滨海生态系统碳库估算方法与流程

1.本发明属于环境评价技术领域，具体涉及对滨海生态系统进行碳估算的方法。


背景技术：

2.滨海生态系统一般主要包括三种类型的生态系统：高大灌木和沿海乔木、潮汐盐沼、海草床。这三种生态系统都能抵挡风暴潮，减缓海平面的上升和海岸侵蚀。
3.同时由于自身的生长、繁殖和死亡还具有调节水质、捕获淡水营养盐，以及为生物提供栖息地等生态环境功能。
4.滨海生态系统还有一个巨大的功能就是固定和存储来自大气和海洋的游离碳，成为有效的碳汇。
5.人们逐渐认识到滨海生态系统在固碳方面的重要作用，也知道了其退化将会成为碳的排放源，但是目前对于滨海生态系统尚无一种比较完备的方法进行碳储量的估计。只有通过相对准确的碳储量的估计，才能让决策者厘清采用生命样的手段对滨海生态系统进行修复以及建立合乎市场规律的碳筹资机制。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供滨海生态系统的碳库碳储量的估算方法。
7.本发明包括如下步骤：
8.1，滨海生态系统的空间边界确定；
9.2，滨海生态系统的优势植物分类区确定；
10.3，淡水植物优势区碳源计算；
11.4，滨海生态系统的碳源采样点尺寸设置；
12.5，滨海生态系统的碳源采样点采样方法；
13.6，滨海生态系统的碳源估算方法。
14.上述的1，滨海生态系统的空间边界确定；理论上讲，用来进行碳源估算的空间边界可以从几十公顷到几百平方公里，通常考虑的方法有：物理边界划分、行政边界划分和生物边界划分；
15.本发明提出一种新的边界划分方法：基于水体沟通的边界划分方法；
16.具体而言包括以下内容：
17.1.1对于非河口区域：以潮间带为核心区域，在海向上延伸到历史最低潮位，在岸向上延伸到土壤盐度低于海水盐度5％；
18.1.2对于河口区域：同时考虑潮间带和河岸带之间空间，具体而言，对于河口纵向长度采用潮间带宽度加2倍的河岸带宽度，对于参与计算的河口横向长度，采用2倍的河岸带宽度；上述的河岸带宽度是指河流最高水位和最低水位之间的宽度；
19.发明人经过反复的现场调查和对比分析发现，采用以上边界划分方法，在中国东部海岸，能够滨海生态系统按照群落的空间组织进行分类，避免了物理边界划分的粗糙性，
行政边界划分的无理论支持性，以及创造性地降低了调查人员采用生物边界划分的难度。所得到的碳库估计值与采用生物边界划分方法的全面积调查无明显差别。
20.上述的2，滨海生态系统的优势植物分类区确定；传统方法上需要鉴别优势植物物种，并对物种混和地区根据不同的植物比例进行面积划分，当某个物种占据该区域的主要面积时认定这个物种为主要物种，并测算它所占据的面积，同时也记录其他非优势物种的占据面积。
21.本发明中采用如下方法：
22.将滨海生态系统的植物物种分为：高大灌木和沿海乔木、潮汐盐沼、海草床三种植物类型，所有的其他植物全部被归入这三个类型之中，具体而言当滨海生态系统中的灌木或者乔木其高度超过1.2m就归于高大灌木和沿海乔木类型，低于1.2m而高于0.1m的均归于潮汐盐沼类型，低于0.1m归于海草床植物类型，在没有其他数据支撑的情况下，高大灌木和沿海乔木的二氧化碳当量为0.01415/平方米，潮汐盐沼的的二氧化碳当量为0.00935/平方米，海草床的二氧化碳当量为0.00396/平方米。
23.若进行估算的滨海生态系统包含河口区域，则其被单独划分为一个植物优势区，由于其主要碳源为河项沉积物碳源，称为淡水植物优势区；
24.上述的3，淡水植物优势区碳源计算，具体方法为：
25.3.1在汛期使用悬移质测量方法对淡水植物优势区进行采样，对采样结果进行干燥，通过燃烧法获得其中有机物组分中的碳元素重量w
c
，单位：公斤；
26.3.2通过河流流量计算年二氧化碳当量，具体计算方法为：
27.w
yc
＝3670w
c
×
w
28.其中，w为河流的年径流总量(m3)，w
yc
为该河流年输入二氧化碳当量。
29.上述的4，滨海生态系统的碳源采样点尺寸设置，具体设置方式为：
30.4.1对于淡水植物优势区不布置任何采样点；
31.4.2对高大灌木和沿海乔木的采样点布置方式为：
32.选择被定义为高大灌木和沿海乔木类型的区域，采用边长为50m
×
50m范围作为采样单元；
33.4.3对潮汐盐沼的采样点布置方式为：
34.选择被定义为潮汐盐沼类型的区域，采用边长为1m
×
1m范围作为采样单元；
35.4.4对海草床的采样点布置方式为：
36.选择被定义为海草床类型的区域，采用边长为1m
×
1m范围作为采样单元。
37.上述的5，滨海生态系统的碳源采样点采样方法为：
38.5.1对高大灌木和沿海乔木采样点采用如下采样方式：
39.测量采样单元中所有的高大灌木和沿海乔木植株胸径d，主干高度h，选择其中胸径最大的植株，采用激光扫描仪测量计算最大植株树冠的外观尺寸，积分求得其树冠体积v，计算其生物量，换算碳量；
40.5.2对潮汐盐沼采样点采用如下采样方式：
41.潮汐盐沼中存在低矮灌木，陆生草本两种主要植物类群，由于其混植状态很难清楚地进行划分，发明人经过长年的现场调查和测算提出以下方法对其进行采样：
42.砍伐土壤以上的全部活的植物体，并将其烘干称重，用来计算地上部分碳量；
43.取深度为1m长宽各为1m的潮汐盐沼土体，1)清洗获得其中的所有根系；2)对清洗后的混合液进行比重筛洗，将明显属于泥沙和无机钙的部分筛出，保留腐殖质和有机质，将腐殖质和有机质装入运输采样罐；3)将筛出的沙质部分称重后用稀盐酸洗涤，称得洗涤后重量，计算被洗掉的碳酸钙中的碳量，将所有沙质部分回灌到取样土坑。
44.5.3对于海草床采用如下采样方式：
45.刈割海草床采样方上所有的活体海草，带回到试验时，烘干称重，计算其碳含量；
46.采用截面积为0.01m2的洛阳铲采样器，获得样方四角和中心各1m深度的土体，当样方土壤深度小于1m时记录实际深度，当其超过1m时，只取1m深。
47.将样品带回试验时采用水洗，酸洗的方法获得碳量。
48.上述6滨海生态系统的碳源估算方法，包括以下内容：
49.6.1对于高大灌木和沿海乔木类型碳源量，计算公式如下：
50.其树干生物量干重计算公式为：b
s
＝830
×
d
max1.92
h
avg
51.树冠生物量计算公式为：b
c
＝3.497
×
v
52.w
冠
＝b
c
×
0.454；
53.w
干
＝b
s
×
0.465；
54.w
根
＝2.67s
冠
；
55.w
c
＝w
冠
+w
干
+w
根
。
56.样方内全部活植株的二氧化碳当量为：
57.w
cs
＝n
×
(d
avg
/d
max
)
×
w
c
58.其中n为样方内的植株数量，d
avg
为样方内全部植株胸径的平均值，d
max
为样方内最大胸径。
59.取样方中四角各1m
×
1m
×
1m的土壤进行燃烧处理，测算其碳量，并进行平均，代表本样方内的土壤含碳量。
60.发明人通过反复试验对比，发现在以高大灌木和乔木组成的滨海林带中，采用一个样方中的最粗的植株作为代表，进行碳量统计与现实误差很小，并且极大地减小了样方统计工作量。尤其是使用树冠与根系之间的系数计算根系碳量，完全解决了活体植物根系碳量的复杂问题，准确高效。
61.6.2对于潮汐盐沼植物类型碳源量，计算公式如下：
62.砍伐土壤以上的全部活的植物体，并将其烘干称重，用来计算地上部分碳量；对于水下部分分别采用水洗和酸洗测量有机物和无机物中的碳量。
63.发明人经过反复采样测量计算发现，潮汐盐沼中主要的碳源是地下的根系和腐殖质有机质中的碳。而且一个采样方的碳源数据能代表相似植被分布的大面积区域，被代表的区域明显沿海岸线成条带分布，所以样方布置时，采用沿海岸线垂直的方式布置采样方。
64.6.3对于海草床类型碳源量，计算方法如下：
65.对于海床以上部分，烘干称重，通过灼烧法获得其碳量；
66.对于海床以下部分，将样品水洗通过灼烧法获得其碳量，折算样方中海床以下部分的碳量。
67.6.4计算整个调查区域的碳量。
68.本发明的有益效果在于：
69.1、本发明提出了采用优势物种对滨海生态系统中的植被区域进行分类的方法降低的采样难度，简化了采样步骤；
70.2、本发明提出水体沟通的边界划分方法，有效地填补了河口地区碳源的调查方法的空白；
71.3、本发明提出的高大灌木和乔木的具体碳源计算方法，极大地减小了调查的难度和工作量。
附图说明
72.图1本发明调查区域确定示意图；
73.图2本发明调查区域条带状分布示意图；
74.图3本发明调查区域高大灌木和乔木样方，潮汐盐沼植物样方和海草床类型样方示意图。
具体实施方式
75.以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
76.实施例1
77.如图1所示，对项目区域的碳库进行估算：
78.1，基于水体沟通的边界划分方法；
79.1.1对于非河口区域：以潮间带为核心区域，在海向上延伸到历史最低潮位，在岸向上延伸到土壤盐度为5％海水盐度的等盐度线边界1；
80.1.2本项目的河口区域：本项目的潮间带宽度为1500m，两侧河岸带宽度分别为267m，和304m，则河口纵向长度采用1500+333+267＝2100m，横向宽度延申道两岸河岸带顶部；
81.2，滨海生态系统的优势植物分类区确定；
82.上述的2，滨海生态系统的优势植物分类区确定；本项目中的优势植物沿海岸带生长，如图1所示，高大灌木和沿海乔木区域2，潮汐盐沼区域3、海草床区域4，历史最低潮位5，淡水植物优势区6。
83.将滨海生态系统的植物物种分为：高大灌木和沿海乔木、潮汐盐沼、海草床三种植物类型，所有的其他植物全部被归入这三个类型之中，具体而言当滨海生态系统中的灌木或者乔木其高度超过1.2m就归于高大灌木和沿海乔木类型，低于1.2m而高于0.1m的均归于潮汐盐沼类型，低于0.1m归于海草床植物类型.
84.3，本实施例没有其他数据支撑，采用如下数据计算二氧化碳当量：
85.高大灌木和沿海乔木的二氧化碳当量为0.01415kg/m2，潮汐盐沼的的二氧化碳当量为0.00935kg/m2，海草床的二氧化碳当量为0.00396kg/m2。
86.若进行估算的滨海生态系统包含河口区域，则其被单独划分为一个植物优势区，由于其主要碳源为河项沉积物碳源，称为淡水植物优势区；
87.淡水植物优势区的二氧化碳当量采用河口区域沿河宽方向的宽度划分：
88.在北纬31
°
到北纬40
°
之间的河流，其沿河宽方向的宽度计算方法为：河宽方向宽
度＝最低潮位时多年最低水位河宽+左岸河岸带宽度+右岸河岸带宽度；
89.当河宽方向的宽度≥5km时，其河口区域的二氧化碳当量为0.00287kg/m2；
90.当5km＞河宽方向的宽度≥1.5km时，其河口区域的二氧化碳当量为0.00307kg/m2；
91.当河宽方向的宽度＜1.5km时，其河口区域的二氧化碳当量为0.00162kg/m2。
92.本实施例中淡水植物优势区河宽方向宽度为1.47km小于1.5km所以其二氧化碳当量为为0.00162kg/m2。
93.表1本项目各物种所占面积和二氧化碳当量计算
[0094][0095][0096]
实施例2
[0097]
对项目区域的碳库进行估算：
[0098]
其中第1步和第2步与实施例1相同，对于生态系统中不同的植物物种分类区域，碳量估计采用如下方法测算而不是采用实施例1的固定值。
[0099]
3，淡水植物优势区碳源计算；
[0100]
上述的3，具体方法为：
[0101]
3.1在汛期使用悬移质测量方法对淡水植物优势区进行采样，对采样结果进行干燥，通过燃烧法获得每立方米水体中有机物组分中的碳元素重量w
c
＝0.00027kg/m3；
[0102]
3.2通过河流流量计算年二氧化碳当量，具体计算方法为：
[0103]
w
yc
＝3.67
×
0.00027
×
56.1
×
109＝55589.49(t/a)
[0104]
其中，w＝56.1
×
109m3为河流的年径流总量，w
yc
为该河流年输入二氧化碳当量。
[0105]
实施例3
[0106]
4，滨海生态系统的碳源采样点尺寸设置；
[0107]
上述的4，滨海生态系统的碳源采样点尺寸设置，具体设置方式为：
[0108]
4.2对高大灌木和沿海乔木的采样点21布置方式为：
[0109]
选择被定义为高大灌木和沿海乔木类型的区域，采用边长为50m
×
50m范围作为采样单元；
[0110]
4.3对潮汐盐沼的采样点布置方式为：
[0111]
选择被定义为潮汐盐沼类型的区域，采用边长为1m
×
1m范围作为采样单元；
[0112]
4.4对海草床的采样点布置方式为：
[0113]
选择被定义为海草床类型的区域，采用边长为1m
×
1m范围作为采样单元。
[0114]
5，滨海生态系统的碳源采样点采样方法；
[0115]
上述的5，滨海生态系统的碳源采样点采样方法为：
[0116]
5.1对高大灌木和沿海乔木采样点采用如下采样方式：
[0117]
测量采样单元中所有的高大灌木和沿海乔木植株胸径d，主干高度h，见表2，选择其中胸径最大的植株，采用激光扫描仪测量计算最大植株树冠的体积v，见图2。计算其生物量，换算碳当量；此处所用的胸径为地面以上1.3m位置的直径。此处的主干高度为从地面到第一分叉处的高度。
[0118]
表2实施例样方内高大灌木河沿海乔木植株胸径和主干高度表
[0119][0120]
上表中胸径最大植株为no.4树木，胸径0.169m，主干高度1.53m，用激光扫描仪测算其树冠外观尺寸，得到树冠体积v＝5.03m3；
[0121]
上述6滨海生态系统的碳源估算方法，包括以下内容：
[0122]
6.1对于高大灌木和沿海乔木类型碳源量，计算公式如下：
[0123]
树冠干生物量计算公式为：b
c
＝3.497
×
v＝17.59(kg)
[0124]
其树干生物量干重计算公式为：b
s
＝830
×
d
max1.92
h
avg
＝830
×
0.169
1.92
×
1.37＝28.5(kg)
[0125]
w
冠
＝b
c
×
0.454＝17.59
×
0.454＝7.98kg；
[0126]
w
干
＝b
s
×
0.465＝28.5
×
0.465＝13.25kg
[0127]
w
根
＝2.67s
冠
＝2.67
×
7.98＝21.32kg；
[0128]
w
c
＝w
冠
+w
干
+w
根
＝7.98+13.25+21.32＝42.56kg。
[0129]
其中d
max
为样方内最大胸径，h
avg
为样方内平均株高。
[0130]
样方内全部活植株的二氧化碳当量为：
[0131]
w
cs
＝n
×
(d
avg
/d
max
)
×
w
c
[0132]
w
cs
＝21
×
(0.098/0.169)
×
42.56＝518kg
[0133]
其中n为样方内的植株数量，d
avg
为样方内全部植株胸径的平均值，d
max
为样方内最大胸径。
[0134]
发明人通过反复试验对比，发现在以高大灌木和乔木组成的滨海林带中，采用一个样方中的最粗的植株作为代表，进行碳量统计与现实误差很小，并且极大地减小了样方统计工作量。尤其是使用树冠与根系之间的系数计算根系碳量，完全解决了活体植物根系碳量的复杂问题，准确高效。
[0135]
对于本样方内的植物干重二氧化碳当量换算公式为：
[0136]
计算树冠体积，采用0.454二氧化碳当量参数计算其树冠的二氧化碳当量，采用参数0.465计算其树干的二氧化碳当量，根部及其周围腐殖质土壤总的二氧化碳当量为2.67倍的树冠二氧化碳当量。
[0137]
本实施例中高大灌木和沿海乔木类型区域的面积为11711816.9m2计算得到高大灌木的二氧化碳当量为2426688.5kg。
[0138]
实施例4
[0139]
5.2对潮汐盐沼采样点采用31如下采样方式：
[0140]
潮汐盐沼中存在低矮灌木，陆生草本两种主要植物类群，由于其混植状态很难清楚地进行划分，发明人经过长年的现场调查和测算提出以下方法对其进行采样：
[0141]
砍伐样方土壤以上的全部活的植物体，并将其烘干称重得到总重3.2kg的干物质，这里的样方是1m2。通过燃烧法得到的二氧化碳当量为1.28kg，则潮汐盐沼地表植被混合干物质的二氧化碳当量参数为1.28kg/m2。
[0142]
取深度为1m长宽各为1m的潮汐盐沼土体，1)清洗获得其中的所有根系；2)对清洗后的混合液进行比重筛洗，将明显属于泥沙和无机钙的部分筛出，保留腐殖质和有机质，将腐殖质和有机质装入运输采样罐；3)将筛出的沙质部分称重后用稀盐酸洗涤，称得洗涤后重量，计算被洗掉的碳酸钙中的碳量，将所有沙质部分回灌到取样土坑。
[0143]
清洗根系后获得的腐殖质和有机质总重为5.92kg；通过燃烧得到的二氧化碳重量为2.37kg；
[0144]
酸洗得到的二氧化碳量为0.18kg。
[0145]
这样潮汐盐沼采样点的二氧化碳当量参数为：w
盐沼
＝w
地上部分
+w
地下部分
+w
碳酸钙
＝1.28+2.37+0.18＝3.83kg/m2。
[0146]
本实施例中潮汐盐沼类型区域的面积为7492114.1m2计算得到潮汐盐沼区域的二氧化碳当量为28694797kg。
[0147]
5.3对于海草床采样点41采用如下采样方式：
[0148]
刈割海草床采样方上所有的活体海草，带回到试验室，烘干称重；
[0149]
采用截面积为0.01m2的洛阳铲采样器，获得样方四角和中心各1m深度的土体，当
样方土壤深度小于1m时记录实际深度，当其超过1m时，只取1m深，将样品带回试验室水洗烘干；
[0150]
将以上有机物通过燃烧法测量样方二氧化碳当量。
[0151]
本实施例的样方中获得的二氧化碳当量为0.034kg/m3，调查区域中海草床的二氧化碳当量为294318.7kg。
[0152]
6.计算整个调查区域的二氧化碳当量为：河流年二氧化碳当量：55589490kg+高大灌木的二氧化碳当量为2426688.5kg+潮汐盐沼区域的二氧化碳当量为28694797kg+海草床的二氧化碳当量为294318.7kg＝87005t。