坡度对印度奥里萨邦雷亚加达地区树木生物量、碳封存及生态功能的影响

《Frontiers in Agronomy》：Impact of slope gradient on tree biomass, carbon sequestration, and ecological functions in Rayagada District, Odisha, India

碳汇潜力坡位特异性生态恢复生计保障多用途树种土壤有机碳气候适应

　　在印度东部海岸沿线，奥里萨邦的东部丘陵地区是一片生态脆弱的地带，面临着土地退化、土壤侵蚀和生计不稳定等多重挑战。这些地区由于长期受到不合理的资源开发、采矿活动和气候变化的影响，生态系统遭受严重破坏。然而，随着全球对可持续发展的重视，特别是在应对气候变化和实现碳中和目标的背景下，通过生态恢复与生计保障相结合的模式，为这些地区提供了新的发展路径。本研究聚焦于奥里萨邦雷亚加达县的三个生态村庄，探讨了在不同坡度条件下种植12种多功能树种对碳固存、土壤肥力和农民收入的影响，采用了一种1英亩家庭农场模型进行实验，评估了树木种植对生态系统的修复潜力和其在实现气候智能发展中的作用。

### 一、研究背景与意义

东部丘陵地区不仅是印度重要的生物多样性热点之一，还承担着调节水循环、提供森林产品等关键的生态系统服务功能。然而，由于其特殊的地形特征，该地区面临着严峻的生态挑战。该区域的年平均降水量在1200至1500毫米之间，但降水的时空分布不均，导致农业活动受到严重影响。同时，由于该地区富含石灰石、铝土矿和铁矿等矿产资源，过度开采和不合理的土地利用方式进一步加剧了土地退化和土壤侵蚀。此外，东部丘陵地区的地形起伏较大，使得植被生长和生态服务的产出呈现出显著的差异性。

为了应对这些问题，研究者们提出了一种结合生态恢复与生计保障的生态村庄模式。这种模式通过在农业用地中引入多功能树种，不仅有助于改善土壤质量、提高水资源利用效率，还能够增强农业生产的稳定性，为当地农民提供额外的经济收益。特别是，在土地退化和气候变暖的背景下，发展以树木为核心的农林复合系统，成为实现碳固存和生态修复的重要手段。本研究正是在这一背景下展开，旨在评估不同坡度条件下多功能树种的生长性能、碳固存潜力以及对农民收入的影响，为未来的生态修复和气候适应性农业发展提供科学依据。

### 二、研究方法与实验设计

本研究在奥里萨邦雷亚加达县的三个村庄——马利加昂（Maligaon）、杜鲁卡尔（Durukhal）和达纳巴德（Dandabad）——开展。这些村庄代表了不同的地形和环境条件，从而能够有效分析坡度对树木生长、生物量积累和碳固存的影响。研究采用了一种1英亩家庭农场模型，即在每块1英亩的农田中种植12种多功能树种，并结合农作物种植，形成一种多功能的农林复合系统。

在实验设计中，研究人员将每个1英亩的农场划分为三个坡度位置：上坡、中坡和下坡。这些坡度位置分别代表了不同的微气候和土壤条件，上坡通常具有较高的坡度，土壤水分较少，而下坡则具有较高的土壤水分保持能力和有机质积累。每个坡度位置种植的树种数量保持一致，以确保实验结果的可比性。在种植过程中，研究团队对每种树种进行了统一的管理，包括定期施肥、灌溉和病虫害防治，以减少不同农户管理方式对实验结果的干扰。

为了评估树木的生长性能和生物量，研究人员在种植9年后对树高、胸径、存活率和冠幅进行了测量。生物量的估算采用了非破坏性采样方法，通过胸径数据计算出地上生物量，并结合地下生物量与地上生物量的比例（根系与地上部分的比值为0.26）来估算总的生物量。随后，利用生物量数据计算碳储量，其中碳储量的估算基于生物量与碳含量的比例（0.47），并进一步转化为二氧化碳（CO?）排放量，以评估树木对碳循环的贡献。此外，研究还计算了氧气释放量，作为碳固存的间接指标，并结合碳信用定价模型，评估了树木种植的经济价值。

### 三、研究结果与分析

研究结果显示，不同坡度位置对树木的生长性能和碳固存潜力具有显著影响。在下坡位置，树木的密度最高（82株），平均树高和冠幅分别为4.27米和4.5米，碳固存量也最高（73.1 Mg CO?）。这表明，下坡位置的土壤水分保持能力和有机质积累为树木提供了更优越的生长条件，从而提高了其生物量和碳固存能力。相比之下，上坡位置的树木生长较为缓慢，平均树高仅为3.74米，冠幅也较小，碳固存量较低（7.4 Mg CO?）。这种差异可能与上坡位置较高的水土流失率、较浅的土壤层以及较差的土壤水分保持能力有关。

在12种树种中，*Acacia occidentale*（西印度金合欢）和*Mangifera indica*（芒果）表现出最高的碳储量（分别为7.27 Mg和6.97 Mg）和碳固存潜力（分别为26.70 Mg CO?和25.59 Mg CO?），这使得它们成为碳固存潜力最大的树种。此外，*Simarouba glauca*（蓝油木）和*Cassia siamea*（印度槐）则表现出较高的生物量（分别为631.6 kg和627.1 kg），这表明它们在提高土壤肥力和减少侵蚀方面具有显著优势。这些结果进一步支持了选择高生物量树种进行种植的策略，以提高碳固存能力和生态恢复效果。

研究还发现，不同坡度位置对树种的碳固存贡献存在显著差异。例如，在下坡位置，*Cassia siamea*的碳储量增加了两倍，从中坡的1.47 Mg提升到底坡的2.95 Mg，碳固存量也从5.40 Mg增加到10.83 Mg CO?。这表明，树种的生长和碳固存能力与其所处的微环境密切相关，尤其是土壤水分、养分供应和光照条件。因此，在制定农林复合系统时，应充分考虑不同坡度位置的生态条件，选择适合当地环境的树种，以实现最佳的生态和经济效益。

此外，研究还发现，不同村庄之间的碳固存和氧气释放量表现出一定的相似性。例如，三个村庄的总碳储量分别为42.02 Mg、42.1 Mg和41.99 Mg，氧气释放量分别为112.5 Mg、112.4 Mg和112.4 Mg，这表明在相似的土壤和气候条件下，生态村庄模型具有较高的稳定性和可复制性。然而，某些村庄的特定坡度位置表现出了更高的碳储量和氧气释放量，例如马利加昂村的下坡位置碳储量为19.9 Mg，而杜鲁卡尔村的下坡位置则显示出更高的碳固存潜力。这可能与不同村庄的土壤管理方式、植被结构以及外部环境条件有关。

### 四、经济价值与政策建议

在经济层面，本研究还评估了不同树种和坡度位置对农民收入的影响。结果显示，种植*Acacia occidentale*和*Mangifera indica*的农民平均年收入为11万至113万印度卢比，表明这些树种不仅具有较高的碳固存潜力，还能够为农民带来可观的经济回报。此外，研究还计算了不同坡度位置的碳信用价值，其中下坡位置的碳信用值最高，达到256,437印度卢比/英亩，这表明在下坡位置进行树木种植具有更高的经济吸引力。

为了进一步提升农林复合系统的效益，研究团队建议采取“坡度适应性种植”策略。例如，对于上坡位置，由于其土壤条件较差，应优先选择具有较强适应性和抗逆性的树种，如*Azadirachta indica*（印度楝树）和*Bixa orellana*（Jafra），以增强土壤稳定性并减少水土流失。而对于中坡和下坡位置，由于其土壤水分保持能力和养分供应较为优越，可选择生长较快、生物量较高的树种，如*Cassia siamea*和*Anacardium occidentale*（现金果），以最大化碳固存和经济收益。

同时，研究也指出，尽管农林复合系统在提高农民收入方面具有积极作用，但其经济价值仍然受到市场波动和碳信用认证成本的影响。例如，碳信用的市场价值在2024年为20美元/吨CO?，但实际收益可能因认证成本、市场供需关系以及项目可持续性而有所变化。因此，未来需要加强对碳信用市场的研究，并制定相应的政策激励措施，以降低认证成本、提高市场接受度，并确保农民能够从碳固存活动中获得稳定的经济回报。

### 五、生态与社会影响

在生态层面，本研究的发现对东部丘陵地区的土地恢复和碳固存具有重要意义。树木的种植不仅有助于提高土壤有机碳含量，减少土壤压实度，还能够改善土壤结构，增强其持水能力和养分供应能力。此外，树木的根系有助于防止土壤侵蚀，促进土壤养分的循环利用，从而提高农业生产的稳定性。例如，在下坡位置种植*Simarouba glauca*和*Cassia siamea*等树种，不仅能够提高碳固存量，还能增强土壤的肥力和稳定性，为农业可持续发展提供基础。

在社会层面，研究团队发现，农林复合系统的实施显著提高了农民的生计稳定性。通过种植多功能树种，农民不仅能够获得稳定的农产品收成，还能通过碳信用交易获得额外的经济收益。例如，在杜鲁卡尔村，农民的平均年收入为113万印度卢比，这表明农林复合系统能够有效缓解由于土地退化和气候变化带来的生计风险。此外，研究还发现，不同树种对农民收入的影响存在差异，其中*Acacia occidentale*和*Mangifera indica*的经济价值较高，而*Carpica papaya*和*Moringa oleifera*的经济贡献相对较低。这表明，在选择树种时，应综合考虑其生态效益和经济价值，以实现可持续发展。

### 六、研究局限与未来展望

尽管本研究取得了一定的成果，但仍存在一些局限性。首先，研究的时间跨度较短，仅持续了9年，因此可能无法全面反映树木的长期生长趋势和碳固存潜力。此外，研究中未包括枯枝落叶和死木的碳储量，这可能导致对总生态系统碳储量的低估。其次，研究仅在三个村庄进行，因此其结果可能无法直接推广到整个东部丘陵地区，需要进一步扩大样本范围，以验证研究的普遍性。

未来的研究应更加关注长期监测和综合评估，包括对树木生物量、碳固存潜力以及土壤健康状况的持续跟踪。此外，还应结合社会经济因素，评估农林复合系统对农民生计和社区发展的长期影响。政策层面，应推动生态村庄模式的规模化应用，并通过提供碳信用激励措施，鼓励更多农民参与树木种植活动。同时，还需要加强与国际碳市场和政策框架的对接，以提高碳信用交易的可行性和经济吸引力。

### 七、结论

综上所述，本研究通过对奥里萨邦东部丘陵地区不同坡度位置的多功能树种种植进行系统评估，揭示了坡度对树木生长、碳固存和农民收入的显著影响。研究发现，下坡位置的树木生长最佳，碳固存潜力最高，而上坡位置则需要选择更具适应性的树种以提高生态效益。此外，*Acacia occidentale*和*Mangifera indica*在碳固存和经济收益方面表现突出，是未来推广种植的重点对象。

本研究的结果为东部丘陵地区的生态恢复和气候适应性农业发展提供了科学依据。通过合理规划树种种植策略，结合不同坡度位置的生态条件，可以有效提高土地的生产力和碳固存能力，同时增强农民的生计稳定性。这不仅有助于实现国家和地区的碳中和目标，还能为生态脆弱地区的可持续发展提供可行路径。未来，应进一步加强研究和政策支持，推动农林复合系统的广泛应用，以实现生态、经济和社会效益的多重目标。