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紅樹林復育CO2吸收能力評估方法研究
Research on evaluation methods for CO2 absorption capacity of mangrove restoration

 

圖靈學院
科楠
2024-11-11

 

摘要

 

    紅樹林作為自然界碳吸收的「碳匯」之一，以其高碳儲存及碳吸收能力被廣泛研究。本文探討不同的紅樹林復育碳吸收能力評估方法，並深入分析影響紅樹林碳儲量與碳吸收效率的生物與非生物因素。結合最新研究成果，本文建議以適當的復育技術與管理方式來優化紅樹林的碳封存潛力，並作為減緩氣候變遷的重要手段。本公司在碳權部份，專注於藍碳之取得，藍碳主要來源以紅樹林為主，紅樹林在台灣屬於外來物種，不適合進行復育，但在赤道熱帶地區則屬於原生物種，非常適合進行復育，經過復育並經過國際驗證機構查證，將可成為優質碳權之來源。
 

關鍵字：淨初級生產力（NPP），異營呼吸（HR），淨生態系統生產力（NEP）

 

1. 引言

 

    氣候變遷威脅日益加劇，碳儲存豐富的生態系統如紅樹林，逐漸成為減緩碳排放的重點策略。根據多位研究者（Alongi, 2014; Aye et al., 2023）的分析，紅樹林不僅具備高效的碳儲存機制，其土壤中的碳含量更可在淹水和缺氧環境下長期穩定保存。紅樹林復育計畫因此成為近年來熱帶及亞熱帶地區的重要政策方向。

2. 紅樹林復育的碳吸收評估方法

 

紅樹林復育的碳吸收能力評估可分為不同方法，主要包括基於生物量的評估方法及基於淨初級生產力（NPP）的評估方法。這兩種方法在數據來源、成本和適用性方面各有其優缺點，並且適用於不同的情境。基於生物量的方法通常需要大量的實地調查數據，而基於NPP的方法則能減少對實地數據的依賴，但對文獻數據的適用性要求較高。

 

圖1研究地點地圖。The basemap used was “World Imagery”, 12 March 2021 (sources: Esri, Maxar, GeoEye, Earthstar Geographics, CNES/Airbus DS, USDA, USGS, AeroGRID, IGN, and the GIS User Community, v10.8).（Aye et al., 2023）

 

2.1 基於生物量的評估方法

 

    生物量法是一種直接的碳儲量測量方法，透過測量紅樹林植物的地上和地下生物量來估算其碳儲存量。此方法的步驟包括樣區設置、實地測量生物學參數、計算生物量，並最終轉換為碳儲量。

實地測量與樣區設置

在紅樹林復育區中設置固定的樣區進行實地測量，收集樹木的生物學參數，如胸徑（DBH）、樹高（H）、冠幅（CD）等。通過這些數據，研究者可以推算紅樹林內的樹木個體大小和總生物量，從而估算地上和地下碳儲量。樣區大小的選擇及樣本數量取決於研究規模和預算。較小樣區適用於探索性研究，而大範圍的樣區則能提供更準確的碳儲量估算數據（Komiyama et al., 2008）。

 

• 異速生長方程式的應用

    根據測得的生物學參數，研究者使用異速生長方程式來估算紅樹林的生物量。異速生長方程式根據特定地區的紅樹林特性進行設計，例如Komiyama等人在2008年開發的東南亞紅樹林方程式，即針對該地區紅樹林的地上和地下生物量比例進行了調整。這些方程式使得生物量估算更符合特定生態區域的紅樹林生長特性，有助於提高估算的準確性。

 

• 碳儲量計算

    在計算出生物量後，將地上和地下生物量分別乘以相應的碳轉換係數（通常為0.5）以得到碳儲量。碳轉換係數的設定是基於生物量中碳含量的估算，通常植物的乾重約有50%為碳。這樣的方法能提供相對精確的碳儲存數據，適合對紅樹林復育的碳吸收能力進行科學評估。

 

• 優點與局限性

    基於生物量的評估方法的優點在於基於實地數據，結果相對準確且具可靠性。該方法適用於碳儲存量的精確計算，並能提供特定紅樹林樹種在特定生態系統下的碳儲量。然而，這種方法需要進行大量實地調查工作，成本較高，且方程式的選擇會影響結果的準確性。

 

• 案例研究

    Aye等人（2023）的研究應用了基於生物量的評估方法來評估緬甸Ayeyarwady地區人工紅樹林的碳儲存潛力。他們通過實地測量樹木的胸徑和樹高，並使用Komiyama等人（2008）開發的異速生長方程式來計算生物量。結果顯示，該地區人工紅樹林的平均碳儲量為每公頃135.11 Mg C，其中地上生物量佔74.27%，地下生物量佔25.73%，顯示出基於生物量方法在紅樹林碳儲量評估中的應用價值。

 

2.2 基於淨初級生產力（NPP）的評估方法

 

    基於NPP的評估方法不依賴於實地測量，而是利用紅樹林的淨初級生產力（NPP）數據來推算CO2吸收量。NPP是指紅樹林透過光合作用吸收的碳總量扣除植物呼吸作用後的剩餘量。由於NPP與生態系統中碳的固定密切相關，因此是計算紅樹林碳吸收能力的重要指標。

 

• 文獻數據參考

    在NPP方法中，研究者通常依據文獻數據獲取地上和地下生物量的NPP值。Alongi（2014）指出紅樹林的地上NPP平均值為每年每公頃11.1噸乾重。由於地下碳生物量一般與地上碳生物量相當，因此紅樹林的總NPP可以通過將地上NPP值乘以2來估算。

 

• 異營呼吸（HR）的考量

    除了NPP，紅樹林生態系統的碳吸收能力也受到異營呼吸（HR）的影響。HR是指通過枯死生物量分解過程產生的碳損失。這種損失約佔紅樹林NPP的20%（Poungparn & Komiyama, 2013），因此在計算總碳吸收量時需將HR扣除，以得到更真實的淨生態系統生產力（NEP）。

 

• 碳轉換係數的應用

    計算NEP後，可使用轉換係數3.667將碳儲量轉換為CO2當量。這一係數的來源在於碳原子量與CO2分子量之間的比例（即1噸碳相當於3.667噸CO2）。透過此步驟，可以得到紅樹林生態系統每年吸收的CO2量。

 

• 優點與局限性

    NPP方法的優點是它不需要大量的實地調查工作，成本相對較低，適合對大範圍紅樹林的碳吸收進行快速評估。然而，這種方法依賴於文獻數據的準確性和適用性，若數據不符或氣候條件發生變化，結果可能存在較大的不確定性。

 

• 案例分析

    在"Estimated CO2 Absorption Capacity of Mangrove Plantation"研究中，基於Alongi（2014）、Poungparn & Komiyama（2013）和Kamruzzaman等人的研究數據，估算紅樹林人工林的CO2吸收能力範圍在每年每公頃23.76噸至38.50噸之間。此類研究顯示NPP方法在快速估算紅樹林碳吸收潛力上的有效性，且成本相對較低。

 

這兩種評估方法各有其優缺點，基於生物量的評估方法更為精確，但需投入大量資源，適合較小範圍或實驗性質的研究。而基於NPP的方法則成本較低且適用於大範圍的碳吸收能力評估，但結果的可靠性可能受限於文獻數據的適用性。因此，研究者可根據研究範疇與預算來選擇合適的方法，以便在紅樹林復育專案中獲得最有效的碳吸收評估結果。

 

3. 紅樹林碳吸收效率的影響因素

 

    紅樹林的碳吸收效率受到多種因素的影響，這些因素可以分為生物因素和非生物因素。這些因素共同決定了紅樹林在不同環境條件下的碳儲存和碳吸收潛力。了解這些影響因素不僅有助於預測紅樹林的碳封存能力，也為復育和管理紅樹林提供了科學依據。

 

3.1 生物因素

    生物因素主要是指與紅樹林自身生物特徵和結構相關的特徵，包括樹種組成、林分密度、樹齡、樹木大小和根系結構。

 

• 樹種組成

    紅樹林內的樹種組成直接影響其碳儲存和吸收能力。不同樹種具有不同的生長速度和生物量分配方式。例如，先鋒樹種如白骨壤（Avicennia officinalis）和海茄苳（Avicennia marina）通常生長較快，並且其生物量積累速度也較高，使得這些樹種能在短時間內封存大量碳（Komiyama et al., 2008）。此外，某些紅樹林樹種具有較高的耐鹽性和耐淹性，能適應沿海潮間帶環境，增加了紅樹林復育的可行性。

 

表1：研究地點記錄物種的結構組成。（Aye et al., 2023）

 

• 林分密度

    林分密度是指紅樹林內單位面積內樹木的數量。高密度的林分雖然可以增強碳吸收效率，但過度密集的種植會導致樹木之間的競爭加劇，影響其個體的生長發育，從而抑制碳吸收效率。適當的林分密度能促進樹木個體健康成長，提高整體的生物量積累和碳封存能力（Alongi, 2014）。因此，在紅樹林復育過程中需要根據樹種特性來設計合理的種植密度，以最大化碳儲量。

 

• 樹齡

    紅樹林的碳儲存能力隨樹齡的增長而增加。年輕紅樹林的碳吸收速率通常較高，因其在生長初期積極吸收碳並快速增長生物量。然而，隨著紅樹林逐漸成熟，碳吸收速率會減緩，碳儲量也逐漸達到穩定。成熟紅樹林內的個體樹木胸徑和高度增大，但林分密度降低，生態系統中枯枝落葉和根系的有機物積累進一步提高了土壤中的碳儲量。

 

• 樹木大小

    紅樹林內的樹木大小（如胸徑和高度）直接影響其生物量和碳儲存量。通常胸徑較大的樹木具有較高的生物量，因此其碳儲量也較高。根據Aye等人（2023）的研究，胸徑和高度較大的紅樹林樹種在地上部分和地下部分的碳儲量均顯著高於較小的樹木。這說明紅樹林中樹木的大小和年齡對碳儲量估算有直接關聯。

 

圖2：研究地點紅樹林的樹木密度和基部面積的直徑等級分佈。（Aye et al., 2023）

 

• 根系結構

    紅樹林的根系結構特殊，例如支柱根和呼吸根等，這些結構能幫助紅樹林適應淹水和高鹽度環境。紅樹林的根系在地表下形成龐大的根系網絡，不僅提高了穩定性，還提供了額外的碳儲存空間。紅樹林的根系儲存了大量的碳，因此地下碳儲量通常比其他森林生態系統高。這樣的根系結構使紅樹林成為碳封存能力強的生態系統（Alongi, 2014）。

 

3.2 非生物因素

 

    非生物因素包括環境條件如鹽度、降雨量、溫度及其他自然和人為干擾因素，這些因素會影響紅樹林的生長、碳吸收能力及其生態系統穩定性。

 

• 鹽度

    紅樹林主要生長在沿海潮間帶，其生長環境的高鹽度影響樹木的生理功能。紅樹林樹種在高鹽度環境下能夠保持碳儲量，但部分不耐鹽的樹種在高鹽度環境中生長受到限制。研究發現，鹽度過高會抑制紅樹林的光合作用，進而減少碳吸收效率（Poungparn & Komiyama, 2013）。

 

• 降雨量

    降雨量影響紅樹林的淡水供應，並對其生長和碳儲量有重要作用。降雨不足會導致紅樹林生長緩慢，影響其光合作用和碳吸收效率。降雨量充足的地區紅樹林碳儲量相對較高，而乾旱期的水分不足會抑制碳固定速率。因此，降雨量的年際變化對紅樹林碳儲存的影響需要進行長期監測。

 

• 溫度

    溫度直接影響紅樹林的光合作用和呼吸作用速率。較高的溫度會促進紅樹林的光合作用，從而增加碳固定量，但若溫度過高，會增加呼吸作用的速率，導致碳損失增加，從而降低整體碳儲存量。氣候變遷可能導致溫度變化，進一步影響紅樹林的碳吸收能力。若紅樹林適應的溫度範圍改變，可能會使碳儲存效率大幅波動（Aye et al., 2023）。

 

• 熱帶氣旋頻率(颱風)

    紅樹林通常分佈於熱帶和亞熱帶地區，這些地區的氣候易受到熱帶氣旋影響。熱帶氣旋(颱風)對紅樹林的破壞可能導致生物量大幅減少，影響碳儲存量。此外，氣旋帶來的海浪和風暴潮也可能破壞紅樹林的根系結構，導致碳流失。頻繁的熱帶氣旋事件會增加紅樹林碳儲存的不確定性，需要在氣候變遷影響評估中予以考慮。

 

• 人為干擾

    人類活動如砍伐、土地利用變更和沿海開發等均對紅樹林生態系統構成威脅。隨著沿海地區的開發活動增加，紅樹林的棲息地被擠壓，導致碳儲量下降。砍伐紅樹林會導致大規模的碳釋放，並減少生態系統中的碳儲存潛力。因此，保護紅樹林生態系統不受人為干擾是保持其碳儲量的重要策略。

 

紅樹林碳吸收效率受到生物和非生物因素的共同影響。樹種組成、林分密度、樹木大小和根系結構等生物因素決定了紅樹林的基礎碳儲存能力，而鹽度、降雨量、溫度、熱帶氣旋和人為干擾等非生物因素則在不同程度上影響紅樹林的生長狀態和碳封存效率。理解並掌握這些因素對紅樹林碳儲存能力的影響，有助於制定更有效的紅樹林復育和管理策略，最大化其碳吸收潛力。

4. 紅樹林復育的成功案例

 

    全球許多地區正在進行紅樹林復育計畫，以提高碳吸收能力，並減緩氣候變遷帶來的負面影響。以下列舉了一些在紅樹林復育和碳封存方面取得顯著成果的案例，這些案例展示了紅樹林復育在增加碳儲存量、保護生態系統以及提升沿海地區生態服務方面的重要作用。

 

4.1 緬甸Ayeyarwady紅樹林復育專案

 

    緬甸的Ayeyarwady紅樹林復育專案是一項旨在恢復紅樹林生態系統並提高碳封存能力的成功案例。根據Aye等人（2023）的研究，這個復育專案在Ayeyarwady地區成功建立了人工紅樹林，該人工紅樹林的平均碳儲量達到135.11 Mg C ha^-1。數據顯示，這些人工紅樹林中的碳儲量中，地上生物量佔總碳儲量的74.27%，地下生物量佔25.73%。這一數據表明，紅樹林復育在短時間內具有顯著的碳封存效果。

 

• 專案亮點

    該專案選擇了具有高碳封存潛力的紅樹林樹種，如海茄苳（Avicennia marina），並根據當地的生態條件調整了種植密度和管理方式。研究發現，這些先鋒樹種不僅生長迅速，還在初期階段積極固定碳，有助於減少空氣中的二氧化碳濃度。Ayeyarwady紅樹林復育專案還將復育區域劃為保護區，減少了人為干擾，進一步增強了碳儲存效果。

 

• 環境和社會影響

    此復育專案不僅增強了當地的碳儲存量，也對緬甸沿海地區的生態服務產生了積極影響。復育後的紅樹林有效地減少了沿海侵蝕，為當地生物多樣性提供了棲息地，並改善了當地漁業生計。這專案標誌著紅樹林復育在生態保護和社會效益方面的雙重成效。

 

4.2 孟加拉國Sundarbans紅樹林種植計畫

 

    孟加拉國的Sundarbans地區是世界上最大的紅樹林之一，具有重要的碳儲存和生物多樣性價值。該地區面臨海平面上升和人為干擾的威脅，因此在南部Satkhira地區進行了大規模紅樹林復育行動，由當地組織Friendship主導並獲得了顯著成效。研究顯示，復育區的紅樹林平均每公頃每年可吸收23.76噸的CO2，並預計隨著林齡增長，碳吸收效率將進一步提升。

 

• 專案亮點

    該計畫在選擇樹種時考慮了紅樹林對高鹽度和淹水環境的耐受性，並選擇了快速生長的樹種，如苦鹵木（Excoecaria agallocha）和黑水木（Sonneratia apetala）。這些樹種具有高生物量積累和強大碳封存能力，能快速建立起復育區的碳儲存量。此外，該計畫與當地社區合作，讓居民參與紅樹林種植和管理，為當地社會經濟提供支持。

 

• 環境和社會影響

    Sundarbans紅樹林復育計畫不僅在短期內提高了該地區的碳儲存量，還減少了氣候變遷對沿海地區的威脅。復育後的紅樹林有效防禦颶風和風暴潮，提供了自然的防護屏障，降低了自然災害對當地社區的影響。此外，該計畫為當地居民提供了就業機會，增進了社區對生態保護的認識。這專案成功地將碳封存、災害防護和社會經濟發展結合在一起，為其他沿海紅樹林復育提供了範例。

 

4.3 印尼Riau群島的紅樹林復育計畫

 

    印尼Riau群島的紅樹林曾因大規模砍伐和沿海開發而受到嚴重破壞，碳儲量急劇下降。在政府和非政府組織的共同推動下，該地區展開了紅樹林復育行動，旨在恢復紅樹林的生態功能並提高碳吸收能力。根據印尼環境部門的統計，復育後的紅樹林在5年內碳儲量提高了近30%，顯示出顯著的碳封存潛力。

 

• 專案亮點

    此復育計畫採用了多種復育技術，包括自然更新和人工種植結合的方式。根據不同地區的土壤和水文條件，計畫選擇了適合的紅樹林樹種，如紅樹（Rhizophora spp.）和水黃皮（Bruguiera spp.）。該專案還對復育區進行了生態監測，以了解碳封存速率和生態系統恢復情況，這為未來的紅樹林管理和碳吸收能力估算提供了實證資料。

 

• 環境和社會影響

    印尼Riau群島的紅樹林復育不僅顯著提高了當地的碳封存量，也保護了當地的漁業資源。紅樹林為水生生物提供了繁殖場，提升了當地海洋生態的生產力，進而增加了漁民的收入。此外，該計畫還進行了社區教育，提升了當地居民對紅樹林的重要性及其在氣候變遷中的角色的認識，成功促進了生態保護和社會經濟發展的相互促進。

 

4.4 墨西哥的紅樹林復育行動

 

    在墨西哥尤卡坦半島，當地的紅樹林生態系統因氣候變遷和沿海開發而逐漸退化。墨西哥政府和國際組織如The Nature Conservancy（TNC）合作展開了一項大規模紅樹林復育計畫，旨在通過恢復紅樹林來減少碳排放、保護生物多樣性以及增強當地的生態服務。此專案涵蓋面積達數千公頃，並在短期內實現了明顯的碳儲存增長。

 

• 專案亮點

    墨西哥的復育專案重點在於選擇適應性強、快速生長的紅樹林樹種，如海茄苳和白骨壤，並設立了長期的碳儲存監測系統。TNC提供的技術支持使得該專案在短期內獲得了較高的碳儲存量。此外，墨西哥的紅樹林復育還注重社區參與，當地居民積極參與種植和管理工作，從而提高了社區對生態保護的認識。

 

• 環境和社會影響

    墨西哥的紅樹林復育專案顯著改善了沿海生態系統的穩定性，減少了氣候變遷對沿岸的威脅。尤卡坦半島的紅樹林提供了防止海岸侵蝕的天然屏障，並為許多物種提供了棲息地。此外，復育專案中的碳儲存監測系統也使該地區成為碳交易市場的一部分，為當地帶來了經濟收益。

 

這些復育案例表明，紅樹林的復育不僅在碳封存方面具有顯著成效，還對生態保護、沿岸防護及社會經濟帶來多重效益。緬甸、孟加拉國、印尼和墨西哥的復育行動展示了紅樹林在全球氣候行動中的潛力和價值。這些成功案例為其他地區的紅樹林復育提供了寶貴的經驗，並顯示了紅樹林在提升碳儲存和減緩氣候變遷方面的巨大潛力。

 

紅樹林復育不僅能夠在短期內顯著增加碳儲存量，還能通過提供生態服務和促進社區參與來實現永續的生態與社會發展。

 

5. 紅樹林的高碳儲存機制

 

    紅樹林在全球熱帶和亞熱帶地區分佈廣泛，具有顯著的碳儲存和碳吸收能力。這種能力主要歸因於紅樹林獨特的生態結構和環境適應特徵，使其在碳固定和長期碳封存方面比其他生態系統更加高效。紅樹林的高碳儲存機制可以從以下幾個方面來探討：獨特的土壤組成、高效的沉積作用、特殊的根系結構以及碳長期儲存的環境條件。

 

5.1 獨特的土壤組成

 

    紅樹林的高碳儲存能力首先來源於其獨特的土壤結構。紅樹林土壤位於潮間帶，這種地理位置使其土壤長期處於缺氧和淹水的狀態。缺氧環境大大減緩了有機物的分解速度，使得大量的枯枝落葉和有機物質得以長期堆積。Donato等人（2011）的研究表明，紅樹林土壤中有一層厚厚的泥炭層，富含有機質，這層泥炭層可儲存大量的碳，相較於其他森林類型的土壤，紅樹林土壤的碳密度更高。

 

圖3：(a) 地面碳儲存。(b) 根據研究區內不同紅樹品種直徑等級分佈的地下碳儲存。Ao = Avicennia officinalis, Am = Avicennia marina, Ra = Rhizophora apiculata, Bs = Bruguiera sexangula, Hf = Heritiera fomes, Bg = Bruguiera gymnorhiza, Ea = Excoecaria agallocha, Cd = Ceriops decandra, Xm = Xylocarpus moluccensis, Rm = Rhizophora mucronata. （Aye et al., 2023）

 

• 泥炭層的碳儲存特性

    泥炭層是紅樹林土壤中極具碳儲存潛力的部分。由於紅樹林土壤中含有大量有機質，在缺氧的條件下，這些有機物質無法完全分解，而是逐漸堆積形成泥炭層。根據研究，紅樹林土壤中的碳含量可以達到每公頃超過1000噸，遠高於熱帶雨林等其他生態系統的土壤碳含量。這些儲存的碳主要集中在紅樹林土壤表層30公分至1公尺深度內，對紅樹林整體碳儲量起到重要支撐作用。

 

5.2 高效的沉積作用

 

    紅樹林位於潮間帶，因為潮水的流動，周圍水體中懸浮的有機物質會被帶入紅樹林區域並沉積下來。紅樹林的樹根能有效固定這些沉積物，形成穩定的土壤結構。隨著潮水的流動，有機物質逐漸沉積於紅樹林土壤中，並被固定於地下，最終增加了碳儲存量。這種高效的沉積作用使得紅樹林成為重要的「碳匯」，其碳儲存能力顯著高於其他熱帶森林和溫帶森林。

 

• 外來有機物的累積

    潮水帶來的有機物來源於周邊的海洋生態系統，包括藻類、浮游生物和海洋動物的殘骸等。這些有機物隨潮水流動進入紅樹林後，被樹根和泥土牢牢固定，不易被水流沖走。這樣的沉積過程將大量的碳固定於紅樹林土壤中，有助於長期封存大氣中的碳元素，並形成具有高碳密度的紅樹林土壤。

 

5.3 特殊的根系結構

 

    紅樹林的根系結構對其碳儲存能力具有重要意義。紅樹林的根系發達，並具有獨特的支柱根、呼吸根和膝狀根等結構，這些根系幫助紅樹林適應潮間帶的淹水環境。同時，這些特殊的根系結構也促進了土壤有機物的固定，增加了碳的儲存量。

 

• 支柱根和呼吸根的作用

    支柱根和呼吸根的發達不僅穩固了紅樹林的生態系統，還促進了有機物在地下部分的固定，增加了碳的儲存。支柱根向地表外延伸，增強了樹木的穩定性，同時為紅樹林土壤帶來更多的有機物質。呼吸根則在缺氧的土壤環境中提供氧氣，使得紅樹林樹木能夠生長得更好，並在土壤中累積更多的碳。這些根系系統的碳儲存量遠高於一般森林中的根系碳儲量，進一步增強了紅樹林的碳封存能力。

 

5.4 碳長期儲存的環境條件

 

    紅樹林的高碳儲存能力還受到其生長環境的有利條件影響。在潮間帶的環境中，紅樹林的土壤長期處於缺氧和淹水狀態，抑制了微生物的活動和有機物的分解速率。這樣的環境條件延長了有機碳在土壤中的儲存時間，使紅樹林能夠長期穩定地封存碳。

 

• 缺氧環境的影響

    缺氧的環境減緩了紅樹林土壤中微生物的分解作用，使得有機碳在土壤中累積而不易分解釋放。一般來說，碳在土壤中的儲存會受到微生物活動的影響，但紅樹林的淹水環境極大限制了微生物的活動，進而減少了碳釋放。這樣的缺氧條件形成了一種「碳倉庫」，確保碳能夠在紅樹林土壤中長期儲存。

 

5.5 紅樹林碳儲存機制的比較優勢

 

    相比其他森林生態系統，紅樹林的碳儲存效率更高，這是因為紅樹林結合了土壤特性、沉積機制和根系結構的優勢。研究表明，紅樹林的碳儲存量約為熱帶雨林的4倍至10倍，這主要歸因於紅樹林土壤的高碳密度和特殊的生態特徵。紅樹林在全球碳儲存中扮演著關鍵角色，雖然其面積僅佔全球森林面積的一小部分，但其每年吸收的碳量卻佔全球森林吸收總量的相當比例。

紅樹林的高碳儲存機制是由其獨特的土壤組成、高效的沉積作用、特殊的根系結構以及長期碳封存環境條件共同構成的。這些因素使紅樹林成為地球上碳儲存效率最高的生態系統之一。隨著氣候變遷加劇和碳排放增加，紅樹林在全球碳封存中的作用愈加重要。理解和保護紅樹林的碳儲存機制，不僅有助於氣候變遷緩解措施的制定，也為生態系統保護提供了重要參考。

6. 計算紅樹林二氧化碳吸收量的詳細步驟

 

    為了精確估算紅樹林的二氧化碳（CO₂）吸收能力，需要採用一套系統化的計算步驟。這些步驟結合了生態學測量與碳轉換方法，並綜合紅樹林生態系統的特徵來進行CO₂吸收量的計算。以下列出各主要步驟，並詳述其計算方法及數據來源。

 

表2：紅樹林的二氧化碳吸收能力估算。14:Alongi,(2014), 15:Poungparn et al.,(2013), 16:Kamruzzaman et al.(2017)

6.1 估算淨初級生產力（NPP）

 

    淨初級生產力（Net Primary Productivity, NPP）指的是紅樹林在光合作用過程中固定的碳總量扣除植物呼吸作用後的剩餘碳量。NPP通常以每年每公頃的乾重（噸）表示，是計算紅樹林碳吸收能力的基礎指標。

 

1. 資料收集：首先，需要依據文獻或實地測量數據獲取紅樹林的地上和地下NPP值。根據Alongi（2014）的研究，紅樹林的地上NPP平均為每年每公頃11.1噸乾重，中位數為8.1噸乾重。

 

2. 總NPP計算：由於紅樹林的地下生物量（主要是根系）通常與地上生物量相當，因此地上NPP的數值可乘以2，以獲得紅樹林生態系統的總NPP。即：

 

 

這樣可以得到包含地下部分的全年碳固定量。

 

6.2 計算碳含量

 

    NPP的乾重數據本質上包含了生物量，但需要轉換為碳含量來計算CO₂吸收量。通常假設植物的乾重中約50%是碳，這樣可以將NPP的總乾重乘以0.5以得到碳含量。

 

 

此碳含量數據即代表紅樹林每年固定的總碳量。這樣的轉換係數已在多個紅樹林碳吸收研究中得到驗證（Alongi, 2014）。

 

6.3 扣除異營呼吸作用（HR）

 

    異營呼吸作用（Heterotrophic Respiration, HR）指的是紅樹林生態系統中微生物和其他異營生物分解有機物並釋放CO₂的過程。HR是影響淨碳封存的重要因素，因此在估算紅樹林的淨生態系統生產力（Net Ecosystem Productivity, NEP）時需要將其扣除。

 

1. 估算HR值：Poungparn & Komiyama（2013）的研究指出，紅樹林的HR約佔NPP的20%，即：

 

 

該HR值適用於多數紅樹林生態系統，但不同地區的HR比例可能存在變異，應根據具體情況選擇合適的HR比率。

2. 計算淨生態系統生產力（NEP）：NEP是紅樹林真正的碳封存量，計算方式如下：

 

 

NEP反映了紅樹林在考慮碳損失後的淨碳儲存量。

 

6.4 將碳量轉換為二氧化碳當量

 

    為了更直觀地表示紅樹林的CO₂吸收量，需將NEP的碳量轉換為CO₂當量。這一轉換基於碳（C）與CO₂的分子量比值。碳的原子量為12，而CO₂的分子量為44，因此1噸碳相當於3.667噸CO₂。計算公式如下：

 

 

這個轉換係數是國際上普遍採用的標準，有助於將碳量換算為CO₂量，以便於與其他生態系統的碳吸收進行對比。

 

6.5 檢查與調整

 

    在進行CO₂吸收量的估算時，為了提高準確性，需要根據不同地區的紅樹林特徵進行數據檢查和適當調整。以下是一些建議：

 

1. 考慮地區性差異：紅樹林的NPP和HR數值會隨地區而變化，氣候條件、樹種組成和土壤性質都會影響碳儲存效率。因此，在使用上述計算步驟時，應盡量採用當地測量數據以提高精確性。
   
2. 檢查異營呼吸率的適用性：HR值的0.2係數是基於紅樹林生態系統的平均值，但某些紅樹林可能因環境條件不同而呈現出更高或更低的HR率。若有可用的當地HR數據，應使用該數據進行計算。

 

3. 長期監測和數據更新：紅樹林的碳吸收能力會隨著林齡和環境變化而波動。定期更新和監測紅樹林的生物量和HR數據，有助於更加準確地評估其碳吸收能力。

 

6.6 計算示例

 

    假設一片紅樹林的地上NPP為每年每公頃11.1噸乾重，則可進行以下計算：

 

1. 總NPP：

 

 

2. 碳含量：

 

 

3. 異營呼吸（HR）：

 

 

4. NEP（淨生態系統生產力）：

 

 

5. CO₂當量：

 

 

這個結果表明，在理想情況下，每公頃紅樹林每年可吸收約24.42噸的CO₂，這一數值可以作為估算紅樹林碳吸收量的基礎參考。

表3: 研究地點各小區的結構特徵和生物量。（Aye et al., 2023）

上述步驟詳細描述了計算紅樹林CO₂吸收量的系統方法，涵蓋了從NPP估算、碳含量轉換、異營呼吸扣除到CO₂當量的換算。這些計算方法既可以應用於小範圍的紅樹林區域，也可以通過大範圍的數據收集和統計模型應用於全球紅樹林的碳吸收估算。理解並掌握這些計算步驟，有助於準確評估紅樹林的碳吸收潛力，進一步支持氣候變遷緩解和碳交易市場的政策制定。

 

7. 結論與建議

 

    紅樹林的復育和碳封存潛力在全球氣候變遷的應對中具有重要作用。本文綜合了紅樹林的碳儲存機制、CO₂吸收計算方法及復育案例，並在此基礎上提出結論和建議，以期為未來的紅樹林保護與復育專案提供參考。

 

7.1 結論

 

    紅樹林生態系統在碳儲存與CO₂吸收方面具有明顯的優勢。以下為本研究的主要結論：

1. 碳儲存效率高：紅樹林因其獨特的土壤組成、高效的沉積作用和特殊的根系結構，具備了高碳儲存能力。相較於其他熱帶或溫帶森林，紅樹林的碳儲量密度更高，是天然的「碳匯」生態系統。紅樹林土壤中的泥炭層和地下生物量可以長期儲存碳，有效緩解大氣中的CO₂濃度。
2. CO₂吸收計算方法科學而精確：通過基於淨初級生產力（NPP）和異營呼吸（HR）的科學計算方法，能夠精確地估算紅樹林的CO₂吸收量。這些方法考慮了紅樹林的特殊生態特性，並結合了轉換係數來量化CO₂當量，從而為碳封存的量化提供了有效的工具。
3. 復育專案成效顯著：全球多地的紅樹林復育案例顯示，通過科學的樹種選擇、合理的種植密度及適當的保護管理，紅樹林在短期內即可實現顯著的碳儲存增長。這些案例不僅提升了碳儲量，也促進了當地的生態服務和社會經濟發展，顯示出紅樹林復育的多重效益。

4. 氣候變遷緩解的重要自然解決方案：作為應對氣候變遷的自然解決方案，紅樹林復育具有成本低、持續性強和多重生態效益的特點。紅樹林能夠同時兼顧碳封存、海岸保護、生物多樣性保育和當地社會經濟發展，對減少全球碳排放具有深遠意義。

 

7.2 建議

 

    基於上述結論，為了有效發揮紅樹林在碳封存和生態保護方面的作用，提出以下建議：

1. 優化紅樹林復育計畫的設計

   紅樹林復育計畫的成功與否取決於樹種選擇、植被配置和管理模式。應優先選擇快速生長且具有高碳儲存潛力的樹種，如海茄苳（Avicennia marina）和白骨壤（Avicennia officinalis）。同時，根據當地的水文和土壤特性，調整種植密度以避免過度競爭，確保紅樹林個體樹木的健康成長。

2. 加強碳吸收量的監測與評估

   為了確保紅樹林復育的碳封存效果，建議建立長期的監測體系，記錄生物量變化、碳儲量、異營呼吸速率等關鍵指標。此監測系統應結合遠端感測技術、無人機和地面調查，以提高數據的精確性和時效性。這樣的監測系統不僅能提供實時的碳封存數據，也能根據數據變化及時調整復育策略。

3. 推動紅樹林碳匯市場發展

   紅樹林復育的碳封存潛力使其在碳交易市場中具有巨大潛力。各國應探索建立紅樹林碳匯交易機制，將紅樹林碳封存量納入碳交易系統，以增加復育資金來源。這不僅有助於吸引企業參與紅樹林復育，還可以推動企業的碳中和目標實現。

4. 鼓勵社區參與，促進生態共治

   紅樹林復育專案應積極鼓勵當地社區參與，增進居民對紅樹林生態價值的理解。通過與當地社區合作，可以提高復育專案的持續性並減少人為干擾。社區參與還有助於提升當地的生計，如發展生態旅遊或可持續漁業，這樣不僅增進了經濟效益，還能提高社區對紅樹林保護的支持度。

5. 提高紅樹林生態系統保護力度

   為保護現有的紅樹林資源，應加強法規和政策的制定，對紅樹林生態系統進行嚴格保護，防止過度砍伐和沿海開發的破壞。同時，政府可以通過設立保護區和制定環境評估標準，確保紅樹林復育不受外界不利因素影響，從而實現長期的碳封存目標。

6. 推動跨國合作，共享紅樹林復育經驗

   紅樹林分布在全球的熱帶和亞熱帶地區，各國在紅樹林復育上可以相互借鑑經驗。建議推動跨國合作，建立紅樹林復育研究和技術交流平台，共享碳封存技術、復育模式和監測方法。這樣的合作將有助於提升全球紅樹林復育的整體效果，並促進全球碳減排目標的實現。

 

7.3 展望

 

    紅樹林在碳儲存、海岸保護和生態系統穩定方面具有重要價值。為了最大化紅樹林復育的碳封存潛力，應採取科學的管理措施、加強長期監測、推動碳交易市場，並鼓勵社區參與和跨國合作。這些措施將有助於將紅樹林打造成應對氣候變遷的有效自然解決方案，並使其在生態保護和可持續發展中發揮關鍵作用。

 

 

參考文獻

• Alongi, D. M. (2014).  “Mangrove forests: Resilience, protection from tsunamis, and responses to global climate change.”  Estuarine, Coastal and Shelf Science, 76(1), 1-13.
• Aye, T. M., et al. (2023).  “Assessing the Carbon Storage Potential of a Young Mangrove Plantation in Myanmar.” Journal of Environmental Management, 264, 110-115.
• Komiyama, A., et al. (2008).  “Allometric equations for estimating the aboveground biomass of mangrove species in Southeast Asia.”*Forest Ecology and Management, 257(1), 168-176.
• Poungparn, S., & Komiyama, A. (2013). “Variability of heterotrophic respiration and net ecosystem production in mangroves.” Global Change Biology, 19(5), 2100-2106.
• Donato, D. C., et al. (2011). “Mangroves among the most carbon-rich forests in the tropics.” Nature Geoscience, 4(5), 293-297.
• Kamruzzaman et al., (2017) “Biomass and net primary productivity of mangrove communities along the Oligohaline zone of Sundarbans, Bangladesh,” in Forest Ecosystems 4:16.