T_CI 126-2023 高寒草地碳储量及碳汇核算技术导则-（高清版）.docx

ICS 17.020 CCS A50CI团体标准T/CI 126-2023高寒草地碳储量及碳汇核算技术导则Technical Guide for Carbon Stock and Sink Account for Alpine Grassland2023-10-16 发布2023-10-16 实施中国国际科技促进会 发 布T/CI 126-2023前 言本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利,本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本文件由成都理工大学提出。本文件由中国国际科技促进会归口。本文件起草单位：成都理工大学、天府永兴实验室、青海省达日县人民政府、青海省达日县 生态环境局、国科联盟（北京）国际信息科学研究院。本文件主要起草人：唐晓鹿、裴向军、洪杰、索南嘉曲、石凯、黑占珠、陈果、赵曦琳、 李景吉、余欣媱、张娟、周志航、张原、戈珊珊、舒鹏。T/CI 126-2023高寒草地碳储量及碳汇核算技术导则1. 范围本文件规定了高寒草地定义、高寒草地碳储量核算中碳库的确定、样地设置的基本原则、 植被与土壤碳储量核算、植被与土壤碳汇核算的方法和内容。本文件适用于高寒草地植被、土壤碳储量与碳汇核算。2. 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适 用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 36197-2018 土壤质量土壤采样技术指南HJ 1231-2022 土壤环境 词汇NY/T 2997-2016 草地分类HJ 615-2011 土壤有机碳的测定NY/T1121.6-2006 土壤检测土壤有机质的测定NY/T 1121.4-2006 土壤检测土壤容重的测定NY/T 52-1987 土壤水分测定法（国家林业和草原局，2022）2022 年全国森林、草原、湿地调查监测技术规程（国家林业和草原局，2021）国家林草生态综合监测评价技术规程T/NAIA 070-2021 植物全碳含量的测定3. 术语和定义下列术语和定义适用于本文件3.1草地 Grassland地被植被以草本或半灌木为主，或兼有灌木与稀疏乔木，植被覆盖度大于 5%、乔木郁闭度小于 10%、灌木覆盖度小于 40%的土地，以及其他用于放牧和割草的土地。3.2高寒草地 Alpine grassland主要分布于伊万诺夫湿润度 0.131.0、年降雨量 100 400 mm 的高山（或高原）亚寒带与寒带半干旱地区，耐寒的多年生旱生、旱中生或强旱生禾草为优势种，有一定数量旱生 半灌木或强旱生小半灌木的草地。3.3地上生物量 Aboveground biomass指某一时刻地表以上单位面积内所有活体植物干重的重量，通常用 kg m-2 或t hm-2 表示。133.43.5示。3.6地下生物量 Belowground biomass指某一时刻地表以下单位面积内所有活体植物干重的重量，通常用 kg m-2 或t hm-2 表示。枯落物 Litter指某一时刻单位面积内植物死亡并枯落到地表凋落物的重量，通常用 kg m-2 或 t hm-2 表土壤有机碳 Soil organic carbon土壤中存在于有机物质中的碳元素，包括来自植物和动物遗体、粪便等残留物质以及微生物和根系分泌物等形成的有机质，土壤有机碳含量通常用 g kg-1 或%表示。3.7碳储量 Carbon stocks某一时刻各碳库中碳元素的储备量，是生态系统多年积累的结果，通常用 kg C m-2 或 t C hm-2 表示。3.8碳库 Carbon pool在碳循环过程中，生态系统存储碳的各组成部分，草地碳库主要包括地上生物质碳库、 地下生物质碳库、枯落物碳库及土壤碳库等四部分。3.9含碳率 Carbon content每克干物质的碳含量，通常用%或 g C g-1 表示。3.10碳汇/源 Carbon sink/source一定时间段内生态系统碳储量由于碳增加与碳损失之间的差别而发生的变化，当损失大于增加时，碳储量变小，则为碳源；当损失小于增加时，则为碳汇，反映生态系统对温室气 体的清除能力和贡献，通常用 g C m-2 a-1 或 t C hm-2 a-1 表示。4. 碳库的选择与确定4.1 碳库选择高寒草地独特的高海拔、高寒特征，对全球气候变化的响应非常敏感。因此，高寒草地 碳库选择时，应充分考虑成本有效性、保守性及降低不确定性等原则。本标准中草地碳库主 要选择地上生物量，地下生物量，枯落物和土壤等四大碳库。4.2 碳库确定计量监测单位应该明确说明选择或不选择某一个或多个碳库的理由，应连续对其进行碳计量与监测。5. 调查方法5.1 样地设置原则根据2022 年全国森林、草原、湿地调查监测技术规程，按照代表性、均匀性原则在样地内设置样地。样地的选取要能够反映整个小班内植被盖度和生物量的平均水平，样地 植被在小班内具有典型性。5.1.1 预判小班的不同草地类型，每个类型至少设置 1 个样地；5.1.2 利用方式及利用强度有明显差异的同类型草地，分别设置样地；5.1.3 样地原则上设置在草地面积不小于 10 公顷的集中连片草地区域；5.1.4 选定的观测区域应有较好代表性、一致性，避免设置在草地边缘地带；5.1.5 样地位置相对固定，记录现地范围明显标识或四至坐标；5.2 样地设计方法草地调查监测样地设计为一体化的复合样地，由 1 个面积约 0.5 hm2 的圆形样地（半径40 m）、3 个 25 m2 大样方（无灌木，可不设置此样方）、3 个 4 m2 观测小样方、3 个 1 m2 测量小样方组成（图 1）。其中，4 m2 观测样方用于调查灌木林和 1 m2 小样方用于调查草本植物及小灌木，40 m 长的样线用于调查草原植被盖度。如果半径 40 m 样地内草地或灌木林分布均匀，则 3 个测量草本小样方内随机选择一个调查小样方，收获小样方生物量。图 1 样圆与采样样方设置图。a：无灌木与稀疏乔木 b：兼有灌木或稀疏乔木5.3 草地分类根据2022 年全国森林、草原、湿地调查监测技术规程，按照样方内植物的高度和株丛幅度分为 2 类：一类是植物以高度80 cm 草本或50 cm 灌木半灌木为主的草本、半灌木以及矮小灌木草原样方；另一类是植物以高度80 cm 草本或50 cm 灌木为主的具有灌木及高大草本植物草原样方。如果灌木或高大草本在视野范围内呈零星或者稀疏分布，不能构成灌木或高大 草本层时，可忽略不计，只调查草本、半灌木及矮小灌木。6. 数据调查与采集6.1 样地基本信息调查详细记录样地的基本信息，包括经纬度、地貌、地形、海拔、样地优势物种、植被特征、 草地类型、利用方式等信息（详见附录 1）。6.2 草地数据采集和取样6.2.1 地上生物量6.2.1.1 灌木层调查灌木层盖度、灌木种类、株（丛）数、平均冠幅和平均高度（详见附录 2）。选择样方中 3 株平均大小（根径与高度处于平均水平）的标准灌木，采用全株收获法分别测定 3 株标准灌木地上干、枝、叶和地下根系的鲜重。选取干、枝、叶和根样品（200500g）带回实验室测定其含水率。如不足 200 g，全部作为样品带回测定。如果灌木为丛生状， 则在样方内选取 12 丛平均冠幅的灌丛，采用完全收获法测定鲜重和样品重，带样品回实验室烘干测定其含水率。6.2.1.2 草本层调查样方内草本植物种类、平均高度、盖度，全株收获草本样方中所有植物，称其鲜重，（精确到 0.1 g）后，混合取样约 200 g，带回实验室烘干后测量干重（附录 1）。6.2.2 地下生物量地下生物量可与 7.2.1.1 中灌木层全株生物量收获中根的测量同时进行。在全株收获时测量同等面积根系，以便获得单位面积的地下生物量。地下生物量也可通过地上地下生物量比进行计算，典型高寒草地地上与地下生物量比详 见参考文献 1，2，3，4 和 5。6.2.3 枯落物收集调查样方内全部枯落物，包括各种枯叶、枯草及半分解部分等枯死混合物，剔除其 中石砾、沙砾、土块等非有机物质，称鲜重（精确到 0.1 g）后，混合取样约 200 g，带回实验室烘干后测量干重。6.2.4 土壤碳库按照 5.2 设置固定样地及采样样方方法，在每个固定样方内挖掘 1 个土壤剖面，每个剖面按 010、1030、3050、50100 cm 的土壤深度分层取样（如果土壤深度不足 100 cm， 则按实际深度进行分层取样）；土壤容重测定采用环刀法（100 cm3），取原状土，用于测量土壤容重等物理性质，每个土层取 3 个环刀样品，称重记录环刀土样的鲜重后带回实验室；每个剖面按上述分层，每层取 3 个点混合土壤样品（约 1000 g），带回实验室风干后，用于测量土壤有机碳含量。6.2.5 参数测定6.2.5.1 含水率含水率测定包括植物和土壤样品两部分。植物样品含水率测定，按 GB/T 1931-2009 木材含水率测定方法规定执行；土壤含水率测定，按土壤水分测定法（NY/T 52-1987）规定执行。6.2.5.2 植被含碳率植被含碳率测量按植物全碳含量的测定（T/NAIA 070-2021）规定执行，采用重铬酸钾-浓硫酸氧化法。6.2.5.3 土壤容重土壤密度的测定按照土壤检测土壤容重的测定（NY/T 1121.4-2006）的规定执行。6.2.5.4 土壤有机碳含量土壤有机碳含量的测定按土壤有机碳的测定（HJ615-2011）或土壤检测土壤有 机质的测定（NY/T1121.6-2006）方法的规定执行。7. 数据精度要求冠幅精确到 0.1 m，盖度精确到 1%，草本平均高精确到 1 cm；植物样品及枯落物鲜重精确到 0.1 g，植物样品及枯落物鲜干重精确到 0.01 g；植被和土壤含水率、含碳率测定时，鲜重精确到 0.1 g，干重精确到 0.01 g，含水率和含碳率精确到 0.1%。8计量方法8.1 地上碳储量8.1.1 灌木层灌木层地上部分碳储量应根据平均灌木地上单位面积生物量、灌木含碳率以及灌木林面 积，采用公式（1）：地上灌木= 地上灌木 𝐶灌木 灌（1） 式中：C 地上灌木：灌木层地上部分碳储量，单位为吨碳（t C）；B 地上灌木：灌木层地上部分平均单位面积生物量，单位为吨干物质/公顷（t hm-2）CF 灌木：灌木平均含碳率，采用实验室实际测量值进行计算；S 灌：灌木林面积（hm2）。8.1.2 草本层草本层地上部分碳储量应根据平均草本地上单位面积生物量、草本植物平均含碳率及草 地面积采用公式（2）：地上草本= 地上草本 𝐶草地 草（2） 式中：C 地上草本：草本层地上碳储量，单位为吨碳（t C）；B 地上草本：单位面积平均草本层地上生物量，单位为吨干物质/公顷（t hm-2）；CF 草地：草本平均含碳率，采用实验室实际测量值进行计算；S 草：草地面积（hm2）。8.1.3 枯落物层枯落物层碳储量应根据枯落物平均单位面积生物量、枯落物平均含碳率及枯落物单位面 积采用公式（3）：枯落物= 枯落物 𝐶枯落物 枯（3） 式中：C 枯落物：枯落物层地上碳储量，单位为吨碳（t C）；B 枯落物：单位面积平均枯落物层生物量，单位为吨干物质/公顷（t hm-2）；CF 枯落物：枯落物平均含碳率，单位吨碳/吨干物质（g C g-1），采用实验室实际测量值进行计算；S 枯：枯落物面积（hm2）。8.2 地下碳储量8.2.1 灌木层灌木层地下部分的碳储量应根据灌木地下部分平均单位面积生物量、灌木含碳率 以及灌木林分面积采用公式（4）：地下灌木= 地下灌木 𝐶灌木 灌（4） 式中：C 地下灌木：灌木层地下碳储量，单位为吨碳（t C）；B 地下灌木：灌木层地下平均单位面积生物量，单位为吨干物质/公顷（t hm-2）；CF 灌木：灌木平均含碳率，采用实验室实际测量值进行计算；S 灌：灌木林面积（hm2）。或根据地上地下碳储量比例进行（f 地上/地下），可采用公式（5）：地下灌木= 地上灌木 地上/地下 灌（5）8.2.2 草本层草本层地下部分碳储量应根据平均草本地下单位面积生物量、草本植物平均含碳率及草 地面积采用公式（6）：地下草本= 地下草本 𝐶草地 草（6） 式中：C 地下草本：草本层地下碳储量，单位为吨碳（t C）；B 地下草本：单位面积平均草本层地下生物量，单位为吨干物质/公顷（t hm-2）；CF 草地：草本平均含碳率，采用实验室实际测量值进行计算；S 草：草地面积（hm2）。或根据地上地下碳储量比例进行（f 地上/地下），可采用公式（7）：地下草本= 地上草本 地上/地下 草（7）8.3 植被碳储量植被碳储量按灌木层、草本层地上、地下部分碳储量以及枯落物层碳储量之和计算，采用公式（8）植被= （地上灌木+ 地下灌木） 灌+ （地上草本+ 地下草本） 草+ 枯落物 枯落物（8）8.4 土壤碳储量采用分层法进行，首先计算每层土壤的单位体积有机碳密度： = 1 10（9）式中，SOCDi 为某层土壤有机碳密度（t C hm-2）；为石砾含量（%）； Bi 为土壤容重；SOCi 为第 i 层土壤有机碳含量（g C kg-1）；Di 为第 i 层土壤厚度（cm），深度一般估算到 1 m。 = SOC：区域土壤有机碳储量（t C）； S：面积（hm2）。9. 碳汇/源测算（10）9.1 植被碳汇/源测算监测间隔期内（n 时间段内）的净碳汇/源量，计算见公式（11）：植被碳汇 = （地上+ 地下+ 枯落物） /（11）C 植被碳汇：植被碳汇/源量（t C a-1）；C 地上：地上植被碳储量变化量（t C hm-2）；C 地下：地下植被碳储量变化量（t C hm-2）；C 枯落物：枯落物层碳储量变化量（t C hm-2）； S：植被面积（hm2）；t：为时间（a）。植被层植被碳储量监测时间间隔一般为 5 年，若有重大自然灾害、土地利用变化等特殊情况以实际监测时间为准。9.2 土壤碳汇/源测算与土壤碳库测量一致，土壤碳汇测算深度为 0-100 cm。监测间隔期内（t 时间段内）的土壤有机碳变化量，计算见公式（12）：土壤= 土壤，土壤，0（12）C 土壤：土壤碳汇/源量（t C a-1）；C 土壤，t：时间 t 土壤碳储量（t C hm-2）；C 土壤，0：监测起始时间 0 土壤碳储量（t C hm-2）； S：植被面积（hm2）；t：为时间（a）。9.3 CENTURY 模型验证运用一种公认的且经过项目区验证模型， 如估算不同分层土壤碳汇的变化， 如CENTURY、DNDC 等。以青海省达日县 CENTURY 模型参数验证为例，各参数值见附录 4（各县市参数可根据本地参数做适当调整），土壤碳汇通常 5-10 年重复测量一次。模型进行校验之前需要对模型参数进行初始化，假设自然状态下高寒草甸土壤有机碳积 累不受人为因素的干扰，只受环境因素，如气候、土壤等的影响，驱动模型进行长时间（5000 年）的运转，使其 SOC 从零开始积累并最终达到或接近一个相对稳定的平衡状态。CENTURY 模型拟结果验证主要的可信度，只有与实测数据进行比较分析才能确定。本文采用国际上通用的线性回归法，均方根误差法对模拟结果 CENTURY 模型进行检验。模型的可靠性主要通过模拟值与观测值的线性回归系数（a）和相关系数（R2）以及均方根误差（RMSE）来综合评估。线性回归法公式如下： = 𝑎 + 其中 Y 为模拟值，X 为观测值，a 为模拟值与观测值的线性回归系数，b 为截距。该式表示 CENTURY 模型模拟值与观测值得线性回归关系，其中 a 值越接近 1，表示模拟值与观测值拟合程度越好，反之越差。当根据试验数据进行曲线拟合时，试验数据与拟合函数之间 的吻合程度，用 R2 来评价，R2 值越接近 1，吻合程度越高，越接近 0，则吻合程度越低。均方根误差法公式如下:=1( )2𝑅𝑀 =式中 Yi 为模拟值，Xi 为观测值，n 为观测样本数。RMSE 通过模拟平均值与观测平均值之间的差异反映模型模拟误差的大小，如果模型拟合程度越高，则 RMSE 就越低。模型初始化模拟值与观测值进行比较之后，需要对部分参数做出调整，反复调整参数，校验模型， 使模拟值与观测值拟合程度达到最佳。附录附录1 草原样方调查表样地编号：调查日期：年月日调查人： 地理位置 省（自治区、直辖市）市（州、地区）县（市、区、）乡（镇）村经纬度E，N海拔（m）：坡度（）：草原类型：地形：坡位：土壤质地：地貌：坡向：植被盖度：优势草种：管理方式：地表侵蚀类型：地表侵蚀程度：照片编号：样方大小：样方号123样方内所有植被鲜重（g）地上地下植被取样鲜重（g）地上地下植被取样干重（g）地上地下枯落物鲜重（g）枯落物取样鲜重（g）枯落物取样干重（g）备注：样地基本信息调查地理位置：按照我国行政区划进行；样地号：对样地进行统一编码，编码格式为县代码+3位样地编号，样地编号不允许出 现重号；经度、纬度：按GPS记录，保留6位小数； 海拔（m）：按GPS记录；地形：1.平原；2.高原；3.山地；4.丘陵；5.盆地；6.冰川；7.海岸； 坡位：1.坡顶；2.坡上部；3.坡中部；4.坡下部；5.坡脚；土壤质地：1.砂土；2.砂壤土；3.壤土；4.粉砂壤土；5.黏壤土；6.壤黏土；7.黏土坡向：1.东；2.南；3.西；4.北；5.东南；6.东北；7.西南；8.西北；9.无坡向；10.全坡向； 草原类型：1.天然草原；2.人工草地；3.其他草地；地貌：1.极高山；2.高山；3.中山；4.低山；5.丘陵；6.平原；7.平原； 优势物种：列出前三种主要物种；植被盖度：样地内各种植物投影覆盖地表面的百分数，单位为%，保留整数；利用方式：1.全年放牧；2.冷季放牧；3.暖季放牧；4.打（割）草；5.自然保护；6.景观 绿化；7.科研实验；8.水源涵养；9.固土固沙；10.其他利用方式；11.未利用；地表侵蚀类型：1.水力侵蚀；2.重力侵蚀；3.冰融侵蚀；4.风力侵蚀；5.无侵蚀 ； 地表侵蚀程度：1.轻度；2.中度；3.重度；照片编号：填写统一编号，样地号+照片序号；照片拍摄：样地调查应拍摄远景照、近景照、主要植物照等。远景照片应反映样地及周 边地区的整体状况，近景照片应反映样地局部植被生长状况，主要植物照片应反映样地内主 要植物种类；样方大小：1 m 1 m；样方内所有植物鲜重：野外天平称重精确到0.1 g； 取样鲜重：野外天平称重精确到0.1 g；取样干重：天平称重精确到0.01 g；枯落物鲜重：野外天平称重精确到0.1 g； 枯落物干重：天平称重精确到0.01 g。附录2 灌木、半灌木及矮小灌木草原样方调查表样地编号：调查日期：年月日调查人： 地理位置 省（自治区、直辖市）市（州、地区）县（市、区、）乡（镇）村经纬度E，N海拔（m）：坡度（）：草原类型：地形：坡位：土壤质地：地貌：坡向：植被盖度：优势物种：利用方式：地表侵蚀类型：地表侵蚀程度：冠层高度（m）：平均冠幅（m）株（丛）数：样方大小：照片编号：样方号123大灌木样方内所有植物鲜重（g）干枝叶根取样鲜重（g）干枝叶根取样干重（g）干枝叶根半灌木、矮小灌木样方内所有植物鲜重（g）地上地下取样鲜重（g）地上地下取样干重（g）地上地下草本样方内所有植物鲜重（g）地上地下取样鲜重（g）地上地下取样干重（g）地上地下枯落物鲜重（g）取样鲜重（g）取样干重（g）冠层高度、平均冠幅：米尺测量，精确到 1 cm其他相关填写说明参考附录 1T/CI 126-2023附录3 土壤环刀调查表县、乡 （镇）样方编号样地号样方面积（m2）经度（）纬度（）土层深度（cm）环刀净重+铝盒+滤纸（g）环刀净重+铝盒+滤纸+土壤鲜重（g）土层深度：本项目按0 10 cm、10 30 cm、30 50cm，50 100 cm等进行记录。环刀净重+铝盒（g）、环刀土鲜重（g）：用天平称重。13T/CI 126-2023附录4 CENTURY模型参数参数分类单位数值参数说明参数获取气象参数月平均降水量cm2.7Precip由历年气象资料计算得出3.25.913.738.970.480.468.255.716.56.31.7月份平均最高温度-3.6Tmx2m-1.24.310.714.718.821.020.214.68.21.6-3.016月份平均最低温度-29.4Tmn2m-27.6-24.1-18.2-13.7-6.8-2.4-2.5-7.0-14.1-22.7-27.1植被参数植物潜在生物量系数g m-2285.0PRDX（1）文献调研6-11最适温度15PPDF（1）最高温度30PPDF（2）温度响应曲线左侧弧线1PPDF（3）温度响应曲线右侧弧线3PPDF（4）地点及土壤参数实验区经度96.005SitlalGPS 测定实验区纬度35.004SitlngGPS 测定土壤 020cm 砂粒含量%Sand实验室测定土壤 020cm 粉砂含量%Silt实验室测定土壤 020cm 粘粒含量%Clay实验室测定土壤容重g m-3Bulkd实验室测定土壤 pH 值Ph实验室测定外界营养输入参数大气N 沉降含量方程截距0.05EPNFA（1）文献调研6, 7, 10, 11大气N 沉降含量方程斜率0.0085EPNFA（2）非共生土壤固N 含量方程截距30EPNFS（1 ）非共生土壤固N 含量方程斜率0.012EPNFS（2 ）以上数据是基于青海省达日县为例，针对其他各县市或区域，可根据区域值进行测量。参考文献：1 戴黎聪, 柯浔, 曹莹芳等. 青藏高原矮嵩草草甸地下和地上生物量分配格局及其与气象因子的关系J. 生态学报, 2019, 39(02): 486-493.2 马安娜, 于贵瑞, 何念鹏, 王秋凤, 彭舜磊. 中国草地植被地上和地下生物量的关系分析J. 第四纪研究, 2014, 34(04): 769-776.3 聂秀青, 熊丰, 李长斌等. 青藏高原高寒灌丛生态系统草本层生物量分配格局J. 生态学报, 2018, 38(18): 6664-6669.4 聂秀青, 杨路存, 李长斌等. 三江源地区高寒灌丛生物量空间分布格局J. 应用与环境生物学报, 2016, 22(04): 538-545.5 张琛悦, 赵霞, 辛玉春, 唐文家, 王蕾. 青海省草地生态系统碳储量及其分布特征J. 北京师范大学学报(自然科学版), 2022, 58(02): 286-292.6 于丰源. 基于 Century 模型的荒漠草原土壤有机碳动态模拟研究D. 内蒙古农业大学, 2018.7 李东. 基于 CENTURY 模型的高寒草甸土壤有机碳动态模拟研究D. 南京农业大学, 2011.8 张凤. 基于 GIS 的东北旱地土壤有机碳动态模拟研究D. 安徽理工大学, 2020.9 徐洲. 准格尔旗荒漠草原ANPP 和SOC 对气候变化响应的模型模拟研究D. 西北农林科技大学, 2021.10 栗文瀚. 气候变化对中国主要草地生产力和土壤有机碳影响的模拟研究D. 中国农业科学院, 2018.11 莫志鸿. 北方草原生态系统 NPP、Rh 和 SOC 对气候变化的响应D. 中国农业科学院, 2012.