夏永輝

(中國(guó)克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆克拉瑪依 834000)

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克拉瑪依造林減排項(xiàng)目GHG減排量計(jì)算

夏永輝

(中國(guó)克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆克拉瑪依 834000)

[目的]計(jì)算克拉瑪依造林減排項(xiàng)目GHG減排量。[方法]在林內(nèi)設(shè)置2個(gè)固定樣地，48個(gè)隨機(jī)樣地；在林緣外荒漠環(huán)境下設(shè)置1個(gè)固定樣地，4個(gè)隨機(jī)樣地，分別計(jì)算人工林碳儲(chǔ)量、荒漠碳儲(chǔ)量、人工林內(nèi)增加的溫室氣體排放量和泄漏，從而計(jì)算該項(xiàng)目的GHG減排量。[結(jié)果]2001～2009年，克拉瑪依造林減排項(xiàng)目GHG減排量為432 751.59 tCO2，年均GHG減排量為54 093.95 tCO2。[結(jié)論]克拉瑪依造林減排項(xiàng)目減排效果顯著，表明在干旱區(qū)實(shí)施造林減排項(xiàng)目是可行的。該研究為干旱區(qū)造林減排項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和管理提供了基礎(chǔ)資料，并為相關(guān)政策的判定提供了依據(jù)。

GHG減排量；造林減排項(xiàng)目；克拉瑪依

人工林是目前各國(guó)用來(lái)提高森林覆蓋率，實(shí)施碳減排計(jì)劃最主要的媒介之一，其在評(píng)價(jià)森林對(duì)陸地碳匯的貢獻(xiàn)中意義重大[1]。造林及合理的人工林經(jīng)營(yíng)都可以成為固定大氣中CO2、防止全球氣候變暖的有效途徑，人工林的碳匯作用被認(rèn)為是減緩全球氣候變化的一種可能機(jī)制。通過(guò)造林增加森林碳匯量是世界公認(rèn)的一種經(jīng)濟(jì)有效地解決CO2上升的辦法[2]，是清潔發(fā)展機(jī)制(CDM，clean development mechanism)中主要途徑之一，其對(duì)于減緩全球變暖具有重要意義。我國(guó)一些學(xué)者對(duì)不同區(qū)域、不同造林樹(shù)種的人工林碳匯效應(yīng)、碳匯潛力以及碳匯功能進(jìn)行了相關(guān)研究[3]。但上述研究大多僅代表造林活動(dòng)形成新生植被的顯性碳匯量[4]，而未被證明具有額外性?？死斠涝炝譁p排項(xiàng)目位于我國(guó)西北內(nèi)陸干旱區(qū)，筆者以其為研究對(duì)象，參考清潔發(fā)展機(jī)制造林再造林項(xiàng)目核證減排量(CERs，certified emission reductions)的計(jì)算方法，計(jì)算其溫室氣體(GHG，greenhouse gas)減排量，以期為我國(guó)干旱區(qū)造林碳匯項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和管理提供基礎(chǔ)資料，為政策決策提供依據(jù)。

1　項(xiàng)目概況及研究方法

1.1項(xiàng)目概況項(xiàng)目區(qū)距克拉瑪依市區(qū)東南約20 km，地理坐標(biāo)為84°58′～85°04′ E、45°22′～45°31′ N，地處準(zhǔn)噶爾盆地西北邊緣的湖積平原。該地區(qū)屬典型的大陸性干旱荒漠氣候，年平均氣溫8 ℃，年平均降水量105.3 mm，全年蒸發(fā)潛力3 545 mm，無(wú)霜期180～220 d，土壤以棕漠土、灰棕漠土為主，植物種類貧乏，生長(zhǎng)稀疏，植被類型受環(huán)境影響，以旱生、超旱生、耐鹽堿的荒漠植被為主，地下水位在4～10 m，地下水化學(xué)類型為Cl-SO4-Na型水和Cl-Na型水，礦化度4.71～24.04 g/L，屬不可利用的咸水。

克拉瑪依造林減排項(xiàng)目于2001年開(kāi)始實(shí)施，造林活動(dòng)集中在2001～2002年，造林面積2 997.77 hm2，造林樹(shù)種比較單一，其中俄羅斯楊約占95%，新疆楊約占5%。林地集中在同一地塊上，地勢(shì)十分平坦，共分10個(gè)支渠，不同支渠由不同的單位經(jīng)營(yíng)管理，林地造林前為荒漠，植物種類貧乏，生長(zhǎng)稀疏。林地東側(cè)和南側(cè)林緣外目前仍為荒漠，基本未受人類活動(dòng)干擾。

1.2研究方法

1.2.1GHG減排量計(jì)量。在造林減排項(xiàng)目中，植被生長(zhǎng)能夠固定大氣中CO2，同時(shí)也會(huì)隱藏一些負(fù)效應(yīng)[4]，GHG減排量即是將這些負(fù)效應(yīng)給予剔除后的由于該活動(dòng)而產(chǎn)生的凈碳匯量。造林項(xiàng)目活動(dòng)涉及基線、溫室氣體源排放和泄露等問(wèn)題，因此項(xiàng)目實(shí)際產(chǎn)生的凈碳匯量等于項(xiàng)目碳儲(chǔ)量變化量減去項(xiàng)目活動(dòng)在項(xiàng)目邊界內(nèi)增加的排放量，減去基線碳儲(chǔ)量變化量，再減去泄漏(即該項(xiàng)目活動(dòng)在項(xiàng)目邊界外增加的GHG排放量)[5]。根據(jù)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際情況，將人工林外廣袤荒漠地帶作為對(duì)照，對(duì)GHG減排量進(jìn)行研究，并假設(shè)項(xiàng)目期內(nèi)荒漠碳儲(chǔ)量保持不變(即基線碳儲(chǔ)量變化量為0)。GHG減排量=人工林碳儲(chǔ)量-相同面積下荒漠碳儲(chǔ)量-人工林內(nèi)增加的溫室氣體排放量-泄漏。

1.2.2碳儲(chǔ)量研究。

1.2.2.1樣地設(shè)置。各碳庫(kù)碳儲(chǔ)量及其變化受氣候、立地條件(地形、坡位、坡向、土壤類型、土層厚度)、造林樹(shù)種、造林時(shí)間以及經(jīng)營(yíng)模式(種植方式、施肥情況、間伐、主伐)等多重因素的影響，而呈現(xiàn)出較大的空間變異性。在進(jìn)行碳儲(chǔ)量計(jì)量和監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)將項(xiàng)目區(qū)劃分為若干相對(duì)均一的同質(zhì)單元，分層監(jiān)測(cè)各碳庫(kù)的碳儲(chǔ)量，在達(dá)到監(jiān)測(cè)精度的同時(shí)降低監(jiān)測(cè)成本。根據(jù)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目實(shí)際情況，筆者在六支渠和八支渠各建立1個(gè)固定樣地，樣地規(guī)格為100 m×100 m；分支渠進(jìn)行隨機(jī)抽樣，建立隨機(jī)樣地，樣地規(guī)格為20 m×20 m，共48個(gè)；在人工林東側(cè)林緣外約1 km處荒漠環(huán)境下，選出具有代表性的灌木群落，設(shè)置固定樣地1個(gè)，規(guī)格為100 m×100 m；在人工林南側(cè)林緣外荒漠環(huán)境約300 m處選擇隨機(jī)樣地4個(gè)，規(guī)格為20 m×20 m；在每個(gè)樣地內(nèi)按對(duì)角線布設(shè)5個(gè)1 m×1 m樣方。該研究樣地調(diào)查時(shí)間為2009年8月。

1.2.2.2試驗(yàn)材料采集與處理。對(duì)人工林內(nèi)每個(gè)樣地每木檢尺，根據(jù)所有樣地?cái)?shù)據(jù)，選取俄羅斯楊、新疆楊標(biāo)準(zhǔn)木各3株，采用全挖法挖根。分別對(duì)各伐倒木的器官(干、干皮、枝、葉、根)進(jìn)行取樣，其中樹(shù)干和樹(shù)皮采用分層切割法，以1 m為區(qū)分段作樹(shù)干解析，稱出所有樹(shù)干分段的鮮重，每段木(大、小頭)各取5 cm樣品稱鮮重，帶回實(shí)驗(yàn)室烘干后測(cè)定帶皮和去皮干重，求得含水率及樹(shù)皮占各樹(shù)干分段干重的百分率，由此推算整株標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)干及樹(shù)皮干重；分層測(cè)定所有樹(shù)枝和樹(shù)葉的濕重，分層混合后選取部分樹(shù)枝和樹(shù)葉帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，求得含水率，推算整株標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)枝及樹(shù)葉干重；挖取所有主根、側(cè)根及直徑大于2 mm的細(xì)根，稱濕重，各取少量樣品帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，求得含水率，推算根系干重。

在樣地中每個(gè)小樣方內(nèi)，采用收獲法收集樣方內(nèi)所有灌木(干、枝、葉、根)、草本(葉、根)和凋落物，稱濕重，選取少量樣品帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，計(jì)算含水率，推算灌木、草本和凋落物干重。

在每個(gè)樣地內(nèi)按對(duì)角線布設(shè)5個(gè)土樣采樣點(diǎn)，挖掘土壤剖面分層(0～10、10～30和30～50 cm)采取土壤，將土層充分混合后，用四分法分別取200～300 g土壤樣品，去除全部直徑大于2 mm石礫、根系和其他死有機(jī)殘?bào)w，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干、粉碎，過(guò)2 mm篩，測(cè)定土壤有機(jī)碳含量。同時(shí)在每個(gè)采樣點(diǎn)，用環(huán)刀分層各取原狀土壤1個(gè)，稱土壤濕重，估計(jì)直徑大于2 mm石礫、根系和其他有機(jī)殘?bào)w的體積百分比。每個(gè)采樣點(diǎn)每層取1個(gè)混合土樣，帶回室內(nèi)105 ℃烘干至恒重，測(cè)定土壤含水率。計(jì)算環(huán)刀內(nèi)土壤的干重和各土層平均容量。

1.2.2.3樣品含碳率測(cè)定。由于植被類型的多樣性和各地區(qū)植物種類的差異，使得同一類型植被或同一區(qū)域植物碳儲(chǔ)量差異較大，存在著不一致性[6]。植被含碳率的測(cè)定方法有干燒法和濕燒法2種，其中干燒法需要特殊儀器設(shè)備，過(guò)程繁瑣；濕燒法即重鉻酸鉀-硫酸氧化法操作簡(jiǎn)便、快速[7]。該研究中樣品含碳率采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測(cè)定；植被各組分平均含碳率采用算數(shù)平均法計(jì)算；土壤含碳率采用重鉻酸鉀-稀釋熱法測(cè)定。

1.2.2.4生物量估算。通過(guò)獲取的標(biāo)準(zhǔn)木數(shù)據(jù)，分別建立俄羅斯楊和新疆楊各器官生物量與胸徑、樹(shù)高的回歸方程，利用所建立的回歸方程對(duì)喬木層各器官進(jìn)行生物量估算，采用收獲法估算灌木層、草本層、調(diào)落物層生物量。

1.2.2.5植被層碳儲(chǔ)量計(jì)算。根據(jù)樣地資料、植被各組分含碳率，利用公式(Ⅰ)計(jì)算單株喬木碳儲(chǔ)量，累加樣地內(nèi)所有喬木得到樣地內(nèi)喬木層總碳儲(chǔ)量，再除以樣地面積即為各樣地喬木層碳密度；采用收獲法估算灌木層、草本層、凋落物層生物量，乘以相應(yīng)的含碳率即得到各樣方灌木層、草本層、凋落物層碳密度(樣方面積為1 m2)。利用式(Ⅱ)計(jì)算各支渠喬木層、灌木層、草本層、凋落物層平均碳密度，最后乘以各支渠面積得到喬木層、灌木層、草本層、凋落物層碳儲(chǔ)量?；哪嗄緦?、凋落物層碳儲(chǔ)量計(jì)算與上述方法一致。

D=∑BiWi

(Ⅰ)

式中，D為單株喬木的碳儲(chǔ)量(kg C)；Bi為該喬木第i種器官生物量(kg)；Wi為第i種器官含碳率。

(Ⅱ)

1.2.2.6土壤碳儲(chǔ)量計(jì)算。土壤碳儲(chǔ)量為土壤碳密度與面積的乘積，采用下式計(jì)算土壤碳密度：

(Ⅲ)

式中，C為單位面積土壤碳儲(chǔ)量(t C/hm2)；SOCCi為i土層土壤含碳率；BDi為i土層土壤容重(g/cm3)；Fi為i土層直徑大于2 mm石礫、根系和其他死有機(jī)體的體積百分比；Depthi為各土層厚度。

1.2.3增加的溫室氣體排放量測(cè)定。引起人工林內(nèi)溫室氣體排放量增量的活動(dòng)主要包括火災(zāi)、整地、采伐、施肥以及間種固氮灌木或農(nóng)作物等。根據(jù)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目實(shí)際情況，該項(xiàng)目2001～2009年間不存在火災(zāi)、施肥和間種固氮灌木或農(nóng)作物等引起溫室氣體排放量增量的活動(dòng)，該項(xiàng)目增加的溫室氣體排放量主要來(lái)自造林過(guò)程中涉及的整地及在對(duì)其進(jìn)行灌溉、伐木等相關(guān)經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)時(shí)使用機(jī)械設(shè)備、消耗化石燃料，從而產(chǎn)生的溫室氣體。在計(jì)量化石燃料引起的溫室氣體排放時(shí)不考慮與造林活動(dòng)間接相關(guān)的上游(如肥料生產(chǎn)等)和下游(如木材料加工等)生產(chǎn)活動(dòng)引起的化石燃料的排放，也不考慮燃燒過(guò)程中伴隨著的非CO2溫室氣體(CH4、N2O)以及其他污染氣體(CO、NMVOCs、SO2、NOx等)的排放，只考慮CO2的排放[5]。其計(jì)算采用下列方法：統(tǒng)計(jì)使用的化石燃料的種類和耗用量，根據(jù)各種化石燃料的CO2排放因子計(jì)算對(duì)應(yīng)的CO2排放量，最后累加得到總CO2排放量。計(jì)算公式如下：

(Ⅳ)

式中，ETFC為化石燃料燃燒引起的溫室氣體排放量(t CO2)；FCi為i類燃料消耗量(tCO2)；ECCO2i為i類燃料CO2排放因子(tCO2/GJ)；NCVi為i類燃料熱值(GJ/tCO2)。

1.2.4泄漏測(cè)定。泄漏指由于該人工林活動(dòng)而引起的人工林外的溫室氣體源排放增量。林業(yè)碳匯項(xiàng)目引起泄漏的原因可以分為政策泄漏、市場(chǎng)泄漏、人為泄漏和自然泄漏。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者認(rèn)為，我國(guó)造林再造林項(xiàng)目基本上不存在政策和市場(chǎng)泄漏等問(wèn)題，同時(shí)政策泄漏、市場(chǎng)泄漏、自然泄漏不確定性較大，對(duì)其準(zhǔn)確量化需要投入大量的成本[8]。該研究對(duì)于泄漏只計(jì)量人工林林外由于該項(xiàng)目涉及的運(yùn)輸工具的使用而引起化石燃料燃燒所排放的溫室氣體量，采用公式(Ⅳ)計(jì)算。

2　結(jié)果與分析

2.1碳儲(chǔ)量變化克拉瑪依造林減排項(xiàng)目人工林內(nèi)幾乎沒(méi)有灌木存在，枯死木也會(huì)被及時(shí)清除，該研究中人工林碳儲(chǔ)量只計(jì)量喬木層、草本層、凋落物層和土壤碳儲(chǔ)量。荒漠中沒(méi)有喬木存在，草本極少，梭梭、檉柳、白刺等灌木占99%以上，荒漠中碳儲(chǔ)量只計(jì)量灌木層、凋落物層和土壤碳儲(chǔ)量。國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤碳儲(chǔ)量的研究大多是以1 m深度作為參照標(biāo)準(zhǔn)的，而大多數(shù)土壤中，人類管理活動(dòng)對(duì)深層土壤的影響要比對(duì)表層(30 cm)的影響小得多[9]，考慮到該研究側(cè)重于碳儲(chǔ)量變化情況，因而只計(jì)量地表50 cm深的土壤碳儲(chǔ)量?？死斠涝炝譁p排項(xiàng)目人工林和荒漠碳庫(kù)碳儲(chǔ)量分布情況見(jiàn)表1、圖1，克拉瑪依造林減排項(xiàng)目碳儲(chǔ)量變化量見(jiàn)表2。

表1　克拉瑪依造林減排項(xiàng)目人工林碳儲(chǔ)量分布

圖1　克拉瑪依造林減排項(xiàng)目荒漠碳庫(kù)碳密度Fig.1　The distribution of carbon stock in desert of Karamay afforestation carbon sequestration project

Table 2The change of carbon stock in Karamay afforestation carbon sequestration project t C/hm2

由表1可知，人工林內(nèi)各支渠各層碳密度均有較大的差異，其主要原因可能是各支渠經(jīng)營(yíng)管理模式不同。如三支渠和九支渠的種植方式為單溝雙植4.50 m×0.75 m×0.50 m，植株密度大，新疆楊和俄羅斯楊混交，林分生物量較大，此外，三支渠和九支渠大部分屬于示范園區(qū)，在經(jīng)營(yíng)管理方面較其他支渠投入更多，因此這2支渠喬木層具有較高碳密度。

一些學(xué)者在估算造林對(duì)陸地碳匯的影響時(shí)，認(rèn)為人工林生物量中積累的碳遠(yuǎn)比積累在土壤中的碳要多得多，而很少將土壤碳吸收包括在內(nèi)。從該研究結(jié)果看，由于造林積累在土壤中的碳與積累在生物量中的碳相比差距并不大，其原因可能與造林前土壤環(huán)境有關(guān)，造林區(qū)土壤貧瘠、有機(jī)質(zhì)含量較低(土壤平均碳密度為14.00 tC/hm2)，其土壤碳積累潛力大，土壤碳儲(chǔ)量有很大的提升空間。由表2可知，克拉瑪依造林減排項(xiàng)目碳儲(chǔ)量增加量為118 291.89 tC，折合433 736.93 tCO2，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的碳匯效應(yīng)。

2.2增加的溫室氣體排放和泄漏克拉瑪依造林減排項(xiàng)目增加的溫室氣體排放和泄漏只計(jì)量由于化石燃料燃燒引起的CO2排放，燃料CO2排放因子及燃料熱值采用《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》缺省值[10]。根據(jù)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目管理方統(tǒng)計(jì)資料，按公式(Ⅳ)計(jì)算結(jié)果為：2001～2009年，由于化石燃料燃燒導(dǎo)致的CO2排放量為985.34 t。

2.3GHG減排量根據(jù)GHG減排量計(jì)算公式可得2001～2009年克拉瑪依造林減排項(xiàng)目GHG減排量為432 751.59 tCO2，年均GHG減排量為54 093.95 tCO2。

3　結(jié)論與討論

(1)根據(jù)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目實(shí)際情況，該研究在選擇計(jì)量碳庫(kù)時(shí)有所取舍，對(duì)研究結(jié)果造成了一定影響。2001～2009年克拉瑪依造林減排項(xiàng)目GHG減排量為432 751.59 tCO2，年均GHG減排量為54 093.95 tCO2，對(duì)于實(shí)施區(qū)域減排效果顯著。該研究為干旱區(qū)造林碳匯項(xiàng)目開(kāi)發(fā)積累了一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究和政策決策提供參考依據(jù)。

(2)由于項(xiàng)目區(qū)特定的氣候、地理、土壤、水資源等自然環(huán)境因素，與其他學(xué)者類似研究相比，該人工林內(nèi)生物量和碳儲(chǔ)量總體較低，但是個(gè)別支渠相差不大，甚至偏高，這主要是受經(jīng)營(yíng)管理模式的影響。從碳匯角度考慮，應(yīng)該努力尋求適當(dāng)?shù)姆N植模式與經(jīng)營(yíng)管理方式，逐步使林分種類和結(jié)構(gòu)多樣化，擺脫目前樹(shù)種單一，結(jié)構(gòu)和功能不完整、不穩(wěn)定，病蟲(chóng)災(zāi)害頻發(fā)，用水方式粗放，碳匯功能得不到充分提升的狀況，最大限度地提高減排效益。

(3)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目位于我國(guó)西北內(nèi)陸干旱區(qū)。就該研究結(jié)果看，在干旱區(qū)實(shí)施造林減排項(xiàng)目具有較好的碳匯效益，此外造林減排項(xiàng)目的實(shí)施還兼有其他生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等效益?？紤]到我國(guó)林業(yè)生產(chǎn)力布局和六大工程的實(shí)施情況，特別是保障我國(guó)國(guó)土生態(tài)安全以及西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的需要，應(yīng)該推薦和支持發(fā)達(dá)國(guó)家投資者到我國(guó)西部生態(tài)脆弱地區(qū)實(shí)施造林減排項(xiàng)目[11]。但另一方面，由于干旱區(qū)特殊的自然環(huán)境因素，其造林成本可能更高，如何客觀評(píng)價(jià)在干旱區(qū)實(shí)施的造林減排項(xiàng)目尚是一個(gè)較為復(fù)雜的課題。

(4)碳匯造林是一種動(dòng)態(tài)極強(qiáng)的系統(tǒng)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上，具有高度的時(shí)空異質(zhì)性[6]，其碳匯效應(yīng)受多方面因素的影響，全面評(píng)價(jià)造林減排項(xiàng)目需要長(zhǎng)期進(jìn)行，今后需要繼續(xù)跟蹤調(diào)查，以盡可能地反映實(shí)際情況。

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Caculation of GHG Emission Reduction of an Afforestation Carbon Sequestration Project in Karamay

XIA Yong-hui

(Karamay Vocational and Technical College, Karamay, Xinjiang 834000)

[Objective]The aim was to calculate the GHG emission reductions of the Karamay afforestation emissions project. [Method] Setting 2 fixed plots and 48 random plots in the planted forest, 1 fixed plots and 4 random plots in the desert environment which beyond the forests, carbon storage both in the planted forest and the desert environment were calculated, as well as the increased greenhouse gas emission load and leakage. The GHG emission reductions of the project was obtained. [Result] From 2001 to 2009, the GHG emission reduction was 432 751.59 tCO2, the annual GHG emission reduction was 54 093.95 tCO2. [Conclusion] The reduction effect of the project is remarkable, which shows that it is feasible to carry out forestation emissions project in arid region. The study can provide the basis data for development and management of afforestation carbon sequestration projects in arid region, also provide the reference for relevant policy-making.

GHG emission reduction;Afforestation carbon sequestration project; Karamay

夏永輝(1965- )，男，安徽宿州人，講師，從事自然地理研究。

2016-05-12

S 718.5

A

0517-6611(2016)17-195-04