張楊 宿遷市成子河船閘管理處

李真真 楊松樺 東南大學(xué)交通學(xué)院

船閘在航運(yùn)發(fā)展中具有重要的地位，江蘇作為內(nèi)河航運(yùn)大省，通航船舶數(shù)量多，船舶過閘和閘區(qū)運(yùn)行能耗較大，排放的CO較多，因此，控制和減少船閘運(yùn)營(yíng)期的碳排放是發(fā)展綠色交通的不二之選。閘區(qū)植被通過光合作用吸收空氣中CO從而達(dá)到固碳作用，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。以成子河船閘為研究對(duì)象，將閘區(qū)植被分為喬木、灌木、草本植物三類，定量化估算三類植被的固碳量，分析各類植被的固碳能力，為內(nèi)河船閘閘區(qū)植被的選擇提供參考，為船閘運(yùn)營(yíng)期實(shí)現(xiàn)碳中和提供理論依據(jù)。

1.成子河船閘概況

1.1 成子河船閘簡(jiǎn)介

成子河船閘位于宿遷市泗陽(yáng)縣城郊，上游銜接京杭運(yùn)河，下游連接成子河航道，是溝通京杭運(yùn)河與洪澤湖的一座通航建筑物。按IV級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，船閘尺度為180×18×4米（閘室長(zhǎng)×口門寬×檻上水深），最大設(shè)計(jì)船舶等級(jí)為500噸級(jí)，兼顧千噸級(jí)船舶。

1.2 自然環(huán)境概況

成子河船閘屬北亞熱帶季風(fēng)過渡性氣候區(qū)，四季分明，無霜期較長(zhǎng)。年均氣溫14.2℃左右，年均日照2215.9小時(shí)左右，年均降水量906.2毫米，地下水資源比較豐富，土壤類型為潮土。

1.3 閘區(qū)植被

成子河船閘閘區(qū)綠地植被種類可分為三類：?jiǎn)棠?、灌木和草本。喬木又分為落葉喬木和常綠喬木，落葉喬木主要有水杉1600株、垂柳142株、楓樹18株、銀杏52株，常綠喬木主要有金桂21株、蜀檜37株、雪松29株、冬青723株。灌木主要有女貞102.2m、海桐392.7m、瓜子黃楊101.3m、紅葉石楠117.9m。草本植物主要有細(xì)葉麥冬1995m和馬尼拉2749.8m，此外還有雜草3518.7 m。

2.固碳能力估算方法

閘區(qū)植被固碳能力估算主要采用實(shí)地調(diào)研、查閱文獻(xiàn)等方法，將閘區(qū)植被分為喬木、灌木和草本植物三類，喬木的碳儲(chǔ)量采用生物量拓展因子法計(jì)算，灌木固碳量的計(jì)算采用同化量法，草本植物的碳儲(chǔ)量采用生物量數(shù)據(jù)估算，通過對(duì)閘區(qū)內(nèi)喬木、灌木和草本植物的固碳量計(jì)算和分析，進(jìn)而估算閘區(qū)植被的總固碳量。

2.1 喬木固碳計(jì)算

研究發(fā)現(xiàn)多數(shù)喬木的固碳量、碳儲(chǔ)量與胸徑具有顯著的正相關(guān)性，胸徑的相對(duì)重要程度最高，因此喬木的碳儲(chǔ)量采用生物量拓展因子法計(jì)算，相關(guān)實(shí)測(cè)變量為胸徑，其他相關(guān)因子如含碳率、根莖比等變量參考自國(guó)家和IPCC碳計(jì)量參數(shù)的缺省值，胸徑作為自變量，整株植物作為因變量的回歸方程參考文獻(xiàn)，具體如表1如示。

表1 整株植物日固碳量與胸徑的回歸方程

2.2 灌木固碳計(jì)算

灌木固碳量的計(jì)算常采用同化量法。通過測(cè)量植物單位面積的凈光合作用速率，得到植物單位葉面積每天的凈同化量，乘以植物的總?cè)~面積、天數(shù)和數(shù)量，即得到該區(qū)域植被的年固碳量?？?cè)~面積根據(jù)樹木相關(guān)特征（樹高、胸徑、冠幅等），通過回歸方程計(jì)算，單位葉面積凈同化量回歸模型已有充分的研究，可直接引用。植被單位葉面積凈同化量是凈光合速率曲線與時(shí)間橫軸圍成的面積，采用式（6）計(jì)算。

（6）式中：P 為測(cè)定日的凈同化總量，mmol；P和P分別為初測(cè)點(diǎn)和下一測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)光合作用速率，umol·m·s；t和t分別為初測(cè)點(diǎn)和下一測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)時(shí)間；j為測(cè)試次數(shù)。

植物固碳量（CO）的計(jì)算，用測(cè)定日的同化量換算為測(cè)定日固定的CO，計(jì)算公式如式（7）。

（7）式中：44為CO的摩爾質(zhì)量，g·mol；W為單位葉面積固定CO的質(zhì)量，g·mol·d。

2.3 草本植物固碳計(jì)算

草地生物量是最為活躍的碳庫(kù)，是土壤碳庫(kù)的主要來源，從目前的研究來看，草地生態(tài)系統(tǒng)的碳固定要大于碳排放，表現(xiàn)為碳匯功能。采用生物量數(shù)據(jù)計(jì)算碳密度（g·C·m），計(jì)算公式如式（8）。

（8）式中：α為有機(jī)碳含量（%）；M為地上或地下生物量（g·m）；S為草地面積（m）。

3.結(jié)果分析

實(shí)測(cè)成子河船閘閘區(qū)內(nèi)各類喬木的平均胸徑，根據(jù)表1計(jì)算得到各類喬木整株植物的日固碳量如表2所示。根據(jù)表2可知，在8 種喬木植物中，單株植物日均固碳量最高的冬青，為1967.2g·a，其次為水杉和銀杏，分別為1577.1g·a和1055.8g·a，也具有較高的日均固碳量，單株植物日均固碳量最低的是蜀檜和雪松，僅為402.8g·a，說明喬木樹種之間的單株植物平均日固碳量因植物物種和胸徑的不同，變化較明顯。根據(jù)估算，成子河船閘閘區(qū)的喬木日固碳量總計(jì)為4882.15kg。

表2 成子河船閘閘區(qū)整株喬木植物的平均胸徑與日固碳量

根據(jù)式（6）和（7）并參考文獻(xiàn)得到女貞、海桐、瓜子黃楊、紅葉石楠相關(guān)灌木植物的各季節(jié)單位土地面積的固碳量如表3所示。根據(jù)表3，發(fā)現(xiàn)各樹種不同季節(jié)的固碳量不同，均表現(xiàn)為春季和秋季較強(qiáng)，夏季次之，冬季較弱，這是由于夏季氣溫較高，光照較強(qiáng)，為防止蒸騰過剩，植物氣孔部分關(guān)閉，CO供應(yīng)不足導(dǎo)致光合作用速率下降，固碳量減少；冬季溫度較低，光照強(qiáng)度降低，導(dǎo)致植物固碳量較少。其中女貞與海桐的單位土地面積的固碳能力因季節(jié)變化存在明顯的差異，冬季的單位土地面積固碳能力明顯較弱，不及夏季的1/2；瓜子黃楊與紅葉石楠的單位土地面積固碳量四季變化浮動(dòng)較小。經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，女貞、海桐、瓜子黃楊、紅葉石楠的日均單位土地面積固碳量分別為37.22g·m·d，48.8 g·m·d，29.74 g·m·d，32.94 g·m·d，海桐的日均單位土地面積固碳量最高，瓜子黃楊的日均單位土地面積固碳量最低。計(jì)算得到成子河船閘灌木日平均固碳量為24.44kg。

表3 成子河船閘閘區(qū)各灌木樹種的固碳量

根據(jù)式（8）計(jì)算成子河船閘閘區(qū)草本植物的碳含量，取草地平均總生物量為1057.9g·C·m，不同研究得出的中國(guó)草地土壤有機(jī)碳庫(kù)的平均有機(jī)碳含量為15%，根調(diào)研得到的成子河船閘閘區(qū)的草本植物面積為8263.5m，因此估算得到成子河船閘草地碳含量為1311.29kg。

綜上所述，成子河船閘閘區(qū)的喬木日均固碳量總計(jì)為4882.15kg，灌木日均固碳量為24.44kg，草地的年均碳含量為1311.29kg，喬木的年固碳量最大，其次是灌木，草本植物的固碳量最低，且不同喬木樹種之間的固碳能力差異較大，灌木樹種之間的固碳能力差異較小。計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，植被總固碳量不僅和植被物種有關(guān)，也與種植數(shù)量和面積有關(guān)，存在部分喬木植物的單株固碳能力強(qiáng)，但種植量較少，導(dǎo)致總固碳量偏低。因此，單株植物的日均固碳量是衡量一種植物固碳能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

4.結(jié)語(yǔ)

船閘閘區(qū)的植被已成為重要的碳匯來源，能夠在一定程度上吸收船閘運(yùn)營(yíng)時(shí)的碳排放，為節(jié)能減排做出重要貢獻(xiàn)。因此，合理配置閘區(qū)植被，使得閘區(qū)植被在有限的土地資源條件下發(fā)揮最大的碳中和能力，對(duì)未來建設(shè)綠色船閘起著重要作用。根據(jù)上述研究所得數(shù)據(jù)，考慮到各樹種的生理特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)限制，為早日實(shí)現(xiàn)船閘運(yùn)營(yíng)期的碳中和，提出如下建議：（1）在保證閘區(qū)樹種豐富和存活率高的前提下，盡量選擇固碳能力強(qiáng)，占地面積小的植物進(jìn)行種植和補(bǔ)種，如喬木植物盡量選擇冬青、水杉，灌木植物盡量選擇海桐等；（2）充分利用閘區(qū)的垂直空間，按照從下到上“草本植物+灌木+喬木”的群落結(jié)構(gòu)布置，最大限度利用閘區(qū)有限的土地資源，提高閘區(qū)單位面積的固碳能力。