青海省2021年度新建水土保持工程固碳效益估算

摘 要： 將水土保持納入碳交易體系，是實現(xiàn)生態(tài)補償、促進水土保持可持續(xù)發(fā)展和改善氣候環(huán)境的需要，同時也是實現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)的需要，但目前在小尺度范圍水土保持固碳效益測算方面的技術(shù)支撐還存在不足。為此，在已有固碳效益測算技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對不同水土保持措施、不同立地條件，提出了水土保持固碳效益分析簡易模型，以評估小尺度范圍內(nèi)水土保持工程的固碳效益。評估結(jié)果表明，青海省2021年度新建水土保持工程總固碳效益為44 731 t/a，其中小流域水土保持綜合治理工程固碳效益40 443 t/a，坡耕地水土流失綜合治理工程固碳效益1 139 t/a，淤地壩固碳效益3 149 t/a。

關(guān)鍵詞： 固碳效益；碳匯；新建工程；水土保持；青海省；2021年度

中圖分類號： S157" 文獻標(biāo)識碼： A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.01.012

［引用格式］ 王延秀，段榮薇，王芳，等.青海省2021年度新建水土保持工程固碳效益估算[J].中國水土保持，2025（1）：45-50.

水土保持是生態(tài)文明建設(shè)的必然要求，也是實現(xiàn)碳中和的重要一環(huán)。2020年9月，我國提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)和愿景[1]。余新曉等[2]從水土保持工程措施、植物措施、農(nóng)業(yè)措施、生態(tài)清潔小流域建設(shè)方面分析碳減排效果，提出了實現(xiàn)碳中和的若干對策；李智廣等[3]提出水土保持碳匯是建立在治理水土流失的工程措施、植物措施、耕作措施及其產(chǎn)生的調(diào)水蓄水保土效益等物質(zhì)基礎(chǔ)上的，主要固碳途徑包括植物途徑、土壤途徑和水體途徑，并且參考陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯核算方法，結(jié)合水土流失治理措施及其效益基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析和厘清了水土保持碳匯能力評估指標(biāo)體系[4]。

從“雙碳”目標(biāo)看，青海是巨大的碳匯盈余地，習(xí)近平總書記強調(diào)“希望青海在實現(xiàn)碳達峰方面先行先試”。為此，以2021年度青海省水土保持工程完成量為基礎(chǔ)，開展水土保持工程固碳效益研究，以期量化青海省水土保持工程固碳效益，逐步推動水土保持碳匯納入溫室氣體自愿減排交易機制。

1 研究區(qū)概況

青海省地域遼闊，地貌復(fù)雜多樣，兼具黃土高原、青藏高原和西北高山區(qū)三個地域特點，是全國水土流失最為嚴(yán)重的省份之一。由于青海省特殊的自然地理環(huán)境，海拔高，氣候寒冷、干旱，土壤流失面積大，侵蝕類型多樣，植被生長周期短，因此具有獨特的水土流失特點，水土流失治理難度大。

根據(jù)全國水土流失動態(tài)監(jiān)測，截至2021年末，青海省水土流失面積28.10萬km2（含凍融侵蝕），占國土總面積的40%以上。2021年青海省水土保持工程主要集中在湟水流域，見圖1。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源為《2021年青海省水土保持公報》及青海省水土保持中心2021年度水土保持工程完成量，其中：小流域水土保持綜合治理工程28項，治理面積503.30 km2；坡耕地水土流失綜合治理工程6項，治理面積28.87 km2；新建淤地壩5座，總庫容256.38萬m3。

2.2 研究方法

水土保持工程措施通常起到防治水土流失、維持土壤團聚體穩(wěn)定性、減少泥沙入河的作用，避免土壤有機碳在水蝕、風(fēng)蝕等影響下隨土壤流失產(chǎn)生遷移、土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞、土壤碳排放加劇，從而實現(xiàn)土壤有機碳的積累[2]。水土保持植物措施通過植物光合作用將大氣中的CO2轉(zhuǎn)化為纖維素等有機質(zhì)[3]，產(chǎn)生固碳效益。以封禁措施為代表的自然修復(fù)方案通過控制外來擾動因素，在封禁區(qū)域營造良好的植被生長條件，促進生物量的增加，從而增加區(qū)域固碳效益。

根據(jù)實際經(jīng)驗，小流域水土保持綜合治理工程固碳效益分析采用典型分析法，簡易流程為：分析工程分布規(guī)律→選定不同類型區(qū)的典型工程→計算典型工程單位面積固碳效益→以典型工程推算類型區(qū)固碳效益→匯總固碳總量。坡耕地水土流失綜合治理工程以治理土壤流失為主，采用計量法，通過計量治理后減少的土壤流失量中固定的碳儲量進行固碳效益分析。淤地壩工程以治理溝道土壤流失為主，采用計量法，通過計算淤積泥沙中固定的碳儲量進行固碳效益分析。開展水土保持固碳效益分析的簡易模型見圖2。

參照《森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量計量指南》[5]，通過計算單位時間內(nèi)水土保持植物措施喬灌草活體地上生物量、地下生物量和枯落物、枯死木生物量的增加量，以及相對應(yīng)的含碳率得出植物碳儲量。根據(jù)土壤有機碳含量和減少的土壤流失量得出保土固碳量[6]。

1）地上生物量計量方法：喬木地上生物量通過查閱立木生物量模型及碳計量參數(shù)[7-8]獲得數(shù)據(jù)（林業(yè)調(diào)查通常采用典型樣地抽樣調(diào)查、運用遙感和地理信息技術(shù)等方法獲得地上生物量），未發(fā)布立木生物量模型及碳計量參數(shù)的樹種采用蓄積量-生物量轉(zhuǎn)換法[5]計算；灌木地上生物量采用缺省值[5]；草本地上生物量查閱《青海草地資源》[9]。

2）地下生物量計量方法：喬木地下生物量可以根據(jù)地下生物量與地上生物量比值（缺省值）計算，本研究通過查閱立木生物量模型及碳計量參數(shù)[7-8]獲得，或根據(jù)蓄積量-生物量轉(zhuǎn)換法[5]計算；灌木地下生物量采用缺省值[5]；草本地下生物量查閱《青海草地資源》[9]。

3）封禁措施生物量計量方法：封禁措施生物量根據(jù)封禁區(qū)內(nèi)植物類型（喬木、灌木或草本）參照前文地下、地上部分生物量計量方法計算。青海省封禁區(qū)以草本為主，查閱《青海草地資源》[9]確定地下、地上生物量。

4）枯落物生物量計量方法：根據(jù)枯落物生物量占地上生物量的比例計算[5]。

5）枯死木生物量計量方法：根據(jù)枯死木生物量占喬木地上生物量的比例計算[5]。

3 結(jié)果與分析

3.1 小流域水土保持綜合治理工程固碳效益

2021年青海省共開展小流域水土保持綜合治理工程28項，治理水土流失面積共503.30 km2，完成工程量為：坡改梯1 437.22 hm2，水保喬木林1 921.53 hm2、水保灌木林773.69 hm2，混交林176.33 hm2，經(jīng)濟林79.18 hm2，四旁植樹361.10 hm2，封禁治理44 606.09 hm2，種草975.01 hm2（見表1）。

3.1.1 典型小流域綜合治理效益

3.1.1.1 選取典型小流域

以青海省行政區(qū)劃為主，結(jié)合草地區(qū)劃，綜合考慮2021年度28項小流域水土保持綜合治理工程建設(shè)區(qū)的海拔、降水量、土壤類型、土壤侵蝕強度等因素，選取各區(qū)域內(nèi)具有代表性的典型小流域進行調(diào)查和分析，進而推算全市（州）水土保持工程的固碳效益。

以黃河流域溫性草原區(qū)為例，該區(qū)域有5項小流域水土保持綜合治理工程，海拔2 325～3 505 m，土壤侵蝕模數(shù)2 337～4 800 t/（km2·a），土壤以灰鈣土、栗鈣土為主，區(qū)域內(nèi)不同地區(qū)年降水量為253～563 mm。經(jīng)過綜合分析，選取平均海拔2 800 m、土壤侵蝕模數(shù)3 100 t/（km2·a）、土壤類型為灰鈣土和栗鈣土、年降水量為342.5 mm的尖扎縣尖扎灘鄉(xiāng)石乃亥小流域為綜合治理項目典型小流域。

3.1.1.2 工程措施固碳效益

尖扎縣尖扎灘鄉(xiāng)石乃亥小流域綜合治理項目中坡改梯措施面積25.80 hm2，該區(qū)原土壤侵蝕模數(shù)約3 100 t/（km2·a），通過治理減少至1 000 t/（km2·a）以下，減少的水土流失量為541.8 t/a。該區(qū)域土壤平均有機質(zhì)含量為23.55 kg/t[6]，土壤有機碳含量占土壤有機質(zhì)含量的58%。經(jīng)計算，工程措施保土固碳量為7.40 t/a。

3.1.1.3 植物措施固碳效益

植物措施通常包括喬灌草種植、封禁修復(fù)等。根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量計量指南》[5]，植物措施喬灌草的碳儲量計算公式為

C=∑nk=1（Mk×Fk）×S（1）

Mk=MA，k+MB，k（2）

式中：C為植物措施喬、灌、草的碳儲量，單位t；Mk為植物k平均單位面積生物量，單位t/hm2；Fk為植物k的含碳率；S為植物措施喬、灌、草面積，單位hm2；MA，k為植物k平均單位面積地上生物量，單位t/hm2；MB，k為植物k平均單位面積地下生物量，單位t/hm2。

尖扎縣尖扎灘鄉(xiāng)石乃亥小流域綜合治理項目植物措施固碳效益如下：

1）喬灌草種植固碳。該項目栽植水保喬木林9.97 hm2、水保灌木林20.71 hm2、經(jīng)濟林11.01 hm2，無種草措施（因該項目沒有種草措施，因此本次只計算喬灌木種植的固碳效益；種草措施的固碳效益計算方法與封禁措施一致）。其中，水保喬木林主要樹種為云杉、青楊，混交，各栽植12 488株；經(jīng)濟林樹種為山杏，共栽植27 579株。

通過查閱文獻[10-12]確定云杉、青楊連年生長量（胸徑連年生長量ΔD、高度連年生長量ΔH）。根據(jù)《立木生物量模型及碳計量參數(shù)——云杉》［7］中立木生物量二元模型MA=0.307 98D1.557 10H0.256 63（MA為單株地上生物量，單位kg；D為胸徑，單位cm；H為高度，單位m；下同）和MB=0.094 151D2.225 93H－0.347 53（MB為單株地下生物量，單位kg，下同），結(jié)合云杉連年生長量，計算單株云杉年初、年末生物量，其差值為單株云杉生物量年度增量ΔM單株[單位kg/（株·a）]；參照《立木生物量模型及碳計量參數(shù)——樺樹》［8］中立木生物量二元模型MA=0.202 54D1.480 13H0.520 19和MB=0.075 658D1.690 31H0.280 28，結(jié)合青楊連年生長量，計算單株青楊生物量年度增量ΔM單株[單位kg/（株·a）]。喬木單株生物量年度增量與栽植數(shù)量的乘積即總生物量。喬木含碳率F采用缺省值0.5。

根據(jù)郭欣雨等[13]建立的山杏二元立木材積方程V=0.000 061 60H1.929D0.960 9計算材積（單位m3/株），通過立木材積與栽植密度計算蓄積量（單位m3/hm2）；根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量計量指南》［5］，地上生物量為蓄積量、木材密度、生物量擴展因子之積，其中木材密度采用缺省值0.482 t/m3，生物量擴展因子為1.514；地下生物量為地上生物量乘以0.262。根據(jù)實際調(diào)查所得山杏連年生長量，計算山杏單位面積生物量年度增量ΔM[單位t/（hm2·a）]。含碳率F采用缺省值0.5。

項目栽植的水保灌木林為檸條，根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量計量指南》［5］，灌木平均單位面積生物量采用缺省值：地上生物量為12.51 t/hm2，地下生物量為6.72 t/hm2。檸條5 a成林，單位面積生物量年度增量為：地上生物量年度增量2.50 t/（hm2·a），地下生物量年度增量1.34 t/（hm2·a）。灌木含碳率F采用缺省值0.47。

根據(jù)喬灌木生物量年度增量、含碳率和工程量，按照式（1）、式（2）計算該項目植物措施年度碳儲量增量，即固碳效益ΔC，共計48.47 t/a（見表2）。

2）封禁措施固碳。該項目圍欄封育1 432.51 hm2，屬于溫性草原區(qū)，根據(jù)《青海草地資源》［9］，該區(qū)天然草地地上、地下單位面積生物量共計1 661.51 kg/（hm2·a）。通過查閱文獻，王順利等[14]的研究顯示溫性草原區(qū)在多年封育措施下，草地生物量增加24.45%，因此有擾動狀態(tài)下草地生物量為1 335.08 kg/（hm2·a），草地生物量增加量326.43 kg/（hm2·a）。根據(jù)《林業(yè)碳匯計量監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》[15]，草本含碳率采用缺省值0.327。因此，通過封禁治理措施，該項目固碳效益為152.91 t/a。

3）枯落物固碳。植物措施地上生物量增量為喬灌木地上單株生物量增量與數(shù)量的乘積，或單位面積生物量增量與面積的乘積，經(jīng)計算地上生物量增量喬木林為7.87 t/a、經(jīng)濟林為9.25 t/a、灌木林為51.78 t/a?？萋湮锷锪空嫉厣仙锪康谋壤鶕?jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量計量指南》［5］取值，溫帶針闊混交林為12.077%、經(jīng)濟林為13.940%、灌木林為32.049%?？萋湮锖悸什捎萌笔≈?.37。該項目枯落物固碳共計6.97 t/a。

4）枯死木固碳。該項目喬木地上生物量增量為7.87 t/a，枯死木生物量占喬木地上生物量的比例根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量計量指南》［5］取值，西北地區(qū)為3.11%，枯死木含碳率采用缺省值0.37。該項目枯死木固碳共計0.09 t/a。

5）植物措施保土固碳。該項目植物措施面積共計1 474.20 hm2，土壤侵蝕模數(shù)差值2 100 t/（km2·a），減少的水土流失量為30 958 t/a。該區(qū)域為灰鈣土和栗鈣土，平均土壤有機碳含量為13.66 kg/t。經(jīng)計算，植物措施保土固碳量為422.89 t/a。

綜上，尖扎縣尖扎灘鄉(xiāng)石乃亥小流域綜合治理項目治理總面積15.00 km2，工程措施和植物措施固碳效益總量638.73 t/a，固碳效益平均值42.58 t/（km2·a），可代表黃河流域溫性草原區(qū)海南州1項、黃南州4項小流域水土保持綜合治理工程的固碳能力。

3.1.2 青海省2021年小流域綜合治理效益

采用以上計量方法，計算各類型區(qū)典型工程固碳效益，以典型工程推算得出青海省2021年新建小流域水土保持綜合治理工程固碳效益共計40 443 t（見表3），單位面積固碳效益80.35 t/（km2·a）。

3.2 坡耕地水土流失綜合治理工程固碳效益

青海省2021年新建坡耕地水土流失綜合治理工程6項，治理水土流失總面積2 886.66 hm2，均位于西寧市和海東市（民和縣2項，其他區(qū)縣各1項），土壤為灰鈣土、栗鈣土，均屬于中度水土流失區(qū)域，土壤侵蝕模數(shù)2 800～4 500 t/（km2·a），自然條件差異性較小。通過坡耕地水土流失綜合治理，區(qū)域土壤流失得到有效控制，土壤侵蝕強度從中度降至微度，并持續(xù)產(chǎn)生保土效益。

經(jīng)過計算，新建坡耕地水土流失綜合治理工程每年固碳效益1 139 t（見表4），單位面積固碳效益39.46 t/（km2·a）。

3.3 淤地壩工程固碳效益

2021年，青海省共新建淤地壩5座，分別位于西寧市、海東市，均屬于湟水谷地，自然條件類似。淤地壩均為大型工程，總庫容256.38萬m3，淤積庫容209.27萬m3，淤地壩集水面積共計30.76 km2。項目區(qū)土壤以栗鈣土為主，表層土壤密度1.22 t/m3[6]，土壤有機質(zhì)含量37.9 kg/t[6]，土壤有機碳含量占土壤有機質(zhì)的58%，為21.98 kg/t。

經(jīng)計算，2021年新建的5座淤地壩在設(shè)計年限內(nèi)總攔泥固碳量共計56 116 t（見表5），設(shè)計淤積年限為13～20 a，經(jīng)加權(quán)平均，年均固碳效益3 149 t，單位面積固碳效益102.37 t/（km2·a）。

4 結(jié)論

以現(xiàn)有的水土保持碳匯探討為基礎(chǔ)，參照《森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量計量指南》［5］，結(jié)合《青海土壤》［6］和《青海草地資源》［9］等著作，以及各界學(xué)者對林地、草地、土壤的碳儲量分析文獻，提出了采用典型分析法、計量法為基礎(chǔ)的水土保持碳匯效益估算方法。經(jīng)計算，2021年青海省新建水土保持工程總固碳效益為44 731 t，其中：小流域水土保持綜合治理工程固碳效益為40 443 t，坡耕地水土流失綜合治理工程固碳效益為1 139 t，淤地壩固碳效益3 149 t。

單位面積平均固碳效益淤地壩工程＞小流域水土保持綜合治理工程＞坡耕地水土流失綜合治理工程，這是因為：淤地壩通常建設(shè)在溝道侵蝕較為劇烈、集水面積較大的流域，能夠大量攔蓄流域產(chǎn)生的泥沙，單位面積產(chǎn)生的固碳效益較高，但淤地壩淤積完成后，不再持續(xù)產(chǎn)生攔泥固碳效益；小流域水土保持綜合治理工程通常采取工程措施、植物措施綜合治理，能夠持續(xù)產(chǎn)生較明顯的固碳效益；坡耕地水土流失綜合治理工程主要是在較為平緩的坡面（農(nóng)耕區(qū)）攔蓄地表徑流、固定土壤，以梯田攔蓄泥沙為主，因此其固碳效益低于小流域水土保持綜合治理工程。

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（責(zé)任編輯 徐素霞）