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1陸地生態系統植被碳匯計算方法

1.1關于模型模擬法，中國學者借鑒國外經驗改進了CEVSA，CASA，GLO－PEM，BEPS等多個陸地生態系統碳循環模型，同時根據中國的情況研發了AVIM2，Agro－C，FORCCHN，DCTEM等陸地生態系統模型，研究了陸地生態系統的凈初級生產力和碳儲量、氣候變化和土地利用變化對中國陸地生態系統碳循環的影響等問題。這些模型現在已經被廣泛地應用于草地、農田、森林等生態系統生物量和生產力的模擬，并且對不同的生態系統類型分別建立了不同的參數和計算系統。模型一般以天或月為運行的時間步長，模型參數涉及氣溫、降雨量、光照等氣候因子，植物本身的生物學特性、土壤特性等指標來計算生態系統的生物量和生產力。

1.2現場實測法現場調查法一般是指設立典型的樣地，通過收獲植被生物量、枯落物和土壤等碳庫的碳儲量，在連續測定的基礎上可以分析生態系統各部分碳庫之間的流通量，輸入系統的NPP和離開系統的枯落物與土壤的碳排放速率。然而對于大面積的森林植被采用收獲法測定碳匯量比較困難，一般伐倒少許樹木，確定生物量與胸徑或樹高的回歸關系，然后利用回歸關系和所有樹木的實測胸徑或樹高推算樣地的生物量，而區域性的森林資源清查數據主要是木材材積量，還需要借助生物量換算因子(BEF)等方法才能將其轉換為森林植被生物量，再根據生物量與碳量的轉換系數求林地的固碳量。對于園林植被，一般根據不同植物個體的葉面與胸徑、冠高或冠幅的相關關系，通過實測建立不同植株個體綠量的回歸模型，應用回歸模型計算綠地或地區綠量的總和，從而在實測單株植物固定CO2碳量基礎上，根據綠量即可計算出植被的固碳量。

1.3遙感估算法遙感估算法是指通過遙感手段從遙感數據中獲取歸一化植被指數(NDVI)，在GIS技術的支持下，建立NDVI與葉面積指數及植被覆蓋度等的關系，結合地面調查，推斷出植被指數與生物量之間的關系進而求得生物量，然后計算碳匯儲量。隨著遙感技術的發展，遙感估測植被碳匯成為較為便捷的方法，適用于大尺度范圍內的植被碳庫的變化研究。近年來的研究逐漸將遙感與模型相結合，通過遙感反演獲取地面物理參數，如地面反照率、葉面積指數、土壤濕度等，可直接作為陸地生態系統碳循環模型的驅動變量或參量，以充分發揮模型的過程機理定量化和遙感信息的宏觀、動態的長處。

1.4通量觀測法通量觀測法是指建立在氣象學基礎上，通過測量近地面層的湍流狀況和被測氣體的濃度變化來計算被測氣體的通量的方法，是最為直接的可連續測定CO2和水熱通量的方法，也是目前測算碳匯最為準確的方法。目前，基于渦度相關技術的通量觀測已經成為研究陸地生態系統碳循環與全球變化科學的重要手段，其特點在于采用較為精密的儀器包括三維聲速風速儀、閉路紅外線CO2/H2O分析儀等，直接對植被與大氣之間的通量進行計算，直接長期對陸地生態系統進行CO2通量測定，同時又能為其他模型的建立和校準提供基礎數據。這一方法在區域和國家通量觀測研究網絡(AmeriFLUX，CarboEurope，OzFlux，Fluxnet－Canada，AsiaFlux，KoFlux等)中得到廣泛使用。

2植被碳匯計算方法應用可行性分析

2.1路域生態系統的特征分析公路具有其獨特的大尺度線性特征，絕大部分的公路都橫跨多個生態系統，所以一條公路的路域生態系統通常包括多個生態系統的綜合特性，是多種生態系統的復合體。公路工程的建設造成公路周邊的土壤條件、光照狀況、水分等環境因子發生改變，形成路域小環境。同時持續的人為干擾，引發路域植物群落內部對養分水分空間的競爭以及和外來人工綠化種的競爭，導致路域植被群落穩定性差，易退化。與穩定的自然生態系統相比，路域生態系統內部分化出許多由一種或若干種植物所構成的小群落，物種組成和群落結構具有自身特點。正是由于公路線性以及路域生態系統的復雜性，植被碳匯的估算較為復雜，現有的計算方法在交通行業的應用也受到很多的限制。因此，在方法的選擇上，也應當根據不同的目的、不同的研究范圍進行適當的選擇與調整。

2.2模型模擬法眾多的模型一般應用于區域或全球尺度的自然生態系統植被碳匯估算。模型參數獲取需要長期的定位觀測等方式獲得，而對于具有小環境特點且呈帶狀分布的路域生態系統而言，模型參數的獲取受到了很多限制，如若參考自然生態系統的參數值，可能會帶來更大誤差。此外，模型的構建是基于對現實過程的簡化，在此過程中眾多的假設和主觀判斷給模型帶來了很多隱藏的誤差。而且，模型參數和輸入數據的不確定性同樣影響著模型模擬結果的精度。因此，就目前交通行業的現狀來看，模型模擬法不宜作為路域植被碳匯估算方法。但是，在交通行業逐步建立起完善的交通環境監測網絡基礎上，可獲取路域生態系統小氣候的參數時，再對部分模型參數進行校正，對模型進行改良，將模型模擬法用于驗證與校核其他計算方法，提高碳匯計算精度。

2.3現場實測法目前，通過現場實測法對陸地生態系統植被固碳量的計算相對成熟，很多學者認為，以實測的方法來計算植被碳匯是誤差最小的測算方法。但是該方法耗時耗力，如若采用該方法對現有路網路域生態系統中的植被進行碳匯估算，由于公路里程的原因工作量將異常巨大，在短時間內很難完成。對此，在路域生態系統植被碳匯的估算中，可選擇典型的路段或區域采用該方法進行計算，并與遙感估算等方法相對比和結合，進行數據的校正，提高計算精度。

2.4遙感估算法利用遙感估算植被NPP就是基于地面上不同植被類型對不同波長太陽光的反射率來區分地表的植被覆蓋。公路是線性工程，長數十至數百公里，同時植被類型多樣，因而遙感技術的應用大大節約了路域植被現場調查的人力和時間成本。但同時路域范圍寬約為幾十米，在利用遙感技術時，對遙感圖像的分辨率要求較高，而高分辨率遙感影像價格也非常可觀，這樣就增加了遙感影像的購買成本。因而在實際應用過程中，也需要考慮與現場實測法的結合，在滿足計算要求的前提下，節約成本。

2.5通量觀測法通量觀測法是基于微氣象學原理實現對監測樣地的連續、長期觀測，可應用于不同的生態系統碳通量的監測中，形成監測體系。但該法儀器設備價格較高，配套設施建設要求高，同時測量難度大，需要專業技術人員操作和定期維護。這些都限制了該方法在路域生態系統中的應用。因此，在現有條件下即使在路域小范圍內開展監測也具有一定的難度。然而，為保證路域生態系統植被碳匯估測的準確性，在今后的科學研究中可以借鑒現有通量觀測研究網絡的建設經驗，逐步選擇典型的路域環境建立觀測站點進行長期觀測實驗，積累相關基礎數據，實現路域生態系統長期碳通量觀測。

3討論與建議

綜上所述，結合交通行業現狀及路域生態系統的特點，對現有的幾種陸地生態系統植被碳匯計算方法進行可行性分析后，結果表明:上述方法應用于路域碳匯植被碳匯估算具備一定的可行性，但是需要根據環境特點、路網特點和研究目的進行合理選擇、調整和方法組合。針對微觀尺度，比如一條公路路域或某一特征段落植被碳匯的計算，可采用現場實測法，通過植被生物量和植被CO2固定量的實測值計算出植被碳匯;針對宏觀尺度路域植被碳匯的計算，可采取遙感解譯估算和現場實測結合的方法計算植被碳匯。然而目前尚缺乏相關應用案例，實證研究亟待加強。此外，當前針對園林植被固碳能力已取得了很多基礎數據，但是由于公路環境因子的改變，同種綠化植物應用到公路路域上其固碳規律可能會發生變化，同時很多公路特有綠化種類的固碳規律也還處于研究空白。因此，公路路域不同綠化植物的固碳規律研究也亟待加強，進而可為大范圍植被碳匯的計算提供基礎數據，同時也為今后如何選擇固碳能力強的植物提供依據。總體而言，面對日益嚴峻的全球氣候能源危機，低碳交通的理念與緊迫性日益為人們所認識，低碳交通運輸體系建設已全面啟動，我國低碳交通政策研究與建設均取得了積極進展。但是，發展綠色低碳交通在強調減排的同時，也不能忽視植被固碳的巨大潛能。然而，目前交通領域植被碳匯的問題一直沒有引起足夠的重視，相關研究與實踐工作也沒有開展。基于此，本文提出以下建議:(1)開展碳匯研究工作，摸清交通碳匯家底路域生態系統中，由于綠色植物光合作用及其生長過程中對土壤碳庫的輸入，已成為重要的碳匯，能夠在一定程度上抵消交通碳排放。但是目前我國交通行業碳匯量如何?減排貢獻率如何?是否有潛力可挖?這些都是亟待回答的科學問題。因而，亟待建立適于路域生態系統的植被碳匯計算方法，開展案例研究，進而普查全國的交通碳匯家底。(2)加強基礎研究工作，提高碳匯估算精確度雖然植被碳匯研究工作在很多領域已經開展，并取得豐碩成果，但是交通領域的研究基礎非常薄弱。為保證碳匯估測的準確性，在今后的科學研究中應結合全國交通環境監測網絡的建設，按不同氣候區域選擇典型的路域環境建立觀測站點進行碳通量的觀測試驗，為今后可能開展的碳交易提供相關基礎數據。(3)加強技術開發與應用，推進試點示范建設。加強固碳技術、植被碳匯能力提升技術的研究與應用，做好技術儲備工作，以典型區域為主體開展碳匯建設試點工作。從試點工程中遴選示范工程，總結示范技術和方法，加大對成果的應用和推廣力度。(4)開展碳匯交易相關研究，做好技術儲備密切關注和跟蹤植被碳匯技術發展的國際動向，加強行業在碳稅、碳排放交易等方面的研究工作，學習借鑒國外交通領域碳匯提升方面的先進經驗，促進國際交流與合作。

作者：王艷王新軍王倜單位：交通運輸節能減排項目管理中心交通運輸部科學研究院