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广东省地处中国大陆最南部,全境位于北纬20°09′~25°31′和东经109°45′~117°20′之间,濒临南海,毗邻港澳,紧靠东南亚,东接海峡西岸经济区,南临海南国际旅游岛。全省陆地面积为17.98万km2,约占全国陆地面积的1.87%;其中岛屿面积1 592.7 km2,约占全省陆地面积的0.89%。全省大陆岸线长3 368.1 km,居全国第一位[21]。
我国浙江、福建、广东、广西、海南5个省(自治区)分布有红树林,其中广东省红树林面积最大。采用刘叶取[22]等人的红树林矢量数据集产品计算红树林面积得,广东省现有红树林面积为133.65 km2。广东省红树林65.66%分布在雷州半岛,19.45%分布在粤西,12.28%分布在珠江口,粤东红树林仅占2.61%[23],空间分布不均,且整体较为破碎,以小面积斑块居多。面积较大的连片分布红树林主要分布于湛江红树林国家级自然保护区、珠海淇澳岛红树林自然保护区、广州南沙湿地、江门镇海湾、深圳福田红树林国家级自然保护区等[24-25]。近年来,由于红树林保护和人工培育力度加大,天然红树林和人工红树林面积整体均呈上升趋势。
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1)红树林碳储量评估范围
红树林生态系统的碳储量主要由植被碳储量和土壤碳储量两部分组成[26-28],本次研究主要对植被碳储量和土壤碳储量展开评估。
植被碳储量储存于植物体内,包括地上部分植物体、地下根[29]。本研究的植被碳储量主要计算广东红树林生态系统优势种物种的植被碳储量。土壤碳储量是红树林生态系统碳储量的重要组成,占比49%~98%[30]。土壤碳的来源主要包括枯枝落叶等凋落物、外源有机物输入、藻类光合作用等[29, 31]。本研究主要计算广东红树林生态系统土壤有机碳的储量。
2)红树林固碳潜力评估尺度
红树林生态系统固碳能力是指红树林通过植物光合作用吸收大气中的CO2,并将其固定在生物体和土壤中的活动、过程或机制[32]。红树林碳汇量可以用一定时间内上述所有碳库碳储量的变化量之和来表示。
本次研究针对现阶段广东省基准情景和项目情景2种情况展开碳汇潜力评估[33]。基准线情景指在没有红树林生态修复活动时,最能合理地代表项目边界内红树林自然发育状态演变的情景,能有效反映当前红树林的碳汇潜力现状,本研究以2020年广东省红树林情况作为基准情景。项目情景指拟议的红树林生态修复项目活动(造林和营林)下的情景,本研究根据《红树林保护修复专项行动计划(2020-2025年)》[34]项目,确定广东红树林项目情景下项目边界内所选碳库中的碳储量变化量。根据《红树林保护修复专项行动计划(2020-2025年)》中计划营造红树林面积来确定未来广东省宜林面积和时间尺度,最后评估2025年广东省红树林的固碳潜力(CSp)。
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1)红树林植被碳储量估算方法
(1)单株生物量估算
异速生长方程是红树林物种单株生物量估算的基础方法,即根据实地调查数据建立的植被结构参数与生物量之间的经验模型,已有研究表明异速生长方程在红树林生物量估算研究中较为便捷且精度较高。一般计算公式如下:
$$ \mathrm{lg}{C}_{{\mathrm{B}}i}=\displaystyle \sum _{1}^{j}\left(a+b\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right)\right) $$ (1) 式中:
$ {C}_{{\mathrm{B}}i} $ ——红树林物种$ i $的单株生物量;
$ a $ ——经验参数;
$ b $ ——经验参数;
$ D $ ——红树林物种$ i $的平均胸径;
$ H $ ——红树林物种$ i $的平均树高;
$ j $ ——红树林物种$ i $主要的器官数。
(2)植被碳储量估算
植被碳储量的估算方法采用样地清查法和遥感算法相结合进行碳储量估算,样地清查法选用生物量清单法,具体计算公式如下:
$$ {C}_{{\mathrm{RB}}}=\displaystyle \sum _{i}^{m}{C}_{{\mathrm{B}}i}\times {D}_{i}\times {A}_{i}\times {D}_{{\mathrm{P}}_i} ^{[35-37]} $$ (2) 式中:
$ {C}_{{\mathrm{RB}}} $ ——植被碳储量;
$ {C}_{{\mathrm{B}}i} $ ——第$ i $物种的单株生物量;
$ {D}_{i} $ ——第$ i $物种的单株碳密度;
$ {A}_{i} $ ——广东区域内的第$ i $物种的平均种植面积;
$ {D}_{{\mathrm{P}}_i} $ ——广东区域内的第$ i $物种的平均种植密度;
$ i $ ——区域内的主要红树林种类数。
2)红树林土壤碳储量估算方法
本研究通过土壤类型法估算广东红树林土壤碳储量,是通过土壤剖面数据计算分类单元的碳含量,根据各种分类层次聚合土壤剖面数据,再按照区域或国家尺度土壤图上的面积得到碳蓄积总量。此方法原理简单,数据较易获取,是目前国内外土壤碳储量估算的最常用方法。
通过收集相关文献资料获得广东省各类红树林平均土壤碳密度,乘以各类红树林面积后计算得红树林土壤碳储量。具体计算公式如下:
$$ {C}_{{\mathrm{RS}}}=\displaystyle \sum _{i}^{m}{C}_{{\mathrm{s}}i}\times {A}_{i} $$ (3) 式中:
$ {C}_{{\mathrm{RS}}} $ ——土壤碳储量;
$ {C}_{{\mathrm{s}}i} $ ——第$ i $物种的土壤碳密度。
3)红树林固碳潜力估算方法
广东省红树林固碳潜力估算方法采用《广东省红树林碳普惠方法学(2023年版)》中的方法对碳汇潜力进行计算。主要分为2种情形:(1)基准线情景;(2)项目情景。2种的碳汇量计算公式如下[33]:
红树林土壤基准碳汇量计算公式如下:
$$ {{{B}}}_{{\mathrm{SOIL}}}=\displaystyle \sum _{l,i}{\mathrm{\Delta }{C}}_{{\mathrm{S}},l,{\mathrm{BSL}}}\times {{A}}_{l,i} $$ (4) 式中:
BSOIL ——红树林土壤基准碳汇量(t CO2-e);
ΔCS,l,BSL ——群落类型l的单位面积土壤碳储量变化量基准值(t CO2-e·hm−2·a−1);
$ {{A}}_{l,i} $ ——第i个核算周期,核算边界内群落类型l的红树林面积(hm2);
l ——群落类型。
红树林植被基准碳汇量计算公式如下:
$$ {{{B}}}_{{\mathrm{TREE}}}=\displaystyle \sum_{l,i}{\mathrm{\Delta }{C}}_{{\mathrm{T}},l,{\mathrm{BSL}}}\times {{A}}_{l,i} $$ (5) 式中:
BTREE ——红树林植被基准碳汇量(t CO2-e);
ΔCT,l,BSL ——群落类型l的单位面积植被碳储量变化量基准值(t CO2-e·hm−2·a−1)。
项目情景红树林土壤碳汇量计算公式如下:
$$ {{{P}}}_{{\mathrm{SOIL}}}=\displaystyle \sum_{l,i}{R}_{L}\times {{A}}_{l,i} $$ (6) 式中:
PSOIL ——红树林土壤碳汇量(t CO2-e);
RL ——项目核算边界内,群落类型l的平均土壤有机碳累积速率(t CO2-e·hm−2·a−1)。
项目情景红树林植被碳汇量计算公式如下:
$$ {{{P}}}_{{\mathrm{TREE}}}=\displaystyle \sum_{l,i}{{{P}}_{{\rm{SOIL}},l}}\times {K}_{l} $$ (7) 式中:
PTREE ——红树林植被碳汇量(t CO2-e);
PSOIL, l ——核算边界内群落类型l的土壤碳汇 (t CO2-e·hm−2·a−1);
Kl ——核算边界内群落类型l植被/土壤碳储量的比值,无量纲。
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广东省现有红树林面积为133.65 km2,红树林主要集中分布在粤西和雷州半岛区域,在空间特征上呈现出极不均匀分布的特征。根据杨加志[23]等开展的广东省红树林物种组成和分布现状调查,广东省红树林群落的主要树种有14种,包括秋茄、红海榄、木榄、老鼠簕、白骨壤、海漆、桐花树、无瓣海桑、拉关木、银叶树、海芒果、卤蕨、黄槿、水黄皮。其中,以白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄为主,树种面积占比高达96.72%,详见表1。
树种 面积/km2 比例/% 白骨壤 50.03 37.43 桐花树 46.74 34.97 无瓣海桑 23.12 17.30 秋茄 9.38 7.02 拉关木 1.88 1.41 老鼠簕 1.07 0.80 红海榄 0.70 0.52 木榄 0.36 0.27 海漆 0.16 0.12 卤蕨 0.07 0.05 银叶树 0.07 0.05 黄槿 0.07 0.05 水黄皮 0.01 0.01 海芒果 0.01 0.01 合计 133.65 100 Table 1. Weighted area statistics of mangrove tree species in Guangdong Province[23]
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1)红树林单株生物量估算
本研究考虑到白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄树种面积占广东省红树林面积的96.72%[23],因此,本次研究选取以此4种红树林物种进行植被碳储量估算。白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄这4种植物生物量估算异速生长方程详见表2。白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄这4种植物的均树高和平均胸径特征通过文献调研的方法,详细情况见表3。最终经计算的,各红树林物种的器官部位和单株生物量如表4所示,秋茄的单株生物量为27.90 kg;无瓣海桑单株生物量为76.03 kg;白骨壤单株生物量为3.23 kg;桐花树的单株生物量为6.48 kg。
种类 生物量 备注 参考文献 秋茄树 $ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{stem}}}=2.162+0.869\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{branch}}}=2.741+1.253\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{leaf}}}=1.706+0.943\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{root}}}=2.162+0.869\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $* [38] 白骨壤 $ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{stem}}}=1.643+0.544\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{branch}}}=1.897+0.567\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{leaf}}}=0.690+0.287\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{root}}}=1.361+0.615\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $* [38] 桐花树 $ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{stem}}}=1.198+0.464\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{branch}}}=1.110+0.463\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{leaf}}}=0.393+0.475\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{root}}}=0.967+0.303\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $** [35, 39] 无瓣海桑 $ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{stem}}}=0.361+0.330\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{branch}}}=0.159+0.388\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{leaf}}}=-0.756+0.436\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{bark}}}=-0.379+0.356\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{flower}}}=-2.346+0.379\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $
$ \mathrm{lg}{W}_{{\mathrm{root}}}=-0.039+0.421\mathrm{lg}\left({D}^{2}H\right) $*** [38, 40] 注:$ {W}_{{\mathrm{stem}}} $-树干生物量(kg);$ {W}_{{\mathrm{branch}}} $-树枝生物量(kg);$ {W}_{{\mathrm{leaf}}} $-树叶生物量(kg);$ {W}_{{\mathrm{bark}}} $-树皮生物量(kg);$ {W}_{{\mathrm{flower}}} $-花果生物量(kg);$ {W}_{{\mathrm{root}}} $-树根生物量(kg,**公式中单位为t);D-胸径(*公式中单位为m,***公式中单位为cm);$ {D}_{0} $-基径(cm);H-树高(m)。 Table 2. Allometric growth equation for estimating biomass of various mangroves
Table 3. Average tree height and average diameter breast height of various mangroves
树种 $ {W}_{{\mathrm{stem}}} $ $ {W}_{{\mathrm{branch}}} $ $ {W}_{{\mathrm{leaf}}} $ $ {W}_{{\mathrm{root}}} $ $ {W}_{{\mathrm{bark}}} $ $ {W}_{{\mathrm{flower}}} $ 单株生物量
/kg秋茄 10.81 13.02 3.03 1.03 − − 27.90 无瓣海桑 24.57 23.41 4.02 18.81 5.39 0.07 76.26 白骨壤 0.91 1.39 0.63 0.29 − − 3.23 桐花树 2.05 1.68 0.31 2.44 − − 6.48 Table 4. Estimation of biomass of each part and individual plant of various mangroves
2)红树林单株碳储量估算
通过测定异速生长方程法植被生物量,在生物量的基础上乘以植被含碳转化系数来计算单株生物碳储量。本研究植被碳转化含量系数参考《广东省林业碳汇碳普惠方法学(2020年修订版)》,取0.523 2,算得各类红树林各部位碳储量和单株碳储量详见表5。
树种 碳转化系数 树干 树根 树枝 树叶 树皮 花果 单株碳储量 秋茄 0.532 5.75 6.93 1.61 0.55 − − 14.84 无瓣海桑 0.532 13.07 12.45 2.14 2.87 0.04 10.00 40.57 白骨壤 0.532 0.49 0.74 0.34 0.15 − − 1.72 桐花树 0.532 1.09 0.89 0.16 1.30 − − 3.45 注:碳密度单位为(g/g),碳储量单位为(kg C)。 Table 5. Estimation of carbon reserve in each part and individual plant of various mangroves
3)红树林植被总碳储量估算
本研究白骨壤、秋茄、桐花树和无瓣海桑植株密度分别取0.1棵/m2、0.58棵/m2[38]、4.43棵/m2[35]和0.31棵/m2[36]。最终估算可得,广东省红树林生态系统植被总碳储量为1 094 464.79 t C,其中桐花树林的植被碳储量最高为714 350.79 t C,白骨壤林、无瓣海桑林和秋茄林分别为8 605.16 t C、290 773.30 t C和80 735.54 t C。单位面积碳储量中桐花树林最高15 283.50 t C/km2,其次为无瓣海桑林12 576.70 t C/km2,秋茄林和白骨壤林分别为8 607.20 t C/km2和172.00 t C/km2,详见表6。
树种 密度/
(棵·m−2)面积/
km2单株生物
量/kg单株碳储
量/(kg C)植被碳储
量/(t C)单位碳储量/
(t C·km−2)白骨壤 0.10 50.03 3.23 1.72 8 605.16 172.00 桐花树 4.43 46.74 6.48 3.45 714 350.79 15 283.50 无瓣海桑 0.31 23.12 76.18 40.57 290 773.30 12 576.70 秋茄 0.58 9.38 27.90 14.84 80 735.54 8 607.20 合计 − − − − 1 094 464.79 8 466.50 Table 6. Information of mangrove carbon reserve in Guangdong Province
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根据实地调研和文献综述得,广东地区各类红树林土壤有机碳含量及碳密度如表7所示,土壤平均碳密度为(0.16±0.02)Gg C·hm−2,土壤平均有机碳碳密度为(1.97±0.29)%。秋茄、无瓣海桑、白骨壤、桐花树主要类群碳密度分别为(0.12±0.02)Gg C·hm−2、(0.16±0.02)Gg C·hm−2、(0.17±0.02)Gg C·hm−2和(0.17±0.02)Gg C·hm−2。秋茄土壤有机碳含量较高,但其容重较低,所以碳密度相对较低。无瓣海桑作为广东省红树林恢复的主要造林树种,其土壤有机碳含量均低于其他红树林树植,与其林龄较小有关。结合当前广东省红树林面积可估算得土壤总碳储量为2 127 570 t C,白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄土壤碳储量分别为850 510 t C、794 580 t C、369 920 t C和112 560 t C,详见表8。
Table 7. Soil organic carbon content and carbon density of various mangrove forests
树种 面积/km2 碳密度/(Gg C·hm−2) 土壤碳储量/(t C) 白骨壤 50.03 0.17 850 510 桐花树 46.74 0.17 794 580 无瓣海桑 23.12 0.16 369 920 秋茄 9.38 0.12 112 560 合计 − − 2 127 570 Table 8. Information of mangrove soil carbon reserve in Guangdong Province
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广东红树林总碳储量估算结果如表9所示,总碳储量为3 222 034.79 t C,桐花树林的碳储量最高为1 508 930.79 t C,其他依次为白骨壤、秋茄和无瓣海桑,碳储量分别为859 115.16 t C、193 295.54 t C和660 693.3 t C。广东省红树林总碳密度为24 924.85 t C/km2,其中桐花林的碳密度最高,为32 283.5 t C/km2,其余依次为无瓣海桑、秋茄和白骨壤,分别为28 576.7 t C/km2、20 607.2 t C/km2和17 172 t C/km2。
树种 面积/km2 植被碳密度/
(t C·km−2)土壤碳密度/
(Gg C·hm−2)生物碳储量/(t C) 土壤碳储量/(t C) 平均碳密度/
(t C·km−2)总碳储量/(t C) 白骨壤 50.03 172.00 0.17 8 605.16 850 510 17 172 859 115.16 桐花树 46.74 15 283.50 0.17 714 350.79 794 580 32 283.5 1 508 930.79 无瓣海桑 23.12 12 576.70 0.16 290 773.30 369 920 28 576.7 660 693.30 秋茄 9.38 8 607.20 0.12 80 735.54 112 560 20 607.2 193 295.54 合计 129.27 − − 1 094 464.79 2 127 570 24 924.85 3 222 034.79 Table 9. Information of mangrove carbon reserve in Guangdong Province
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基准线情景指在没有红树林生态修复活动时,最能合理地代表项目边界内红树林自然发育状态演变的情景。本研究以2020年度广东省红树林作为基准线情景进行估算,见表10。
物种 面积/km2 平均土壤有机碳累积/
(t CO2-e·km−2·a−1)土壤碳汇量/(t CO2-e) 植被/土壤碳比值 植被碳汇量/(t CO2-e) 总碳汇量/(t CO2-e) 秋茄 50.03 1 684 84 250.52 0.078 5 6 613.67 90 864.19 无瓣海桑 46.74 839 39 214.86 0.385 7 15 125.17 54 340.03 白骨壤 23.12 559 12 924.08 0.176 5 2 281.10 15 205.18 桐花树 9.38 978 9 173.64 0.080 8 741.23 9 914.87 合计 129.27 − 145 563.10 − 24 761.17 170 324.27 Table 10. Information of vegetation carbon sink in mangrove benchmark scenario in Guangdong Province
参考《广东省红树林碳普惠方法学(2023年版)》[33],白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄群落类型的红树林种植林的平均土壤有机碳累积速率分别为559 t CO2-e·km−2·a−1、978 t CO2-e·km−2·a−1、839 t CO2-e·km−2·a−1和1 684 t CO2-e·km−2·a−1。经计算得,白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄群落类型的红树林种植林基准情境下的土壤碳汇量分别为84 250.52 t CO2-e、39 214.86 t CO2-e、12 924.08 t CO2-e、9 173.64 t CO2-e,总碳汇量为145 563.1 t CO2-e。
白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄群落类型的红树林种植林的植被/土壤碳储量的比值分别为0.176 5、0.080 8、0.385 7和0.078 5[33]。计算得,白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄群落类型的红树林种植林基准情境下植被碳汇量分别为6 613.67 t CO2-e、15 125.17 t CO2-e、2 281.10 t CO2-e、741.23 t CO2-e,总碳汇量为24 761.17 t CO2-e。
总碳汇量为土壤碳汇量与植被碳汇量之和,白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄群落类型的红树林种植林基准情境下的植被碳汇量为90 864.19 t CO2-e、54 340.03 t CO2-e、15 205.18 t CO2-e、9 914.87 t CO2-e,总碳汇量为170 324.27 t CO2-e,其中土壤碳汇量为145 563.1 t CO2-e,占总碳汇量的85.46%。
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本研究根据2020年自然资源部等部门联合发布的《红树林保护修复专项行动计划(2020-2025年)》,到2025年广东省营造红树林55.00 km2[34]。根据固碳速率的不同,可以设置3种项目情景,具体情境见表11。
情景 碳汇速率/
(t CO2-e·km−2·a−1)土壤新增碳
汇量/(t CO2-e)植被新增碳
汇量/(t CO2-e)总新增碳
汇量/(t CO2-e)情景一 红树林面积达到最大潜力面积,新增种植红树林以白骨壤为主,碳汇速率最小。 657.66 30 745 5 426.49 36 171.49 情景二 红树林面积达到最大潜力面积,新增种植红树林物种组成保持不变,碳汇速率保持不变。 1 317.59 61 932.16 10 535.04 72 467.20 情景三 红树林面积达到最大潜力面积,新增种植红树林以秋茄为主,新增碳汇速率达到最大。 1 816.20 92 620 7 270.67 99 890.67 Table 11. Carbon sink and carbon reserve increment of mangroves in different scenarios in Guangdong Province
根据设置不同情境可知,广东省通过营造红树林面积,提高红树林碳汇量36 171.49 t CO2-e~99 890.67 t CO2-e。营造红树林以白骨壤种植为主时候,碳汇速率最小,约为657.66 t CO2-e·km−2·a−1,土壤新增碳汇量约为30 745 t CO2-e,植被新增碳汇量约为5 426.49 t CO2-e,总新增碳汇量约36 171.49 t CO2-e。营造红树林以秋茄种植为主时候,碳汇速率最大,约为1 816.20 t CO2-e·km−2·a−1,土壤新增碳汇量约为92 620 t CO2-e,植被新增碳汇量约为7 270.67 t CO2-e,总新增碳汇量约99 890.67 t CO2-e。保持红树林物种组成不变,碳汇速率约为1 317.59 t CO2-e·km−2·a−1,土壤新增碳汇量约为61 932.16 t CO2-e,植被新增碳汇量约为10 535.04 t CO2-e,总新增碳汇量约72 467.20 t CO2-e。
Carbon Reserve and Carbon Sink Potential Estimation of Mangrove in Guangdong Province
doi: 10.16516/j.ceec.2024-001
- Received Date: 2024-01-02
- Rev Recd Date: 2024-02-05
- Available Online: 2024-05-30
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Key words:
- mangroves /
- Guangdong Province /
- carbon reserve /
- carbon sink potential
Abstract:
Citation: | SU Siqi, ZOU Guanhua, YU Yunjun, WEN Fang, ZHANG Naiwen. Carbon Reserve and Carbon Sink Potential Estimation of Mangrove in Guangdong Province[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION. doi: 10.16516/j.ceec.2024-001 |