淤地坝是黄土高原地区重要的沟道治理措施，也是陆地生态系统中重要的储碳场所。评估淤地坝的碳汇作用与能力，可为研究其他水土保持措施碳汇提供重要借鉴，也为我国碳达峰、碳中和目标提供科学依据。以黄土高原淤地坝为研究对象，系统探讨淤地坝的碳汇效应与机理，提出淤地坝碳汇能力估算方法。结果表明：淤地坝具有保土保碳、减蚀减排和增绿增汇作用。在过去50年中黄土高原淤地坝保碳能力为2.16×10 7 t C，减排能力为4.33×10 6 ~8.66×10 6 t C，增汇能力为6.84×10 5 t C。淤地坝产生了积极的碳汇效益，对提升生态系统碳中和能力、降低碳达峰的峰值发挥重要作用。淤地坝与其他主要水土保持措施都具有保土、减蚀等多种水土保持效益，可充分发挥保碳、减排、增汇等多种碳汇作用。推行碳汇水土保持工作、实施水土保持增汇行动，既可全面巩固陆地生态系统碳汇作用，又能持续提升生态系统增汇能力，对碳达峰与碳中和作出水土保持贡献。
这些保土、保肥、利于作物和植被生长发育等多种作用共同发挥效应，使得淤地坝产生良好的碳汇效益。这主要体现在3个方面(图1)：一是拦泥保土所发挥的保碳作用；二是减少土壤侵蚀所发挥的减排作用；三是增加坝地土壤碳储量所发挥的增汇作用。
淤地坝的保碳作用是指淤地坝通过拦截小流域内的侵蚀泥沙，从而保存侵蚀泥沙中携带的SOC的作用和能力。淤地坝的保碳作用主要体现在其高的碳储量以及高的SOC埋藏效率。早期的研究通常基于官方统计的淤地坝普查资料估算淤地坝的碳储量。李勇等估算截至2002年，黄土高原淤地坝碳储量约为 0.12 Pg，是同期全国生态恢复工程碳汇的7%；结合淤地坝统计资料和SOC实测数据估算，淤地坝拦截泥沙总量超过2.1×1010 m 3 ，其SOC储量为0.95 Pg，是全国森林碳储量的18%~24%；基于清查资料估算了黄土高原大中型淤地坝的碳储量约0.42 Pg，约等于2000年中国化石燃料碳排放量的4%；近期结合大规模野外调查和遥感技术，对黄土高原淤地坝的拦沙量和碳储量进行可靠的估计发现，黄土高原50226座淤地坝在近五十年内(1970—2020年)保存了(10.2±0.6 Pg)的侵蚀泥沙和(0.02±0.01 Pg)的SOC。
淤地坝的减排作用是指淤地坝拦截泥沙、减少SOC在侵蚀搬运过程中的矿化分解，埋藏SOC、降低其分解速率的作用和能力。在没有建坝的情景中，侵蚀搬运过程会破坏团聚体结构，影响SOC的稳定性，将原本封存在团聚体中的SOC暴露于微生物过程中，导致SOC在搬运过程中的分解矿化。
淤地坝的增汇作用是指淤地坝为作物及其他林草植物生长提供基础条件，提升坝地表层SOC含量的作用和能力。在淤地坝发挥功能后，不断淤积的土壤、良好的水分条件，改善了坝地的水、肥、气、热诸多条件，使土壤可耕性得以改观，为作物或其他植被的生长提供良好土壤环境，极大地促进作物和其他植物的生长发育。作物和植物通过光合作用吸收大气中的CO 2 ，不断形成的枯落物、根系分泌物，并且耕作中的施肥、留茬、秸秆还田等措施又进一步作用于土壤，不断为土壤提供有机质，增加坝地SOC含量，提升坝地土壤碳储量。淤地坝淤积的土壤多来源于小流域上游土壤表层，营养较为丰富，能形成较肥沃的土地，无论是种植作物还是其他植物都能发挥良好的增汇作用。
淤地坝保碳能力是指相较于基线情景，淤地坝所拦截土壤中的SOC储量。处于基线情景的沟道，常常发生土壤流失，在较长时间内总是处于侵蚀和流失的状态。因此，可认为基线情景没有保碳能力(即保碳能力为0)，不在评估公式中体现。评估公式为：
研究表明，黄土高原已形成坝地的淤地坝在过去50年中共拦截泥沙10.2×10 10 t，泥沙中平均SOC含量为21.2 g/kg，淤地坝的保碳能力为21.6×10 7 t C.
淤地坝减排能力是指相较于基线情景，淤地坝拦截土壤、避免土壤流失造成其中有机碳被矿化排放的数量，其数值就是：若将淤地坝所拦截的土壤全部流失，SOC继续搬运被矿化排放掉的碳量。评估公式为：
淤地坝增汇能力是指相较于基线情景，淤地坝坝地表层土壤(30 cm)所增加的碳储量。评估公式为：
根据《淤地坝技术规范》(SL/T804—2020)，新建的淤地坝一般具有坝体、放水建筑物和泄洪建筑物“三大件”，加上日常监测、运维和管理，形成可持续的沉积环境。即使是过去只有坝地的淤地坝，只要没有被冲毁，其干燥、缺氧和高容重的沉积条件，有助于有机碳埋藏。淤地坝所具有的保土保碳、减蚀减排和增绿增汇3个作用在助力实现碳达峰碳中和当中具有不同的功能。
(1)淤地坝保碳和减排有利于降低碳达峰时点的碳峰值
我国将在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。降低碳达峰的峰值可减轻碳中和难度，有利于实现碳中和。淤地坝的保土保碳作用，虽没有直接削减大气中CO 2 ，但拦截、深埋和封存富含SOC的土壤，大大地减缓、减少甚至避免SOC变为大气CO 2 的“源”。估算黄土高原淤地坝的保碳能力(2.16×10 7 t C)分别是黄土高原植被恢复以后(1999—2010年)森林生物量碳库(5.27×10 8 t C)和土壤碳固存总量(1.55×10 8 t C)的4.0%和13.5%。而淤地坝的减蚀减排作用，则直接降低4.33×10 6 ~8.66×10 6 t C向大气中排放，为降低碳达峰的峰值、降低CO 2 总量发挥作用。
(2)淤地坝增汇可提升陆地生态系统的碳中和能力
淤地坝的增绿增汇作用，通过转化植物的枯枝落叶等有机质，间接地减少空气中的CO 2 不断提升淤地坝坝地土壤的碳汇能力，这是淤地坝直接发挥的增汇作用与能力。修建淤地坝可使荒沟变为高产、稳产、便于耕作的良田，这既可促进区域植被面积增加、植被结构改善，又可极大地巩固退耕还林成果，确保退耕还林工程真正做到“稳得住、不反弹”，进而持续提升黄土高原生态系统的碳汇增量。
淤地坝良好的拦截泥沙、沉积土壤的水土保持效益，形成保碳、减排、增汇的作用与能力，可发挥巩固生态系统碳汇能力、提升生态系统碳汇增量的作用，对碳达峰和碳中和具有积极作用。修建淤地坝可使荒沟变为高产、稳产、便于耕作的良田，既可促进所在区域甚至整个黄土高原持续地“扩绿”，又可巩固退耕还林成果，保障黄土高原由浅绿向深绿发展，进而持续提升黄土高原生态系统的碳汇增量。未来淤地坝及水土保持碳汇研究开展的方面有：
(1)通过开展大量野外调查采样，获取淤地坝原始数据，提升碳汇估算精度。可在黄土高原不同地理分区的典型坝控流域获取更多坝地沉积剖面不同深度的有机碳实测数据，从而降低淤地坝碳汇效益估算的不确定性。
(2)加强淤地坝碳汇机理基础研究，分析淤地坝不同碳汇作用的机制。通过室内碳矿化培养试验或野外碳排放原位观测确定沉积有机碳稳定性及其分解速率，从而准确量化淤地坝减排能力。结合单位面积坝地作物、植被固碳潜力以及准确的坝地面积数据，从而准确估算淤地坝增汇能力。
(3)结合遥感技术和地理信息云平台，构建高精度淤地坝地理空间信息、拦沙量和碳汇效益基础数据库。通过高分二号等高分辨率卫星影像提取淤地坝坝地，获取黄土高原所有淤地坝坐标和面积等基础信息，再结合经验公式法确定淤地坝拦沙量，最后结合上述实测有机碳数据估算淤地坝碳储量，从而提供可供科研人员和政府职能部门使用的淤地坝碳汇核算基础数据库。
(4)借鉴淤地坝碳汇估算方法，全面核算水土保持碳汇效益。淤地坝所具有的保碳、减排、增汇的作用和能力，是通过这种措施所具有的保土、减蚀、土壤培育、作物及其他植物生长等水土保持作用与效益所发挥的固碳和增汇功能。推而广之，其他水土保持措施，如分布较为广泛的梯田、水平沟、水土保持林地、南方红壤区的崩岗综合治理措施、东北黑土区侵蚀沟综合治理措施，以及生态清洁小流域建设，也都具有保土保碳、减蚀减排、增强土壤和植被碳汇的作用和能力。未来可参考借鉴淤地坝碳汇研究全面评估水土保持措施的碳汇效益，为水土保持碳汇指标核算以及双碳目标的实现提供科学依据。
引用格式: 李智广, 成 辉, 方怒放, 曾 奕. 云淤地坝保碳、减排、增汇作用与其能力评估[J]. 水土保持学报, 2023, 37(4).
《水土保持学报》创刊于1987年，由中国科学院主管，中国土壤学会、中国科学院水利部水土保持研究所联合主办。传播水土保持和土壤侵蚀等方面学术性、实用性和创新性的科研成果。入选中国最具国际影响力学术期刊，荣获中国精品科技期刊、全国百种杰出学术期刊奖、第三届国家期刊奖、陕西省三秦卓越科技期刊、陕西省精品科技期刊、RCCSE中国权威学术期刊等多个奖项。被中国科学引文数据库(CSCD)、中国引文数据库( CNKI)、美国农业文献书目数据库(AGRICOLA) 、英国国际农业与生物科学研究中心(CABI) 、日本科学技术振兴机构数据库(JST) 等多种国内外权威性数据库和评价体系定为刊源收录。
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