曲靖市森林生态系统固碳释氧的生态效益

朱坤 彭建松 张文莉 黄丽 李晓红 代继平

摘 要：為探索曲靖市森林生态系统的固碳释氧生态效益。根据2016年云南省曲靖市森林资源二类清查数据，采用材积源生物量方法以及碳税法和造氧成本法，对高原山地城市曲靖市森林生态系统的固碳释氧生态效益及价值进行评估。计算树种之间的平均生物量范围为9.35～73.13 t/hm2，净生产力为3.29～19.49 t/（hm2·a），单位面积柳杉（Cryptomeria fortunei）固碳释氧能力最强，柏木（Cupressus funebris）固碳释氧能力最弱，云南松（Pinus yunnanensis）、华山松（Pinus armandii）等乡土树种生物量与生产力最高，远离城区的宣威市和会泽县森林生态系统的固碳释氧价值量最大。曲靖市森林生态系统固碳总量为542.42×104 t/a;价值量为65.09×108 元/a;释放氧气总量为1452.15×104 t/a;价值量为145.21×108 元/a;全市森林生态系统固碳释氧总量1 994.57×104 t/a;总价值为210.30×108 元/a;占曲靖市GDP总量的7.97%。森林生态系统固碳释氧总价值和GDP占比远高于同类型其他城市。

关键词：高原山地城市;森林生态系统;固碳释氧;价值估算;生态价值;曲靖市

中图分类号：S718.56    文献标识码：A   文章编号：1006-8023（2022）02-0034-10

Ecological Benefits and Value Evaluation of Carbon Fixation

and Oxygen Release in Qujing City

ZHU Kun1， PENG Jiansong2， ZHANG Wenli3， HUANG Li2， LI Xiaohong1， DAI Jiping2*

（1.College of landscape and Horticulture， Southwest Forestry University， Kunming 650000， China;

2.Forest City Research Institute， Southwest Forestry University， Kunming 650000， China;

3.Zhanyi Forestry and Grassland Bureau， Qujing 655000， China）

Abstract：In order to explore the ecological benefits of carbon fixation and oxygen release of forest ecosystem in Qujing City， based on the class II inventory data of forest resources in Qujing City， Yunnan Province in 2016， the ecological benefits and value of carbon sequestration and oxygen release of forest ecosystem in plateau mountainous city Qujing City are evaluated by using volume source biomass method， carbon tax law and oxygen production cost method. The average biomass among the calculated tree species ranges from 9.35-73.13 t/hm2， the net productivity ranges from 3.29-19.49 t/（hm2·a）， Cryptomeria fortunei has the strongest carbon fixation and oxygen release capacity per unit area; Cupressus funebris has the weakest carbon fixation and oxygen release capacity. The native tree species such as Pinus yunnanensis and Pinus armandii have the highest biomass and productivity， and the carbon sequestration and oxygen release value of forest ecosystem in Xuanwei City and Huize County far away from the urban area is the largest. The total carbon sequestration of forest ecosystem in Qujing City is 542.42×104 t/a; the value is 65.09×108 yuan/a; the total amount of oxygen released is 1 452.15×104 t/a; the value is 145.21×108 yuan/a; the total amount of carbon sequestration and oxygen release of forest ecosystem in the city is 1 994.57×104 t/a; the total value is 210.30×108 yuan/a; it accounts for 7.97% of the total GDP of Qujing City. The total value of carbon sequestration and oxygen release in forest ecosystem and the proportion of GDP are much higher than those in other cities of the same type.

Keywords：Plateau mountain city; forest ecosystem; carbon fixation and oxygen release; value estimation; ecological value; Qujing City

0 引言

近年来，生态文明建设逐渐被推向新的高度，云南省作为生态文明建设的排头兵，把生态优先、绿色发展更是放在更加突出的位置。云南省多为高原山地城市，由于特殊的地理位置、复杂多样的地形地貌和生态环境，为各种动植物的生存提供了良好的自然条件，极大地提高了这片区域的生物多样性，充分发挥了森林生态系统服务功能的重要作用，并且也是重要的碳汇基地。2021年国务院政府工作报告中指出，2030年我国要完成碳达峰任务，而森林资源至关重要，因此对高原山地城市开展森林生态系统服务功能价值评估具有参考价值和重要意义。

1 研究区概况与研究背景

1.1 研究区概况

曲靖市位于云南省东部，是滇中城市经济圈的核心区域。总占地面积2.89万km2，是珠江的源头和爨文化的发祥地，素有“入滇锁钥”、珠江源头第一市之称，是云南省第二大城市，云南省“滇中城市群”规划区域中心城市。气候类型复杂多样，主要为亚热带高原季风气候，年平均降雨量在1 000 mm以上，平均气温14.5 ℃，年积温4 100 ℃，年日照时数2 108.2 h，年日照百分率49%，年太阳总辐射5 06 MJ/m2，多年平均无霜期240 d，最长达330 d。全市林地面积241 678 hm2，占总面积的55.67%，森林覆盖率达44.30%（图1），森林蓄积量达5 950万m3，有国家级、省、市、县级自然保护区23个，面积3 034.08 km2，占市域国土面积10.20%。曲靖市森林覆盖面积相对较大，碳吸收水平相对较高，因此，选取该区域进行森林生态系统的固碳释氧研究，具有一定的代表性和实践意义。

1.2 研究背景

在森林生态系统服务诸多功能中，固碳释氧是最有贡献价值的服务功能之一，固碳释氧价值占其生态系统服务功能总价值的18.50%～32.59%。王兵等根据全国第7次（2005—2009年）估算森林资源清查资料估算出我国森林生态系统固碳释氧服务功能的经济价值为15 593.55亿元/a;肖建武等通过对中国第3个“国家森林城市”长沙市估算出长沙市固碳释氧总价值约为37.73亿元/a;韦惠兰等基于GIS与RS技术估算出白水江国家级自然保护区固碳释氧约为34.62亿元/a;韩玉洁等基于分布式测算出上海城市森林生态系统固碳释氧评估价值25.46亿元/a。研究城市森林与碳汇释氧的关系以及价值量的估算是对该市城市建设生态环境进行合理规划的一个重要前提，也是该地加快创建国家级生态文明城市、实现其绿色可持续发展的必要条件。但综合来看，针对特定地区尤其是高原山地城市的森林生态系统的相关研究略显不足，而森林生态系统固碳释放的生态效益又成为高原山地等城市发展的新趋势。因此，对高原山地城市森林生态系统的固碳释氧服务功能进行估值量化，可以更好地督导该市合理地规划、建设和管理森林生态系统，实现森林资源有效保护和高效利用。

2 研究方法和数据来源

2.1 研究方法

目前对森林固碳释氧服务价值评估的方法主要分为2种，①依据中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》（GB/T 38582—2020）（以下简称《规范》），将生态系统净生产力作为森林最终固碳量来评估固碳释氧的服务价值;②通过植物进行光合作用，采用小尺度的仪器进行监测，对生理过程数据进行量化处理，获取固碳释氧的价值量。但二者在不同尺度上均存在估算价值上的误差和不准确性，对于曲靖全市森林生态系统来说，采用仪器对植物进行光合作用既不现实，也不符合实际，因此本研究采用方法①作为计算方法。本研究利用生物量与蓄积量以及生物量与生产力之间的关系，计算各类森林的总生物量和总生产力，以此计算固碳量和释氧量，根据固碳和释氧价格核算固碳、释氧价值及固碳释氧总价值（图2）。

2.2 数据来源

主要数据来源：①曲靖市及各县市区各森林类型面积和蓄积量的最近数据，来源于2016年林业部门完成的第二次森林资源规划设计调查报告数据;②国家权威部门及曲靖市公布的最新社会公共数据;③参照相关研究，固碳价格采用瑞典的碳税率150美元/t（折合人民币1 200元/t），制氧价格采用工业制氧平均价格1 000元/t。

2.3 測算过程

具体测算过程如下：①曲靖市包括麒麟区、沾益区、马龙区、陆良县、师宗县、罗平县、富源县、会泽县和宣威市9个县市区，为一级测算单元;②每个一级测算单元又按照不同的优势树种（组），划分为华山松（Pinus armandii）、云南松（Pinus yunnanensis）、栎类（Quercus aliena）、柏木（Cupressus funebris）、油杉（Keteleeria fortunei ）、蓝桉（Eucalyptus globulus）、乔木经济林、竹林和灌木林等，为二级测算单元;③最终确定区域单元数据和森林类型数据，测算固碳释氧价值（图3）。

2.4 生物量与生产力计算

（1）乔木树种平均蓄积量计算

2016年曲靖市森林资源二类清查数据已经给出了乔木林各个树种的栽植面积及其每年的蓄积量，由于曲靖全市森林资源调查表中有些树种数量少且面积较小，受计算方法限制统归为杂木林（表1），求其平均蓄积量的公式为

V=v1/S。（1）

式中：V为各树种地每年每公顷蓄积量，m3/hm2;v1为每年总蓄积量，m3;S为该树种林地面积，hm2。

（2）不同林分类型净生产力的计算

平均生物量与各树种的净生产力（NPP）之间存在相应的函数关系（表2），曲靖市森林净生产力依据表2的函数关系进行计算。乔木经济林、针阔混交林和竹林的相应的平均生物量和净生产力数据来自方精云等的研究;圣诞树的平均生物量和净生产力数据来自袁春明等的研究;栲类的净生产力数据来自潘标志的研究。

（3）平均生物量的计算

平均生物量的计算采用材积源生物量法，求其平均生物量的公式为

B=b1/S。（2）

式中：B为各树种地每年每公顷生物量，t/hm2;b1为每年总生物量，t;S为该树种林地面积，hm2。

（4）总生产力的计算

各类森林的总生产力计算公式为

G=g1×S。（3）

式中：G为树种一年的总生产力，t/a;g1为树种每年每公顷的净生产力，t/（hm2·a）;S为该树种林地面积，hm2。

2.5 曲靖市森林生态系统固碳释氧的价值核算

固碳释氧功能的价值量评估采用市场价值法和影子价格法，即固碳量乘以固碳价格，释氧量乘以工业制氧价格，进而计算出研究区域森林固碳制氧的成本。

2.5.1 固碳释氧服务功能实物量

（1）固碳量

根据光合作用化学方程式，积累1 kg的净初级生产力（NPP）的过程中可以固定1.63 kg的二氧化碳与1.2 kg的氧气。计算森林植被固碳实物量的公式为

G植被固碳=1.63×A×R碳×B年。（4）

式中：G植被固碳为森林植被年固碳量，t/a;1.63为计算系数;A为林分面积，hm2;R碳为CO2中碳的含量，为27.27%;B年为实测林分净生产力NPP量，t/（hm2·a）。

（2）释氧量

根据光合作用化学方程式，森林植被每积累1 kg干物质，释放1.19 kg氧气。计算森林植被释氧实物量的公式为

G氧气=1.19×A×B年。（5）

式中：G氧气为林分年释氧量，t/a;1.19为计算系数。

2.5.2 固碳释氧服务功能价值量

（1）固碳价值量评估公式为

U碳=G植物固碳×C碳=1.63×A×C碳×R碳×B年。（6）

式中：U碳为林分年固碳价值，元/a;C碳为固碳价格，元/t。

（2）释氧价值量评估公式为

U氧=G氧×C氧=1.19×A×B年×C氧。（7）

式中：U氧为林分年释氧价值，元/a;C氧为氧气价格，元/t。

3 结果与分析

3.1 曲靖市森林净生产力与固碳释氧价值量

曲靖市森林生态系统各森林类型的生物量与生产力计算结果见表3。生态系统树种之间的平均生物量范围为9.35～73.13 t/hm2，净生产力为3.29～19.49 t/（hm2·a），不难发现生态系统中不同树种之间平均生物量与净生产力存在很大的差异，平均生物量大的树种净生产力并不一定大，就其单位面积来说，柳杉固碳释氧能力最强，净生产力最高，为19.49 t/（hm2·a），其平均生物量仅为中等水平，柏木固碳释氧能力最弱，净生产力3.29 t/（hm2·a），平均生物量也处于相对平均值，这取决于植物区系的属性。在各森林类型中，云南松和华山松面积最大，为749 342.1 hm2，占总面积的60.09%;蓄积量也最大，为40 264 720 m3，占总蓄积量的70.75%;其总生产力含量也最高，为7 266 557.31 t/a，占总生物量的59.44%，体现了云南松等乡土树种占据绝对优势，其原因在于良好的地理环境和樹种的高度适应性。栲类面积最小，仅158 hm2，占总面积的0.01%，总生产力最低，这是因为栲类主要分布在中亚热带低山丘陵，海拔一般在1 000 m以下，海拔等因素对其存在绝对限制作用。各类森林类型总生产力由大到小依次为：云南松、华山松、灌木林、栎类、杉木、乔木经济林、其他阔叶树、其他杂木林、桤木、直干桉、柳杉〉油杉、麻栎、杨树、桉类、柏木、其他软阔、蓝桉、竹林、青冈栎、圣诞树、黄杉、他硬阔、栲类。

通过对曲靖市各森林类型固碳量释氧量计算结果（表4）显示，不同类型树种固碳释氧水平具有差异性，在不同的环境类型中，水、土、气和生等条件差异巨大，森林生态系统对于环境因子的适应能力和调节作用不同。曲靖市森林生态系统固碳总量为542.42×104 t/a，价值为65.09×108元/a;释放氧气总量为1 452.15×104 t/a，价值为145.21×108元/a。曲靖市云南松和华山松固碳释氧总量超过125亿元，占固碳释氧价值总量的59.50%，成为曲靖市固碳释养价值量来源的主要优势树种。在所有森林类型中，柏木、黄杉、栲类、蓝桉、青冈栎、圣诞树、其他软阔、其他硬阔和竹林等固碳价值量没有超过1亿元，其他类型均超过1亿元，全市固碳释氧总量1 994.57×104 t/a，总价值为210.30×108元/a，曲靖市2019年GDP为2 637.59亿元，占整个曲靖市GDP总量的7.97%。说明在高原山地城市，森林生态系统提供了巨大的价值，为云南省乃至全国高原山地城市的建设和发展提供依据。

3.2 曲靖市城市森林区域固碳释放价值量分析

通过对曲靖市森林生态系统各林分固碳量释氧量计算结果显示（表5），曲靖市森林生态系统的固碳释氧总价值量各县市区分布差异较大，主要集中在北部和东南地区，宣威市和会泽县占曲靖市城市森林固碳释放价值总量的42.97%。而西部地区等中心城区相对较少，森林分布较为稀疏的区域皆为曲靖经济较为发达的中心城区（麒麟区和马龙区），分别占曲靖市城市森林固碳释放价值总量的0.05%和0.05%;森林分布主要集中在深山、田坝以及水池边等生态涵养较好的区域。由此可见，除了自然环境影响森林固碳释氧价值分布外，距离城区的远近对森林生长也有较大的影响，因此需要加强对中心城区森林的抚育。并选择固碳释放能力较强的树种，以增强森林固碳释氧能力。

4 結论与讨论

从树种结构来看，不同规模林地固碳释氧水平具有差异性。其中柳杉固碳释氧能力最强;而柏木固碳释氧能力最弱;柳杉、竹林等固碳释氧优势树种可多种植于城区，增加城市负氧离子含量，促进人体健康。云南松和华山松面积和蓄积量最大，其总生产力含量也最高;栲类面积最小，总生产力最低。曲靖市森林资源以造林绿化、水土保持等生态防护功能为主要目的，乔木经济林碳汇释氧总价值量仅占总价值的2.89%。因此，在继续保持现有的森林结构的同时，增加对乔木经济林的抚育，可以为类似大尺度景观单元生态系统服务评估提供参考，也为林地的生态系统综合管理提供依据。

从区域空间分布结构来看。宣威市和会泽县价值总量最高，其次是富源县、师宗县和罗平县。曲靖市东部、东北、东南地区成为森林结构固碳释氧价值的主体，究其原因是远离中心城区，商业活动与人为活动较少，使得森林结构得到更高的抚育与培养。城镇化的进程不断加快使得森林结构不断被破坏，中心城区的森林结构呈现破碎化。而城市森林在热岛效应、调节小气候等方面发挥越来越重要的作用，城市森林中的数量与质量也成为当代城市与城市之间比较与竞争的核心基础力量。因此，未来林业的发展趋势不应该仅仅关注城郊森林。中心城区的森林发展将成为未来城市生态环境建设的发展趋势。未来中心城区的森林培育，应当引起重视，建议制订计划作为风险管理措施。

从价值量来看，曲靖市林地生态系统固碳总量为542.42×104 t/a，价值为65.09×108元/a;释放氧气总量为1 452.15×104 t/a，价值为145.21×108元/a，全市森林生态系统的固碳释氧总量1 994.57×104 t/a，总价值为210.30×108元/a，在计算误差上，为了计算方便，按照诸多文献研究内容方法，本次评估中没有考虑土壤微生物呼吸、动物采食、淋溶和分泌等途径的碳损失，因此会造成实际价值高于本评估结果。本次评估占比是按照2019年曲靖市经济社会数据，2019年曲靖市生产总值（GDP）达到2 637.59亿元，而森林生态系统的固碳释氧总价值占整个曲靖市生产总值7.97%，因此曲靖市城市森林的碳汇释氧价值量可能会更高。

与同类型城市——佛山市，同年对比来看，曲靖市城市森林生态系统固碳释氧总价值远高于佛山市，且GDP占比也高于佛山市。这也为以后高原山地城市经济发展提供一个新思路，生态服务建设将成为高原山地城市发展的指向标。

通过本研究可以推动区域生态文明建设，正确认识和科学评价高原山地城市森林与碳汇释氧的比重与关系，对该市城市建设科学布局和绿色发展具有重要意义，同时也是该地创建生态园林城市、森林城市的必要条件之一。

对森林生态系统进行科学的评估不仅可以调整森林城市结构，改善城市规划，指导城市可持续发展，为城市居民提供更多的幸福感、获得感。更重要的是可以科学地评估森林资源对于碳吸收的价值，为我国2030年前实现碳中和目标提供森林资源上的科技支撑。实现生态环境保护与经济发展建设双赢，并且可以为同类型高原山地城市的经济和生态建设提供参考。

【参 考 文 献】

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