自然植被通過光合作用將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)而固定下來，部分埋藏在地下或以有機質(zhì)的形式存儲在土壤中。林地、草地、園地等土地利用類型能夠通過不同植被的光合作用對二氧化碳進行吸收并固定。水域濕地對碳的吸收主要包括水域濕地固碳和干濕沉降的碳吸收[12]。

式中：E吸收-地類的碳吸收總量，單位t；ci-地類植被的碳吸收系數(shù)，單位t/(km2·a)；cw-水域濕地的碳吸收系數(shù)，單位t/(km2·a)；area-地類面積，單位km2。

不同用地類型的碳吸收系數(shù)參考“主要用地類型碳吸收系數(shù)表”(表1)[14]。

表1 主要用地類型碳吸收系數(shù)表Table 1 Carbon absorption coefficient of main land types

2 研究區(qū)主要生態(tài)問題識別

2.1 土地利用現(xiàn)狀分析

研究區(qū)內(nèi)土地利用以耕地、濕地、建設用地為主，草地、水域、工礦企業(yè)用地和交通用地占比較少。其中，耕地面積最大，為7.07km2，占比43.7%；濕地面積為2.27km2，約占14%（表2）。

表2 土地利用現(xiàn)狀表Table 2 Land use status analysis

2.2 生態(tài)問題識別

研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)整體脆弱，漁業(yè)養(yǎng)殖污染水體，毛河上游的生活污水直排入河，污染濕地水體，水質(zhì)為Ⅳ至V類水，受到湯壩航電工程攔水及回水的影響，毛河與岷江交匯口以北約1km范圍內(nèi)常水位為414.8m。水庫蓄水將浸沒研究范圍內(nèi)部分農(nóng)田和村莊，并造成局部地區(qū)積水內(nèi)澇。

3 結(jié)果與分析

3.1 濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復重建措施

本文通過水陸格局規(guī)劃、濕地水系梳理、點源污染治理、面源污染治理和生物多樣性保護5項措施對眉山市太和濕地生態(tài)系統(tǒng)進行恢復重建。

3.1.1 水陸格局規(guī)劃

通過模擬研究區(qū)極端日降雨量形成的淹水情況，在合理工程范圍內(nèi)進行水陸格局的梳理。參照《室外排水設計規(guī)范》（GB50014）的徑流系數(shù)[15]，通過加權平均計算得到區(qū)域綜合徑流系數(shù)0.55（表3）。

表3 區(qū)域綜合徑流系數(shù)表Table 3 Table of regional comprehensive runoff coefficient

研究區(qū)位于岷江流域，集水分區(qū)面積約46km2，流域走向大致與岷江流走向相同，流域內(nèi)北部為淺山丘區(qū)和平壩，靠近岷江一側(cè)區(qū)域為洼地，岷江堤岸較堤內(nèi)平壩高約8m，總體地勢北高南低，西高東低，地形坡度由北向南逐漸變緩，坡降比約0.8‰。根據(jù)眉山市的氣象資料，區(qū)域降水呈季節(jié)性分布，夏季6～8月降水量可占全年的60%以上，最大一次連續(xù)日降雨量達410.80mm（表4）。因此，濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復重建需要考慮夏季暴雨及岷江洪峰期間研究區(qū)內(nèi)的防洪排澇問題（圖1）。

圖1 極端降雨淹沒模擬圖Fig.1 Flooding simulation map under an extreme rainfall condition

表4 集水分區(qū)匯水量表Table 4 Rainfall, runoff, and water depth in the catchment area

依據(jù)安全高程，在研究區(qū)內(nèi)進行水陸格局梳理，將湖泊區(qū)池底地形深挖于枯水線以下，并滿足一定深度要求。構(gòu)建仿自然河道河底、湖泊湖底形態(tài)，形成良好的水動力循環(huán)和底泥的集中沉降[16]。另外在陸地區(qū)域進行地形重建，增加地形的變化與起伏。

3.1.2 濕地水系梳理

濕地公園的水量來源于本地降雨匯流、地下水補充和毛河，其中一部分從毛河北部支流進入濕地，一部分由中部進入濕地，水流方向整體由北至南，由南部兩個匯入岷江。在濕地南部出口設置兩個水閘，控制濕地水位穩(wěn)定；在易形成死水區(qū)的位置布置推流曝氣機，推動水體流動，增加水體溶解氧。

3.1.3 點源污染治理

濕地十八島的污水來源主要是生活污水，如度假區(qū)、酒店、餐飲等產(chǎn)生的污水。島嶼四面環(huán)水，污水直接排入濕地，會嚴重污染濕地；由于島嶼分散，水深較大，市政管網(wǎng)鋪設難度大、投資高，建議每個島單獨處理，采用分散型一體化填埋式污水處理工藝。在建筑集中且靠近城市區(qū)，應進一步完善市政污水管網(wǎng)建設，確保生活污水全部接入管網(wǎng)，由城市污水處理廠進行統(tǒng)一處理。

3.1.4 面源污染治理

面源污染主要是地表徑流污染和農(nóng)業(yè)污染，削減思路為“源頭控制、過程削減、匯水阻隔”。在流域面源建立污染物入河緩沖過濾帶，通過恢復和利用自然濕地、植被緩沖區(qū)、多水塘和水陸交錯帶以及構(gòu)建人工濕地進行匯水阻隔。在集中開發(fā)地塊面源實施研究區(qū)降水管理，采取雨污分流處理制度實施最佳流域管理措施，設置攔渣設施和雨污調(diào)蓄工程進行過程削減。在開發(fā)過程中采用低影響開發(fā)和海綿城市措施，減少地表徑流的同時削減地表面源污染。在村鎮(zhèn)面源推行農(nóng)田最佳養(yǎng)分管理和畜禽養(yǎng)殖集約化管理，通過畜禽場與農(nóng)田的合理配置、畜禽場化糞池容量和密封性等方面規(guī)范化操作進行源頭控制[17]。

3.1.5 生物多樣性保護

濕地生物多樣性保護的核心是恢復自然生境系統(tǒng)。在研究區(qū)進行水深控制、流速和水位變化控制，并設置安全島。首先，因涉禽和游禽主要在淺水區(qū)覓食，應在岸際設置水深10～30cm的淺水區(qū)；同時，覓食地和棲息地水流速度宜緩，尤其是在4～7月的筑巢期，水位漲落幅度10～30cm為宜；另外，在水面中央設置不同大小供鳥類棲息的安全島，提供隱蔽的繁殖或棲息場所，且安全島留有裸露泥涂、種植蘆葦?shù)人参锛吧倭抗嗄緟?。通過構(gòu)建動植物棲息地，重建食物鏈并提供適宜營造多層次結(jié)構(gòu)的濕地生境，從而提高濕地生物多樣性水平[18]。

3.2 研究區(qū)碳匯效益評價

林地、草地、園地等土地利用類型能夠通過不同植被的光合作用對二氧化碳進行吸收并固定，水域?qū)μ嫉奈罩饕ㄋ驖竦毓烫己透蓾癯两档奶嘉?，建設用地、工礦企業(yè)用地和交通用地暫不考慮碳匯資源吸收。根據(jù)不同用地類型的碳吸收系數(shù)來計算研究區(qū)現(xiàn)狀用地各類碳匯資源吸收量（表5)，通過對比生態(tài)系統(tǒng)恢復重建后的各類碳匯資源吸收量（表6），可以清晰地看到整體碳匯資源吸收的總量并未因為建設開發(fā)而損失或降低，通過增加高單位碳吸收量的用地類型面積，使整個片區(qū)的碳匯效益得到提升。

表5 現(xiàn)狀土地利用類型碳匯吸收量總表Table 5 Total table of carbon sink absorption of current land use types

表6 恢復重建后土地利用類型碳匯吸收量總表Table 6 Total table of carbon sink absorption of land use type after recovery and reconstruction

眉山市太和濕地具有碳吸收能力的陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)，對于減緩大氣中二氧化碳濃度升高、保護區(qū)域氣候具有重要的作用。濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復后，區(qū)域內(nèi)的耕地作物光合作用碳吸收量約3263.86t，草地覆蓋光合作用碳吸收量約97.36t，林地植被光合作用碳吸收量約3273.34t，濕地固碳與碳沉降量約911.77t，水域固碳與碳沉降量約15.68t。經(jīng)計算，林地植被光合作用碳吸收量增加了約1246.34t，濕地固碳與碳沉降量增加了約376.96t，全年各類碳匯資源吸收量合計為7562.01t。通過和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)對比可明顯看出，濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復重建后的碳匯吸收總量增長約27%。

3.3 減排增匯措施

3.3.1 改善濕地土壤和水文環(huán)境

通過恢復重建濕地生態(tài)系統(tǒng)，合理優(yōu)化濕地的土壤與水文環(huán)境，可以使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)更好地發(fā)揮固碳增匯作用。首先，坑塘、島嶼和溝渠系統(tǒng)可以極大地增加水和土壤以及濕地植被系統(tǒng)的接觸面積，有利于土壤中的微生物充分吸收水體中的污染物，可以提升固碳增匯的能力；同時，多樣化的濕地使水體流速多變，增強水動力，增加水體溶解氧，有利于削減污染物，從而起到減排增匯的作用。另外，改變原有湖床剖面，將水庫呈階梯狀向中部挖深，濕地湖底采用階梯V字形湖底，增強湖底水體流動性，形成底泥的集中沉降，從而起到固碳的作用[18]。

研究區(qū)所屬岷江古河道，因河流改道而使區(qū)域內(nèi)生態(tài)功能削弱和降低，從而使其固碳能力下降。通過增加濕地面積及多島嶼格局（圖2），可以恢復水源涵養(yǎng)功能和水土保持功能，多島嶼格局形成的植被覆蓋與太和濕地水體形成調(diào)溫效應可改善局部小氣候，對于緩解區(qū)域內(nèi)大氣二氧化碳濃度升高、保護區(qū)域氣候具有重要的作用。

圖2 多島嶼格局圖Fig.2 Multi-island pattern map

3.3.2 優(yōu)化植被和微生物配置

濕地在不同時期、不同階段、不同條件下會有碳源和碳匯的轉(zhuǎn)換，濕地中有很多物種起到將有機碳無機化的能力，使?jié)竦刈鳛樘紖R的同時成為碳源，從而對濕地的減排增匯起到負作用。因此需要通過合理控制這些物種的種群數(shù)量，使?jié)竦刈鳛樘荚吹哪芰ο陆?，間接地使?jié)竦胤懦鰺o機碳的排量減少，從而有效地促進濕地減排增匯。

選擇相對固碳能力較強的植物物種，通過合理地恢復、保護和提高該物種的種群數(shù)量，從而提高濕地的固碳水平。在小于1.50m水深的水域做濕地，選擇適宜本地生長環(huán)境的濕地植物，包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。其中挺水植物包括蘆葦、水生鳶尾、菖蒲、美人蕉、荷花、澤瀉、野茭白、石菖蒲等；浮水植物包括蕹菜、大薸、水憋、青萍、睡蓮、莼菜、菱、兩棲蓼等；沉水植物包括篦齒眼子菜、角果藻、金魚藻、菹草、苦草、水篩、輪葉狐尾藻、竹葉眼子菜等。適地適樹，充分考慮植物在本地的景觀效果、成活率和固碳能力。其中大喬木包括銀杏、桂花、樸樹、法桐、紫薇、木芙蓉、重陽木、白玉蘭等；大灌木（50～100cm）包括木槿、棕竹、迎春、美人蕉、琴絲竹、花葉良姜、金葉女貞、紅葉石楠等；中灌木（30～50cm）包括腎蕨、春鵑、南天竹、蜘蛛蘭、小蒲葵等；地被包括六月雪、蛇鞭菊、美女櫻、一串藍、冷水花、金邊吊蘭等。通過合理的植物配置，從而提高濕地的固碳量和固碳效率。

4 結(jié)論與展望

濕地是水資源安全和水環(huán)境質(zhì)量的重要屏障，濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復重建可以提升生物多樣性，對抑制大氣中二氧化碳濃度上升和全球變暖具有重要意義。本研究基于太和濕地碳匯效益評價，分析研究濕地重建前后碳匯效益變化，結(jié)果顯示太和濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復后，區(qū)域內(nèi)的濕地固碳與碳沉降量增加了約376.96t，林地植被光合作用碳吸收量增加了約1246.34t。通過改變濕地土壤和水文環(huán)境、優(yōu)化植被和微生物配置可以有效地提升濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能，眉山市太和濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復重建可以實現(xiàn)碳匯效益的最大化和可持續(xù)性。

本文基于碳匯效益評價對四川省眉山市太和濕地恢復重建前后的碳匯能力進行計算，雖在一定程度對比了濕地恢復重建前后整體碳匯能力變化，但所采用的計算方法只能在宏觀尺度上對太和濕地碳匯能力進行評估。如果需要進一步了解太和濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力的準確數(shù)值，需要通過更精確的方法，如微氣象學法、生物量法、實地勘察碳儲量等計算方法，特別是考慮物種優(yōu)化配置種植時碳匯的增損情況。