云南省人工草地生物量碳庫估算

米 微 ，劉 洋 ，唐 昊 ，鄧菊芬 ?，嚴 菘

（1.云南省草山飼料工作站，云南昆明 650225；2.云南草原監理站，云南昆明 650224）

由人類活動所導致CO2濃度升高和全球氣候變暖已經成為當前人類面對的最為迫切的環境問題。根據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）《氣候變化2014綜合報告》（AR5）估算，1750－2010年人為的溫室氣體排放當量已達2040±310×109tCO2，而據報告測算每積累排放1000×109tCO2形式的碳會造成全球平均峰值表面溫度變化0.8～2.5℃[1]。為實現《巴黎協議》中把全球平均氣溫升幅控制在工業化前水平2℃之內，并努力將氣溫升幅限制在工業化前水平以上1.5℃之內的控制目標[2]，不僅需要對溫室氣體采取更加有力的減排措施，還需要不斷提升碳匯的供給和管理水平。

草地作為重要的陸地生態系統之一，有著巨大的碳匯潛力。據估算，全球草地碳匯總潛力約占全球碳匯潛力的30%左右[3]，僅次于森林生態系統。而我國作為草地資源大國，各類草地也蘊含著極大的碳匯潛力，任繼周等估算我國草地年碳匯潛力達到了773.21×106tC[4]。近年來國家通過實施草原生態保護獎勵政策及退牧還草、退耕還草、南方草地推進項目等一系列重大草原保護建設項目，大力推進人工草地建設和天然草地生態保護，不僅使得我國原本嚴重退化的草原得到了休養生息，同時也大幅提升了草地碳匯潛力。

一方面，目前對草地資源碳匯開展的研究數量相對較少；另一方面，由于針對草地碳匯研究主要采取以遙感影像數據為基礎，通過凈初級生產力綜合順序分類模型等數學模型對草地碳庫進行估算，這些估算方法需要較為專業的遙感、數據處理和建模知識，對于基層草原技術人員而言，較難使用和推廣。因此，本研究以《2006年IPCC國家溫室氣體清單排放指南》[5]（以下簡稱指南）方法學為基礎，結合行業統計數據與已公開的研究成果，通過對云南省2012－2016年人工草地生物量碳庫變化開展估算和分析，期望能夠為未來云南草原碳匯研究提供參考和依據，同時也為廣大基層草原技術人員介紹和推廣一種易于學習和使用的草原生物量碳庫估算的方法。

1 材料與方法

1.1 研究區域簡介

云南省地處我國西南邊陲，位于東經97°31＇～106°12＇，北緯21°08＇～29°15＇之間，國土面積39.4萬 km2，2016年末常住人口4770萬人。全省為山地、高原和丘陵地形。地勢西北高、東南低，平均海拔達到2000 m。全省屬于亞熱帶季風氣候區，立體氣候特點顯著[6]。同時，云南省還是我國草地資源大省，草地面積1530.84萬hm2，居全國第七位[7]。

1.2 人工草地生物量碳庫估算方法學

本次對人工草地碳庫的估算方法主要基于指南第四卷第6章“草地”中對于草地地上和地下生物量碳庫估算推薦的優良做法（公式1）。按照IPCC對氣候帶和生態帶劃分，云南省處于北半球暖溫帶濕潤區，其地下部分與地上部分生物量的比例為4.0，干物質的碳比例為0.47 tC/t。

A=不同人工草地建設方式面積，×104hm2

DM=不同牧草類型干物質產量，t/hm2

R=地下部分與地上部分生物量的比例

CF=干物質的碳比例

i=生態帶

J=氣候帶

1.3 人工草地面積和干物質產量

根據統計年鑒，人工草地按建設方式不同可以分為人工種草、改良草地、飛播種草3種。其中，人工種草主要指經過翻耕、播種的人工種植草地；改良草地主要指經過人工補播改良的天然草地；飛播草地主要指通過飛機播種牧草的天然草地。人工草地面積和干物質產量數據來源于統計資料[8-11]和公開文獻[12]（見表1～2）。

1.4 不確定性估算

不確定性估算是IPCC方法學的基本組成之一，也是評價核算工作質量的重要依據。不確定性主由以下幾個方面產生：一是清單編制缺乏完整性，二是模型，三是缺乏數據，四是數據缺乏代表性，五是樣品隨機誤差，六是測量誤差，七是錯誤報告和分類，八是丟失數據。針對不確定性估算，指南也鼓勵通過優良做法、改進模式、改善代表性、獲取特定地區數據等方法來減少不確定性。按照指南，各類參數量化后不確定性見表3，估算方法采用指南推薦優良做法即蒙特卡洛方法進行合并估算，計算軟件為Oracle Crystal Ball 11.1.2.1。

2 結果與分析

2.1 人工草地建設情況

云南省自2011年開始實施草原生態保護獎勵政策以來，人工草地建設力度不斷增強。2012-2016年人工草地總面積由81.94萬hm2增加至136.86萬hm2，5年時間增加54.92萬hm2，年均增幅為10.80%。其中，人工種草面積由51.83萬hm2增加至80.04萬hm2，年均增幅為9.08%；改良種草面積由28.41萬hm2增加至55.12萬hm2，年增幅高達14.17%；由于2011年前國家飛播種草項目已經結束，飛播種草面積一直維持在1.7萬hm2。

2.2 人工草地生物量碳庫變化情況

根據2012－2016年云南省人工草地面積、人工草地牧草干物質平均產量以及相關核算參數，估算出2012－2016年人工草地生物量碳庫變化情況（表4）。整體上人工草地生物量碳庫呈現增加趨勢，2012年人工草地碳庫為1599.25×104tC，2015年達到最大值為3430.35×104tC，2016年較2015年出現小幅下降，也達3256.35×104tC，5年期間人工草地碳庫年均增加幅度15.28%。其中，人工種草碳庫從2012年的1071.65×104tC增加至2016年的1915.23×104tC，年均增幅12.31%；改良種草則由2012年的497.82×104tC增加至2016年的1301.00×104tC，年均增幅高達21.18%。

表1 人工草地面積

表2 人工草地牧草干物質產量

表3 各參數量化的不確定性

從5年期間的不同類型草地生物量碳庫占比的變化可以看出（圖1），人工種草和改良種草碳庫占比呈增加趨勢，2012年二者占總碳庫比重分別為67.01%和31.13%，至2016年人工種草碳庫小幅下降至58.81%，而改良種草則大幅上升至39.95%。

從人工草地生物碳密度變化情況分析（圖2），人工草地生物碳密度總體在穩步增加，從2012年的1951.75 gC·m2增加至2016年的2379.33 gC·m2，年均增幅為5.07%，在2015年時最高達到2698.65 gC·m2。說明通過大力推進人工草地建設、推廣優質牧草、提升草地管理水平，能夠增加草地植被的生物碳密度。

2.3 不確定性分析

通過Oracle Crystal Ball軟件，對2012-2016年期間總體碳庫計算結果進行了3萬次蒙特卡洛模擬計算，人工草地碳庫在95%置信區間的不確定性見表5。2016年人工草地碳庫不確定性最小，為-92.90%～106.74%，而2013年不確定性最大，為-93.36%～110.77%（圖3～4）。

通過對各年不確定性進行敏感性分析可發現（表6），2012－2016年，對人工草地生物量碳庫不確定性影響最大的3個因素分別是地下部分與地上部分生物量的比例、多年生草地干物質產量、多年生牧草人工種草面積，三者合計對人工草地不確定性的影響超過97%。其中，地下部分與地上部分生物量的比例對人工草地不確定性的影響高達90.4%～92.2%，是整個研究中對結果不確定性最主要的影響因素。

3 討論與結論

1）通過2012－2016年云南省大力推進草原生態保護獎勵補助政策、退牧還草、退耕還草、南方草地推進項目等國家重大草原保護建設項目的實施，云南省人工草地面積和人工草地生物量碳庫總量不斷增加。說明通過近年來大力推進人工草地建設，受損退化的天然草地得到了修復，草原植被得到了休養生息，草原生態價值得到了進一步提升。

表4 人工草地生物量碳庫量

圖1 不同土地利用類型碳庫占比

圖2 人工草地生物碳密度

表5 人工草地生物量碳庫不確定性

圖3 2012年人工草地碳生物量庫不確定性

圖4 2016年人工草地碳生物量庫不確定性

表6 人工草地碳庫不確定性敏感性分析

2） 通過我省人工草地生物質碳密度估算發現，2016年云南省人工草地生物質碳密度達到2379.33 gC·m2，遠遠高于此前方精云等[13]研究中300.2 gC·m2的全國草原平均生物量碳庫密度。究其原因，可能是由于此前的研究主要針對全國范圍內的所有草原進行，其中既有人工草地也有天然草地，而天然草地中還包含了大量的退化草地以及荒漠地區極為貧瘠的草地，通常情況下人工草地生物量遠遠超過天然草地，這就可以在一定程度解釋了我省人工草地生物質碳密度要遠高于全國平均值。同時，也可以再次證明通過加大人工草地建設力度、推廣優質牧草、改良天然草地、提高草地管理水平，不僅能夠起到修復草原、改善生態環境的效果，同時還能夠極大地擴展草原碳庫密度。

3）由于本研究主要基于行業統計數據，其精確程度要低于采用“遙感數據+地面監測”的草原生物量碳庫建模估算，特別是難以反映多年間土地利用變化對人工草地生物量碳庫的影響，同時還存在不同年代數據受不同統計口徑影響大等缺點；但優點在于數據獲取容易，建模估算過程相對簡單，便于在基層推廣使用。

4）通過對不確定性來源分析后發現，地下部分與地上部分生物量的比例對人工草地不確定性的影響最大。而Tang等的研究則發現通過加密觀測點建設能夠大幅降低草地碳庫研究中的不確定性，獲得較為精確的研究結果。因此，未來還要加大對相關數據實地調查研究，獲取本地化的特征值，來降低整個研究中的不確定性。