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  • 生态聚焦|基于国土空间生态修复的固碳增汇探讨

    • 2022年03月04日
    • 来源:中国国土资源经济
    • 阅读量:770
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    孔凡婕,应凌霄,文 雯,梁梦茵,基于国土空间生态修复的固碳增汇探讨[J].中国国土资源经济,2021(12):70-76



    导读

    国土空间生态保护修复对巩固提升生态系统碳汇能力具有重大贡献,是经济安全有效的固碳增汇手段。文章阐述了植被、土壤、其他环境条件及土地利用变化等对陆地生态系统固碳的影响,以及陆地生态系统的增汇原理;分析了现有国土空间生态修复保护措施及其对森林、草地、农田、湿地等生态系统固碳增汇的影响;并从规划引领、工程实施、政策制度支撑体系三个维度提出国土空间生态修复促进陆地生态系统增汇的主要技术路径和政策建议。

    引言

    随着气候变化对自然-社会系统稳定性的威胁日益严峻,世界各国在适应和减缓气候变化合作方面达成了必须以实际行动减少温室气体排放的普遍共识。2020年9月,习近平在第七十五届联合国大会上作出承诺:中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。2021年3月,习近平总书记在中央财经委员会九次会议上进一步提出,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设总体布局。陆地生态系统碳库作为地球系统碳库的重要组成部分,约为大气碳库的三倍。陆地生态系统利用方式和生产活动不当,是导致大气二氧化碳浓度急剧升高的重要因素,而通过改善或恢复原有陆地生态系统的结构和功能,优化区域陆地生态系统的空间布局,有效发挥森林、草原、湿地、土壤、冻土的固碳作用,是实现碳达峰、碳中和目标的重要路径,也是目前最为经济、安全、有效的固碳增汇手段,对人类与生态系统健康的影响要小于地质与海洋固碳。

    开展生态保护修复对巩固提升陆地生态系统碳汇能力具有重大贡献,相关研究表明,生态修复区域的碳汇有56%是由生态修复工程带来的。以往的生态建设工程中存在不同部门各自为战的现象,这种单一要素治理方式忽视了生态系统的完整性,对区域范围由多种类型构成的复杂生态系统保护修复略显不足,在项目实施及管理过程中对生态系统碳汇状况的动态监测和系统评估也不够完善。作为推进生态文明建设的重大举措,国土空间生态修复已上升为国家战略,统筹山水林田湖草沙一体化保护修复的目标与生态系统碳增汇需求高度一致,探讨以国土空间生态修复巩固提升陆地生态系统碳汇能力的路径,对我国及全球碳增汇具有一定的理论和实践价值。基于此,本文通过综述陆地生态系统固碳的主要影响因素及增汇原理,以现有的生态保护修复措施为基础,阐释相关措施对森林、草原、农田、湿地等生态系统固碳增汇的影响,进而提出以国土空间生态修复促进陆地生态系统增汇的主要技术路径和政策建议,以期为相关工作开展提供参考。


    01  陆地生态系统固碳的影响因素和增汇原理



    1.1 陆地生态系统固碳的影响因素

    植被和土壤特征、气温、降水、二氧化碳、氮沉降是影响生态系统演替过程和碳汇能力的重要自然因素,土地利用和土地覆被类型的结构调整是对陆地生态系统碳汇最具影响的人为因素。

    不同植被类型的碳汇能力强弱差异较大,一般木本植物的固碳能力大于草本植物的固碳能力,如干旱地区碳汇能力由大到小的植被类型依次为:针叶林>农田>灌丛>阔叶林>草原>荒漠草原。对于森林生态系统,起源、林龄、树种是影响其固碳能力的重要因素。与天然更新、人工造林相比,人工天然混交林更新有利于植被碳汇和土壤碳汇能力的提高。一般认为,固碳速度在中龄林生态系统中最大,幼龄林和过熟林年增长量低,成熟林和过熟林碳的吸收与释放基本平衡。相较于单纯的农业或林地系统,农林复合生态系统通过科学配置物种组合和林木密度,可提高固碳潜力。在草地生态系统中,物种数、群落盖度、物种丰富度指数及多样性指数等均为固碳功能的影响因素,且与草地生态系统碳储量呈显著正相关。

    土壤类型、理化性质和微生物状况都能在一定程度上对生态系统的固碳速率产生影响。不同土壤类型有机碳密度差异较大,土壤类型法也是估算土壤碳储量的主要方法之一。一般认为,土壤有机碳含量与土壤粉粒、黏粒的含量成正比,黏粒及土壤团聚体的物理保护作用可以稳定土壤有机碳。微生物对土壤有机碳的影响主要通过真菌和细菌,其中真菌主导的微生物群落对土壤有机碳稳定的贡献值更高。土壤pH值会影响微生物活性、土壤酶活动,从而影响有机碳的分解,土壤pH值过高或过低都会抑制一般的微生物活动,从而使有机碳分解的速率下降。 

    在水热因子组合有利于植物生长的地区,植物生物量大,植被碳密度也较高,如森林生态系统的固碳能力表现为:热带>温带>寒带。适宜的温度有利于土壤有机碳的积累,否则对有机碳积累具有负效应。二氧化碳浓度升高在短期内可提高光合作用效率、促进根系生长,但也有观点认为,在长期作用下二氧化碳浓度增加会减少森林土壤有机碳积累。大多数陆地生态系统的碳平衡受到氮、磷的强烈调节,氮沉降可刺激光合作用和生长,当氮限制生产力时,氮沉降可诱导生物量和土壤中的净碳固存。

    不同土地利用类型的碳循环机制存在较大差异,影响着陆地生态系统碳源、碳汇的动态变化。毁林、开垦、过度放牧、建设用地增加等人类活动导致植被碳库减少,土壤有机碳大量释放,相关研究表明,1990—2010年,总体土地利用变化和土地管理使我国碳释放总量达1.45×1015g。而造林、退耕还林、退耕还草、退耕还湿还湖等措施,调整了土地利用方式,改变了区域生态系统的群落类型和物种组成,促进自然植被恢复再生,增加了生态系统净初级生产,减少对土壤的干扰,有效降低土壤有机质的分解和流失,增强了生态系统固碳速率,增加了固碳效应的持续时间。

    1.2 陆地生态系统碳汇人为干预原理

    生态系统碳收支是指某区域在一定时间内植被与大气碳交换的净通量,表达的是碳固定输入与碳排放输出的平衡关系,当碳固定量大于碳排放量时为碳汇,反之则成为大气的碳源。从生态系统过程出发,植物光合作用与生产力形成、植物自养呼吸与动物微生物异养呼吸的二氧化碳释放,植物凋落物分解与有机质腐殖质化,以及生态系统有机质输入与输出过程,决定了陆地生态系统碳收支状况及源汇动态。因此,对陆地生态系统进行人为增汇,可以从提升植被固碳能力、促进非稳定性碳向土壤稳定性碳库转移、提高土壤碳储存能力、降低生态系统碳排放的角度入手。于贵瑞等将区域陆地生态系统固碳增汇技术途径归纳为“截碳开源与减排节流相结合、增强生态系统碳汇强度,调整结构、优化格局、增强区域碳汇综合强度,生态保护、减少碳泄漏损失”。

    02  生态系统固碳增汇经验与做法


    2.1 森林生态系统固碳增汇措施

    森林碳汇是《京都议定书》规定的温室气体减排途径之一[24]。20 世纪 70 年代以来,我国陆续实施了天然林资源保护工程、退耕还林工程、“三北”防护林工程、京津风沙源工程等重大生态工程。LUFEI等采用2000—2010年数据研究了六大生态工程实施对碳循环的影响,结果显示:退耕还林对碳汇的贡献最大,其次是天然林保护工程。在工程建设中,由于森林面积增加和林木自身生长的双重作用导致碳密度增加,植被碳储量随退耕时间的延长呈现增长趋势。在退耕初期,由于平整土地等过程干扰及枯落物来源不足,土壤有机碳含量出现下降趋势,而随着退耕时间的延长,植物种群结构和土壤微生物组成也逐渐丰富,土壤有机碳含量明显增加。需要的注意是,造林及配套森林基础设施建设、新造林与森林管护等措施,以及建材、燃油等物资使用会形成碳排放。研究表明,天然林保护工程一期在工程边界内外引起的额外温室气体排放量抵消了工程固碳效益的9.82%。固碳的有效性要求将隐藏的碳排放和碳泄漏剔除,因此有必要对生态工程项目实施中的碳排放和碳泄漏加以控制,以提升净固碳量。

    2.2 草地生态系统固碳增汇措施

    草地生态系统碳汇功能的维持和提升有赖于合理有效的管护。退耕还草、围栏封育、补播和人工草地建植是提高草地生态系统碳储量,实现草地生态系统增汇经济可行的途径。围封禁牧通过减少人类活动的干扰和牲畜对土壤的践踏,有效地改善了退化草地的地上植被群落结构,提高植被生物量、立枯物及凋落物量。适当补播可以通过增加草群中优良牧草种类成分,增强草地生产力、改善土壤质量,利于草地恢复和固碳能力的提升。对于极度退化草地而言,人工草地建植可以控制超载过牧、鼠害成灾等问题,建植豆科植物可以有效地促进土壤碳库的积累。此外,开垦、放牧、刈割、施肥等人为管理措施对草原碳汇的影响较大。

    2.3 农田生态系统固碳增汇措施

    农田土壤固碳措施主要包括保护性耕作、合理施肥、合理灌溉、轮作等。保护性耕作如秸秆还田、免耕等可以避免对土壤的物理干扰,减少土壤有机碳的矿化,提高土壤耕层有机碳含量。也有部分研究表明,保护性耕作措施对表层土壤具有固碳效应,但对深层土壤有机碳含量影响较小。施用氮、磷、钾化学肥可以增加作物产量,并通过增加土壤碳输入达到固碳的效果,化肥与有机肥配施可以显著提高土壤有机碳含量。灌溉可以提高干旱半干旱区土壤有机碳含量,而对湿润区基本无影响或影响不大。与林业工程类似,农田土壤固碳措施中的农业机械使用、非二氧化碳温室气体排放等构成了农田土壤固碳措施的温室气体泄漏,应对此类问题给予关注,并根据净碳汇的成效评估进行措施调控。

    2.4 湿地生态系统固碳增汇措施

    湿地生态系统中植被二氧化碳净同化与生态系统二氧化碳、甲烷净释放间的平衡决定了湿地生态系统是大气的碳源或碳汇。湿地生态系统固碳可分为非操纵性措施和操纵性措施。其中,非操纵性措施主要是指增加湿地的空间范围,如我国通过湿地保育、退田还湖、退耕还湿等措施恢复水文机制,改善湿地水体对碳元素的吸收与转化,以实现湿地生态系统碳循环过程的正向发展。操纵性措施主要是指改变影响湿地固碳的组成成分,如管理湿地水位,通过人工干预达到最佳水位,促进植物光合固碳、降低土壤呼吸及湿地厌氧带甲烷排放,进而达到固碳增汇。选用具有高固碳能力的湿地植被是提升湿地碳汇能力的主要措施,氮储量会对湿地植被碳储量以及固碳能力带来影响,调控外源营养输入可在一定程度上提升固碳能力。


    03  
    国土空间生态修复增汇路径的探讨


    综合分析当前采用的增汇措施,多以单个生态系统为对象,缺乏系统和整体性,修复后的生态系统稳定性存在风险,增汇可持续性有待提升。国土空间生态修复遵循山水林田湖草沙生命共同体理念,从根本上解决了生态修复缺乏系统性的问题,在提升生态系统质量和稳定性的同时实现固碳增汇。

    3.1 合理规划优化生态系统的空间布局

    根据《关于开展省级国土空间生态修复规划编制工作的通知》及《省级国土空间生态修复规划编制规程(试行)》,各地正在积极推进省级生态修复规划编制工作,部分地区已开展市县级规划的探索。科学编制与实施规划可综合采用结构调整型和增强碳汇强度型路径,实现陆地生态系统碳汇能力提升。

    在规划理念上,要以提升碳汇能力为导向,从末端治理转向源头调控,依托新时代生态修复推动国土空间保护利用方式转型,构建绿色低碳的资源利用方式;要坚持因地制宜,从生态系统演替规律和内在机理出发,基于自然地理格局,关注陆地生态系统碳循环过程、固碳速率及潜力,综合考虑植被、土壤、环境条件和土地利用变化等影响因素及因素间的关联,统筹推进山水林田湖草沙整体保护、系统修复、综合治理。在目标指标上,通过生态退耕面积等指标实现区域土地利用和生态系统空间布局的调整优化,在考虑森林覆盖率、草原综合植被盖度、营造和修复红树林面积等数量目标的同时,重视相应生态系统碳储量及其增量等质量目标的设置,实现生态系统净初级生产力提升。在重点任务部署上,在考虑到生态系统固碳释氧与水源涵养、水土保持等其他生态系统功能,以及社会效益与经济效益之间的协同关系,要坚持多要素关联、多过程耦合、多空间协同开展生态修复工作。在时序上,根据轻重缓急统筹安排生态修复任务,综合衡量实施路径和投资需求,力争修复后的整体效益最大化。在空间上,衔接国土空间规划,从“自然-社会”二元碳循环特征角度出发,对一般生态空间、农业空间、城镇空间生态修复均做出部署,将提升农业和城市的生态碳汇纳入统一安排。在重点区域布局上,严格规范生态、农业、城镇三类空间用途转用,将生态保护红线、整合优化后的自然保护地及识别的生态功能极重要区域作为自然恢复优先区,通过保护碳汇型途径夯实陆地生态系统碳汇的基础。基于不同情景下生态系统碳汇空间格局的预测,因地制宜设计固碳增汇的修复措施,加强对碳汇潜力较高的区域空间的保护修复及碳收支监测。衔接全国重要生态系统保护和修复重大工程总体布局,摒弃以往局地修复的方式,转向“点-线-面-网”结合的系统性修复,助力碳汇能力稳中有升。

    3.2 科学实施山水林田湖草沙保护修复工程

    随着全国重要生态系统保护修复重大工程及山水林田湖草沙生态保护修复工程的实施,可显著增强碳汇能力并加强碳汇保护,并通过有效抑制工程实施过程的碳泄漏,实现陆地生态系统碳汇能力提升。

    在工程规划和设计阶段,收集调查区域(流域)陆地生态系统碳汇本底状况并分析变化趋势,在问题识别与诊断中要考虑人类干扰对自然系统的胁迫和碳汇影响,探索将固碳效益纳入工程保护修复目标和标准体系。要充分认识基于自然的解决方案(Nature-based Solution, NbS)在生态系统碳汇、固碳和适应气候变化方面的潜力,针对不同退化类型和不同退化程度的生态系统,合理选择保护保育、自然恢复、辅助再生或生态重建等修复模式,实现人类社会、经济与自然复合生态关系的可持续发展。对重度退化的生态系统,首先通过人工措施尽快重建原有先锋植物群落,再通过其他辅助途径提高生产力;对中度和轻度退化的生态系统,要设法减少干扰、消除胁迫因子,采取合理措施促进生态系统恢复,逐步提升生态系统固碳增汇能力。

    在工程实施阶段,在植被重建或引入物种时,充分考虑植被类型、森林起源、林龄、物种数、物种丰富度等因素对固碳能力的影响,选择适宜当地的优势植物种类,优化乔、灌、草相结合的植物群落的物种组成或空间结构,充分利用生态位分化和生态补偿效应,提高生态系统稳定性和净初级生产力。适当改善制约工程区域生态系统碳汇的土壤条件、水分、氮等营养限制因子,实现生态系统生产力提高与增汇。考虑到工程导致的温室气体排放和项目边界外碳泄漏,应合理控制清理平整土地工程量、辅助设施建设等,减少化石燃料消耗量、使用清洁型燃料等措施,实现生态保护修复工程的净碳汇效应。

    在工程管理维护中,建立实施督促机制和监测评估体系,对工程区域各类型生态系统开展“空-天-地”调查监测,除工程实施规模、投入资金、目标完成度外,监测内容应涵盖气象、水文、土壤、生物等要素,通过碳通量、温室气体、植被碳储量、土壤有机碳等指标掌握工程区碳收支情况。将碳汇量或碳固定指数纳入工程成效评估指标体系,以揭示修复工程前中后期固碳速率的时空变异特征。厘定气候变化、环境因素、生态保护修复工程三者对区域碳汇量变化的贡献,采用适应性管理措施并适时修正和改进,实现生态保护修复工程的优化调控。

    3.3 加强国土空间生态修复碳汇支撑体系建设

    在技术支撑方面,针对国土空间生态修复提升固碳能力的观测网络及监测能力建设不足现状,围绕国土空间生态修复各项工作,采用统一的技术标准对生态系统碳库开展系统调查、动态监测,完善数据和信息共享机制,为碳储量评估和增汇潜力分析提供数据保障。为解决生态修复碳汇成效估算的不确定性等技术难题,加大科研投入力度,针对生态修复中固碳增汇的过程、机理、影响因素等开展研究,围绕山水林田湖草沙系统保护修复、国土综合整治等措施的增汇技术加强攻关与研发,综合衡量整治修复措施的增汇潜力、技术可行性和经济可行性,并对实践中成效显著的固碳增汇技术开展集成、试验示范与应用推广。

    在标准规范方面,梳理跟踪国际生态系统碳汇监测、计量、核算等相关标准,基于我国生态系统碳汇标准现状,在碳汇造林项目方法学、森林经营碳汇项目方法学、可持续草地管理温室气体减排计量与监测方法学基础上,完善生态保护修复碳汇项目的计量与认证,提出项目边界确定方法,以及基线碳汇量、项目碳汇量、项目潜在泄漏量和项目减排量计算方法,制定各项目的监测计划、监测程序等,规范各类生态保护修复项目碳汇计量与监测等工作,争取早日将中国典型的生态保护修复措施纳入到IPCC碳汇认证体系,实现生态系统碳汇可测量、可报告、可核查。

    在政策支撑方面,探索碳汇生态产品价值实现机制与路径,推进国土空间生态修复碳汇交易。跟踪国内外碳汇生态产品价值实现典型模式与案例,从碳交易视角加强国土空间生态修复碳汇潜力的核算研究,评估其固碳减排效应的经济价值,健全碳汇生态产品价值实现机制政策制度体系。将生态修复碳汇项目纳入全国碳排放权交易市场,探索建立国土空间生态修复碳汇减排交易平台,鼓励各类社会资本参与生态修复活动以提升生态系统碳汇,通过完善激励性经济政策提高多元化主体参与生态修复的积极性。探索国土空间生态修复碳汇交易与生态补偿机制的融合路径,开展生态补偿试点与示范。


    作者信息:孔凡婕(1991—),女,北京市房山区人,自然资源部国土整治中心工程师,管理学硕士,主要从事国土空间生态保护修复与国土整治研究。


    文章来源于中国国土资源经济 ,作者■ 孔凡婕 等

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