杉木碳匯的經(jīng)濟(jì)學(xué)分析：基于浙江省的調(diào)查

王 楓，沈月琴，朱 臻，林建華，王小玲

（浙江農(nóng)林大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，浙江 臨安 311300）

森林碳匯，是指森林生態(tài)系統(tǒng)吸收大氣中的二氧化碳（CO2）并將其以有機(jī)物的形式固定在植被和土壤中，從而減少大氣中二氧化碳濃度的過程[1]。森林生態(tài)系統(tǒng)每年固定的碳約占整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的2/3，在全球碳平衡中發(fā)揮巨大的作用。隨著全球氣候變化問題逐漸引起國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注，森林碳匯潛力巨大且具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)[2－3]，應(yīng)成為應(yīng)對(duì)氣候變化的重要選擇。哥本哈根協(xié)議文件提出：“減少濫伐森林和森林退化引起的碳排放是至關(guān)重要的，有必要通過立即建立包括減少森林砍伐和退化造成的溫室氣體排放（REDD+）在內(nèi)的機(jī)制，為這類舉措提供正面激勵(lì)”。中國(guó)也將森林碳匯作為應(yīng)對(duì)氣候變化的重要選擇，并提出了相應(yīng)的行動(dòng)方案與發(fā)展目標(biāo)。這些目標(biāo)和方案的實(shí)施必將使中國(guó)森林碳匯能力進(jìn)一步提高，同時(shí)也迫切需要對(duì)森林的碳匯供給潛力進(jìn)行研究。增加森林碳匯的途徑在于提高森林經(jīng)營(yíng)水平。加入碳匯目標(biāo)可能使原來的森林經(jīng)營(yíng)成本、收益和經(jīng)營(yíng)決策發(fā)生改變，在現(xiàn)有森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)水平下，只有經(jīng)濟(jì)上可行，才可能使森林經(jīng)營(yíng)者轉(zhuǎn)變經(jīng)營(yíng)方式，真正實(shí)現(xiàn)碳匯林的經(jīng)營(yíng)。而實(shí)證分析加入碳匯經(jīng)營(yíng)目標(biāo)對(duì)現(xiàn)有的森林經(jīng)營(yíng)方式的影響以及刺激森林經(jīng)營(yíng)者在經(jīng)營(yíng)中考慮增加森林碳匯具有重要的研究?jī)r(jià)值和實(shí)際意義。

1 研究綜述

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在森林碳匯經(jīng)營(yíng)決策方面已作了一定的研究。Hartman于1976年推廣了Faustmann模型，將原來的木材效益推廣到整個(gè)森林效益。這些效益包括水源涵養(yǎng)等環(huán)境效益和狩獵、徒步旅行等休閑娛樂功能。一些學(xué)者將Faustman-Hartman模型用于最佳輪伐期和碳匯供給的多種形式碳支付的影響研究。Englin等[4]研究了道格拉斯冷杉Pseudotsuga menziesii最佳輪伐期碳支付的影響。Hoen[5]和Kooten等[2]分別對(duì)斯堪的納維亞森林和對(duì)加拿大西部森林的研究均發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)果。Stainback等[6]分析了濕地松Pinus elliottii碳匯價(jià)值與土地凈現(xiàn)值的關(guān)系，并估算了碳匯供給曲線。Nhung[7]以刺槐Robinia pseudoacacia和桉樹Eucalyptus sp.為例，分析了確保木材采伐和碳匯價(jià)值最大化條件下2個(gè)樹種的森林經(jīng)營(yíng)模式，比較分析了有無碳市場(chǎng)情況下林業(yè)經(jīng)營(yíng)的最佳方案。國(guó)外學(xué)者在碳匯概述、供給、政策等方面做了不少研究，并取得了諸多成果，一些學(xué)者開始嘗試估算特定樹種的碳匯供給曲線，但基于經(jīng)濟(jì)學(xué)視角的碳匯供給能力研究較少。國(guó)內(nèi)對(duì)于碳匯的研究起步較晚，現(xiàn)有研究主要集中在森林固碳途徑和計(jì)量方法等自然科學(xué)領(lǐng)域。周國(guó)模等[8]研究毛竹Phyllostachys edulis林的碳儲(chǔ)量。支玲[9]采用換算因子連續(xù)函數(shù)法對(duì)三北防護(hù)林的碳匯價(jià)值量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。社會(huì)科學(xué)方面的研究主要集中在森林碳匯市場(chǎng)及政策方面。林德榮[10]提出建立中國(guó)森林碳匯服務(wù)自愿交易市場(chǎng)的設(shè)想，并認(rèn)為公眾能否認(rèn)可并接受是中國(guó)森林碳匯服務(wù)自愿交易市場(chǎng)是否可行和成功的關(guān)鍵。李怒云等[1]認(rèn)為，碳匯管理政策是碳匯管理的核心，對(duì)具體的碳匯工作起著重要的指導(dǎo)作用。何英等[11]分析了中國(guó)森林碳匯交易市場(chǎng)現(xiàn)狀與潛力，指出中國(guó)森林碳匯交易市場(chǎng)具有較大的潛力。邱威等[12]研究了構(gòu)建“非京都規(guī)則”森林碳匯市場(chǎng)的必要性，以及擴(kuò)大森林碳匯需求、保證森林碳匯供給和規(guī)范森林碳匯市場(chǎng)交易秩序的具體措施。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于碳匯市場(chǎng)交易下森林經(jīng)營(yíng)決策以及碳匯供給潛力方面缺乏系統(tǒng)的研究，更缺少實(shí)證的分析。本研究在綜述國(guó)內(nèi)外森林碳匯研究和杉木Cunninghamia lanceolata林經(jīng)營(yíng)研究的基礎(chǔ)上，以 “理性經(jīng)濟(jì)人”的合理假設(shè)，基于浙江省典型林場(chǎng)的實(shí)證數(shù)據(jù)，利用定量化的模型工具，模擬出碳匯價(jià)格變化對(duì)森林經(jīng)營(yíng)輪伐期、土地期望值以及碳匯供給潛力的影響。

2 案例點(diǎn)、模型與研究假設(shè)

2.1 案例點(diǎn)

浙江省位于中國(guó)東部沿海，森林資源豐富。全省森林面積為601.90萬hm2，活立木蓄積量為2.54億m3。杉木是浙江省最重要的用材樹種之一。浙江省現(xiàn)有杉木人工林82.09萬hm2，杉木在增加森林碳匯方面有巨大的潛力，因此，選擇杉木作為案例樹種，研究碳匯經(jīng)營(yíng)目標(biāo)下的浙江省林地期望價(jià)值及碳供給，具有典型性。本研究選取的案例點(diǎn)分別為開化林場(chǎng)、景寧林業(yè)總場(chǎng)、慶元實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)和文成石垟林場(chǎng)。其中開化林場(chǎng)有林地為8375 hm2，景寧林業(yè)總場(chǎng)有林地面積5870 hm2，慶元實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)有林地面積8105 hm2，文成石垟林場(chǎng)有林地面積5295 hm2。這些林場(chǎng)都位于浙江省杉木經(jīng)營(yíng)的主產(chǎn)區(qū)域，因此，選擇這些林場(chǎng)能夠代表目前浙江省杉木林經(jīng)營(yíng)的投入產(chǎn)出水平。

2.2 模型與研究假設(shè)

2.2.1 木材和碳收益模型 本研究的前提是基于裸地造林的假設(shè)，同時(shí)在構(gòu)造木材和碳匯收益模型時(shí)考慮碳匯補(bǔ)貼和碳稅的影響。這里筆者采用修進(jìn)的Faustman-Hartman模型（即為木材和碳收益模型），計(jì)算木材經(jīng)濟(jì)成熟（土地期望價(jià)值最大化）情況下的蓄積量。模型如下：

式（1）中：Vlev為無限輪伐期下土地的期望值；Pf為木材價(jià)格；Q（t）為t年生林木采伐量，這里定義為皆伐；t為輪伐期；r為實(shí)際利率，這里采用銀行長(zhǎng)期存款利率5.5%；C（Q（t））是采伐成本和運(yùn)輸成本；R為造林成本和歷年的管護(hù)成本，由于本研究是基于浙江省來研究碳匯價(jià)格變化對(duì)碳匯供給的影響，而Faustman-Hartman模型的前提是在空地或者荒地上重新造林，所以這里的C（Q（t））和R是基于在中等立地類型和經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度的林地進(jìn)行裸地造林而得到的投入數(shù)據(jù)；[P·fQ（t）e-rt-C（Q（t））e-rt-R]（1-e-rt）-1為木材凈收益；α為木材蓄積（m3）轉(zhuǎn)換為碳（t）的轉(zhuǎn)換系數(shù)，這里采用的冷杉Abies fabri的轉(zhuǎn)化系數(shù)0.215；Pc為碳價(jià)格；β為未腐爛且固定下來的木材在總量中所占的比例，這里設(shè)定為5%；Q （t）e-rt]（1-e-rt）-1為碳匯的凈收益。如果碳匯價(jià)值為0，那么式 （1）就是 Faustmann模型。對(duì)修進(jìn)的Faustman-Hartman模型求t的一階導(dǎo)數(shù)，就可以獲得最優(yōu)條件下的森林經(jīng)營(yíng)者生產(chǎn)決策模型。當(dāng)木材推遲1 a收獲的機(jī)會(huì)成本等于木材和碳匯的邊際凈收益時(shí)，森林經(jīng)營(yíng)獲得最優(yōu)的輪伐期。在以木材生產(chǎn)為經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的杉木林經(jīng)營(yíng)中加入碳匯經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，由于考慮碳收益和碳稅政策，木材收益和碳匯收益使森林收獲的機(jī)會(huì)成本增加，碳匯收益依附于林木的生長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)木材的輪伐期。另外，木材收獲后的碳排放成本也將使輪伐期得以延長(zhǎng)。

2.2.2 木材生長(zhǎng)收益模型 目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于杉木的生長(zhǎng)模型有諸多的研究[13－15]，然而，由于不同區(qū)域氣候、立地指數(shù)、海拔、坡向等條件不同，杉木的生長(zhǎng)模型也不相同。本研究所調(diào)查的林場(chǎng)位于開化、景寧、慶元、文成等浙江省杉木人工林的主產(chǎn)區(qū)，采用的杉木生長(zhǎng)模型是基于周國(guó)模等[13]在2001年所提出的浙江省杉木人工林的生長(zhǎng)模型。模型具體形式為：

式（2）和（3）中：ISI為立地指數(shù)；N為單位面積（hm2）株數(shù)；A為年齡；D為杉木的平均胸徑，相關(guān)系數(shù)為0.9459；M為林分材積或蓄積，相關(guān)系數(shù)為0.8916。在模型（3）中，立地指數(shù)ISI設(shè)定為12 m。杉木栽植密度為2500株·hm-2，輪伐期為25 a。然而，這里的杉木人工林生長(zhǎng)模型沒有考慮間伐的情景，筆者在原有模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修訂，間伐以后密度發(fā)生了變化。具體為：

式（4）和（5）中：NS為初始栽植密度；NK為間伐后的保留密度；t為間伐的年限，12 a；u為0.8；G為－0.2404；J為0.4723。因此，杉木林的生長(zhǎng)曲線見圖1。

2.3 數(shù)據(jù)

筆者首先在每個(gè)案例林場(chǎng)分別選擇中等立地條件和經(jīng)營(yíng)水平的林地類型，讓林場(chǎng)經(jīng)營(yíng)杉木的技術(shù)人員根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)測(cè)算從2010年裸地造林的1個(gè)輪伐期內(nèi)的投入數(shù)據(jù)。根據(jù)調(diào)查，杉木林經(jīng)營(yíng)的成本主要包括以下3個(gè)部分：①造林成本。包括第1年的整地成本、栽植成本、種苗及肥料成本、補(bǔ)植成本以及第1～3年的幼林撫育成本，其中勞動(dòng)力工價(jià)為100.00元·工日－1。②歷年的管護(hù)成本。③杉木的間伐和主伐時(shí)采伐運(yùn)輸成本。目前，采運(yùn)過程中已經(jīng)無需繳納各項(xiàng)稅費(fèi)。林場(chǎng)的成本計(jì)算采用首先貼現(xiàn)到相同的時(shí)間點(diǎn)，再求平均成本（表1）。

另外，通過林場(chǎng)調(diào)查和二手資料的收集，這里取中間價(jià)作為各杉木材材種規(guī)格的價(jià)格。具體為：徑階 6 cm 以下 300.00 元·m－3，6～8 cm 600.00 元·m－3，8～12 cm 800.00 元·m－3，12～16 cm 900.00 元·m－3，16～20 cm 1000.00元·m－3，20 cm以上1200.00元·m－3。為了獲得土地期望值最大的輪伐期，分別模擬不同碳匯價(jià)格下的最大土地期望值，進(jìn)而獲得最優(yōu)的輪伐期以及碳匯供給量的變化。這里碳價(jià)格設(shè)定在0～80.000 元·t－1的變動(dòng)區(qū)間。

圖1 杉木的生長(zhǎng)曲線Figure1 Growth curve of Chinese fir

表1 杉木經(jīng)營(yíng)成本Table1 Management cost of Chinese fir

3 模擬結(jié)果

3.1 碳價(jià)格與林地期望值

碳補(bǔ)貼和碳稅的木材和碳匯收益模型提高了杉木經(jīng)營(yíng)的林地期望值。碳匯價(jià)格水平越高，不同輪伐期的林地期望值變化范圍越大。同時(shí)，最佳輪伐期下的林地期望值也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。在利率為5.5%水平下，當(dāng)碳匯價(jià)格為0時(shí)，土地期望值為89420.00元·hm－2，而碳匯價(jià)格增加到450.00元·t－1時(shí)，土地期望值變成148162.00元·hm－2，上升了65.7%。碳價(jià)格和土地期望值之間的關(guān)系如圖2所示。

3.2 碳價(jià)格與輪伐期

利用修進(jìn)的Faustman-Hartman模型計(jì)算最佳輪伐期。結(jié)果顯示：在碳匯價(jià)格為0元·t－1，即傳統(tǒng)的以木材經(jīng)營(yíng)為目標(biāo)的最優(yōu)輪伐期為19 a。當(dāng)碳匯價(jià)格從無到有逐漸上升的過程中，價(jià)格變化在較長(zhǎng)的價(jià)格范圍內(nèi)并沒有對(duì)加入碳匯經(jīng)營(yíng)的杉木的最佳輪伐期產(chǎn)生影響，只有當(dāng)碳匯價(jià)格上升到300.00元·t－1時(shí)，杉木的最佳輪伐期才往后推移了1 a，為20 a，當(dāng)碳匯價(jià)格繼續(xù)上升到450.00元·t－1時(shí)，輪伐期變?yōu)?1 a（圖3）。這與先前的預(yù)期有一些出入，其原因在于浙江省現(xiàn)在已經(jīng)取消了杉木等木材經(jīng)營(yíng)的稅費(fèi)，并暫緩征收育林基金。這樣，木材經(jīng)營(yíng)的成本降低了，收益就大大提高了。當(dāng)碳匯價(jià)格從0元·t－1上升到450.00元·t－1的過程中，經(jīng)營(yíng)碳匯林的收益在土地期望值所占的比例也僅僅從0%上升到40.7%（圖4），對(duì)于土地期望值的貢獻(xiàn)不大，所以碳價(jià)格的變動(dòng)在較大的價(jià)格區(qū)間內(nèi)不會(huì)影響現(xiàn)有杉木林經(jīng)營(yíng)的輪伐期。但是總體來說，隨著碳價(jià)格的上升，杉木林經(jīng)營(yíng)的輪伐期呈現(xiàn)了延長(zhǎng)的趨勢(shì)。

圖2 碳匯價(jià)格變化對(duì)杉木土地期望值的影響Figure2 Carbon price change’s impact on Chinese fir’s land expected value

圖3 碳匯價(jià)格變化對(duì)杉木最優(yōu)輪伐期的影響Figure3 Carbon price change’s impact on optimal rotation of Chinese fir

3.3 碳價(jià)格與供給量

同樣，也預(yù)測(cè)了碳補(bǔ)貼和碳稅收政策下土地所有者愿意供應(yīng)的碳總量。在5.5%的利率水平下，筆者計(jì)算了在不同碳匯價(jià)格下最優(yōu)輪伐期市的碳供給量，并繪出了碳供給曲線（圖5）。可以發(fā)現(xiàn)：碳供給量沒有因?yàn)樘純r(jià)格的上升而顯著增加，基本維持在同一水平，其原因和之前的類似。當(dāng)碳價(jià)格上升到300.00 元·t－1時(shí)，碳供給量才從原先的 58.72 t·hm－2增加到 63.27 t·hm－2，增加了 7.75%。對(duì)于一些沒有取消育林基金和林業(yè)稅費(fèi)的省份來說，碳價(jià)格變化對(duì)在這一區(qū)域內(nèi)經(jīng)營(yíng)杉木碳匯林增加碳供給的影響更加顯著。

圖4 碳匯收益對(duì)土地期望值的貢獻(xiàn)率Figure4 Contribution rate of forest carbon income to land expected value

圖5 碳匯價(jià)格變化對(duì)碳供給量的影響Figure5 Carbon price change’s impact on carbon supply

4 結(jié)論與討論

森林碳匯已成為中國(guó)乃至全球應(yīng)對(duì)氣候變化的重要策略。如果在現(xiàn)有的杉木林經(jīng)營(yíng)目標(biāo)中加入增加森林碳匯的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，森林碳匯收益將對(duì)森林經(jīng)營(yíng)者的經(jīng)營(yíng)決策產(chǎn)生重要影響。基于本研究，可以得出以下結(jié)論：①提高碳匯價(jià)格將明顯增加林地價(jià)值，林地價(jià)值的提高將會(huì)使森林經(jīng)營(yíng)者將更多的土地用于木材生產(chǎn)，從而增加木材供給。林地價(jià)值的增加也可能會(huì)減少林業(yè)用地轉(zhuǎn)為其他用途的機(jī)會(huì)，如農(nóng)業(yè)用地。②根據(jù)浙江省現(xiàn)有的林業(yè)政策，木材經(jīng)營(yíng)的成本較低，效益較高，森林碳匯收益對(duì)于森林經(jīng)營(yíng)者改變最優(yōu)輪伐期和增加碳供給量的影響有限，但對(duì)于一些木材經(jīng)營(yíng)成本較高的省份來說，碳價(jià)格變化對(duì)于森林經(jīng)營(yíng)決策的影響可能更加顯著。③在原來單一的木材經(jīng)營(yíng)目標(biāo)中，基于土地期望值最大化的輪伐期為19 a，而實(shí)際調(diào)查中杉木的輪伐期為25 a，說明現(xiàn)有杉木林經(jīng)營(yíng)方式?jīng)]有實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的收益。

存在一些需要改進(jìn)之處在此說明：①本研究雖然考慮間伐對(duì)木材蓄積的影響，并模擬出考慮間伐的杉木生長(zhǎng)曲線，但精確考慮間伐的杉木生長(zhǎng)模型還需要更多實(shí)證的研究。②輪伐期僅是木材生產(chǎn)中眾多關(guān)鍵因素之一。這里沒有指明森林經(jīng)營(yíng)管理中在加入碳匯經(jīng)營(yíng)目標(biāo)后的其他變化。例如，碳補(bǔ)貼和碳稅政策很可能影響土地所有者采用的施肥量和林分密度；碳收益會(huì)促使森林經(jīng)營(yíng)者在輪伐開始時(shí)改變林分密度，以獲取更多的碳收益等。

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