Carbon Reserve and Carbon Sink Potential Estimation of Mangrove in Guangdong Province

世界海洋中生物固定的碳称之为“蓝碳”（Blue Carbon），占整个世界由光合作用所储存的“绿碳”的55%^[1]。红树林与盐沼、海草床并称为三大滨海蓝碳生态系统，由于其独特的厌氧或缺氧环境，碳吸收可被大范围长期（长达千年）封存，具有极高的固碳能力和生态资源价值。红树林是地球上最多样化的湿地生态系统^[2]，主要分布在滨海滩涂、开阔海岸、浅水潟湖、溺谷湾、海湾、河口、河流三角洲等潮水涨落区域^[3-4]。基于印度-太平洋地区数据显示，红树林是世界上含碳量最高的热带森林，平均含碳量1 023 Mg/hm^2[5]，土壤碳储量占河口生态系统的总碳储量71%~98%^[6]。同时，红树林生态系统平均每年还向邻近海域输出2.1×10⁷ t的颗粒有机碳和2.4×10⁷ t的溶解有机碳^[7]。此外，红树林生态系统在应对气候变换、净化海水、防风消浪、维持生物多样性等方面发挥着极为重要的作用^[8]。因此，推进红树林保护工作，积极探索建立红树林生态保护机制，发挥红树林的生态功能，具有重要意义。

红树林湿地是全球碳循环的重要部分，其碳循环过程与其他湿地类型相似，但也有它的特殊性，主要体现在高生产率、高分解率和高归还率的“三高”特性^[9]。红树林湿地生态系统作为一个“开放的”生态系统，其植物光合吸收的碳，最终以植物枯枝碎屑、凋落物和死亡分解后的有机碳等形式为近海海洋生物提供丰富的饵食，而且可以通过微生物分解为促进红树林群落发展的营养物质^[10]。还有一部分，以溶解性无机碳和颗粒有机碳等方式，随着潮水的流动和地下水的流动水平方向输送入海洋，之后或通过沉积生物泵机制埋藏固持于近海沉积物^[11]，或通过微型生物碳泵机制，产生惰性溶解有机碳^[12]，进而在海水中储存数千年。因此，红树林被视为应对气候的一种基于自然的解决方案，其中快速准确估算红树林生态系统碳汇潜力成为了红树林领域的研究基础和热点。但是，由于红树林生态系统复杂性、开放性和区域差异性，目前对于不同区域的红树林生态系统碳汇潜力，仍存在认识不足。

准确估算红树林碳储量和碳汇潜力是开展红树林生态保护的重要前提之一。生态系统碳储量的评估和碳汇速率的测定已有大量的文献报道，也提出了包括沉样方清查法、模型模拟法、遥感估算法以及生态系统碳通量收支法等^[9,13-16]。吕浩^[17]等总结了森林生态系统的植被、土壤和凋落物等不同碳库碳储量估算方法，为碳储量的评估和碳汇速率的测定提供技术支持。程鹏飞^[18]等对比分析不同方法的研究对象、所需参数、适用范围以及优缺点情况，评估了植被碳储量和土壤碳储量估算方法的适用性。结合我国当前生态系统碳储量的评估和碳汇速率的测定方法学的研究进展，开展相关的红树林碳储量与碳汇潜力估算，可为国家参与应对气候变化政策和行动提供技术支撑。

广东省海岸线漫长，其沿岸基质适合红树植物生长，同时该省份是全国红树林资源最丰富的地区之一，也是全国红树林面积最大的省份^[19-20]。据统计，广东省红树林总面积约占全国红树林总面积的57%，红树林碳汇开发潜力巨大。本次研究基于红树林蓝碳评估的方法学，对广东省红树林的碳储量和碳汇潜力开展估算；在此基础上，结合广东省当前红树林造林和修复政策工程，评估其可能带来的碳汇增量，并给出建议与意见，促进红树林实现生态产品价值化，以达到减缓和适应气候变化，协同推进生物多样性保护、滨海湿地修复等工作，实现协同增效，为我国碳达峰与碳中和提供一种潜在的海洋方案。

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。

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）。

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：

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^[35-37]如下：

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：

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：

式中：

B_SOIL ——红树林土壤基准碳汇量（t CO₂-e）；

ΔC_S,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：

式中：

B_TREE ——红树林植被基准碳汇量（t CO₂-e）；

ΔC_T,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：

式中：

P_SOIL ——红树林土壤碳汇量（t CO₂-e）；

R_L ——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：

式中：

P_TREE ——红树林植被碳汇量（t CO₂-e）；

P_{SOIL, l} ——核算边界内群落类型l的土壤碳汇 （t CO₂-e·hm⁻²·a⁻¹）；

K_l ——核算边界内群落类型l植被/土壤碳储量的比值，无量纲。

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。

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。

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。

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/m^2[38]、4.43棵/m^2[35]和0.31棵/m^2[36]。最终估算可得，广东省红树林生态系统植被总碳储量为1 094.465 kt C，其中桐花树林的植被碳储量最高为714.351 kt C，白骨壤林、无瓣海桑林和秋茄林分别为8.605 kt C、290.773 kt C和80.736 kt C。单位面积碳储量中桐花树林最高15.284 kt C/km²，其次为无瓣海桑林12.577 kt C/km²，秋茄林和白骨壤林分别为8.607 kt C/km²和172.00 t C/km²，详见表6。

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2 127.57 kt C，白骨壤、桐花树、无瓣海桑和秋茄土壤碳储量分别为850.51 kt C、794.58 kt C、369.92 kt C和112.56 kt C，详见表8。

广东红树林总碳储量估算结果如表9所示，总碳储量为3 222.035 kt C，桐花树林的碳储量最高为1 508.931 kt C，其他依次为白骨壤、秋茄和无瓣海桑，碳储量分别为859.115 kt C、193.296 kt C和660.693 kt C。广东省红树林总碳密度为24.925 kt C/km²，其中桐花林的碳密度最高，为32.284 kt C/km²，其余依次为无瓣海桑、秋茄和白骨壤，分别为28.577 kt C/km²、20.607 kt C/km²和17.172 kt C/km²。

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。

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84.251 kt CO₂-e、39.215 kt CO₂-e、12.924 kt CO₂-e、9.174 kt CO₂-e，总碳汇量为145.563 kt 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6.614 kt CO₂-e、15.125 kt CO₂-e、2.281 kt CO₂-e、0.741 kt CO₂-e，总碳汇量为24.761 kt 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 kt CO₂-e、54.340 kt CO₂-e、15.205 kt CO₂-e、9.915 kt CO₂-e，总碳汇量为170.324 kt CO₂-e，其中土壤碳汇量为145.563 kt CO₂-e，占总碳汇量的85.46%。

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 km^2[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。

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 kt CO₂-e~99.891 kt 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 kt CO₂-e，植被新增碳汇量约为5.426 kt CO₂-e，总新增碳汇量约36.171 kt 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92.62 kt CO₂-e，植被新增碳汇量约为7.271 kt CO₂-e，总新增碳汇量约99.891 kt 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 kt CO₂-e，植被新增碳汇量约为10.535 kt CO₂-e，总新增碳汇量约72.467 kt CO₂-e。

红树林位于海洋与陆地的交界处，其碳储量情况易受多方面因素的影响。广东省红树林总碳储量约为3 222.035 kt C，其中土壤碳储量约为1 094.465 kt C，植被碳储量约为2 127.57 kt C，平均碳密度约为24.925 kt C/km²，略高于全国红树林碳密度的平均水平19.694 kt C/km^2[39]，但比低于低纬度的海南省东寨港红树林碳密度41.256 kt C/km^2[31]。该结果说明红树林碳储量受纬度影响显著。纬度通过影响温度从而影响植被类型分布、植被生物量大小从而影响植被碳储量，还将通过土壤微生物的活性而影响土壤碳储量^[55]。广东省红树林中桐花林的碳储量最高，其他依次为白骨壤、秋茄和无瓣海桑。不同树种对红树林碳储量的影响主要为2方面：（1）植物自身生长量不同；（2）不同树种对土壤影响明显不同，继而导致碳储量不同。桐花林泌盐型红树植物，通过调节自身细胞膜的通透性和分泌渗透调节物质等生理响应来适应含盐度较高的水体^[56]，相比于红树种类耐淹能力更强，这种高耐盐性使其广泛分布在近岸海域中，进而影响了红树林的碳储量情况。树种间的光合效率和生长特性的差异可直接引起红树群落固碳能力以及碳分配格局的变化。在自然光照条件下，桐花树日净固碳量<白骨壤，而桐花树群落的生物量>白骨壤群落^[57]，说明红树林树种固碳能力的衡量指标不仅要考虑叶片光合特性，还要包括不同树种的生长形态和植株密度等因素。

红树林在应对全球气候变化中扮演着重要角色，既可以是温室气体的储藏库和吸收源，又可能成为温室气体的排放源。以广东省2020年红树林作为基准情景，红树林总碳汇量约为170.324 kt CO₂-e，其中土壤碳汇量约为145.563 kt CO₂-e，占据总碳汇量的85.46%，植被碳汇量约为24.761 kt CO₂-e，占据总碳汇量的14.56%。该结果说明红树林生态系统中，植物通过光合作用，吸收大气中CO₂，主要把碳固持在其自身系统垂直方向沉积物/土壤的碳埋藏。这些埋藏在土壤的碳在未分解成DOC、POC、DIC并封存到近岸海域沉积物前，容易矿化为CO₂和CH₄，排放至大气。近年来，由于人类活动的干扰，例如滨海开发、排水、围垦、水产养殖、环境污染等，红树林生态系统已经严重衰退和大规模丧失。相关研究表明，滨海植被的退化和消失有可能扰动到1m深度的土壤碳，使其矿化为CO₂，释放到大气，加剧温室效应^[58]。

红树林蓝碳交易是当前一片有待开发的蓝海。广东省通过营造红树林面积，可提高红树林碳汇量36.171 kt CO₂-e~99.891 kt CO₂-e，相当于2020年广东省碳排放配额总量4.65亿t的0.07‰~0.21‰。根据张颖^[59]等的研究成果，当前我国森林碳汇最优价格为10.11美元/t～15.17美元/t。广东省营造红树林的红树林价值生态为36.56万美元～151.53万美元。合理开发红树林碳汇市场对于促使企业减少温室气体的排放，降低碳排放成本，同时推动清洁技术和可持续发展具有重要意义。“双碳”目标下，红树林等生态系统仍是吸碳固碳、推动碳达峰碳中和的重要载体。但当前，我国红树林总面积依然偏小的问题仍较为突出，制约着我国红树林生态功能和经济价值的发挥。因此，未来可以通过完善红树林碳汇开发交易流程机制，通过市场化经济价值激励的方式推进红树林保护和修复工作。

1）广东红树林总碳储量约为3 222.035 kt C，其中土壤碳储量约为2 127.57 kt C，植被碳储量约为1 094.465 kt C。其中，桐花树的总碳储量最高约为1 508.931 kt C，其他依次为白骨壤、秋茄和无瓣海桑，总碳储量分别约为859.115 kt C、193.296 kt C和660.693 kt C。广东省红树林平均碳密度为24.925 kt C/km²，略高于全国红树林碳密度的平均水平，但略低于海南省东寨港等低纬度区域红树林碳密度。

2）在红树林碳汇量估算方面，以广东省2020年红树林作为基准情景，红树林总碳汇量约为170.324 kt CO₂-e，土壤碳汇量约为145.563 kt CO₂-e，占据总碳汇量的85.46%，植被碳汇量约为24.761 kt CO₂-e，占据总碳汇量的14.56%。广东省通过营造红树林面积，可提高红树林碳汇量36.171 kt CO₂-e~99.891 kt 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。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。

3）在未来的一段时间内，从测算数据来看，广东省红树林具有一定的碳汇潜力；综合红树林碳汇供给渠道、市场认可和政策扶持方面考虑，广东省红树林蓝碳项目有较大的开发潜力。总的来说，广东省红树林蓝碳市场正处于初步开发阶段，具有较高的市场价值潜力，通过不断完善红树林碳汇开发交易流程机制，可更大程度地发挥广东省碳汇潜力。