成都平原林盘的固碳特征及其效益估算——以郫县为例

成都平原林盘的固碳特征及其效益估算——以郫县为例
刘勤;王玉宽;徐佩;彭培好
【摘要】[目的]林盘是成都平原十分重要的生态系统以及农户赖以生存的生产生活空间,但是当前林盘各种生态系统服务的定量评估还十分欠缺,本文将科学揭示林盘的固碳释氧功能和价值.[方法]本文通过小型无人机与地面植物调查,利用材积-生物量模型和平均生产力法估算乔木与竹林的固碳释氧物质量,并采用造林成本法和工业制氧法测算其价值量.[结果]林盘内维管束植物合计106科254属310种,包括乔木81种和竹类11种,不同规模林盘的物种种类和数量具有一定差异性;小、中、大型林盘平均碳储量约为6.36、21.91和43.72 t/个,固碳能力约为0.26、0.81和1.56 t/a.个,固碳释氧价值量分别为456.05、1438.32和2762.63元/a.个;[结论]总体上看,郫县林盘2015年碳储量约为75594.36 t,固碳能力约为2885.74t/a,固碳释氧的价值量约为509.73×104元/a,其中固定CO2247.17×104元/a,释放
O2262.56×104元/a.
【期刊名称】《西南农业学报》
【年(卷),期】2018(031)008
【总页数】7页(P1732-1738)
【关键词】林盘;固碳释氧;生态服务;价值;郫县
【作者】刘勤;王玉宽;徐佩;彭培好
【作者单位】中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041;成都理工大学地球科学学院,四川成都610059;中国科学院、水利部成都山地灾害
与环境研究所,四川成都610041;中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041;成都理工大学地球科学学院,四川成都610059
【正文语种】中文
【中图分类】Q148
【研究意义】固碳释氧是植被最重要的生态系统服务功能之一，具有维护区域生态安全以及缓解全球气候变化等方面作用[1-3]。

【前人研究进展】目前，林地固碳释氧功能的研究主要以天然林和城市绿地为对象，或采用大尺度(县域以上单元)的模型模拟方法和遥感估算法计算森林的碳储量及固碳速率，如生物量—蓄积量模型[4-7] 、生产力回归模型[8-10]、NPP、CHIKUGO、BIOME-BGG、BEPS、CASA和GLO-PEM估算等[11-13]；或采用小尺度(单株或地块)的仪器监测法[14-16]，通过植物光合—呼吸生理过程获取固碳效益[8,17]。

总体而言，上述方法各有利弊，能够有效解决主要生态系统的固碳功能研究，但是对于少数复合型生态系统(半自然半人工)，特别是在中小尺度方面，其测算误差较大，可能需要进行样地实测，以提高准确性。

四川省森林资源丰富，固碳功能备受关注[18]，但成都平原林地碳密度低[19]，其效益评价和管理的重视程度明显不足。

近年来，气候变化和经济快速发展背景下，四川盆地气温呈显著上升趋势[20]，碳排放水平偏高，给区域绿色发展和生态保护带来挑战。

其实，固碳释氧价值量在成都市生态系统服务中所占比重最大[21]，但相关研究多集中于农田生态系统[22]，而林地方面还十分欠缺，特别是针对不同林地结构和植物种类的研究甚少[23]。

【本研究切入点】林盘是成都平原森林资源主体，虽然单个面积较小，但数量多、分布密度高，蓄积总量大，其固碳释效益不容忽视。

林盘主要由农宅与周边林木围
(嵌)合成形态较规则的复合生态系统，植被覆盖水平20 %以上，属于成都平原独
特的景观、生态资源和聚落、文化形态。

据统计，当前成都境内林盘约12.11万个，居住人口362.56万人，占全市农村人口72.47 %，其生态系统服务是城乡生态和人居环境安全的重要保障。

【拟解决的关键问题】本研究拟通过实地调查数据，采用材积-生物量估算模型和造林成本与制氧成本法，科学、准确地揭示林盘的固
碳释氧服务功能和价值，识别不同类型林盘及树种的固碳能力，并为林盘保护与改造的理论和技术体系研究提供参考。

1 研究区概况
本文以成都郫县(现郫都区)为研究区，幅员面积437.50 km2，总人口55.86万人，位于成都平原腹心，属中心城区向远郊区过渡地带。

该地区林盘数量多、分布广[24]，且人为活动导致的林盘消失或破坏现象也较严重。

同时，选取近-中-远郊3个样区(a德源、b新民、c唐昌，至成都中心城区直线距离分别17.40、24.90和32.40 km)不同类型(规模、覆盖度等)的15个林盘作为典型调查对象(图1)。

2 材料与方法
2.1 典型林盘调查
2016年5月采用小型无人机(DJI Phantom 3 Professional)对典型林盘进行低空
拍摄(距地100 m，图2)，相机分辨率为4000*3000，并通过Agisoft PhotoScan、ArcGis软件对照片进行合成、校正和矢量化，分析林盘的形态、面
积与组成结构。

2.2 植物调查
2016年6月开展典型林盘植物调查，范围包括整个林盘单元，具体指标为乔木(含竹类)种类、数量、高度、胸径、冠幅；灌木种类、株数、高度、盖度；草本植物(含藤本)种类、高度、盖度及生长状况等。

按照常规的分类和统计方法，确定各类植物的名称(科、属和种名)、分布等信息。

图1 研究区与调查样区Fig.1 Location of study area and survey area
DY：德源；XM：新民；TC：唐昌DY:Deyuan; XM:Xinmin; TC:Tangchang图2 典型林盘Fig.2 Typical Linpan
2.3 生物量和生产力估算
由于林盘的生物量和生产力以乔木和竹林占绝对比重，故本文仅以乔木和竹林为研究对象。

其中，乔木采用二元材积方程计算每株植物的蓄积量，再根据生物量-蓄
积模型中不同类型植物的转换系数[25]，推算出每株乔木的生物量。

V=aDbHc
式中，V为蓄积量(m3)，D为胸径(cm)，H为树高(m)，a、b、c为不同树种材积方程参数。

乔木生产力估算按照胸径将其划分为小型(0～10 cm)、中型(10～20 cm)、大型(20～30 cm)和特大型(>30 cm)4种类型，根据已有的研究[26]，以四川地区典
型的人工阔叶林为参考，分别确定每种类型的平均生产力，即小型、中型、大型和特大型按照4.8、9.4、12.8、15.6 t/hm2·a计算，并根据样地植株数量获取单株
生产力。

竹林生物量参数根据四川地区的研究结果[27]，以平均值29.95 t/hm2计算，再
乘以林盘的竹林面积获取其生物量。

由于林盘中竹林基本处于成熟或老化阶段，农户也有意识的限制竹林扩张，加之该地区竹林生产力较缺乏准确的参数，故本文未对竹林生产力进行估算。

2.4 碳储量和固碳能力
林盘的碳储量和固碳能力采用乔木、竹林的生物量与生产力乘以转换系数进行估算，本文中乔木、竹林的转换系数分别为0.4937[19]和0.4958[27]。

2.5 固碳释氧价值量
基于以上植被生产力物质量估算结果，根据光合作用方程可知，植物每生产1.00
kg有机物将固定1.63 kg CO2，同时释放出1.20 kg O2。

本文采用造林成本法(260.90元/t)评估林盘植被固定CO2的价值；造林成本(352.93元/t)和工业制氧
成本(400元/t)[28]均值评估林盘植释放O2的价值。

3 结果与分析
3.1 植物组成与结构
3.1.1 物种种类据调查，林盘内维管束植物合计106科254属310种，其中乔木81种，灌木39种，草本169种，藤本10种，竹类11种。

根据出现频次，乔木分布较多的为喜树(Camptotheca acuminata)、朴树(Celtis sinensis)、柚(Citrus maxima)、银杏(Ginkgo biloba)、枫杨(Pterocarya stenoptera)、构树(Broussonetia papyrifera)、女贞(Ligustrum lucidum)、桂花(Osmanthus fragrans)、皂荚(Gleditsia sinensis)、桉(Eucalyptus robusta)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)等；竹类分布较多为慈竹(Bambusa emeiensis)、箬叶竹(Indocalamus tessellatus)和孝顺竹(Bambusa multiplex)等。

本研究涉及乔木和竹类物种及名称详见表1。

3.1.2 分布数量及特征通过小型无人机调查及分析表明，典型林盘的形态较规则(类似近圆形)，规模普遍不大，平均面积为6678.87 m2，最大值为12 385.00
m2，最小面积仅为1630.00 m2，且植被覆盖度差异较大，其值为43.5 %～
76.9 %，主要为树林覆盖，部分林盘以竹林分布为主。

根据林盘实地调查结果，
分别对每个林盘中乔木数量和竹林面积进行统计和分析，为了便于相关参数查阅整理，本文以胸径(D)为依据，将乔木划分成4个类型，即小型(D<10 cm)、中型(10 cm<D<20 cm)、大型(20 cm<D<30 cm)和特大型(D>30 cm)，相关统计结果详见表2。

表1 林盘的乔木和竹林类型Table 1 Tree and bamboo species of Linpan序号
物种名称拉丁种名序号物种名称拉丁种名1桉Eucalyptus robusta45落羽杉
Taxodium distichum2八角枫Alangium chinense46毛竹Phyllostachys edulis3白兰Michelia alba47楠木Phoebe zhennan4柏木Cupressus funebris48女贞Ligustrum lucidum5板栗Castanea mollissima49泡桐Paulownia duclouxii6菜豆树Radermachera sinica50枇杷Eriobotrya japonica7臭椿Ailanthus altissima51苹果Malus pumila8垂柳Salix babylonica52朴树Celtis sinensis9慈竹Bambusa emeiensis53桤木Alnus cremastogyne10刺槐Robinia pseudoacacia54榕树Ficus microcarpa11刺楸Kalopanax septemlobus55润楠Machilus nanmu12刺桐Erythrina variegata56箬竹Indocalamus tessellatus13楤木Aralia elata57桑Morus alba14粗叶榕Ficus hirta58山茱萸Cornus officinalis15灯台树Cornus controversa59石榴Punica granatum16杜英Elaeocarpus decipiens60柿Diospyros kaki17椴树Tilia tuan61栓皮栎Quercus variabilis18枫杨Pterocarya stenoptera62水杉Metasequoia glyptostroboides19复羽叶栾树Koelreuteria bipinnata63桃Amygdalus persica20柑橘Citrus reticulata64天竺桂Cinnamomum japonicum21刚竹Phyllostachys Viridis65乌桕Sapium sebiferum22构树Broussonetia papyrifera66无花果Ficus carica23广玉兰Magnolia grandiflora67无患子Sapindus saponaria24桂花Osmanthus fragrans68喜树Camptotheca acuminata25旱柳Salix matsudana69香椿Toona sinensis26红豆杉Taxus chinensis70孝顺竹Bambusa multiplex27胡桃Juglans regia71悬铃木Platanus acerifolia28化香树Platycarya strobilacea72雪松Cedrus deodara29槐树Amorpha fruticosa73杨树Pterocarya stenoptera30黄杨Buxus sinica 74银木Cinnamomum septentrionale31鸡屎树Lasianthus hirsutus75银杏Ginkgo biloba32鸡爪槭Acer palmatum76樱桃Cerasus pseudocerasus33夹竹桃Nerium indicum77
柚Citrus maxima34君迁子Diospyros lotus78榆树Ulmus pumila35苦竹Pleioblastus amarus79玉兰Yulania denudata36梾木Cornus macrophylla80枣Ziziphus jujuba37梨Pyrus pashia81皂荚Gleditsia sinensis38李Prunus salicina82樟Cinnamomum camphora39楝Melia azedarach83棕榈Trachycarpus fortunei40柳杉Cryptomeria japonica84竹柏Nageia nagi41
龙柏Sabina chinensis ‘Kaizuca’85紫茎Stewartia sinensis42龙竹Dendrocalamus giganteus86紫叶李Prunus Cerasifera43栾树Koelreuteria paniculata87紫叶桃Amygdalus triloba44罗汉松Podocarpus macrophyllus88重阳木Bischofia polycarpa
表2 林盘的组成、结构和乔木数量Table 2 The composition -structure of Linpan and trees distribution位置编号面积(m2)Area植被覆盖率( %)竹林面积(m2)乔木种类乔木数量(株)小型中型大型特大型德源样区DY-
011208476.85075.2828115453010DY-02654174.41497.883713238299DY-03163075.71051.351317323DY-041061868.01805.06422522134519DY-05461245.81600.3624411673新民样区XM-
01394576.9650.92251126183XM-02757259.51590.12206233242XM-03407567.5802.7718442662XM-041238552.61634.82371647862XM-05341458.7252.64246742141唐昌样区TC-
01641758.2288.763219490347TC-02765872.6689.2247182104796TC-03632243.5398.2925134102292TC-04887669.5798.845042526816420TC-05403445.2294.48194916110
3.2 碳储量与固碳能力
3.2.1 典型林盘通过计算表明(表3)，林盘的生物量和生产力具有较大差异，导致
其碳储量和固碳水平也不同。

总体来看，单个林盘植被的平均碳储量约为21.50 t，
按照林盘规模划分，小、中、大型林盘平均碳储量约为6.36、21.91和43.72 t/个。

同时，单个林盘植被的平均固碳量约为0.79 t/a·个，按照林盘规模来看，小、中、大型林盘的平均固碳量约为0.26、0.81个和1.56 t/a·个。

表3 林盘的生产力与固碳能力比较Table 3 The productivity and carbon sequestration of Linpan位置编号生物量(t)净生产力(kg/a)碳储量(TC)固碳能力(TC/a)德源样区DY-0145.921.3722.700.68DY-0240.741.3120.120.65DY-034.650.172.300.08DY-0491.133.4745.001.71DY-0514.870.417.350.20新民
样区XM-0119.620.959.690.47XM-0227.060.8413.370.41XM-
0311.980.465.920.23XM-0440.921.520.210.74XM-0517.830.748.800.37唐昌样区TC-0149.351.8924.370.93TC-0270.142.534.631.23TC-
0334.551.6417.060.81TC-04176.186.2586.983.09TC-058.290.424.090.21
图3 林盘中不同大小和种类乔木的碳储量比值Fig.3 Carbon storage ratio of different sizes and species trees in Linpan
林盘碳储量的具体统计数据(图3)来看，按照乔木大小划分，大型乔木(20
cm<D<30 cm)的碳储量最高，表明其数量多、单株生物量较大；其次是特大型(D>30 cm)乔木，数量相对较少，但单株生物量大；小型(D<10 cm)、中型(10 cm<D<20 cm)乔木的碳储量还有待提升。

按照物种类型划分，枫杨(Pterocarya stenoptera)、银杏(Ginkgo biloba)、喜树(Camptotheca acuminata)和竹类(Bamboo)的碳储量比例最高，其次是桉(Eucalyptus robusta)、银木(Cinnamomum septentrionale)、女贞(Ligustrum lucidum)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、柚(Citrus maxima)和樟(Cinnamomum camphora)，其它物种种类多，但生物量少，碳储量水平并不高。

3.2.2 郫县林盘郫县2015年林盘数量合计6239个，分布密度为1
4.64个/km2，其中大、中、小型林盘分布比例5:25:70[24]。

按照不同规模林盘碳储量和固碳水
平进行估算，2015年郫县林盘植被碳储量约为75 594.36 t，固碳能力约为2885.74 t/a。

3.3 固碳效益估算
植物每生产1.00 kg有机物将固定1.63 kg CO2，同时释放出1.20 kg O2。

根据上文研究结果，小、中、大型林盘平均生产力约为0.52、1.64和3.15 t/a.个，即2015年郫县林盘植被净生产力为5812.04 t/a，固定CO2物质量9473.62 t，释放O2物质量6974.45 t。

据计算，该地区小、中、大型林盘平均固碳释氧气价值量约为456.05元/a.个(固定CO2 221.14元/a.个、释放O2 234.91元/a.个)、1438.32元/a.个(固定CO2 697.44元/a.个、释放O2 740.88元/a.个)和2762.63元/a.个(固定CO2 1339.59元/a.个、释放O2 1423.04元/a.个)。

郫县2015年固碳释氧价值量约为509.73×104元/a(固定CO2 247.17×104元/a、释放O2 262.56×104元/a)。

4 结论
(1)本研究通过实地调查发现，成都平原林盘内维管束植物合计106科254属310种，其中乔木81种，灌木39种，草本169种，藤本10种，竹类11种。

乔木植物的种类和数量与林盘面积具有相关性，总体上林盘中小型乔木(D<10 cm)数量最多(占比约54 %)，中型(10 cm <D<20 cm)和大型(20 cm< D<30 cm)占有一定比重，而特大型(D >30 cm)相对较少。

(2)小、中、大型林盘平均碳储量约为6.36、21.91和43.72 t/个，固碳能力约为0.26、0.81个和1.56 t/a.个。

郫县2015年碳储量约为75 594.36 t，固碳能力约为2885.74 t/a。

其中，大型乔木(20 cm< D<30 cm)的碳储量最高，其次是特大型(D >30 cm)乔木，而小型(D<10 cm)、中型(10 cm<D<20 cm)相对较少；从物种类型看，枫杨(Pterocarya stenoptera)、银杏(Ginkgo biloba)、喜树(Camptotheca acuminata)和竹类(Bamboo)的碳储量比例最高，其次是其次是
桉(Eucalyptus robusta)、银木(Cinnamomum septentrionale)、女贞(Ligustrum lucidum)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、柚(Citrus maxima)和樟(Cinnamomum camphora)。

(3)固碳释氧价值量计算表明，不同规模林盘固碳释氧水平具有差异性，小、中、大型林盘平均固碳释氧气价值量分别为456.05、1438.32和2762.63元/a.个。

郫县林盘2015年固碳释氧价值量约为509.73×104元/a，其中固定CO2
247.17×104元/a，释放O2 262.56×104元/a。

5 讨论
本研究通过实地调查和物质量、价值量测算方法，对郫县不同类型林盘的固碳释氧服务功能进行了初步评估，选择的样本具有代表性和典型性，调查指标详实(精确到单株)，计算方法科学、合理(误差低于遥感评估)，其结果基本可信。

但是，受限于样本数量，相关经济参数的波动性，以及部分物种生产力水平以均值计算，且并未对灌木和草本植物进行测算，这导致研究结果还存在误差。

因此，本研究将进一步加强调查和计算分析，并构建林盘标准化的固碳释氧估算模型或参数，为类似中小尺度景观单元生态系统服务评估提供参考，也为林盘的生态系统综合管理提供依据。

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