[摘要]固碳功能是湿地生态系统中参与碳循环的最主要服务功能，以吉林省大石头亚光湖湿地为研究区，计算大石头亚光湖湿地的植物固碳量和土壤碳储存量，探讨不同景湿地观类型的固碳价值，并对其固碳价值进行估算。结果表明：2020年大石头亚光湖湿地植物固碳量为1.31万吨，固碳价值约260万元；土壤碳储存量为40.97万吨，土壤固碳价值约736万元；固碳总价值大约为996万元，植物的固碳价值明显小于土壤的固碳价值。湿地生态系统的固碳价值随着湿地景观的变化而发生改变，故要提高大石头亚光湖湿地生态系统的固碳能力和价值就必须进行科学的策划与管理。
[关键词]大石头亚光湖；湿地；生态系统；固碳量；固碳价值
湿地环境，是指地球上水陆互动而产生的特殊生态和过渡性景观地带，广泛分布于世界各地。湿地公园在保护水源、蓄洪防涝、调控径流速度、空气净化水体、调控天气、调节土壤侵蚀、空气净化自然环境等几个方面都有着重要意义，给人们的生产、生活带来了各种资源，同时又是星球上生物多样性、植物种类丰富程度和生产率都较高的重要生态系统，有着多重功能和价值，是人类社会赖以生存与发展的重要自然环境之一。湿地公园号称“星球之肾”“人类生命的摇篮”“文明的发祥地”和“生物的基因库”，虽然地球湿地面积仅占地球陆地面积的4%~6%，但其储存的碳量大概占地球陆地土壤有机碳库总量的18%~30%，且湿地具有的固碳能力是持续的，是目前全球最大的碳库之一。湿地自然生态体系的固碳价值分为植物的固碳价值以及土壤的碳储价值两部分[1]，且湿地生态系统中土壤的碳储量约占90%之多[2]。本文通过计算湿地中植物的固碳量与土壤的碳存储量，得出研究区湿地的植物固碳价值以及土壤碳储存价值。
1研究区概况
研究区湿地位于中国吉林敦化市大块石乡境内，位于长白山脉北麓、沙河支流二道河上，距敦化市大块石镇区约13千米。湿地规划面积2332.79亩，地理坐标：东经128°31′~128°37′，北纬43°07′~43°12′，境内山峦重叠，岭脉相连，一般海拔在500~700米之间。湖区地势东南高、西北低，周维山脉不高，相对高差约100米左右。阳坡陡且短，阴坡较缓而长，并有许多宽度、长度不同的沟岔。研究区湿地为中温带大陆性季风性气候，春季较迟，夏季较短，秋季较早，冬季漫长。年平均气温2.2度，一月平均气温-18.5度，七月平均气温19.8度，全年积雪在205~215毫米之间，长年平均降水量为850毫米，无霜期约95~120天，最大冻土深度可达1.8米，常年风向主要为西北风。湖区与附近地区相比具有温度较低、降水较多、日照较少的特点，具有较突出的山地气候特征。研究区湿地内亚光湖水主要来源于四道河。四道河发源于大石头林业局四道河子岭与安图森林经营局福满林场交界处，同属长白山脉。亚光湖控制流域面积85平方千米。组成河漫滩和一级阶地的河谷地形比较平缓，河槽宽度5-10米，深2米，呈U字型，以侧向侵蚀为主，河曲发育，河道比降小，水流缓慢，呈现壮年晚期的河谷特征。根据地质考察，研究区湿地处于东北区新华夏构造体系中的第二隆起带，老爷岭隆起的西南边缘，受东西向构造体系与新华夏构造体系的共同制约，研究区内岩层以侵入性砂岩为主。根据研究区湿地自然环境景观的异质性，土壤由受淹土壤和非受淹土壤两大类别组成。受淹土壤类别包含草甸土壤、草甸沼泽土壤及水下沉积物三种类型。草甸土壤是草甸植物下发育而成的半水成土壤，表层约0~6厘米；草甸沼泽土壤分布于枯水期的水陆交接地带，为植物残留层，植物根系紧密，松散而有弹性；水下沉积物一般散布在常年积水的洼地中，只有水生植物生长繁殖，质地较粘。一般的极细粉砂和粘土，断面无锈斑纹，为青灰色，表层约0.5厘米左右。非受淹土壤类别主要包括暗棕壤、冲积土和水稻土等三种类型。灰棕壤主要分布在湿地内丘陵和坡地一带，仅见于缓坡地上部，植被多为阔叶林和灌木林地带；冲积土发育在各河流两岸的漫滩；水稻土则主要分布于地形平缓区域以及水源丰富的河岸平缓地区。研究区湿地区域植被属长白山植物区系，大部分为阔叶混交林，在沟谷低洼处分布的主要植被包括草甸植被和沼泽植被。草甸草本植物类型主体包括苔草、败酱、小叶樟、水百合、蕨类植物等；沼泽植被以苔草居多，伴生蒲草、芦荻、大叶樟、小叶樟等；天然林则以阔叶混交林居多，其次为针阔混交林。林下植被包括灌木类和草本类两种类型。灌木类主要有：忍冬、卫茅、山榛子、刺五加等；草本植物主要有：莎草、蕨类、荨麻、白屈菜等。研究区湿地资源丰富，但地势低平，河水流量小，流速缓慢，排灌不畅，形成了大面积草本沼泽和森林沼泽。
2研究方式
2.1数据出处
本文中使用到的2020年研究区湿地土地利用数据、以及2020年归一化植被指数数据(全球250m分辨率16天合并成的MODIS陆地标准产物MOD13Q1)均来自于源自于美国国家航空航天网站；国家站的站点气象指数数据(降水量、气温、相对湿度等)均来自于中华人民共和国国家气象数据网。
2.2土地分类类型
基于2020年研究区土地利用平衡数据，得出研究区湿地总面积23.3279km2。将其分为6种湿地景观类型，其中沼泽区域面积10.1022km2、湿地区域面积2.8235km2、水域面积0.3275km2、建设面积0.3255km2、耕地面积0.22km2、林地面积9.5292km2。其中，建设区域植被覆盖度低，耕地以麦田为主，沼泽、湿地以苔草为主，林地以阔叶树为主。
2.3湿地固碳量计算
2.3.1植物固碳量计算
研究区湿地内优势植物主要包括苔草、小叶樟、阔叶树等。根据光能利用率原理，合理使用陆地生态系统碳通量[3]模型，综合地面观测数据(每月降水、平均温度等)、归一化处理的植被指数、太阳光合有效辐射指数、植被有效光合辐射吸收比例等计算植被净初级生产力，以此来表征植物生物量。ggaNPP(x,t)=ε(x,t)×T(x,t)×W(x,t)×FPAR×PAR-R(1)此式中，x代表单像元，t代表月份，而ε(GC/MJ)为理想状态下的最佳光能利用率，受植被类别等各因素影响；Wε为水分胁迫因子，Tε是温度胁迫因子，FPAR为湿地植被对光合有效辐射的吸收比例，PAR为单像元x在t月吸取的光合有效辐射(单位为[MJ/(m2•月)])，Ra是植被由于自身呼吸所消耗的产物。
2.3.2湿地土壤储碳量计算
早期研究中，土壤碳储量计算主要根据平均土壤深度、平均容重及平均碳密度[4]得出。但随着3S技术的引进，目前湿地土壤碳储量主要由植被类型、土壤类型、生命带以及模型的方式来统计计算[5]。最常用的是根据土壤类型与连续序列进行计算[6]，土壤类型计算更广泛应用于大尺度碳储量计算，而连线序列计算则更适用于小尺度的碳储量计算，这两种土壤碳储量估算的方法均为以一定数量代表性土壤剖面(土柱)的总有机碳含量和容重为基础[7]。研究区湿地内土壤母质主要是河流沉积物以及具有沼泽环境下原生沉积特征的沉积物。本文将前人研究成果作为研究区湿地不同湿地景观的土壤碳密度，计算得到各湿地景观土壤碳储量，总的土壤碳储存量为不同湿地景观的土壤碳储存量之和。土壤碳密度计算公式如下：C=Corg•BD•H(2)式中，C为湿地土壤碳密度(kg/m2)，Corg为湿地土壤有机碳含量(g/kg)，BD是湿地土壤容重(g/cm3)，H是湿地土壤层厚度。按照不同景观类型土壤的碳密度，根据公式(3)可得到湿地研究区的土壤碳储量：ni=1iiM=ΣA×C(3)式中，M为大石头亚光湖湿地土壤碳储量(t)，A为湿地各不同景观类型的面积(km2)，C为湿地各不同景观类型的土壤碳密度(t•km-2)，i是湿地各不同景观类型的数量。
2.3.3湿地植物固碳价值计算
根据公式(4)，运用成本法计算湿地的固碳价值：V1=W1×C(4)式中，V1是湿地植物固碳价值，W1是湿地植物固碳总量，C是单位固碳的价格。
2.3.4湿地土壤碳储存价值计算
湿地土壤碳储存是一个较为长期的过程，通常采用年金现值法计算每年的土壤碳储存价值[8]•[9]，该法也兼顾了社会贴现率与使用年限对价格的影响，应用比较普遍[10]。采用年金现值法，利用公式(5)估算每年的湿地土壤碳储存总价值。(5)式中，Va为湿地土壤碳储存价值的年金现值(元)，即每年的湿地土壤碳储存价值，W2为湿地碳储存总量(t)，C为单位固碳的价格，i是社会贴现率(%)，t是年限。本文贴现率取3.5%，年限取100[11]。
3结果与分析
经计算，2020年研究区湿地净初级生产力结果表明：2020年研究区内的湿地植被净初级生产力均值为360.7gC/m，从土地利用类型看，沼泽、林地为植被净初级生产力高值区，而耕地、建设用地则是植被净初级生产力的低值区。
3.1研究区湿地固碳量
2020年，研究区湿地的植物固碳量为1.3132×104万吨(见表1)。从湿地景观类型上看，林地与沼泽的植物固碳量占大部分，约占区域内总植物固碳量的89.42%，其主要原因是林地与沼泽面积占研究区湿地总面积的84.15%且其植被净初级生产力也较大；次之是湿地的植物固碳最大；水域用地的植被固碳量大于建设用地的植被固碳量；由于耕地占湿地面积最小，故其植被固碳量也最小。参考孙维侠等研究成果可知，吉林省土壤有机碳密度最小值为0.67kg/m2，最大为95.38(kg/m2)[12]，在这个范围内，各湿地景观类型的碳密度参考奚小环[13]的研究结果。经过计算得到研究区湿地土壤碳储量为40.9664×104吨，其中沼泽碳储量占研究区湿地区域内土壤总碳储量的42.53%，林地碳储量占研究区湿地区域内土壤碳储量的45.80%，耕地和建设用地的土壤碳储量约占研究区湿地土壤总碳储量的2.12%左右。
3.2研究区湿地固碳价值
根据IPCC[14]文章中提供的可参考单位固碳价格，转变为2020年单位固碳价格为198.30元/t，得到的研究区湿地植物固碳价值见表2。2020年研究区内湿地土壤固碳价值经计算为7.3612×106元，湿地植物固碳价值经计算为2.6041×106元。2020年研究区内湿地的固碳总价值为湿地土壤固碳价值与湿地植物固碳价值之和，计算结果约9.9653×106元，其中湿地植物固碳价值占湿地固碳价值的26.13%。
4结论与展望
2020年大石头亚光湖湿地土壤碳储量约为41万吨，其中湿地沼泽土壤碳储量与湿地林地土壤碳储量约占湿地区域内土壤总碳储量的88.33%，其他湿地类型景观的土壤碳储量约占湿地区域内土壤碳储量的11.67%。2020年大石头亚光湖湿地植物固碳量为1.31万吨，固碳价值约260万元；土壤碳储存量为40.97万吨，土壤固碳价值约736万元；固碳总价值大约为996万元，植物的固碳价值明显小于土壤的固碳价值。湿地生态系统的固碳价值随着各景观的变化而发生改变，故要提高大石头亚光湖湿地生态系统的固碳能力和价值就必须科学的策划与管理，并推动湿地环境保护工程如湿地水系、水质环境保护、湿地栖息地(生境)的维护、湿地环境文化保护、保护区管理工程等；恢复湿地如水体恢复工程、退耕还湿、退耕还林、保护野生动物栖息地和改善生境等。中国碳达峰、碳中和目标(以下简称“双碳”目标)的实现是一个循序渐进的过程，也是一项涉及全社会的系统性工程。人民日报也曾披露过“由于再生能源的使用场景复杂多变，政府可选择典型地区，并针对区域特点，针对性地开展跨领域的综合示范,积极探寻可以创新推动再生能源革命蓬勃发展的新途径和模式，以点带面构建低碳发展格局。”本文就是将大石头亚光湖湿地为研究地，探究湿地的固碳量、固碳价值，让读者以更直观的方式了解其价值。从本文的计算结果及统计数据中可看出，大石头亚光湖湿地的固碳价值十分可观，但其实这只是环境生态系统固碳价值一个很小的部分。在不远的将来，固碳量、固碳价值将是衡量一个生态系统内是否达成“双碳”目标的重要指标。从大石头亚光湖湿地的固碳研究以小见大，可以感受到整个行业极好的发展前景，也为“双碳”目标的达成贡献了一份力量。
作者：杨成江 池也 徐蕾 单位：吉林省重点国有林技术服务中心 东北林业大学林学院 吉林省重点国有林技术服务中心