溫貝貝

(天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津 300072)

近年來，碳交易理念風(fēng)靡世界，它從市場經(jīng)濟(jì)角度為全球?qū)崿F(xiàn)碳減排提供了一個(gè)有效的解決路徑［1］。在碳交易體系中，碳匯交易是重要組成部分，它通過市場的手段來實(shí)現(xiàn)森林生態(tài)價(jià)值的有效補(bǔ)償［2］。碳匯交易的基礎(chǔ)在于建立具有碳匯功能的碳匯林，因此碳匯交易制度的設(shè)立為林業(yè)資源型城市帶來一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)——建立碳匯林［3］。這對(duì)面臨經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境等多重困境的林業(yè)資源型城市無疑提供了一個(gè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的有效途徑。

目前，研究學(xué)者已經(jīng)對(duì)建立碳匯林的可行性做了大量的理論和實(shí)踐研究，證實(shí)在林業(yè)資源型城市建立碳匯林是合理、有效的，并且具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益［4］。另外，眾多學(xué)者也研究了碳匯林經(jīng)濟(jì)效益的具體計(jì)算思路與計(jì)算方法:王東至等［5］從光合作用方程式的角度出發(fā)，結(jié)合生物量法，量化了大青山喬木林的碳匯經(jīng)濟(jì)效益數(shù)值;程兆偉等［6］將舒蘭市森林碳匯的生態(tài)效益量化為經(jīng)濟(jì)價(jià)值，解決了舒蘭市森林碳匯效益和生態(tài)效益的貨幣價(jià)值量化問題。但是，對(duì)碳匯林的投資政策、投資年限和種植規(guī)模等問題的研究報(bào)道還不多見。本文從林業(yè)資源型城市的整體出發(fā)，研究政府對(duì)碳匯林的投資比例和碳價(jià)是如何影響城市整體經(jīng)濟(jì)效益的，并通過分析確定出碳匯林的最優(yōu)投資比例以及政府應(yīng)在多少年后結(jié)束對(duì)碳匯林的建林投資。

1 經(jīng)濟(jì)效益循環(huán)系統(tǒng)

首先，政府對(duì)碳匯林進(jìn)行一定比例的投資，從而形成一定規(guī)模的碳匯林。其次，一方面碳匯林可以通過產(chǎn)生碳匯、凈化空氣、固定土壤、防止水土流失來產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，增加城市整體經(jīng)濟(jì)效益;另一方面由于碳匯林吸收政府投資和占用有林地面積，從而剝奪了其他產(chǎn)業(yè)的資源，降低了其他產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益(比如第一產(chǎn)業(yè)用林地的減少會(huì)直接減少木材的采伐量，這不僅會(huì)減少木材銷售收入，還會(huì)降低滿足居民需求的程度和完成國家開采上繳任務(wù)的程度，這些都會(huì)在某種程度上影響城市的發(fā)展，造成經(jīng)濟(jì)效益損失，對(duì)于第二、三產(chǎn)業(yè)也是如此)，進(jìn)而減少城市整體的經(jīng)濟(jì)效益。最終，以上對(duì)整體經(jīng)濟(jì)效益的影響會(huì)改變經(jīng)濟(jì)效益總量，從而又會(huì)影響政府對(duì)碳匯林的投資。這是一個(gè)循環(huán)的相互聯(lián)系又相互制約的系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 引入碳匯林的經(jīng)濟(jì)效益因果循環(huán)鏈

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的概念和理論最初由Forrester提出［7］，被廣泛用于政策的模擬與評(píng)價(jià)［8］、可持續(xù)發(fā)展［9］、決策系統(tǒng)［10－11］和系統(tǒng)預(yù)測［12］等研究領(lǐng)域中，它能在模擬系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)發(fā)展變化過程中尋找最優(yōu)的發(fā)展路徑［13］，其模型著重于分析系統(tǒng)的循環(huán)發(fā)展，因此非常適合于分析林業(yè)資源型城市的經(jīng)濟(jì)效益循環(huán)系統(tǒng)。本文采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法進(jìn)行建模，將林區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益循環(huán)分為4個(gè)子系統(tǒng)，即碳匯林投資子系統(tǒng)、碳匯林與其他產(chǎn)業(yè)制約子系統(tǒng)、碳匯林經(jīng)濟(jì)效益子系統(tǒng)和總經(jīng)濟(jì)效益子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)系如圖2所示。由于碳匯林其他效益的經(jīng)濟(jì)價(jià)值很小，可以忽略，因此在本模型中只考慮碳匯林的碳匯效益、降低環(huán)境污染效益、固定土壤效益，并將它們量化為經(jīng)濟(jì)數(shù)值。本模型只考慮與林業(yè)有關(guān)的因素，對(duì)林業(yè)資源型城市來說，其他因素影響較小，本文不做深入探討。

2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模

2.1 碳匯林投資子系統(tǒng)

碳匯林投資子系統(tǒng)如圖2左側(cè)所示。在碳匯林投資子系統(tǒng)中，政府對(duì)林業(yè)的投資有一部分會(huì)流入到碳匯林中，從而引起碳匯林面積的變化。各個(gè)變量之間的關(guān)系用下式表示:

政府投資=總經(jīng)濟(jì)效益×政府投資比例

政府投資比例=初始投資比例×(1+投資比例增長率)(Time－2012)

Time是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中的時(shí)間函數(shù)，屬于隱藏變量，不需要輸入方程。

碳匯林投資=INTEG(碳匯林投資變化量，碳匯林投資初始值)

INTEG(d，e)是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中表示累計(jì)變化的函數(shù)，其中:d表示變量的變化量;e表示變量的初始值。上式表示碳匯林投資是歷年投資變化量的總和。

碳匯林面積變化量=delay1(碳匯林投資變化量×實(shí)際單位投資效率，碳匯林成長時(shí)間)

delay1(f，g)是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中的延遲函數(shù)，其中:f表示被延遲的變量;g表示延遲值。上式表示碳匯林在投資種植后，需要一定的生長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)模型所需要的面積變化。

實(shí)際單位投資效率=初始投資效率/(1+通貨膨脹率)(Time－2012)

碳匯林面積=INTEG(碳匯林面積變化量，碳匯林面積初始值)

圖2 每個(gè)子系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)系

2.2 碳匯林與其他產(chǎn)業(yè)制約子系統(tǒng)

碳匯林與其他產(chǎn)業(yè)制約子系統(tǒng)位于圖2的中部。在該子系統(tǒng)中，由于政府對(duì)林業(yè)的投資和有林地面積的增長是有限的，因此碳匯林對(duì)資源的占用必然會(huì)引起其他產(chǎn)業(yè)所占投資和林業(yè)資源面積的減少，進(jìn)而會(huì)造成其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的降低。具體變量之間的關(guān)系為:

有林地面積增加量=有林地面積初始量×有林地面積增長率

其他產(chǎn)業(yè)面積變化量=碳匯林面積變化量－有林地面積增加量

其他產(chǎn)業(yè)面積累計(jì)變化量=INTEG(其他產(chǎn)業(yè)面積變化量，其他產(chǎn)業(yè)面積累計(jì)變化量初始值)

其他產(chǎn)業(yè)面積減少比例=(其他產(chǎn)業(yè)應(yīng)有面積－(其他產(chǎn)業(yè)初始面積－其他產(chǎn)業(yè)面積累計(jì)變化量))/其他產(chǎn)業(yè)應(yīng)有面積

其他產(chǎn)業(yè)應(yīng)有面積=其他產(chǎn)業(yè)初始面積×(1+其他產(chǎn)業(yè)面積需求增長率)(Time－2012)

其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益損失比=其他產(chǎn)業(yè)面積減少比例影響因子表(其他產(chǎn)業(yè)面積減少比例)+其他產(chǎn)業(yè)投資減少比例影響因子表(碳匯林投資比例)(注:碳匯林的投資比例即其他產(chǎn)業(yè)減少的投資比例)

y變量=x因子表(x變量)是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中的表函數(shù)，它用于建立x變量和y變量之間的非線性關(guān)系，其中x因子表表示x變量對(duì)y變量的影響。表函數(shù)中的數(shù)值可以由歷史數(shù)據(jù)計(jì)算和分析得出，也可以由德爾菲法等方法得到。

其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益損失=其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益×其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益損失比

其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益=INTEG(其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長量，其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益初始值)

其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長量=其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益×其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長率

2.3 碳匯林經(jīng)濟(jì)效益子系統(tǒng)

碳匯林經(jīng)濟(jì)效益子系統(tǒng)如圖2的右上角所示。該子系統(tǒng)反映了建立碳匯林所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益(本文所考慮的碳匯林經(jīng)濟(jì)效益僅限于碳匯林明顯區(qū)別于其他產(chǎn)業(yè)的部分)，主要包括碳匯價(jià)值、降低污染價(jià)值以及固土經(jīng)濟(jì)效益。各個(gè)變量之間的相互關(guān)系如下:

碳匯林生物量增加量=碳匯林面積變化量×單位面積生物量

碳匯量增加量=碳匯林生物量增加量×固碳系數(shù)

碳匯價(jià)值增加量=碳匯量增加量×碳匯價(jià)格

可減少環(huán)境污染=碳匯林面積變化量×實(shí)際吸收率

考慮到實(shí)際吸收率會(huì)受到季節(jié)變化的影響，因此可用以下公式計(jì)算實(shí)際吸收率:

實(shí)際吸收率=較高的吸收效率×選擇參數(shù)+較低的吸收效率×(1－選擇參數(shù))

較高的吸收率是指在樹葉比較茂盛時(shí)的吸收率，選擇參數(shù)則表示樹葉茂盛時(shí)期在一年當(dāng)中所占比例。

可減少環(huán)境投資=可減少環(huán)境污染×環(huán)境污染治理成本

固土量變化量=碳匯林面積變化量×R×E式中:R表示進(jìn)入河道或者水庫的泥沙占總泥沙流失量的比值;E表示每年有林地比無林地減少的侵蝕量。

可減少疏通投資=固土量變化量×C式中C表示挖去每噸泥沙的成本。

碳匯林經(jīng)濟(jì)效益增加量=可減少環(huán)境投資+碳匯價(jià)值增加量+可減少疏通投資

碳匯林經(jīng)濟(jì)效益=INTEG(碳匯林經(jīng)濟(jì)效益增加量，碳匯林經(jīng)濟(jì)效益初始值)

2.4 總經(jīng)濟(jì)效益子系統(tǒng)

總經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)位于圖2的底部，該系統(tǒng)主要描述了碳匯林產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益增加量和其他產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益損失對(duì)總經(jīng)濟(jì)效益的增減影響，具體如下:

總經(jīng)濟(jì)效益變化量=碳匯林經(jīng)濟(jì)效益增加量－其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益損失

總經(jīng)濟(jì)效益=INTEG(總經(jīng)濟(jì)效益變化量，總經(jīng)濟(jì)效益初始值)

3 模型模擬及結(jié)果分析

3.1 參數(shù)設(shè)定

模型中運(yùn)用到的大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是基于某林業(yè)資源型城市的真實(shí)數(shù)據(jù)，且來源于該城市歷年的統(tǒng)計(jì)年鑒。該城市較為適宜種植的林種為針葉林。以2012年為基準(zhǔn)年。2012年該城市的有林地面積為3 299 832 hm2，每年的增長率為0.047%。其他產(chǎn)業(yè)占用有林地面積為2 999 832 hm2，年需求增長率為0.047%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，成熟針葉林對(duì)二氧化硫(二氧化硫?yàn)橹饕諝馕廴疚?的實(shí)際吸收率為0.215 6 t/hm2(根據(jù)地理位置，模型中選擇參數(shù)取0.4得到)，每排放1 t二氧化硫造成的經(jīng)濟(jì)損失為2萬元。該城市總體經(jīng)濟(jì)效益的初始值為1 749 183萬元，其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的初始值為1 418 580萬元，增長率為0.25%。政府對(duì)林業(yè)的初始投資比例為38.43%，增長率為0.243%。初始的投資效率為0.1 hm2/萬元，通貨膨脹率選擇2002年全國的3.25%。另外，模型中的R取0.5，C取0.0002 萬元/t，E取36.85 t/hm2。

由于碳匯林是新項(xiàng)目，風(fēng)險(xiǎn)和收益都有很大的不確定性，因此初始建林規(guī)模不宜過大，設(shè)為300 000 hm2。森林的固碳量采用生物量法計(jì)算，根據(jù)光合作用方程式，固碳系數(shù)為1.63。碳價(jià)選取2012年Bluenext交易所EUA現(xiàn)貨平均價(jià)格，折算成以人民幣計(jì)量為51.16元/t。

模型中重要的表函數(shù)，即其他產(chǎn)業(yè)面積減少比例影響因子表是在綜合考慮該城市整體情況下，將其他產(chǎn)業(yè)分為第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)分別分析并乘以相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)比例得到，其值為:［(0，0)—(1，20)］(0，0)，(0.05，0.05)，(0.1，0.11)，(0.15，0.18)，(0.2，0.3)，(0.3，0.6)，(0.4，2)，(0.5，3)，(1，20)，其中:［ ］中的()內(nèi)的值分別是自變量和因變量的最小值和最大值;后面的9個(gè)()內(nèi)的值則分別是自變量和因變量的其他對(duì)應(yīng)點(diǎn)。若自變量的值不在給定點(diǎn)中，則模型自動(dòng)用線性插值法求出因變量的值。

模型中另外一個(gè)表函數(shù)即其他產(chǎn)業(yè)投資減少比例影響因子表的取值方法與其他產(chǎn)業(yè)面積減少比例影響因子表相同，其值為:［(0，0)—(1，6)］(0，0)，(0.05，0.03)，(0.1，0.06)，(0.15，0.12)，(0.2，0.18)，(0.3，0.4)，(0.4，0.8)，(0.5，1.5)，(1，6)。

此外，本文的研究模型是在其他的國家和政府政策基本維持不變的情況下模擬的，并且通過了真實(shí)性檢驗(yàn)。

3.2 結(jié)果分析

1)當(dāng)前情況下模擬結(jié)果

結(jié)合圖3分析，在當(dāng)前政策條件下，即政府的碳匯林投資比例為10%，碳價(jià)維持在51.16元/t時(shí)，總經(jīng)濟(jì)效益先快速增長，并在2044年達(dá)到最大值，隨后迅速減少，這說明在2044年總經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)達(dá)到最優(yōu)，故政府不需要再繼續(xù)追加建立碳匯林的投資，只需進(jìn)行正常維護(hù)即可。此時(shí)的碳匯林面積為582 289 hm2，即為碳匯林的最優(yōu)面積。

圖3 當(dāng)前政策條件下模擬結(jié)果

2)碳匯林投資政策的靈敏度分析及最優(yōu)投資比例確定

在碳價(jià)維持在51.16元/t不變的前提下，本文對(duì)比分析了在5種不同投資比例情況下的總經(jīng)濟(jì)效益走勢情況，即碳匯林投資分別設(shè)為10%，12%，15%，18%以及 20%。如圖4所示，當(dāng)投資比例不同時(shí)，總經(jīng)濟(jì)效益的增長速度和最優(yōu)值均不相同。但它們的相同點(diǎn)是當(dāng)碳匯林投資比例給定時(shí)，我們就能確定出政府應(yīng)該在哪一年停止對(duì)碳匯林的種植追加投資。

由圖4還可以看出，碳匯林的投資比例為15%時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)值要明顯高于其他情況下的經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)值。因此，15%的投資比例即為最優(yōu)的投資比例，此時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)值為5 758 650元，在2044年達(dá)到。

圖4 碳匯林投資政策的靈敏度分析

3)市場上碳價(jià)的靈敏度分析

在碳匯林投資比例維持在10%的前提下，本文對(duì)比分析了在3種不同的碳價(jià)情況下的總經(jīng)濟(jì)效益走勢情況，即碳匯價(jià)格分別上下浮動(dòng)10%。如圖5所示，當(dāng)碳價(jià)波動(dòng)時(shí)，總經(jīng)濟(jì)效益的增長速度和最優(yōu)值均不相同，且碳價(jià)越高，總經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最優(yōu)值的時(shí)間越晚。但其共同點(diǎn)都是當(dāng)碳價(jià)給定時(shí)，就能確定出政府應(yīng)該在哪一年停止對(duì)碳匯林的種植追加投資。

此外還可以看出，總經(jīng)濟(jì)效益對(duì)碳匯價(jià)格的敏感性較強(qiáng)，因此投資碳匯林有很大的價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，是一個(gè)高收益、高風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目，需要謹(jǐn)慎對(duì)待。

4)碳價(jià)決定是否投資碳匯林

顯然，當(dāng)市場上的碳價(jià)為0時(shí)，即碳市場失效時(shí)，政府沒有必要投資碳匯林。因此我們需要模擬出有必要進(jìn)行碳匯林投資的最低碳價(jià)。在模型中，對(duì)碳價(jià)分別取24，25和26元/t，結(jié)果見圖6。可以看出，當(dāng)價(jià)格為24元時(shí)，整體經(jīng)濟(jì)效益一直處于遞減狀態(tài)，而當(dāng)碳價(jià)為25元/t和26元/t時(shí)，整體經(jīng)濟(jì)效益出現(xiàn)了遞增的情況，即說明當(dāng)碳價(jià)等于或者大于25元/t時(shí)政府才有必要去投資碳匯林。模型中所求的25元/t是在建立碳匯林會(huì)對(duì)其他產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生沖擊的前提下的最低投資價(jià)格，如果建立碳匯林對(duì)其他產(chǎn)業(yè)沒有沖擊或者沖擊較小，則無論碳市場是否有效，即無論碳價(jià)是多少，建立碳匯林總是有效益的。

圖5 碳匯價(jià)格靈敏度分析結(jié)果

圖6 碳匯價(jià)格決定是否投資圖

4 結(jié)論

1)當(dāng)政府對(duì)碳匯林的投資比例逐漸增大時(shí)，總經(jīng)濟(jì)效益曲線表現(xiàn)出波峰逐漸提高、達(dá)峰時(shí)間逐漸提前的波動(dòng)規(guī)律。這說明，一方面政府不能盲目地增加碳匯林的投資比例，另一方面需要在碳匯林的投資比例和投資年限之間做出有效權(quán)衡:若投資年限較短，則可選擇15%左右的投資比例;若投資年限較長，則適宜選擇較低的投資比例;

2)當(dāng)市場上碳價(jià)逐漸增大時(shí)，總經(jīng)濟(jì)效益曲線表現(xiàn)出波峰逐漸提高、達(dá)峰時(shí)間逐漸延后的波動(dòng)規(guī)律。在同一時(shí)間，碳價(jià)較高的經(jīng)濟(jì)效益總是優(yōu)于碳價(jià)較低的經(jīng)濟(jì)效益。但是經(jīng)濟(jì)效益對(duì)碳價(jià)波動(dòng)的敏感性很強(qiáng)，碳匯林的投資存在很大的價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)。

3)政府在投資碳匯林時(shí)需要充分考慮上述因素，在此基礎(chǔ)上，可以通過對(duì)市場上碳價(jià)的預(yù)測來合理地確定投資比例，并預(yù)測出停止追加碳匯林建立投資的大致時(shí)間范圍。如果在投資期內(nèi)碳價(jià)出現(xiàn)波動(dòng)，政府應(yīng)當(dāng)據(jù)此規(guī)律及時(shí)做出調(diào)整，以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，強(qiáng)化收益。

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