腾格里沙漠东南缘人工固沙植被生态系统固碳服务供需平衡定量评价

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00029

摘要/Abstract

摘要：

为更好地评估生态恢复工程的固碳服务效果，本研究定量评价了2015年和2020年沙坡头人工固沙植被生态系统不同演替阶段固碳服务供需平衡。结果表明：（1）人工固沙植被生态系统单位面积固碳服务供给量随固沙年限增加呈现波动上升趋势，在固沙52年以后逐渐趋于稳定。固沙前17年，灌木是固碳服务的主要贡献者，固沙25~60年以土壤固碳服务为主。土壤与灌木固碳服务供给呈现显著负相关，符合回归方程 $y = 9.88 - 3.21 l n x$ 。草本植物生物量随固沙年限延长而增加，土壤固碳服务供给在较长时间内持续增加。（2）沙坡头区2020年固碳服务需求比2015年增长43.33%，主要受建设用地碳排放量迅速增加的影响，而建设用地碳排放量主要受以煤为主的能源消费结构和以重工业为主产业结构的影响。（3）2015—2020年沙坡头人工固沙植被生态系统单位面积固碳服务供需比远低于100%，且有下降趋势，表明固碳服务供给不能满足需求，且固碳服务供给的增长速度远落后于需求。

关键词: 固碳服务, 人工固沙植被, 供需平衡, 生态恢复, 沙坡头

Abstract:

To systematically assess the efficacy of ecological restoration initiatives in enhancing carbon sequestration service supply， this study conducted a quantitative analysis of the supply-demand balance of carbon sequestration service across distinct succession stages of artificial sand-binding vegetation ecosystem in the Shapotou region between 2015 and 2020. Key findings include：（1）The total carbon sequestration service supply within the artificial sand-binding vegetation ecosystem exhibited a fluctuating upward trend over time， approaching stabilization after 52 years of vegetation restoration. During the initial 17-year restoration phase， shrub biomass dominated carbon sequestration service supply， whereas soil carbon sequestration became the primary contributor between 25-60 years post-restoration. A significant negative correlation was identified between soil and shrub carbon sequestration supply， which was effectively modeled using a regression equation $y = 9.88 - 3.21 l n x$ . Notably， the increasing herbaceous biomass suggests a sustained rise in soil carbon sequestration supply over extended timescales. （2） By 2020， regional carbon sequestration demand surged by 43.33% relative to 2015 level， primarily driven by escalating construction land emissions. This growth was closely linked to the coal-intensive energy structure and heavy industrial development characteristic of the study area. （3） From 2015 to 2020， the per-unit-area supply-demand ratio for carbon sequestration service in Shapotou's artificial sand-binding vegetation ecosystem remained consistently below 1， reflecting a widening gap between supply and demand. The findings highlighted a critical mismatch where supply growth lagged far behind demand escalation. These insights carry profound implications for achieving carbon neutrality in desert ecosystems and maintaining ecological security. Methodologically， this research provides innovative frameworks for evaluating carbon sequestration effectiveness in sandy land restoration projects， advancing both ecological science and evidence-based policy formulation in arid region management.

Key words: carbon sequestration service, artificial sand-binding vegetation, supply-demand balance, ecological restoration, Shapotou

中图分类号:

S728.4

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图/表 8

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演替阶段（固沙年限）/a	优势物种	土壤有机质 /（g·kg^-1）	土壤容重 /（g·cm^-3）	物种数量 /个	覆盖度/%		地上部生物量/（g·m^-2）		凋落物 /（g·m^-2）
演替阶段（固沙年限）/a	优势物种	土壤有机质 /（g·kg^-1）	土壤容重 /（g·cm^-3）	物种数量 /个	灌丛	草本	灌丛	草本	凋落物 /（g·m^-2）
0	沙米、花棒	0.41±0.07	1.55±0.01	1.4±0.32	0.22±0.12	0.16±0.03	2.14±0.40	0.11±0.02	0
4	油蒿、花棒、柠条	0.43±0.07	1.55±0.01	3.6±0.32	10.7±1.05	1.06±0.17	70.68±6.33	3.10±0.30	1.04±0.20
5	油蒿、花棒、柠条	0.55±0.08	1.54±0.01	3.8±0.26	14.02±0.68	2.30±0.33	85.12±5.99	3.14±0.34	1.19±0.09
17	油蒿、花棒、柠条、小画眉草	0.95±0.03	1.52±0.01	5.6±0.66	28.50±0.69	6.94±0.24	365.29±24.68	16.48±0.78	4.41±0.37
25	油蒿、花棒、雾冰藜、小画眉草	1.65±0.10	1.51±0.01	5.8±0.26	21.76±1.65	11.08±0.83	207.46±17.25	29.18±3.10	5.69±0.30
29	油蒿、花棒、雾冰藜、小画眉草	1.70±0.17	1.49±0.01	7.2±0.48	13.80±1.20	10.98±0.43	170.61±16.58	30.44±4.85	5.70±0.44
35	油蒿、雾冰藜、小画眉草	2.27±0.25	1.49±0.02	8.2±0.48	10.68±0.78	14.30±1.06	142.07±14.48	35.09±3.39	8.93±0.83
43	油蒿、雾冰藜、小画眉草	3.62±0.39	1.47±0.02	8.6±0.66	7.22±0.39	14.46±0.74	104.93±17.61	43.45±4.58	9.24±0.56
52	油蒿、雾冰藜、小画眉草	4.66±0.21	1.43±0.02	9.8±0.48	5.98±0.64	20.36±0.52	91.16±5.7	57.73±2.91	11.29±0.83
60	油蒿、雾冰藜、小画眉草	4.83±0.39	1.41±0.02	10.0±0.41	4.50±0.93	23.46±0.73	103.07±7.71	57.43±4.31	11.44±0.67
NV	驼绒藜、油蒿、小画眉草和短花针茅	6.22±0.36	1.20±0.01	15.8±0.75	15.20±0.85	36.42±1.72	160.15±20.18	144.61±13.43	21.49±1.72
F				109.97	117.21	249.59	105.11	62.41	126.24
P				<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001

演替阶段（固沙年限）/a	优势物种	土壤有机质 /（g·kg^-1）	土壤容重 /（g·cm^-3）	物种数量 /个	覆盖度/%		地上部生物量/（g·m^-2）		凋落物 /（g·m^-2）
演替阶段（固沙年限）/a	优势物种	土壤有机质 /（g·kg^-1）	土壤容重 /（g·cm^-3）	物种数量 /个	灌丛	草本	灌丛	草本	凋落物 /（g·m^-2）
0	沙米、花棒	0.41±0.07	1.55±0.01	1.4±0.32	0.22±0.12	0.16±0.03	2.14±0.40	0.11±0.02	0
4	油蒿、花棒、柠条	0.43±0.07	1.55±0.01	3.6±0.32	10.7±1.05	1.06±0.17	70.68±6.33	3.10±0.30	1.04±0.20
5	油蒿、花棒、柠条	0.55±0.08	1.54±0.01	3.8±0.26	14.02±0.68	2.30±0.33	85.12±5.99	3.14±0.34	1.19±0.09
17	油蒿、花棒、柠条、小画眉草	0.95±0.03	1.52±0.01	5.6±0.66	28.50±0.69	6.94±0.24	365.29±24.68	16.48±0.78	4.41±0.37
25	油蒿、花棒、雾冰藜、小画眉草	1.65±0.10	1.51±0.01	5.8±0.26	21.76±1.65	11.08±0.83	207.46±17.25	29.18±3.10	5.69±0.30
29	油蒿、花棒、雾冰藜、小画眉草	1.70±0.17	1.49±0.01	7.2±0.48	13.80±1.20	10.98±0.43	170.61±16.58	30.44±4.85	5.70±0.44
35	油蒿、雾冰藜、小画眉草	2.27±0.25	1.49±0.02	8.2±0.48	10.68±0.78	14.30±1.06	142.07±14.48	35.09±3.39	8.93±0.83
43	油蒿、雾冰藜、小画眉草	3.62±0.39	1.47±0.02	8.6±0.66	7.22±0.39	14.46±0.74	104.93±17.61	43.45±4.58	9.24±0.56
52	油蒿、雾冰藜、小画眉草	4.66±0.21	1.43±0.02	9.8±0.48	5.98±0.64	20.36±0.52	91.16±5.7	57.73±2.91	11.29±0.83
60	油蒿、雾冰藜、小画眉草	4.83±0.39	1.41±0.02	10.0±0.41	4.50±0.93	23.46±0.73	103.07±7.71	57.43±4.31	11.44±0.67
NV	驼绒藜、油蒿、小画眉草和短花针茅	6.22±0.36	1.20±0.01	15.8±0.75	15.20±0.85	36.42±1.72	160.15±20.18	144.61±13.43	21.49±1.72
F				109.97	117.21	249.59	105.11	62.41	126.24
P				<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001

土地利用类型	碳排放系数 /(kg·m^-2·a^-1)	参考文献
耕地	0.4970	冯杰等^[41],马远等^[42]
林地	-0.5810	冯杰等^[41],马远等^[42]
草地	-0.0205	郑永超等^[43]
水域	-0.0253	郑永超等^[43],孙赫等^[44]
未利用地	-0.0005	郑永超等^[43],孙赫等^[44]

土地利用类型	碳排放系数 /(kg·m^-2·a^-1)	参考文献
耕地	0.4970	冯杰等^[41],马远等^[42]
林地	-0.5810	冯杰等^[41],马远等^[42]
草地	-0.0205	郑永超等^[43]
水域	-0.0253	郑永超等^[43],孙赫等^[44]
未利用地	-0.0005	郑永超等^[43],孙赫等^[44]

能源种类	转换系数	碳排放系数/(t·t^-1)
原煤	0.7143 kg·t^-1	0.7559
洗精煤	0.9000 kg·t^-1	0.7559
焦炭	0.9714 kg·t^-1	0.8550
原油	1.4286 kg·t^-1	0.5854
汽油	1.4714 kg·t^-1	0.5538
柴油	1.4571 kg·t^-1	0.5921
燃料油	1.4286 kg·t^-1	0.6185
煤油	1.4545 kg·t^-1	0.5708
天然气	1.3300 kg·m³	0.4483
电力	0.1229 kg·kWh^-1	0.2720