金沙江上游與其他流域典型植被碳含量差異性探究

摘 要：摸清植被碳含量本底信息是估算金沙江上游植被碳儲(chǔ)量的基礎(chǔ)。結(jié)合實(shí)地調(diào)查和文獻(xiàn)分析，對(duì)比分析金沙江上游的主要植被類型碳含量與其他流域的差異，并對(duì)差異性原因進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：同一樹種碳含量在不同流域地區(qū)之間存在一定差異，金沙江上游除馬尾松外，其他樹種的碳含量普遍高于其他地區(qū)。金沙江上游地區(qū)獨(dú)特的海拔、氣溫、光照、降水、土壤條件、地形地貌、人類活動(dòng)、生態(tài)系統(tǒng)等多重因素對(duì)金沙江上游地區(qū)植被碳含量有著非常重要的影響。研究成果可為金沙江上游植被碳儲(chǔ)量估算、固碳增匯優(yōu)勢(shì)物種選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：金沙江上游；植被碳含量；針葉林；闊葉林

中圖分類號(hào)：S718.5" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

植被是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳匯[1-2]，通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳儲(chǔ)存于植物體內(nèi)，這一過程對(duì)于調(diào)節(jié)地球的碳平衡和減緩全球變暖具有顯著影響。因此，植被碳含量的研究對(duì)于理解全球碳循環(huán)和氣候變化至關(guān)重要。研究表明，不同地區(qū)氣候、降水和海拔等環(huán)境因素的差異可能會(huì)導(dǎo)致同一樹種在不同地區(qū)的碳含量存在顯著差異[3]。

作為中國西南地區(qū)的重要生態(tài)屏障，金沙江上游流域獨(dú)特的地理位置和復(fù)雜的地形地貌孕育了豐富的生物多樣性和復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。該地區(qū)的森林植被類型多樣，從青藏高原高寒灌叢和草甸到亞熱帶山地針葉林再到亞熱帶闊葉林，形成了豐富的垂直帶譜，為碳循環(huán)研究提供了理想的自然實(shí)驗(yàn)室。作為長江上游的重要水源涵養(yǎng)區(qū)和生物多樣性寶庫，金沙江上游流域植被狀況對(duì)整個(gè)長江流域乃至全球的生態(tài)平衡具有重要影響。

近年來，針對(duì)金沙江上游地區(qū)植被碳含量的研究日益增多。黃從德等[4]按林分類型測定了四川省及重慶地區(qū)森林植被碳含量，結(jié)合四川森林資源清查數(shù)據(jù)，估算了不同時(shí)段的碳儲(chǔ)量。唐宵等[5]應(yīng)用濕燒法分析了四川13個(gè)主要針葉樹種不同器官的有機(jī)含碳率，同時(shí)利用生物量資料對(duì)林分平均含碳率進(jìn)行了分析。王金亮等[6]采用重鉻酸鉀容量法對(duì)滇西北4種主要樹種的含碳率進(jìn)行了測定，并對(duì)不同樹種不同林齡不同器官的含碳率進(jìn)行分析。任德智等[7]對(duì)西藏昌都地區(qū)森林植被的含碳率進(jìn)行了測定，在此基礎(chǔ)上，估算了昌都地區(qū)的森林碳儲(chǔ)量和碳密度，并探討其空間分布格局。侯芳等[8]對(duì)滇中亞高山5種典型森林類型喬木層植物各器官碳含量、生物量、碳儲(chǔ)量及分配特征進(jìn)行了比較。但目前的研究缺乏橫向?qū)Ρ?，即同一樹種在金沙江上游和其他流域的碳含量是否存在差異仍有待探究。

中國幅員遼闊，擁有眾多典型的流域，每個(gè)流域都有其獨(dú)特的地理和氣候特征，同時(shí)具有豐富的植被類型和復(fù)雜的生態(tài)過程。本文選擇10個(gè)與金沙江上游植被類型相同或相似的流域[9-13]（詳見表1），將金沙江上游流域與其他流域的植被碳含量進(jìn)行對(duì)比分析，并探討其與環(huán)境因子之間的關(guān)系。研究不僅有助于理解生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的地域性特征，也可以為植被管理和生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)支持。

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

金沙江上游為直門達(dá)至石鼓段，地理位置介于97°8′E—100°11′E、26°37′N—32°59′N之間，流

域面積7.65萬km2，河段長994 km。金沙江上游流經(jīng)青、藏、川、滇四省，位于橫斷山區(qū)，流域呈狹長的南北帶狀，河流穿行于高山狹谷之中，水流湍急，河道下切深，為典型的深谷河段，平均比降1.76‰，落差達(dá)1 722 m，整體地勢(shì)由西北向東南逐步降低（圖1）。

金沙江上游水能資源豐富，作為國家“十四五”規(guī)劃中的九大清潔能源基地之一，目前規(guī)劃建設(shè)梯級(jí)水電13座，自上游向下依次為西絨水電站、曬拉水電站、果通水電站、崗?fù)兴娬尽r比水電站、波羅水電站、葉巴灘水電站、拉哇水電站、巴塘水電站、蘇洼龍水電站、昌波水電站、旭龍水電站、奔子欄水電站，總裝機(jī)量超過1 489萬kW[14]，建成后將極大地增強(qiáng)區(qū)域清潔能源保障供給和水資源調(diào)蓄能力。

受青藏高原隆升以及東南季風(fēng)、西南季風(fēng)的影響，金沙江上游地區(qū)地形地貌復(fù)雜，經(jīng)緯度跨度較大，氣候垂直分異明顯，具體表現(xiàn)為高山常年積雪覆蓋，干熱河谷酷熱難耐。各地年平均降水量差異較大，北部年平均降水量為240～550 mm，南部年平均降水量350～900 mm，且降水量年內(nèi)分布不均，12月份—次年2月份降水量僅占全年的2%，6—8月份降水量占全年的80%以上；各地年平均氣溫差異也較大，整體上北低南高，北部高海拔山區(qū)年均氣溫-4.9～7 ℃，南部干旱河谷區(qū)年均氣溫12～15 ℃。

根據(jù)《中國植被》中的植被地帶和植被類型劃分[12-13]，金沙江上游直門達(dá)至石鼓段在植被區(qū)劃系統(tǒng)中被分為3個(gè)地帶（圖2）：

（1）亞熱帶闊葉林。海拔約1 700～2 800 m，年平均氣溫13～15℃，年平均降水量590～710 mm，氣候溫暖濕潤，四季分明，具有較高的生物多樣性。主要是由樺木屬（Betula）、櫟屬（Quercus）、柳屬（Salix）、楊屬（Populus）等樹種組成的闊葉林。優(yōu)勢(shì)種為糙皮樺（Betula utilis）、川滇高山櫟（Quercus aquifolioides）、帽斗櫟（Quercus guyavifolia）、長穗高山櫟（Quercus longispica）、高山柳（Salix cupularis）等。

（2）亞熱帶山地針葉林。海拔約2 800～4 300 m，年平均氣溫8～14 ℃，年平均降水量350～540 mm，氣候涼爽濕潤，冬季寒冷，夏季溫和，且經(jīng)常云霧籠罩，相對(duì)于低海拔的闊葉林來說，生物多樣性較低。主要是由冷杉屬（Abies）、云杉屬（Picea）、松屬（Pinus）、落葉松屬（Larix）、圓柏屬（Sabina）等樹種組成的針葉林。優(yōu)勢(shì)種為長苞冷杉（Abies georgei）、鱗皮冷杉（Abies squamata）、川西云杉（Picea likiangensis var. balfouriana）、麗江云杉（Picea likiangensis）、大果紅杉（Larix potaninii var. macrocarpa）等。

（3）高寒灌叢和高寒草甸。海拔約4 300～5 000 m，年平均氣溫-3.6～-1℃，年平均降水量400 mm左右，冬季漫長，夏季短暫，植物種類相對(duì)較少。主要是由杜鵑屬（Rhododendron）、蓼屬（Polygonum）、嵩草屬（Kobresia）等組成的高寒灌叢和草甸。優(yōu)勢(shì)種為圓穗蓼（Polygonum macrophyllum）、草原杜鵑（Rhododendron telmateium）、雪層杜鵑（Rhododendron nivale）、小嵩草（Kobresia pygmaea）等。高寒灌叢和高寒草甸主要分布在青藏高原東部及其鄰近的高山地區(qū)[12]，具有明顯的地域性和局限性，在全國范圍內(nèi)并沒有廣泛分布，無法與其他流域進(jìn)行對(duì)比分析，故本文不討論。

1.2 研究方法

鑒于數(shù)據(jù)庫資源的科學(xué)性和權(quán)威性，本文選用中國知網(wǎng)中文數(shù)據(jù)庫作為中文文獻(xiàn)代表性數(shù)據(jù)檢索源，Web of Science（WOS）核心合集數(shù)據(jù)庫作為外文文獻(xiàn)代表性數(shù)據(jù)檢索源。

在CNKI中文數(shù)據(jù)庫中，設(shè)置“植被碳含量”“植被含碳率”為檢索主題進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，時(shí)間跨度為2000—2024年，獲取文獻(xiàn)231篇，以 Refworks 的格式導(dǎo)出檢索結(jié)果的全記錄（包含全部作者、標(biāo)題、來源出版物、關(guān)鍵詞），經(jīng) CiteSpace 軟件格式轉(zhuǎn)換功能處理為可用數(shù)據(jù)格式。

在Web of Science（WOS）核心合集數(shù)據(jù)庫中，設(shè)置“Vegetation carbon content”“Vegetation carbon”為檢索主題進(jìn)行檢索，時(shí)間跨度為2000—2024年，獲取文獻(xiàn)96篇，以純文本的格式導(dǎo)出檢索結(jié)果的全記錄 （包含全部作者、標(biāo)題、來源出版物、關(guān)鍵詞及參考文獻(xiàn)）。

以CiteSpace為主要研究工具，輔以Excel和CNKI的可視化分析功能，得到植被碳含量研究有關(guān)文獻(xiàn)的計(jì)量結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同流域針葉林樹種碳含量對(duì)比

我國針葉林的分布區(qū)域主要包括東北、華北、西北、西南高山、亞高山及臺(tái)灣山地高寒地帶，從東北平原地區(qū)到西部高原和山地地區(qū)，幾乎覆蓋了我國的大部分地區(qū)。通過收集整理國內(nèi)外大量的研究成果[3-8，15-27]，將不同流域的針葉林樹種碳含量的實(shí)測值匯總?cè)绫?所示。

從表2可知，同一樹種碳含量在不同流域之間存在一定差異，針葉林的碳含量在0.456 7～0.543 7 g/g之間變化。在所研究的樹種中，除馬尾松外，金沙江上游流域的碳含量普遍較高。黑龍江流域的多數(shù)樹種碳含量相對(duì)較低，這可能與該地區(qū)的氣候條件有關(guān)。黑龍江流域位于我國東北部，屬于寒溫帶季風(fēng)氣候，冬季漫長且寒冷，夏季短暫且溫和，可能限制了樹木的生長速度和碳積累能力。

不同樹種的碳含量受地理位置和氣候條件的共同影響，變化規(guī)律各有特點(diǎn)。冷杉和云杉的碳含量差異較大，表明這兩種樹種對(duì)環(huán)境變化的敏感性較高。杉木、落葉松、華山松、濕地松、油松、馬尾松和柏木的碳含量差異相對(duì)較小，但仍顯示出地域間的顯著差異。

綜上，針葉林中不同樹種的碳含量受多種環(huán)境因素的綜合影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的地域分布特征。金沙江上游流域因較為豐富的水熱資源、適宜的海拔高度以及較為原始的森林環(huán)境，成為多數(shù)樹種碳含量較高的熱點(diǎn)區(qū)域。而黑龍江流域由于其特殊的氣候條件，多數(shù)樹種的碳含量較低。不同樹種碳含量的最高值分布在不同流域。這一現(xiàn)象表明，在進(jìn)行生態(tài)保護(hù)和森林管理時(shí)，需要考慮不同樹種對(duì)環(huán)境的特定適應(yīng)性。

2.2 不同流域闊葉林樹種碳含量對(duì)比

我國闊葉林分布區(qū)域廣泛，從南到北覆蓋了亞熱帶、暖溫帶乃至部分溫帶地區(qū)。通過收集整理國內(nèi)外大量的研究成果[5，7，17-20，23，28-31]，將不同流域的闊葉林樹種碳含量的實(shí)測值匯總?cè)绫?所示。

從表3可知，闊葉林的碳含量在0.447 0～0.500 8g/g之間變化。在所研究的樹種中，除樺類外，金沙江上游流域的碳含量均高于其他流域。

不同樹種的碳含量受地理位置和氣候條件的共同影響，變化規(guī)律各有特點(diǎn)。樺類和櫟類的碳含量變化幅度較大，說明這兩種樹種對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)較為敏感，可能在全球變化研究中具有較高的指示價(jià)值。楊樹和柳的碳含量變化相對(duì)較小，但仍顯示出對(duì)流域特性的適應(yīng)性差異。

3 植被碳含量差異成因

由上文可知，針葉樹種的含碳率普遍高于闊葉樹種，馬欽彥等[16]、徐小靜等[22]、王立海等[24]研究表明，針葉樹種脂肪類物質(zhì)和木質(zhì)素含量比闊葉樹種高，因此針葉樹種碳含量普遍高于闊葉樹種。

此外，金沙江上游流域大部分樹種的碳含量高于其他地區(qū)，可能的原因有以下幾點(diǎn)：

（1）高海拔、低溫和光照條件，提高了光合作用強(qiáng)度。金沙江上游流域位于青藏高原東部邊緣，海拔普遍較高，氣溫較低。低溫環(huán)境減緩了植物的呼吸作用，減少了碳的消耗，植物的代謝速率相對(duì)較低，生長周期較長，有助于碳的積累[32-33]。同時(shí)，高海拔地區(qū)通常接受到的太陽輻射強(qiáng)度更大，光合作用更為活躍，從而促進(jìn)了碳的固定[34]。

（2）復(fù)雜的地形條件為植被提供多樣化的生長環(huán)境，增強(qiáng)了本區(qū)域植被的固碳潛力。金沙江上游流域地形多變，山地和丘陵地帶的微地形特征，如坡度的陡峭與平緩、坡向的陽面與陰面以及海拔高度的梯度變化，共同塑造了一系列差異化的微氣候環(huán)境。環(huán)境的多樣性為不同生態(tài)位的植物種類提供了適宜的生長基底，從而促進(jìn)了植物群落的多樣性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性[35]。在這種多樣化的生境中，植物能夠更加高效地利用光能、水分和養(yǎng)分資源，實(shí)現(xiàn)生態(tài)位分化和資源利用的最優(yōu)化，導(dǎo)致植物群落的生物量顯著提升，通過生物量的累積，將大量的碳固定在植物體及其衍生物質(zhì)中。

（3）人類活動(dòng)的影響較小，使得植被能夠維持正常生長周期，促進(jìn)碳的有效固定和儲(chǔ)存。相比于人口密集和工業(yè)化程度較高的平原地區(qū)，金沙江上游流域人類活動(dòng)較少，森林砍伐、城市化和農(nóng)業(yè)擴(kuò)張等行為對(duì)植被的破壞較小，有助于植被維持較高的碳含量。

（4）穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)能夠有效維持碳循環(huán)。金沙江上游流域的生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，沒有經(jīng)歷大規(guī)模的生態(tài)破壞，如森林火災(zāi)等，有助于植被的持續(xù)生長和碳的長期積累。

4 結(jié) 論

（1）將金沙江上游流域與黑龍江流域、長江干流水系（三峽庫區(qū)）、淮河流域、錢塘江流域、洞庭湖水系、汾河水系、黃河中下游流域、嘉陵江上游流域、海河流域、松花江流域共10個(gè)流域的植被碳含量進(jìn)行對(duì)比分析，研究發(fā)現(xiàn)除馬尾松和樺類外，金沙江上游流域的樹種碳含量普遍較高。

（2）金沙江上游流域大部分樹種的碳含量高于其他地區(qū)，可能的原因包括以下幾點(diǎn)：高海拔、低溫和光照條件，提高了光合作用強(qiáng)度；復(fù)雜的地形條件為植被提供多樣化的生長環(huán)境，增強(qiáng)了植被的固碳潛力；人類活動(dòng)的影響較小，使得植被能夠維持正常生長周期，促進(jìn)碳的有效固定和儲(chǔ)存；穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)能夠有效維持碳循環(huán)，有助于植被的持續(xù)生長和碳的長期積累。

致謝：感謝金沙江上游水電梯級(jí)開發(fā)固碳潛力與雙碳貢獻(xiàn)評(píng)估項(xiàng)目對(duì)本研究的大力支持。

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Differences in Carbon Content of Typical Vegetation between the Upper Jinsha River and Other Watersheds

LI Fubing1，F(xiàn)U Junlin2，CHENG Xuejun2，ZHENG Xuedong2，HU Jiangjun3，JIANG Ning4，CHEN Zeshan1，ZHENG Pengfei4，ZHANG Shuangyin2

（1. Suwalong Branch，Huadian Jinsha River Upstream Hydropower Development Co.，Ltd. ，Changdu 854000，China；2. Department of Space Information Technology Application，Changjiang Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；3.Huadian Jinsha River Upstream Hydropower Development Co.，Ltd.，Chengdu 610041，China；4.Central Monitoring Station of soil and water conservation in Yangtze River Basin，Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China）

Abstracts：Understanding the background information of vegetation carbon content is the basis for estimating the vegetation carbon storage in the upper Jinsha River. Based on field surveys and literature analysis，we compare the differences of carbon content in major vegetation types between the upper Jinsha River and other watersheds，and explore the reasons for the differences. The results indicate that the carbon content of the same tree species varies among different watershed areas. In the upper Jinsha River，the carbon content of most tree species，except for Masson pine，is generally higher than that in other areas. Multiple factors，including the altitude，temperature，sunlight，precipitation，soil conditions，topography，human activities，and ecosystems in the upper Jinsha River，play a significant role in influencing the carbon content of the region's vegetation. The research findings can provide references for estimating the vegetation carbon storage and selecting the advantageous species for carbon sequestration enhancement in the upper Jinsha River.

Key words：upper Jinsha River；vegetation carbon content；coniferous forest；broadleaf forest