基于植被净初级生产力（NP...西黄河湿地植被固碳潜力研究_徐干君.pdf

第 19 卷 第 1 期湿地科学与管理 Vol.19No.1 2023 年 2 月WETLAND sCiENCE&MANAGEMENT Feb.2023湿地在全球碳循环中扮演着重要角色。黄河流域是我国重要的生态屏障，黄河流域生态保护和高质量发展已成为重大国家战略，亟需开展黄河流域湿地碳汇核算及固碳功能研究（侯建坤等,2022;Xiaoetal.,2022）。湿地具有调节气候、均化洪水、涵养水源、维持生物多样性等重要的生态作用（崔丽娟等，2016；Gxokweetal.,2020），作为陕西黄河流域的重要组成部分，尤其在固碳方面具有很大意义。陕西黄河流域湿地碳汇在我国实现“碳达峰”和“碳中和”中面临更高的需求，开展陕西黄河流域湿地碳汇核算与稳定技术，特别是湿地植被碳汇研究具有重要的应用价值，极具紧迫性。碳汇核算是研究湿地固碳能力以及湿地在全球变化中的地位和作用的前提和基础（Alelioetal.,2020;Aitalietal.,2022;Restrepoetal.,2022）。目前国内外有关碳汇核算方法多集中于森林和草地两大生态系统，湿地生态系统主要是估算自然沼泽湿地中泥炭的固碳能力，流域湿地关于植被固碳研究亟待深入（崔林丽等,2005;朱文泉等,2005;周伟等,2018;王立夫等,2020;钟宇峰基于植被净初级生产力（NPP）的陕西黄河湿地植被固碳潜力研究徐干君1 吴胜义1 马 浩1 唐希颖2,3 聂磊超2,3 翟夏杰2,3 张 楠2,3 李 伟2,3赵欣胜2,3*（1国家林业和草原局西北调查规划设计院，陕西西安710048；2中国林业科学研究院湿地研究所，北京100091；3湿地生态功能与恢复北京市重点实验室，北京100091）摘 要 为科学评估陕西黄河湿地植被固碳潜力，以陕西黄河湿地保护区为例，在获得研究区 33 个样地实测生物量数据和 2021 年植被净初级生产力（NPP）数据的基础上，借助地统计学方法建立了生物量与植被 NPP 之间的关系方程，明确了陕西黄河湿地保护区整体和不同湿地类型 NPP 分布格局和空间分异特征。结果表明：湿地植被 NPP 格局表现为沼泽湿地高于坑塘湿地，其中草本沼泽湿地 NPP每年为 5 476.93 kgC，每平方米为 1.62 gC/a；灌木沼泽湿地 NPP 每年为 1 871.56 kgC，每平方米为 2.62 gC/a。本研究为湿地植被 NPP 的研究提供一种新的方法和途径。关键词 陕西；黄河湿地；碳汇；NPP；湿地植被中图分类号：X171文献标识码：A文章编号：1673-3290(2023)01-00015-05Carbon sequestration Potential of shaanxi Yellow River Wetland Vegetation Based on NPP DataXu Gan-jun1 Wu sheng-yi1 MA Hao1 TANG Xi-ying2,3 NiE Lei-chao2,3 ZHAi Xia-jie2,3 ZHANG Nan2,3 Li Wei2,3 ZHAO Xin-sheng2,3*(1 Northwest surveying,Planning and Designing institute of National Forestry and Grassland Administration,Xian 710048,shanxi,China;2 institute of Wetland Research,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China;3 Beijing Key Laboratory of Wetland Ecological Function and Restoration,Beijing 100091,China)Abstract In order to scientifically assess the carbon sequestration potential of vegetation in the Yellow River wetland in shaanxi,this paper presents a case study of the Yellow River Wetland Reserve in shaanxi,and establishes the relationship equation between biomass and vegetation net primary productivity(NPP)by means of geostatistical method on the basis of the measured biomass data from 33 sample plots in the study area and the vegetation net primary productivity(NPP)data in 2021,and clarifies the distribution pattern and spatial variation characteristics of vegetation NPP in the Yellow River wetland reserves in Shaanxi as a whole and in different wetland types.The relationship between biomass and vegetation NPP was established based on geostatistical data.The results showed that the NPP of wetland was higher in swamp wetlands than in pond wetlands,with the NPP of herbaceous swamp vegetation at 5 476.93 kgC per year,1.62 gC/(m2a),and the NPP of shrub swamp wetlands at 1 871.56 kgC per year,2.62 gC/(m2a).This study provides a new method of and approach to studying net primary productivity(NPP)of wetland vegetation.Key words shanxi;The Yellow River wetland;Carbon sequestration;NPP;Wetland Vegetation收稿日期：2022-07-24基金项目：黄河流域湿地碳汇核算方法与固碳功能评估研究作者简介：徐干君，高级工程师，主要从事生态系统碳汇管理研究。E-mail:*通讯作者：赵欣胜，助理研究员，主要从事湿地生态研究。E-mail：DOi:10.3969/j.issn.1673-3290.2023.01.0316湿地科学与管理 第 19 卷等,2021;王连喜等,2022）。湿地生物量不仅反映了湿地生态系统生产能和湿地生态系统健康状况，也是评估湿地生态系统固碳潜力和分析生态过程关键因子的重要参数（高旭旭等,2022;王丽霞等,2022;王连喜等,2022）。湿地生态系统的固碳潜力在缓解全球气候变暖、固碳中的作用已经被国际社会所认识（Alelioetal.,2020;岳东霞等,2021），湿地不仅是重要的植被碳库，还维持着更大的土壤碳库。湿地碳库的大小不仅与湿地植被面积大小有关，还受到湿地植被净初级生产力（NetPrimaryProductivity，NPP）和单位面积生物量的影响（崔林丽等,2005;朱文泉等,2005;周伟等,2018;王立夫等,2020;钟宇峰等,2021）。国际地圈生物圈计划（IGBP）、全球变化与陆地生态系统和京都协定等把植被净初级生产力（NPP）研究确定为核心内容之一（Jietal.,2020;Restrepoetal.,2022）。NPP 作为地表碳循环的重要组成部分，在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用（岳东霞等,2021;高旭旭等,2022;王丽霞等,2022;王连喜等,2022）。本文以陕西黄河湿地保护区为例，研究了陕西黄河湿地保护区整体及其不同湿地植被NPP 分布格局和空间分异特征，评估陕西省黄河流域湿地植被固碳潜力，其研究成果可服务湿地碳汇核算和碳交易需求，促进湿地碳汇计量发展与创新，为研究区湿地保护和恢复提供科学依据。1 材料与方法1.1 研究区概况研究区位于陕西省渭南市潼关县、大荔县、合阳县和韩城市境内（3438 3500 N，11008 11017 E），总面积为 45 986 hm2。其中，核心区面积为 18 209 hm2，缓冲区面积为 17 774 hm2，实验区面积为 10 003 hm2。属暖温带半干旱大陆性季风气候区，四季分明，气候温和，光照充足，雨量较多，植物资源丰富（何冰等，2018），植被类型主要为以芦苇（Phragmites australis）、香蒲（Typha orientalis）、金色狗尾草（Setaria glauca）和香附子（Cyperus rotundus）为主的禾本科及莎草科为主，土壤类型主要为黄棕壤。1.2 数据来源数据来源于地理空间数据云官网上（http:/ 8 影像，其空间分辨率为 30 m30 m，并将获取的影像进行几何校准、大气矫正以提高影像精度。气象等基础数据来源于 2021年中国国家气象局，数据内容包括月降水量、月平均气温、月总太阳辐射，以及各气象站点的经度、纬度和海拔高度。对数据进行精度验证，计算植被的净初级生产力需要栅格化的气象数据，并从空间上与遥感数据相匹配。通过在研究区监测获得了 33个生物量数据，用于表述研究区不同湿地类型的实测生产能力。1.3 研究方法本研究是基于光能利用率模型（GLo_PEM）计算获取，即通过模拟光能利用率，以植被生物量和气温及不同植被群落的维持性呼吸系数及温度关系模拟植被维持性呼吸（Rm）和生长性呼吸（Rg），获得 NPP。GLo_PEM 模型基于植被总初级生产力（GPP）与植被吸收的光合有效辐射（APAR）间以光能利用率（）呈线性关系的理论基础上建立（朱文泉等，2005；周伟等，2018），因此 NPP 可以表示为：NPP=PARFPAR-Ra （1）式中：PAR为光合有效辐射（W/m2），FPAR是植被吸收光合有效辐射比率，是基于 GPP 概念的现实光能利用率，Ra是植被自养呼吸（包括维持性呼吸Rm和生长性呼吸Rg）。在 GLo-PEM 模型中实际光能利用率的计算公式如下：=*TES （2）式中：*为植物潜在光合利用率，T为空气温度对植物生长的影响系数；E为大气水汽对植物生长的影响系数；S为土壤水分缺失对植物生长的影响系数。为验证 NPP 估算结果的准确性，可参考刘双等（2013）的方法。2 结果与讨论2.1 湿地地类信息提取根 据 遥 感 解 译 分 类 结 果 显 示（图 1），研究区草本沼泽面积为 8 451.87 hm2、农田面积为8 495.16 hm2、农 村 宅 基 地 面 积 为 2 289.30 hm2、坑 塘 水 面 面 积 为 15 835.82 hm2、河 漫 滩 面 积 为2 916.70 hm2、河流湿地面积为 15 138.42 hm2和灌木沼泽面积为 1 786.34 hm2。其中，坑塘水面占研究区面积的 28.84%，而灌木沼泽面积最小，仅占研究区面积的 3.25%。河流湿地和坑塘水面共占研究区面积的 56.41%，农村宅基地占研究区面积的 4.17%。整17 第 1 期体来看研究区湿地类型中坑塘水面和河流湿地面积最大，而灌木沼泽与河漫滩湿地面积占比最小，这与研究区有黄河流经密切相关，受到水文