生态大讲堂“重大生态工程固碳量评估”知识分享

生态大讲堂“重大生态工程固碳量评估”1970’s：“三北”防护林体系建设工程1980’s：先后启动了4项生态工程1990’s：先后启动3项生态工程2000年后：密集启动了14项以上的生态工程，投资约7000亿以上。目的：防风固沙、水土流失、石漠化、退化草地治理、水源涵养、生物多样性保护等生态环境改善固碳只是副产品，是随应对气候变化而关注我国重大生态工程建设的基本情况很多学者在区域上对生态工程的固碳进行了评估(Fengetal.,2013;Songetal.,2014;Liuetal.,2015)工程时间规划基线年份天然林保护2000-2010一期，2011-2020二期2000三北防护林1978-20501978长江、珠江流域防护林长江1989珠江1996均到2000年为一期工程，后10年1期长江1989珠江1996京津风沙源治理一期2001-2010，二期规划编制中2001退耕还林1999年甘肃等三省试点，《退耕还林工程规划2001-2010》1999退牧还草《全国草原保护建设利用总体规划》——2010十一五目标和2020目标2003重大生态工程的内容

我国重大生态工程建设的基本情况

重大生态工程简介工程工程内容、步骤和过程天然林保护调减采伐量、改革森林采伐方式、加强森林资源管护（火灾、病虫害防治）、长江上游、黄河上中游地区工程植树造林三北、长珠防护林调减木材产量，实施森林资源保护（包括封山育林），新增造林种草面积退耕还林（草）从退化坡耕地和易沙化耕地退耕、退耕造林、荒山荒地造林、封山育林京津风沙源治理退耕、退牧（禁牧）、人工造林、封山育林、飞播造林、人工种草、水源工程、节水灌溉、退牧还草退牧——划区轮牧、休牧、禁牧、围栏建设、人工种草、飞播牧草、饲舍建设重大生态工程的内容典型退化群落(Mean)实施生态工程群落(Eng)区域顶级群落－理论最大潜力生态系统碳库演替时间固碳潜力CSP=CSClimax-CSMean固碳速率CSRCSR=(CSEng-CSMean)/T工程年限(T)CS:Carbonstorage情景分析－相对固碳潜力

重大生态工程固碳量评估的基本思路估算方法一：直减法CS=（BCDt1-BCDt0）*ACS代表工程固碳量（TgC）；BCDt1代表工程结束时的碳密度（MgC/hm2）；BCDt0代表工程开始前的基线值（MgC/hm2）；A代表工程实施面积（hm2）。估算方法二：生态系统服务评估方法

我国重大生态工程固碳量评估方法生态系统碳储量生态工程区碳汇工程结束碳储量工程初始碳储量工程对固碳贡献时间工程初始工程结束估算方法三：工程区增长的比较法

我国重大生态工程固碳量评估方法估算方法四：模型法异速生长方程法；

CASA-CENTURY模型法CBM-CFS3模型法；遥感降尺度法；换算因子连续函数法/IPCC法

我国重大生态工程固碳量评估方法异速生长方程法

我国重大生态工程固碳量评估方法CASA-CENTURY模型法(退耕还林工程)

地上植被碳储量估算可采用CASA模型地下土壤碳储量估算可采用CENTURY模型

我国重大生态工程固碳量评估方法遥感降尺度所需数据:1:100万中国植被图；森林资源清查；MODIS

NPP数据集；工程方案需额外计算土壤碳库

我国重大生态工程固碳量评估方法CBM-CFS3模型法

我国重大生态工程固碳量评估方法地面观测卫星遥感模型研发与参数化生态过程模型开发与参数化过程机理分析遥感观测大气CO2浓度碳交换量植被土壤碳库生理生态指标环境变量植被指数土地利用环境变量遥感地面参数遥感数据融合样带调查定量认证方法五：卫星遥感-地面网络一体化观测与模型集成方法

我国重大生态工程固碳量评估方法基准年：工程实施的前一年作为评价的基准年。基线数据：如果有工程建设前的本底数据则按本地数据作为基线值。如果没有，则将工程区内退化植被、土壤单位面积碳储量的平均数据作为基线值。面积的确定：将遥感与统计、调查相结合，进行校正—

基准（线）的确定关键问题

我国重大生态工程固碳量评估方法工程实施区县域尺度TM影像和SPOT影像的关系分辨率引起的误差验证工程实际实施面积统计数据与影像数据的校核

不同时期TM影像30m生态类型变化图覆盖度、类型、面积的变化和增量

高精度SPOT影像抽样调查面上实地调查统计和清查资料工程实施图土地利用图面积的确定-统计资料以及工程实施图、遥感等方法

我国重大生态工程固碳量评估方法各重大生态工程重叠的问题总体思路县域尺度土地利用/覆被变化情况该县实施生态工程情况各生态工程的特点类型的转换各生态工程在该县的实施面积

我国重大生态工程固碳量评估方法各重大生态工程重叠的问题6大工程2010年实施分布图

我国重大生态工程固碳量评估方法生态工程名称各工程统计数据(106ha)土地利用变化(106ha)天保工程 69.3749.66退牧还草工程59.9580.55三北防护林(四期)12.0410.86京津风沙源13.0714.59退耕还林17.843.34长江珠江防护林(四期)9.9213.62总计182.19172.62各工程统计的总面积：182.19万km2，土地利用变化所得的总面积：172.62万km2。各重大生态工程重叠问题的探讨与统计数据的比较时间序列法：（1）对于有工程区内工程建设前本底数据的，可根据前后两次(或多次)的调查结果直接计算固碳速率；（2）按工程实施时间先后进行调查，计算其固碳速率。空间代替时间法：选择典型的类型，从工程区外梯度设置样带进行样地调查，调查植被和土壤的各参数，以工程区外退化比较严重的作为本底值，进而估算其固碳速率。

遥感监测法：多源数据同化和遥感估算生物量。

监测方法－地面调查

我国重大生态工程固碳量评估方法基线值的确定-已有的历史调查资料以及梯度调查等监测方法－样带（地）设置不同生态工程不同类型区不同实施年限退化类型与工程区域设置对比样地工程实施时间梯度设置样地

我国重大生态工程固碳量评估方法基线值的确定-已有的历史调查资料以及梯度调查等天保工程固碳基线及区域差异基于2000年森林植被遥感数据，工程区各县（市）的植被碳密度在在20.07～254.97MgC/ha基于全国第二次土壤普查数据，工程区内各省土壤碳密度在91.09～228.21MgC/ha之间

我国重大生态工程固碳量退耕还林工程采用文献收集法（117篇）确定六大地区退耕还林（草）实施之前坡耕地碳密度基线值。0-20cm土壤碳密度:58.96,15.58,17.5,15.64,36.37,34.88Mg/ha

0-100cm土壤碳密度:147.72,39.38,44.45,39.06,95.02,85.43Mg/ha

我国重大生态工程固碳量三北防护林工程生物量基线：1978年防护林面积和质量土壤基线：1982年土壤有机碳背景三北防护林工程植被基线值土壤基线值1978年生物密度空间分布图东北区：34.8±11.7Mg/ha；华北区：41.5±13.2Mg/ha；黄土区：32.9±10.9Mg/ha；蒙新区：30.6±10.2Mg/ha东北区：10.93±2.54Mg/ha华北区：9.05±2.12Mg/ha黄土区：7.72±2.09Mg/ha蒙新区：5.76±1.78Mg/ha

我国重大生态工程固碳量长江、珠江防护林工程根据森林课题的野外调查样点及全国第二次土壤普查的土壤碳密度（假定每个样点从土壤普查时到2010年间土壤碳密度匀速线性变化），估算各样点1989年的碳密度。根据各省所有样点的碳密度，求得各省的初始平均碳密度。土壤碳基线值的估算：将森林课题的中幼林样点与二次普查所得碳密度图进行叠加分析。共2514个点用于计算基线值的样点

我国重大生态工程固碳量长江、珠江防护林工程区固碳基线值及区域差异省份生物量碳土壤碳0-20cm土壤碳0-100cm省份生物量碳土壤碳0-20cm土壤碳0-100cm安徽0.838.5919.85青海1.318.7229.86甘肃1.5713.1736.32山东0.164.6911.32广东0.142.26.1陕西0.5835.61105.12广西1.0311.0331.32上海00.10.32贵州5.6834.5105.31四川3.2764.87186.67河南0.8614.8535.39西藏0.082.466.46湖北8.3343.95129.8云南7.1136.15107湖南2.3920.8458.31浙江1.35.6716.07江苏02.87.13重庆0.988.6424.32江西4.8438.77113.59

由于人工造林前的炼山、整地、割草等，人工造林样地生物量碳密度的初始视为0，封山育林样地的生物量初始碳密度用灌丛样地的生物量碳密度代替。生物量碳的基线值为40.46Tg，0-20cm土壤碳的基线值为357.61Tg，0-100cm土壤碳的基线值为1030.26Tg。

我国重大生态工程固碳量京津风沙源治理工程阔叶林基线值(M

gC/hm2)针叶林基线值(M

gC/hm2)灌草基线值(M

gC/hm2)河北省132.0-172.420.7-85.629.6-165.1山西省43.7-66.755.5-75.947.3-78.1内蒙古43.7-66.755.5-75.940.4-89.5数据来源：现场调查，森林样地41个，草地样地20个，灌木样地10个，共计41个。估算方法：按照不同植被（地上、地下）、不同区域（省）分别计算，比较植被、土壤、区域等的差异性。植被基线值土壤基线值

我国重大生态工程固碳量退牧还草工程数据来源:植被碳密度基线：样方调查数据342个，文献挖掘数据218个，一共560个数据点。

土壤碳密度基线：实地调查数据138个，文献挖掘数据262个，一共410个数据点。估算方法:对数据进行正态分布拟合，进而得到各种类型草地碳密度基线的均值和误差范围。植被碳密度基线调查点土壤碳密度基线调查点

我国重大生态工程固碳量草地碳密度基线值(2003)的区域分异:地上生物量碳密度100cm土壤碳密度地下生物量碳密度工程区草地植被地上碳密度基线平均值为0.34±0.02Mg/ha，地下根系碳密度基线平均值为2.31±0.11Mg/ha，土壤碳密度基线平均值为82.5±3.6Mg/ha。

我国重大生态工程固碳量工程名称基线年份基线值确定依据基线值（MgC/hm2）植被土壤植被土壤三北防护林1977第一次森林清查第二次土壤普查，对比样地（746个）东北区：34.8±11.7；华北区：41.5±13.2；黄土区：32.9±10.9；蒙新区：30.6±10.2

东北区：10.93±2.54；华北区：9.05±2.12；黄土区：7.72±2.09；蒙新区：5.76±1.78长江、珠江防护林1988第二次森林清查、样地调查第二次土壤普查、样地调查（375）华东区：3.54；西北区：2.03；西南区：4.85；中南区：4.77华东区：30.07；西北区：33.76；西南区：41.55；中南区：34.77天然林保护1998第五次森林清查对比样地（时间梯度）、资料收集（384）国有林区：39.81-64.89黄河中上游：28.09-52.46长江中上游：20.71-97.0314.28-95.00退耕还林（草）1999农田（调查和资料收集）农田土壤（样地调查，资料收集）（140）0.34-0.4439.06-147.72京津风沙源治理2000对比样地、资料收集对比样地、资料收集（138）1.58-11.8345.78-131.24退牧还草2002配对样地、资料收集（840）配对样地、资料收集（448）2.65±0.1382.5±3.6

我国重大生态工程固碳量编号重大生态工程名称工程面积（万hm2）固碳效应初步估算（TgC）备注1天然林资源保护工程6937.18473.971998-20102退耕还林（草）工程1784.09412.98-901.132000-20103“三北”防护林工程1203.9620801978-20084长江、珠江流域防护林建设工程991.9446.791990-20105京津风沙源治理工程1306.9194.44±43.52001-20106退牧还草工程5995100.9-149.62003-20107总计18219.033665.6-4289.4平均增加20.1-23.5tC/hm2中国6大生态工程总面积约182万km2，占国土面积的18.9%，工程实施后增加固碳量3.66-4.29Pg。

我国重大生态工程固碳量生态系统碳储量生态工程区碳汇工程结束碳储量工程初始碳储量工程对固碳贡献时间工程初始工程结束估算方法二：工程区增长的比较法

我国重大生态工程固碳量工程区内生态系统碳储量增加1.477Pg年均碳汇强度位127.8TgC/yr在我国16%的土地上形成的碳汇约占当前陆地生态系统碳汇的50%六个重点生态工程区内平均碳汇强度达到0.83t/ha*yr

我国重大生态工程固碳量生态工程工程区内碳库储量增量

Tg工程对区域生态系统固碳的贡献

Tg植被土壤总计天然林保护479.6409.5889.1170.2退牧还草63.7759.94123.7117.8三北防护林IV22.358.0830.43340.7京津风沙源43.139.19552.3269.67退耕还林181.189.68270.8198.5长珠防护林II96.1014.60110.7136.9总计

14771034重大生态工程的实施对固碳的贡献为1.034Pg，达到同期工程区固碳的70%工程措施的实施是我国重大生态工程区碳汇形成的首要因素

我国重大生态工程固碳量

我国重大生态工程固碳量东北、华北、西北和西南地区是我国重大生态工程实施的主要地区，并且也是10年期间固碳效益较为显著的地区。从工程措施固碳量和工程区内碳库增量综合分析来看，大多数区域如果不实施生态恢复工程，生态系统碳库将出现显著的流失。输入过程输出碳成本减排碳泄漏

固碳认证-重大生态工程碳收支与净固碳量核算模型固碳

我国重大生态工程固碳量固碳认证-典型重大生态工程措施碳成本强度参数工程措施措施下项目区域西北区西南区东北区华北区中南华东区退耕还林新造林及森林管护森林巡视2.212.021.792.471.962.12幼林抚育16.5416.2437.1624.8216.4819.58病虫害防治0.310.150.090.190.380.25退耕地造林退耕地造生态林185.11185.11186.32185.11184.98185.19退耕地造经济林6150.025672.355479.525882.095478.405708.35荒山荒地造林荒山荒地造生态林200.67200.67201.88200.67200.54200.73荒山荒地造经济林1546.971404.911654.171217.291649.921562.66

我国重大生态工程固碳量重大生态工程碳成本和温室气体泄漏对工程固碳贡献作用的抵消（基于2001-2010年相应工程阶段测算）工程固碳贡献碳成本和碳泄漏抵消作用天然林保护I期170.215.238.9%退耕还林I期198.550.6225%长江珠江流域防护林II期136.91.0570.8%三北防护林IV期340.73.871.1%京津风沙源治理I期69.74.71-8