茶园碳汇方法学研究
《中国茶叶》杂志 2024年2期 作者：赵苗苗 蔡旺华 李顺 易心坦 吴海东 孙为静 黄明祥
基金项目：在产企业用地土壤与地下水污染综合预警技术体系（2022YFC3703103）
作者简介：赵苗苗，女，工程师，主要从事生态环境信息学研究。*通信作者，E-mail：huang.mingxiang@mee.gov.cn
摘要：茶园作为碳排放来源的同时，也有巨大的固碳潜力。在“双碳”目标的大背景下，利用茶园生态系统发挥其碳汇功能，促进茶园低碳发展成为首要目标，但碳汇方法学的欠缺仍然是阻碍茶园碳汇评估与核查的关键。文章借鉴林业碳汇项目方法学，从碳库的选择、基线情景的识别、基线碳汇量的确定、项目情景碳储量和适用条件等方面探索出适合我国茶园碳汇项目的方法学，提出主要考虑茶树（地上+地下）生物量和土壤基线有机碳储量的变化，不考虑枯落物以及木产品碳库变化量的方法，为建立茶园碳汇评估方法体系及碳交易市场建设提供理论参考。
关键词：茶园；碳汇；方法学
中图分类号：S571.1 文献标识码：A 文章编号：1000－3150（2024）02-07-6
Methodological Study on Carbon
Sequestration in Tea Plantations
ZHAO Miaomiao1， CAI Wanghua2， LI Shun1， YI Xintan2， WU Haidong1， SUN Weijing2， HUANG Mingxiang1*
1. Information Center of the Ministry of Ecology and Environment， Beijing 100029， China;
2. Fujian Provincial Ecological Environment Information Center， Fuzhou 350001， China
Abstract： As a source of carbon emissions， tea gardens have great potential for carbon sequestration. Under the background of "double carbon" goal， the primary goal is to use tea gardens ecosystem to play their carbon sink function and promote the development of low-carbon tea production. However， the lack of carbon sink methodology system is the key problem that hinders the evaluation and verification of carbon sink in tea gardens. By referring to forestry carbon sink projects assessment methods， this paper explored a carbon sink project methodology suitable for tea gardens from the aspects of carbon pool selection， identification of baseline scenarios， determination of baseline carbon sinks， carbon storage in project scenarios and applicable conditions， and mainly considered the changes of tea tree biomass （above ground + underground） and baseline soil organic carbon storage， without considering changes of litter and wood products carbon pool. It provided a theoretical reference for the establishment of carbon sink assessment method system in tea gardens.
Keywords： tea garden， carbon sink， methodology
在全球氣候变暖对人类造成严重威胁的大背景下，我国提出了碳中和、碳达峰的中国方案。我国是农业大国，农业温室气体排放量占全国温室气体排放总量的17%[1]，所以低碳减排是农业绿色发展的重中之重。茶园介于森林和农田生态系统之间，属于半人工生态系统。中国茶园面积占世界茶园的一半以上，且我国茶树种植面积还在不断扩大，对茶园碳汇的核算有利于中国单位GDP碳排放的评估，考虑到茶园生态系统的独特性，茶园碳汇方法学研究对于区域碳汇功能评估至关重要[2]。
茶叶行业及其价值链每生产1 kg茶叶会产生15～19 kg的二氧化碳（CO2）当量，这可归因于多种来源，包括施用于土壤的肥料、杀虫剂和除草剂，用于灌溉和加工的电力，运输中使用的化石燃料，以及之后的采摘、收储、转运及售卖环节，所以茶叶本身是碳排放来源。与此同时，茶树是多年生木本常绿植物，茶树树冠覆盖面积大，叶面积指数较高，生长过程中能够通过光合作用吸收CO2，再通过根系或凋落物等转化为地表有机质，从而将碳储存于土壤中。所以，茶园生态系统具有巨大固碳增汇潜力，加以开发和利用，就非常有机会成为规模与价值兼备的重要碳汇支柱。然而茶园碳汇监测标准、核查技术和项目方法学的欠缺是阻碍茶园碳汇发展的关键问题。
与成熟的林业碳汇项目方法学相比，农业碳汇方法学研究起步较晚，与之有关的规章制度、行业规范和技术标准都非常欠缺，国际上目前也尚无被普遍认可的碳汇标准和碳汇核查方法。但茶园和森林生态系统一样，有生长的地理边界，其面积、叶面积指数、土壤固碳量等都可以估算。因此，可以借鉴林业碳汇评估方法，进行典型茶园碳汇评估方法学的探索，开展相关数据监测。本研究以茶园生态系统为研究对象，以构建典型茶园碳汇评估方法体系及其碳汇能力为出发点，采取前期的数据收集与分析，中期野外实地观测与实验室分析，后期典型茶园碳汇能力综合评价分析相结合的方法，构建了典型茶园碳汇方法学，为科学评估茶园生态系统的碳汇能力提供技术支撑。
1 茶园碳汇功能
茶树是多年生木本常绿植物，与林业有许多共同点，在生长过程中茶树与其他树种一样也有碳汇功能。茶园生态系统碳汇功能主要包含两个方面，一是茶树光合作用对CO2的固定，二是茶园土壤对有机碳的固定和保存[3]。
茶园生态系统植被覆盖率高（80%～90%），叶面积指数大，在生长时通过光合作用将CO2转化为碳分子，然后通过根系和凋落物等为地表有机层和土壤碳库提供有效来源，从而将碳固定于土壤中[4]。同时，茶园产区也具备很强的持续碳封存能力，虽然相较于其他农业生态系统，茶园收获碳产量较小（经济系数仅为0.2），但大部分修剪过的植物材料会返回到土壤中，这种做法最大限度减少了茶园生态系统中碳的输出。不同区域、不同品种、不同管理条件下茶树的固碳量差别很大。根据《中国茶树栽培学》[5]所记载的茶区光辐射量推算，并经温度订正后得到每年每公顷茶园最多可生产67.305 t光合产物的理论值，按施嘉璠[6]对四川不同茶区、不同纬度、不同海拔、不同品种茶树的光合作用实测数据进行推算，其结果与该理论值相接近，但人工栽培的高产茶园和一些大叶种茶光合产物高于理论值，而在实际栽培生产中受诸多条件所制约，离这一水平相差甚远。在我国很多茶区采嫩梢的生产条件下，每年每公顷茶园只固定7.4 t的碳，约等于24.4 t CO2。这和阮建云[7]的研究结果每年可固定8.84～10.50 t碳差别不大。
茶园生态系统土壤有机碳化物主要来自3个方面。一是人为管理施加的有机肥；二是茶树生长过程产生的残体如茶树凋落物、死根，以及人为修剪枝条等；三是茶园生态系统中的其他生物，如土壤动物（如害虫、蚂蚁）、杂草及微生物残体等。土壤有机质越多，土壤贮存的碳也越多。如果对茶园生态系统的管理措施适宜，将茶园生态系统土壤有机碳储量从10.4 g/kg提高到10.5 g/kg，就可以多碳汇约200万t碳，相当于656万t的CO2[3]。
2 林业碳汇方法学研究现状
根据世界银行的《碳定价机制发展现状与未来趋势2021》报告数据，2021年林业碳汇行业共有19个抵消机制，占全球总量的73%，位列所有行业第一位。2006年，在世界银行的支持下，全球首个注册成功的清洁发展机制（CDM）林业碳汇项目——“中国广西珠江流域再造林项目”实施。该项目方法学“AR-AM0001”也是全球第一个被批准的CDM林业碳汇项目方法学，为国际上开展林业碳汇项目提供了参考。另外造林/再造林方法（AR-AM0001和AR-AM0002）要求任何活动都不能转移到项目边界外，AR-AM0003需监测牲畜放牧和农业活动的迁移、薪柴收集活动和围栏木桩消耗的增加情况。目前，与中国核证减排量（CCER）林业碳汇相关的国家批准备案的方法学主要有7个（表1），其中使用最多的是碳汇造林项目方法学（AR-CM-001），超过总使用次数的60%。综合分析中国林业碳汇方法学发现，均从适应条件、特定名词定义、基线的确立、碳库及排放源的选择、额外性论证、碳层划分、障碍性分析、泄露等方面作了具体规定，同时规定了监测程序，更利于碳汇项目的发展，便于碳汇市场的合格碳交易。
碳汇造林项目是将无林地转变为有林地的项目，在开发时根据数据的可获得性、不确定性、成本有效性及保守性等原则只计算地上和地下生物量碳库[8]。
竹子造林碳汇项目中竹子地上和地下生物量是項目活动中的主要碳库，为必选碳库；枯死木、枯落物、竹产品及土壤有机碳库一般可保守地忽略不计，如果选择枯落物和土壤有机碳库，则项目活动不允许移除地表枯落物。
森林经营碳汇项目主要是通过森林管理措施，如树种补植补造、更替、抚育、调整等来提高森林的生长速度，增加林木蓄积，而在项目实施过程中林产品、枯死木及枯落物碳库碳贮量可能增加也可能减少，根据成本有效性原则，若碳库不减少，则忽略该碳库，因此地上与地下生物量碳库为主要碳库。
对于竹林经营类项目活动，影响的主要碳库包括竹子地上、地下生物量及竹林产品碳库，竹子地上及地下生物量碳库为必选碳库。但对于土壤有机碳库，竹林经营措施对土壤扰动较大，可能对土壤有机质变化产生较大影响，如果项目情景土壤扰动强度（面积比例、频次）小于基线情景或当地普遍性做法，则不考虑土壤有机碳库，反之则需要考虑。
而在可持续草地管理温室气体减排计量与监测类项目中，土壤有机碳库一般为必选碳库，可持续草地管理措施并不会减低枯木和枯枝落叶的生物量，因此可以保守地将其排除；至于地上和地下生物量碳库，如果项目可以提供透明可信的信息，证明不考虑这类碳库，不会高估项目活动的碳汇量，可以选择性去除该类碳库。
小规模非煤矿区生态修复项目中，地上、地下生物量是项目活动产生的主要碳库，为必选碳库；但根据方法学的适用条件，项目活动的实施会增加枯落物、枯死木及土壤有机碳库，但也可以保守地忽略该类碳库。
3 茶园碳汇方法学
茶园碳汇方法学在编制时以《联合国气候变化框架公约》中有关清洁发展机制下造林再造林项目的最新方法为核心，参考和借鉴碳汇造林、竹子造林碳汇等方法学的有关方式、工具和程序等，政府间气候变化专门委员会《国家温室气体清单编制指南》和《土地利用、土地利用变化与林业优良做法指南》和有关方法等，结合我国林业碳汇做法和经验，以及国内外众多低碳茶园方面的研究成果。
在茶园碳汇方法学中，基线与碳计量的定义主要包括：项目地理边界的确定、碳库和温室气体排放源的选择、茶园碳汇项目期和计入期、基线情景识别、项目额外性论证、碳库划分、基线碳汇量（基线茶树生物质碳储量的变化、基线茶园土壤有机碳储量的变化）、项目碳汇量（项目茶树生物质碳储量的变化、项目茶园土壤有机碳储量的变化、项目边界内温室气体排放的估计）、项目减排量等方面，本研究主要论述茶园碳汇方法学中区别于林业碳汇方法学的内容，包括碳库与基线情景识别、基线碳汇量、项目情景碳储量和适用条件。
3.1 碳库与基线情景的识别
本研究中茶园碳汇方法学对碳库的选择如表2。其中地上和地下生物量碳库是必须要选择的碳库。可以根据项目实际监测数据是否可获得、成本和保守性原则，选择是否计量凋落物（枯落物和枯死木）、土壤有机碳和木产品碳库。
茶园碳汇项目活动一般采用普遍性做法确定项目基线情景，即在拟开展茶园碳汇项目活动的地区或具有相似条件（一般指地理位置、环境状况、社会经济等）的区域，大部分经营实体或农户普遍采用的类似的茶园管理措施。
而拟开展的茶园碳汇项目活动则须提供透明性材料证明该项目的管理措施与类似项目的普遍性做法有本质区别，即拟开展茶园碳汇项目活动不是普遍性做法。但如果拟开展的茶园碳汇项目活动属于普遍性做法，或者又无法证明该项目活动不是普遍性做法，则必须通过“障碍分析”（技术障碍或机制障碍）来确定该项目活动的基线情景并证明其额外性。此时则必须提交文件证明，证明由于障碍因素的存在阻止了其在项目区实施普遍性的茶园管理方案，项目情景具有额外性。这种情况下，项目基线情景为维持历史或现存的茶园管理方式。
3.2 基线碳汇量的确定
茶园碳汇项目基线碳汇量，是指在基线情景（即没有茶园碳汇项目活动的情况）下项目地理边界内所有碳库的碳变化量之和。根据茶树生长特点，本茶园碳汇方法学主要考虑基线情景下茶树生物量（地上+地下）和基线土壤有机碳储量的变化，不考虑凋落物以及木产品碳库的变化量。
目前茶园中茶树地下生物质碳储量的统计数据还是空白。近年来，有研究者根据茶园的短期生物质取样对茶园植被的区域碳储量进行了初步估算，而茶树的生命周期长，仅按照茶树生长的某个时期去推算全部茶园碳储量会存在较大误差。且在茶树生长发育和经营过程中，地上与地下生物量之比随茶树品种、树龄、树高、地理位置等环境条件的变化而变化。由于茶园是半人工生态系统，其存在的特殊管理模式使得茶树的根茎比也比较特殊。地下与地上生物量的比值也随土壤质地、肥力水平和茶园人工管理措施的不同而不同。因此，茶园中茶树地下有机质碳储量的变化可通过动态的茶园地下与地上生物量之比及当年的地上碳储量的变化来计算。
随着茶树种植年限的增加，有研究表明茶园土壤地表有机碳存在明显的增加趋势，且每年大量的修剪枝叶归还、枯枝落叶的分解及茶园多年的培肥管理也为地表有机层和土壤层碳库提供了有效来源[9]。在类似环境下，茶园生态系统土壤碳储量不仅比农田耕地高，且集约经营20年以上的茶园土壤碳储量超过类似林龄的人工林和竹林，甚至可以达到自然林50年以上的土壤碳储量水平[9]。茶园种植过程中地表有机质的流失主要发生在0～30 cm的表土层，而随着种植年限的累加，表土层的土壤有机碳逐年恢复。故在估算土壤碳储量变化时涉及的土壤深度主要为0～30 cm，>30 cm的土壤碳储量变化量视为0。
现有我国茶园的更替（是指茶园中茶树种植使用一定年限后，因需要更換品种，或经济产量、质量等经济原因将成年茶树挖除，并重新种植茶苗的过程）平均间隔为35年，而土壤的恢复一般需要42年[10]。因此，一般认为，当茶园年龄低于42年时，可以根据当地或相近地区茶园的单位面积土壤有机碳储量随树龄变化的相关方程来进行基线土壤有机碳储量年变化的估算；若高于42年，则认为土壤有机碳储量进入相对稳定状态，无需考虑其土壤有机碳储量变化。
3.3 项目情景碳储量与净碳储量
项目碳汇量是指在茶园碳汇项目活动情景下，项目地理边界内所选择的碳库中碳储量的变化量，减去该茶园碳汇项目活动所增加的温室气体排放量。在项目情景下，碳库的选择与基线情景一致，主要考虑茶树（地上+地下）生物量和基线土壤有机碳储量的变化，不考虑凋落物及木产品碳库的变化量。
根据刘欢等[11]对森林保护碳汇项目的研究，项目净碳储量为项目碳储量增量与基线碳储量增量的差值。对于茶园碳汇项目活动来说，由于凋落物及木产品碳库的变化量为零，在项目情景下，茶树（地上+地下）生物量和情景土壤有机碳储量与基线情景下茶树（地上+地下）生物量和基线土壤有机碳储量的差值就是净碳储量。当每年茶园的采摘量相差不大时，茶园碳汇项目情景碳储量与采用不同采摘方式的基线情景碳储量差值一样，因此净碳储量差别不大。
3.4 适用条件
本研究中茶园碳汇方法学主要适用于温室气体自愿减排交易市场制度下茶园碳汇项目活动碳汇的监测与计量，茶园管理过程中要尽可能考虑减少碳排放或增加碳汇为主的管理措施。借鉴碳汇造林和竹子造林碳汇项目方法学中规定的条件，结合《茶叶生产技术规范》和《生态茶园建设与管理技术规范》，对使用茶园碳汇方法学的茶园碳汇项目活动需满足的条件作出规定。实施茶园碳汇项目活动的土地须为符合国家规定的园地，即以采果、采叶为主的多年生木本、草本植物集约经营的用地，盖度在0.5以上或每公顷合理株数70%以上的用地，包括育苗用地，项目实施地为园地下属的3个三级规划分类之一——茶园；项目活动用地不能是湿地和有机土；不能违反国家任何法律、规章制度和有关强制性技术标准，土壤扰动符合茶园科学管理要求：如松土锄草时，不能完全开垦，应沿等高线方向进行带状整地；土壤有机质丰富、养分含量高、叶面积指数高的茶园应减少耕作或免耕作，茶园一般应采用浅耕，除草结合追肥，深耕和基肥施用相结合的方式；或其他符合茶园科学经营中土壤管理、肥料管理、树冠管理和病虫害综合防治要求的措施。
4 结论与展望
本文通过借鉴林业碳汇方法学，从碳库的选择、基线情景的识别、基线碳汇量的确定、项目情景碳储量和适用条件等方面，对茶园碳汇方法学进行了研究，提出主要考虑茶树（地上+地下）生物量和基线土壤有机碳储量变化的茶园碳汇方法学，未考虑凋落物及木产品碳库变化量及项目减排量的转移与泄露，为保证茶园碳汇项目可监测、可报告、可核查的要求，可根据实际情况综合考虑。本研究为推动茶园碳汇项目的自愿减排交易，建立茶园碳汇评估方法体系，形成科学合理、系统实用的茶园碳汇方法学提供了研究基础。
参考文献
[1] 李强， 易志刚， 罗泉达， 等. “双碳”下我国茶园碳汇特征及增汇途径研究进展[J]. 亚热带农业研究， 2022， 18（3）： 203-210.
[2] 程侃. 为实现“碳达峰、碳中和”目标贡献福建力量[J]. 海峡通讯， 2021（5）： 38-39.
[3] 沈星荣， 汪秋红， 吴洵， 等. 充分发挥茶园碳汇功能， 促进茶叶低碳生产发展[J]. 中国农学通报， 2012， 28（8）： 254-260.
[4] 何小娟. 名山县茶园生态系统碳汇能力分析[D]. 雅安： 四川农业大学， 2013.
[5] 杨亚军. 中国茶树栽培学[M]. 上海： 上海科学技术出版社， 2005：156.
[6] 施嘉璠. 茶树的光合作用研究概况[J]. 福建茶叶， 1998（3）： 2-4.
[7] 阮建云. 茶園生态系统固碳潜力及低碳茶叶生产技术[J]. 中国茶叶， 2010， 32（7）：6-9.
[8] 武曙红， 张小全， 李俊清. CDM 造林或再造林项目的基线问题[J]. 林业科学， 2006， 42（4）： 112-116.
[9] 俞慎， 何振立， 陈国潮， 等. 不同树龄茶树根层土壤化学特性及其对微生物区系和数量的影响[J].土壤学报， 2003（3）： 433-439.
[10] 张敏， 陈永根， 于翠平， 等. 在茶园生产周期过程中茶树群落生物量和碳储量动态估算[J]. 浙江大学学报（农业与生命科学版）， 2013， 39（6）： 687-694.
[11] 刘欢， 武曙红， 于天飞. 森林保护碳汇项目方法学研究[J]. 世界林业研究， 2018， 31（5）： 7-12.