中国陆域自然保护地碳中和贡献的初步评估

中国陆域自然保护地碳中和贡献的初步评估

 

 

本文的评估对象包括全国首批5个国家公园和459个国家级自然保护区，为我国自然保护地体系中管理级别最高、保护手段最严格、保护面积最大的2类自然保护地。其中，国家公园边界数据为笔者根据各国家公园总体规划自行绘制，国家级自然保护区原始数据来自中国科学院资源环境科学与数据中心(https://www.resdc.cn/)。本文去除了国家公园和自然保护区重叠的区域。处理后的2类自然保护地总面积约占国土面积的11.28%。

 

在碳储量方面，本文以生物量碳(BiomassCarbon)和脆弱土壤有机碳(VulnerableSoilOrganicCarbon)之和来计算。对于生物量碳，使用Spawn等绘制的2010年全球生物量碳数据[27]，空间分辨率300m，该数据被广泛应用于全球生物量碳储量相关的研究[28]。脆弱土壤有机碳是未来30年内可能由于土地利用变化而损失的土壤有机碳，相比于直接评估土壤有机碳，脆弱土壤有机碳对于生态系统保护和自然保护地管理更具有参考价值。本文参考Jung等[29]和Zhu等[30]的方法，以全球土壤有机碳储量数据[31]和美国农业部预测的全球土壤分类数据[32]为基础，绘制了我国脆弱土壤有机碳储量的空间分布图，空间分辨率为250m。

 

在碳吸收方面，使用生态系统净初级生产力(NetPrimaryProduction，NPP)作为陆地生态系统碳吸收能力的表征。NPP是陆地生态系统生产能力评估的常用指标量[33]。本文使用的数据是基于MOD17A3的全球NPP分布数据，时间跨度为2000—2020年(逐5年)，空间分辨率0.0833°，该数据被广泛应用于陆地植被生产力的估算中[34]。

 

在人为碳排放方面，使用欧盟出版物办公室出版的全球大气排放数据库(EDGAR)的二氧化碳排放数据，时间跨度为2000—2020年(逐5年)，空间分辨率0.1°。EDGAR使用与IPCC相一致的碳排放评估方法，评估结果相对可靠[35]。

 

需要说明的是，虽然本文分析的是2000—2020年碳吸收和碳排放的情况，但各个自然保护地的建立时间不同，有些甚至并未建立于这一时间段内，因此评估结果不能完全代表各个自然保护地的管理效果，而是对自然保护地所涉区域生态系统宏观状况的反映。在评估过程中，碳储量、碳吸收和碳排放数据被统一重采样到1km，所有数据分析过程在ArcGIS10.8中进行。

 

 

 

我国陆域自然保护地碳储量的评估结果如图1~3和表1所示。从碳储量总量上看，陆域自然保护地内储存了我国陆地生态系统11.76%的碳；从单位面积上看，陆域自然保护地的单位面积碳储量约为全国陆地生态系统单位面积碳储量的1.07倍，略高于全国水平，也略高于非自然保护地。分别分析生物量碳储量和脆弱土壤有机碳储量，可知陆域自然保护地的单位面积生物量碳储量低于全国和非自然保护地水平，而单位面积脆弱土壤有机碳储量则显著高于全国和非自然保护地水平。国家公园的生态系统单位面积碳储量为全国的1.47倍，其中生物量碳储量为全国的93.10%，而脆弱土壤有机碳储量为全国的1.59倍。

 

碳储量初步评价结果表明，当前我国陆域自然保护地对高碳储量生态系统的保护还存在较大空缺，差距主要体现在生物量碳上，而对脆弱土壤有机碳的保护效果相对较好，这与我国当前陆域自然保护地主要分布于西北、西部和北部地区有关。

 

 

我国陆域自然保护地NPP的评估结果如表2所示，2020年陆域自然保护地和NPP叠加制图结果如图4所示。2000—2020年，我国陆地生态系统NPP总量增长，陆域自然保护地的NPP总量也有所增长，但增长速率低于全国水平。2020年，陆域自然保护地内的NPP总量约占全国的5.46%，单位面积NPP约为全国的48.39%，显著低于全国单位面积NPP和非自然保护地的单位面积NPP。

 

NPP的初步评价结果表明，我国陆域自然保护地的碳吸收能力并不突出，这同样主要是因为我国目前有大面积的陆域自然保护地位于西北、西部和北部地区，这些区域以草原、荒漠等生态系统为主，植被生产力较低，固碳能力较弱。在保护高碳吸收能力的生态系统方面，我国的陆域自然保护地体系仍有较大完善空间。

 

 

我国陆域自然保护地人为碳排放的评估结果如表3所示，2020年陆域自然保护地和人为碳排放叠加制图结果如图5所示。2000—2020年，全国碳排放水平持续增长，陆域自然保护地碳排放也在增长，但陆域自然保护地内碳排放增长速率低于全国水平，国家公园的碳排放增长速率更是显著低于全国水平。2020年，陆域自然保护地内的人为碳排放总量约为全国的1.28%，单位面积人为碳排放量仅为全国的11.41%。

 

人为碳排放的初步评价结果表明，我国陆域自然保护地内的人为活动水平较低，并且人为碳排放量的增长较慢。陆域自然保护地内人为碳排放的增加可能受到周边城市、农田或道路上人为活动的影响；同时，自然保护地的保护管理措施可能在一定程度上对自然保护地范围内及周边人为活动的增长起到了抑制作用。

 

3.5小结

 

上述评估结果表明，我国陆域自然保护地在保护生态系统碳储量、碳吸收能力方面的贡献并不突出，对于高碳储量生态系统，特别是高碳吸收能力生态系统的保护还不够充分。一方面，既往自然保护地的设立初衷是以保护自然生态系统和生物多样性为主，未考虑碳中和贡献也在情理之中；另一方面，自然保护地的空间布局有待优化，进一步保护具有高碳储量和高碳吸收能力的生态系统。

 

从空间分布上看，当前陆域自然保护地对我国南部、东北部等高碳中和贡献地区的保护相对不足。而在碳排放方面，我国陆域自然保护地内的人为活动碳排放虽远低于全国平均水平，但仍存在碳排放增长趋势，说明需要对自然保护地内的人为活动进行更严格的监控，制定更具有针对性、更详细的碳排放核算方法。

 

评估结果从总体上初步揭示了中国陆域自然保护地的碳中和贡献，然而也存在多方面的局限性。首先，本文使用的是全球尺度数据，数据的分辨率较低，用于国土尺度计算可能存在误差，尤其是面积较小的自然保护地评估结果准确性受到的影响较大，且本文仅进行了陆域自然保护地的评估，海洋自然保护地的碳中和贡献评估还有待进一步开展；其次，本文直接使用已有开源数据，而非基于碳循环过程的作用机理展开碳中和贡献评估，特别是没有基于自然保护地内的碳循环过程特点展开评估，因此未能从原理上完整还原碳循环过程，未能计算生态系统净碳汇；最后，在碳中和贡献评估的基础上，还需要进一步讨论其与自然保护地生物多样性保护的关系。