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        吉林省森林資源碳匯效益研究

        2012-08-26 15:18:10葉雨靜于大炮代力民
        關(guān)鍵詞:研究

        王 玥 齊 麟 葉雨靜 于大炮 周 莉 代力民

        (1.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所森林與土壤生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧沈陽(yáng)110016;2.沈陽(yáng)建筑大學(xué)管理學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng)110168;3.中國(guó)太平洋財(cái)產(chǎn)保險(xiǎn)股份有限公司北京分公司,北京100052)

        全球20%-25%的溫室氣體排放產(chǎn)生于發(fā)展中國(guó)家的毀林和森林退化,因此《巴厘路線圖》中將減少發(fā)展中國(guó)家毀林和森林退化導(dǎo)致的碳排放,以及通過(guò)森林保護(hù)、森林可持續(xù)管理、森林面積變化而增加的碳匯,作為發(fā)展中國(guó)家減緩措施納入氣候談判進(jìn)程,要求發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)發(fā)展中國(guó)家在林業(yè)方面采取的上述減緩行動(dòng)給予政策和資金支持[1-2]。我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家,在管理森林活動(dòng)中所形成的凈碳匯應(yīng)體現(xiàn)其相應(yīng)價(jià)值,因此,合理估算我國(guó)區(qū)域森林資源碳匯潛力將為參與森林碳貿(mào)易提供數(shù)據(jù)支持,對(duì)實(shí)現(xiàn)森林資源的生態(tài)補(bǔ)償價(jià)值具有重要意義。

        評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯效益,最重要的是首先估計(jì)其生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、碳儲(chǔ)量及潛力。迄今,盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化和碳匯潛力進(jìn)行了大量廣泛的研究,如,利用森林資源清查數(shù)據(jù)和樣地?cái)?shù)據(jù),王效科等和劉國(guó)華等對(duì)我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳量、碳密度及其變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析[3-4];Fang 等[5]對(duì)我國(guó)1949-1998年間森林植物碳貯存量的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行計(jì)算。這些研究闡明了我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)在全球大氣碳平衡中的作用。但是這些方法在數(shù)據(jù)獲取上需要投入大量人力、物力,同時(shí)調(diào)查、實(shí)驗(yàn)方法難以模擬趨勢(shì)變化。隨著模型的開發(fā)應(yīng)用,國(guó)內(nèi)學(xué)者模擬和估算了省級(jí)及以下尺度上森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯量以及碳匯潛力動(dòng)態(tài)變化[6-8],其中F-CARBON 1.0和CO2FIX V2.0模型由于可以利用樣地清查數(shù)據(jù)及區(qū)域氣候因素等在該領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用[9-10]。

        吉林省是重要的木材生產(chǎn)基地,也是天然林保護(hù)工程實(shí)施區(qū)域。全省林業(yè)用地面積805.57萬(wàn)hm2,有林地面積為719.48萬(wàn) hm2,森林覆蓋率為43.4%,活立木總蓄積8.9億m3,有林地蓄積8.7億m3。1998年天保工程實(shí)施至今,政府每年為林業(yè)建設(shè)調(diào)撥大量資金,而僅靠政府的力量來(lái)維護(hù)生態(tài)環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,資金短缺成為目前林業(yè)建設(shè)的最大難題。天保工程大量調(diào)減木材產(chǎn)量,從“九五”、“十五”、“十一五”期間,吉林省年度采伐木材限額分別為714.67、779.81、328.47 萬(wàn) m3,林木及林副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)收入銳減嚴(yán)重影響森工企業(yè)、林場(chǎng)、林區(qū)各環(huán)節(jié)再生產(chǎn)[11]。因此,合理估算吉林省森林資源碳匯效益,積極推進(jìn)森林碳匯貿(mào)易,對(duì)于減弱森林保護(hù)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的不利影響具有重要意義。

        1 研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

        研究通過(guò)模擬兩種情景:情景一(采伐):假設(shè)原有用材林成熟后當(dāng)年采伐并栽種同一樹種,假定非用材林成熟后其碳循環(huán)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,并模擬森林生態(tài)系統(tǒng)中活立木、土壤、生物質(zhì)能及林產(chǎn)品等四個(gè)部分的碳貯存量動(dòng)態(tài)變化,用該情景模擬吉林省森林生態(tài)系統(tǒng)最大可達(dá)凈固碳量;情景二(非采伐):假設(shè)不進(jìn)行采伐,林分成熟后假定其碳循環(huán)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,并且模擬活立木及土壤固碳量?jī)刹糠謹(jǐn)?shù)據(jù),用該情景模擬吉林省森林生態(tài)系統(tǒng)最低凈固碳量。情景一與情景二總固碳量之差即為吉林省森林生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯。根據(jù)國(guó)內(nèi)外關(guān)于固碳效益的森林最優(yōu)輪伐期研究結(jié)果,結(jié)合吉林省森林采伐限額編制技術(shù)規(guī)定,本文模擬時(shí)間確定為200年[12-14]。兩種情景采用 CO2FIX V3.1 模型計(jì)算。

        1.1 CO2FIX V3.1 模型

        CO2FIX模型由荷蘭瓦格寧根大學(xué)開發(fā),是基于生態(tài)系統(tǒng)層級(jí)的碳平衡模型。該模型可用于模擬計(jì)算森林生態(tài)系統(tǒng)中活立木、土壤和木質(zhì)產(chǎn)品鏈的碳貯存量和碳通量,模擬時(shí)間以1a為單位,包括生物量模塊、土壤模塊、林產(chǎn)品模塊、生物質(zhì)能源模塊、經(jīng)濟(jì)模塊和碳核算模塊[9]。

        森林生態(tài)系統(tǒng)的凈固碳量由下式計(jì)算:

        式中,Cbt、Cst、Cpt分別表示在時(shí)間 t貯存于活立木、土壤有機(jī)物以及木質(zhì)產(chǎn)品中的碳量,單位均為MgC/hm2。生物質(zhì)能源模塊的計(jì)算結(jié)果不直接代表碳貯存,但將計(jì)算其替代礦物能源而避免的碳排放計(jì)入系統(tǒng)碳固存,可用下式表示:

        其中,A表示森林系統(tǒng)從大氣中吸收的碳量,即森林系統(tǒng)的碳匯量;Cbiot表示生物質(zhì)能源燃燒向大氣中排放的碳量。化石能源的燃燒使固存了上百萬(wàn)年的碳釋放到大氣中,相比較而言,如果植被不斷進(jìn)行生長(zhǎng)一砍伐的循環(huán),那么生物質(zhì)能源的燃燒只是使短期固定的碳釋放到大氣中,不會(huì)額外增加大氣中的碳含量,因此Cbiot也可理解為由于生物質(zhì)能源的使用向大氣中減少排放的碳量[10]。

        1.2 數(shù)據(jù)及模型參數(shù)

        全國(guó)森林資源第六次清查統(tǒng)計(jì),吉林省用材林林分中各優(yōu)勢(shì)樹種幼齡林、中齡林及近熟林合計(jì)面積為9.40×106hm2。該模型輸入枝、葉、根相對(duì)樹干的生長(zhǎng)比例,干的年凈生產(chǎn)力用連年生長(zhǎng)量(CAI)表示[15-16]。為簡(jiǎn)化計(jì)算,不考慮由于種間競(jìng)爭(zhēng)及采伐造成的活立木死亡率等。受現(xiàn)有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的限制,用水曲柳和色木槭代替硬闊數(shù)據(jù)和雜木類,其單位面積蓄積連年生長(zhǎng)量均以1 000株/hm2計(jì)算[9,17],由于國(guó)內(nèi)對(duì)枝、葉、根(整體根系)等的周轉(zhuǎn)率研究資料有限,本研究參考以往CO2FIX模型的應(yīng)用研究及相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)(見表1)。木材密度計(jì)算參考相關(guān)文獻(xiàn)[18]。各樹種的碳含量統(tǒng)一采用IPCC推薦值0.5(MgC/Mg DM)。本文定義輪伐期為樹種從幼苗到進(jìn)入過(guò)熟齡階段所需要的時(shí)間[19]。

        1.3 森林碳匯經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)參數(shù)

        由于森林碳匯是屬于全新貿(mào)易模式的新產(chǎn)品,其價(jià)格確定目前還缺乏相關(guān)的歷史資料和國(guó)外經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。根據(jù)評(píng)價(jià)目的不同,可以采用影子價(jià)格、工業(yè)技術(shù)進(jìn)行CO2減排成本、國(guó)際碳貿(mào)易交易價(jià)格或者根據(jù)CDM項(xiàng)目推算森林碳匯價(jià)格。一般在考慮森林碳匯對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和氣候變化的貢獻(xiàn)時(shí),多采用影子價(jià)格;如果以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)或以開展森林碳貿(mào)易為目的,宜采用工業(yè)減排二氧化碳成本、國(guó)際碳貿(mào)易價(jià)格或標(biāo)準(zhǔn)林業(yè)CDM碳匯價(jià)格[40],本研究選擇國(guó)際碳貿(mào)易價(jià)格方法確定交易價(jià)格。芝加哥氣候交易所(CCX)價(jià)格(從2003年12月-2010年6月期間,最高 7.4$/t CO2,最低 0.1$/t CO2),歐洲氣候交易所(ECX)價(jià)格(從2006年1月-2010年6月期間,最高2 9.80/t CO2,最低 0.01/t CO2)。由于近期碳交易價(jià)格偏低且沒(méi)有正確反映資源價(jià)格,同時(shí)考慮到歐盟市場(chǎng)價(jià)格變化較大,本文選取芝加哥交易所歷史數(shù)據(jù)的平均值2.22$/t CO2作為碳匯交易價(jià)格。

        表1 模型生物量模塊使用參數(shù)

        2 結(jié)果分析

        2.1 吉林省森林資源碳匯潛力模擬期限內(nèi)動(dòng)態(tài)

        在模擬期限200年內(nèi),情景一和情景二內(nèi)各碳庫(kù)變化趨勢(shì)隨模擬時(shí)間推移而變化(見圖1)。情景一條件下,隨著時(shí)間的推移,原有森林近熟林首先達(dá)到輪伐期,采伐會(huì)帶來(lái)生物量碳庫(kù)數(shù)量的減小,林產(chǎn)品碳庫(kù)數(shù)量的增加。由于本文考慮的原有森林輪伐期由優(yōu)勢(shì)樹種決定,所以近熟林達(dá)到采伐的時(shí)間各不一樣,其生物量和林產(chǎn)品碳庫(kù)變化曲線隨時(shí)間呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì),且隨著時(shí)間的推移,原森林中齡林、幼齡林至其輪伐期后,生物量和林產(chǎn)品碳庫(kù)亦表現(xiàn)出因采伐導(dǎo)致的相應(yīng)變化。由于CO2FIX模型考慮了生物質(zhì)能源的使用將會(huì)減少因化石燃料使用而造成的碳排放,因此生物能源的使用對(duì)化石燃料使用的替代效果為該碳庫(kù)增加的碳儲(chǔ)量,該碳庫(kù)曲線隨著林產(chǎn)品碳庫(kù)的部分轉(zhuǎn)入而逐漸增大。模型模擬的總固碳量即為生物量、土壤、林產(chǎn)品、生物量能源碳庫(kù)數(shù)量之和的變化。情景二中,由于不進(jìn)行采伐干擾,原有森林中各齡林隨著時(shí)間的推移到達(dá)最大碳儲(chǔ)量后,生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡而將不再固碳(本文沒(méi)有考慮死亡等因素),因此生物量碳庫(kù)曲線在150年左右達(dá)到最大值后保持不變,土壤碳庫(kù)變化亦不明顯。由于土壤碳庫(kù)作用較小,因此情景二下生物量碳庫(kù)數(shù)量和總固碳量較為接近。由于沒(méi)有考慮采伐,所以情景二內(nèi)沒(méi)有林產(chǎn)品和生物量碳庫(kù)曲線變化。

        在200年模擬期內(nèi),比較情景一、二總固碳量動(dòng)態(tài)(圖2)。由于情景二不考慮采伐干擾的影響,林木保持生長(zhǎng),其碳儲(chǔ)量變化曲線呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。隨著到林木生長(zhǎng)達(dá)到成、過(guò)熟階段,生長(zhǎng)率減緩直至為零。到近200年保持固碳量不變,碳匯量達(dá)到最大值。而情景一考慮到采伐干擾的影響,在模擬期內(nèi),總固碳量曲線變化趨勢(shì)隨模擬時(shí)間變化呈現(xiàn)一定的變化。模擬前期(第5-41年),情景一條件下的總固碳量曲線略高于情景二,主要由于優(yōu)勢(shì)樹種中楊樹的短輪伐期和生長(zhǎng)量較快;模擬時(shí)間第42-184年,情景一條件下的總固碳量曲線低于情景二,且隨著時(shí)間的推移,兩曲線之間的差距逐漸縮小。第186年后,情景一條件下的總固碳量高于情景二,情景一總固碳量曲線保持持續(xù)上升趨勢(shì),而情景二總固碳量曲線保持不變。

        2.2 吉林省森林資源碳匯潛力分析

        在200年模擬期限內(nèi),采伐情景下的總固碳量大于非采伐情景,并通過(guò)生物能源的使用減少化石燃料碳排放759.19TgC至大氣中(見表2)?;盍⒛镜奶假A存量在兩種情景中均占據(jù)較大比重,由于林木定時(shí)主伐,情景一中活立木碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)較為規(guī)律的波動(dòng),而情景二中則表現(xiàn)為達(dá)到最大碳儲(chǔ)量后保持不變的趨勢(shì)。兩情景活立木碳貯存量分別占系統(tǒng)凈固碳量的32.47%和99.10%。兩種情景中土壤碳貯存量的變化均較穩(wěn)定,200年模擬期內(nèi),土壤碳貯存量分別占凈固碳量的2.18%和0.90%。情景一中林產(chǎn)品的碳貯存量隨活立木的定期采伐呈現(xiàn)相應(yīng)的增長(zhǎng),200年模擬期內(nèi)可達(dá)到185.87TgC,占系統(tǒng)凈固碳量的12.85%。在200年模擬期內(nèi),情景一(采伐)比情景二(非采伐)多累計(jì)碳貯存量142.34TgC。

        圖1 模擬200年內(nèi)吉林省原有森林各碳庫(kù)動(dòng)態(tài)

        圖2 情景一、二下總固碳量模擬期200年內(nèi)動(dòng)態(tài)

        根據(jù)芝加哥氣候交易所和歐洲氣候交易所歷史平均價(jià)格數(shù)據(jù)和吉林省森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯潛力,可估算在模擬期200年內(nèi),碳匯貿(mào)易收入為1.16×109$,即吉林省森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯潛力收入為5.79×106$/a。

        3 結(jié)論與討論

        情景一假設(shè)各樹種成熟后當(dāng)年完成主伐并立即栽種同一樹種,而實(shí)際生產(chǎn)中成熟林木的采伐、種植均需要一定時(shí)間,故利用CO2FIX模擬的結(jié)果為森林生態(tài)系統(tǒng)理論碳匯潛力的最大上限;情景二假設(shè)各優(yōu)勢(shì)樹種成熟后不主伐,即森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入碳循環(huán)平衡狀態(tài)。利用CO2FIX模擬的結(jié)果為森林生態(tài)系統(tǒng)理論碳匯潛力的最小碳匯潛力。基于此上述兩種假設(shè)情景,估算吉林省森林生態(tài)系統(tǒng)200年內(nèi)凈固定大氣碳量為142.34TgC。

        表2 吉林省原有森林碳匯潛力

        由于本文中模型所涉及的各樹種各年齡段單位面積蓄積連年生長(zhǎng)量(CAI),生物量模塊中各優(yōu)勢(shì)樹種枝、葉、根等的參數(shù)(如周轉(zhuǎn)率等)均采用已知文獻(xiàn)數(shù)據(jù),一定程度上影響計(jì)算結(jié)果。同時(shí),林木生長(zhǎng)受立地條件因素影響,但在模型中忽略空間異質(zhì)性。雖然模型計(jì)算結(jié)果的精度直接受到上述因素的影響,但是在大尺度上估算區(qū)域碳匯潛力,利用CO2FIX模型仍不失為一種相對(duì)便捷、經(jīng)濟(jì)的方法。

        受國(guó)際政策影響,2008年以來(lái)芝加哥氣候交易所和歐洲氣候交易所溫室氣體減排交易價(jià)格持續(xù)降低。相對(duì)于林業(yè)CDM項(xiàng)目,如內(nèi)蒙古敖漢旗防治沙漠化造林項(xiàng)目,意大利獲得的減排額度價(jià)格8.00$/t CO2[17],本文選用的$2.22/t CO2明顯偏小。從世界CO2減排的大趨勢(shì)和碳貿(mào)易發(fā)展需求來(lái)看,森林碳匯價(jià)格存在較大的上升空間,本研究估算的吉林省森林碳匯貿(mào)易收入5.79×106$/a偏低。

        (編輯:劉照勝)

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