浙江省嘉興市高速公路造林碳匯計量

李 夢 ，施擁軍 ，周國模 ，周大勇，張 嬌 ，張英海

（1.浙江農林大學 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室，浙江 臨安 311300；2.浙江農林大學環(huán)境與資源學院，浙江 臨安 311300；3.嘉興市交通投資集團有限責任公司，浙江 嘉興 314000）

森林通過同化作用吸收二氧化碳（CO2），以生物量的形式將其固定在植被和土壤中，使森林成為陸地生態(tài)系統(tǒng)最重要的碳匯或碳庫[1]，其碳增匯成為緩解全球氣候變暖的重要途徑[2]。國際社會高度重視森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯作用及其貢獻，在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》和《京都議定書》中確定了森林在氣候變化中的獨特作用，并以世界氣象組織（IPCC）為主開展了廣泛的林業(yè)碳匯計量研究，總結出多種計量方法[3]。中國在森林碳匯方面開展了大量的研究。在森林碳儲量方面，一些學者[4－8]分別基于不同時段的森林資源清查資料，分析了中國森林植被的碳源匯功能。結果表明：中國碳儲量總體呈增加趨勢，中國森林將是一個潛在的巨大碳庫；在提高森林固碳量方面，張林等[9]指出固碳能力在很大程度上取決于森林面積和碳儲量的大小，通過封山育林以及合理的人為栽植等手段能夠在一定程度上增加碳匯能力；王春梅等[10]認為樹種和造林模式的選擇是增加森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的重要管理決策；陳泮勤等[11]對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)增匯技術方法及碳減排方案做了研究。在林業(yè)碳匯項目及計量方面，張穎等[12]通過蓄積量轉換法建立了森林碳匯核算的回歸模型，歐光龍等[13]等對云南省臨滄市膏桐能源林造林項目進行了碳匯計量，黨曉宏等[14]對沙棘經濟林進行碳匯計量研究。此外，中國進行了相關的碳匯造林活動，2005年廣西項目成為全球第1個被批準的清潔發(fā)展機制（CDM）造林再造林項目方法學，并于2006年獲CDM執(zhí)行理事會批準項目實施[15]，2008年出版了《造林項目碳匯計量與監(jiān)測指南》，指導相關造林項目的碳匯計量與監(jiān)測工作[16]。浙江省嘉興市地處浙江省交通要道，路網建設規(guī)模、速度和平均密度都處于全省前列，公路沿線、互通樞紐區(qū)用地的綠化已成為嘉興市平原綠化的重要工作內容。目前，凡已建成通車的高速公路不同程度地實施了綠化與美化措施，但以景觀性綠化和防眩、防風、防塵、防噪等為要點，忽略了植被的生態(tài)防護性和林木的碳匯功能。本研究在浙江省嘉興市高速公路互通樞紐區(qū)，引入森林碳匯和林業(yè)碳匯的先進理念，依據(jù)《造林項目碳匯計量與監(jiān)測指南》，按照碳匯林的要求實施碳匯造林，并對項目區(qū)2011年和2012年的碳匯林進行碳匯計量，并以此預估碳匯林在未來20 a的碳儲量變化及累計量，對浙江省更新綠化理念，提高平原綠化水平，增強固碳釋氧和其他生態(tài)功能具有重要意義，同時為相關造林項目碳匯計量及監(jiān)測提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

嘉興市位于浙江省東北部、長江三角洲杭嘉湖平原腹心地帶，是長江三角洲重要城市之一。市境介于 30°21′～31°02′N，120°18′～121°16′E，東臨大海，南倚錢塘江，北附太湖，西接天目之水，大運河縱貫境內。陸地面積為3915 km2，以平原地形為主，面積為3477 km2。嘉興市地處北亞熱帶南緣，屬東亞季風氣候區(qū)，冬夏季風交替，四季分明，氣溫適中，雨水豐沛，日照充足，具有春濕、夏熱、秋燥、冬冷的特點，因地處中緯度，夏令濕熱多雨的天氣比冬季干冷的天氣短得多，年平均氣溫為15.9°C，年平均降水量1168.6 mm，年平均日照2017.0 h。項目規(guī)劃區(qū)位于嘉興市秀洲區(qū)、南湖區(qū)、平湖市、海寧市、海鹽縣、嘉善縣等地的高速公路互通樞紐地塊。

2 研究方法

本研究依據(jù)《造林項目碳匯計量與監(jiān)南》《中國綠色碳匯基金碳匯項目造林技術暫行規(guī)定》及項目規(guī)劃區(qū)碳匯造林作業(yè)設計，對嘉興市高速公路8個互通樞紐區(qū)碳匯林進行計量。項目規(guī)劃時間尺度為20 a，即 2011－2031年。

2.1 土地合格性及碳庫選擇

依據(jù)《造林項目碳匯計量與監(jiān)測指南》，項目所涉及的造林地點權屬清晰，項目造林地經踏查、檢驗均符合碳匯造林項目土地合格性要求。

項目造林地在造林前一直為非林業(yè)用地，基線情景下凋落物和粗木質殘體碳庫中的碳儲量將保持不變，從成本效益考慮，可忽略；而在荒地上進行碳匯造林，土壤有機質變化比較復雜，不能忽略土壤有機碳庫。因此，本項目根據(jù)實地踏查情況，確定地上部分、地下部分及土壤碳庫為計量碳庫選擇。

2.2 碳儲量變化研究方法

2.2.1 項目區(qū)事前分層 浙江省嘉興市碳匯造林項目中8個互通樞紐區(qū)的土地均為無林地，無植被覆蓋，故基線無需分層。該項目是在高速公路互通樞紐區(qū)進行平原綠化造林，不僅要堅持生態(tài)優(yōu)先，最大程度地積累碳匯，還要兼顧林分景觀美化問題。樹木配置方式很不規(guī)則，區(qū)域內部小塊狀界線不明顯，根據(jù)傳統(tǒng)以小班或面積因子對項目進行分層不適合平原綠化造林項目，所以按造林區(qū)域進行事前項目分層。

2.2.2 基線碳儲量變化 基線情景下，可以合理假定土壤有機碳、凋落物和枯死木碳庫處于穩(wěn)定狀態(tài)或退化狀態(tài)，即這3個碳庫的碳儲量將保持不變或繼續(xù)降低[16]，在計量期內，其碳存量變化量不需要考慮，僅僅需要測量項目基準年的碳儲存量。因此，該項目8個互通樞紐區(qū)的基線碳儲量可保守地假定土壤有機碳、凋落物和粗木質殘體3個碳庫中的碳儲量變化為0，而只考慮項目綠化造林樹木生長引起的活生物量碳庫（地上生物量和地下生物量碳庫）中碳儲量的變化。

2.2.3 嘉興市碳匯造林項目碳儲量變化 考慮到該項目于高速公路互通樞紐區(qū)造林的特殊性，綠化造林選擇多種喬木、竹子及灌木。因此，該項目的碳儲量變化從這3類碳儲量進行統(tǒng)計。以項目樞紐區(qū)為單位，計算并累計各種規(guī)格喬木、灌木和竹子（亞層）的碳儲量變化量，得到各個項目區(qū)（碳層）的項目碳儲量變化量，項目碳儲量變化量等于各項目碳層林木碳儲量變化之和。喬木碳儲量變化：收集分析浙北平原地區(qū)2期胸徑和材積清查數(shù)據(jù)，獲得各類樹種單株材積生長率與胸徑之間的方程。嘉興市8個互通樞紐區(qū)的喬木碳儲量變化可根據(jù)其樹種各自的單木材積生長公式得出其每年的材積量，乘以相關的木材密度國家缺省值和生物量擴展因子及含碳率得到該樹種地上部分碳儲量，地下生物量根據(jù)IPCC樹木根莖比缺省值獲得。竹子和灌叢碳儲量變化：通過不同階段的單位生物量和竹子、灌木數(shù)量來估算。在碳儲量的計量預測中，可認為所營造的竹子和灌木叢到一定年齡階段后，其生長狀況會處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。本項目中，生長達到穩(wěn)定時，竹子和灌木叢生物量采用收獲調查法來獲取。不同種類的灌木叢生長穩(wěn)定狀態(tài)時的生物量根據(jù)實際調查數(shù)據(jù)（地徑、高度和分枝數(shù)），采用浙江省灌木生物量模型計量和測算：W=0.40959D1.0615H0.5427，R2=0.8685。其中：W為生物量，D為胸徑，H為株高。該項目造林中，邊界內溫室氣體排放主要考慮燃油機械使用引起的二氧化碳排放和施用含氮肥料引起的一氧化氮（N2O）直接排放；邊界外溫室氣體泄漏主要考慮苗木、肥料、竹木材、運輸消耗燃料引起的二氧化碳排放。該項目為環(huán)境保護林，在計量期內不會對林木進行主伐利用，又不施用肥料，造林項目的運輸工具主要涉及運輸苗木。因此邊界外泄漏僅考慮造林當年由于苗木運輸而造成的排放量。項目凈碳匯量＝項目碳儲量變化量－（項目基線碳儲量變化量＋項目邊界內增加的排放量＋造林項目引起的泄漏）。

3 結果與分析

3.1 事前項目分層

碳匯造林項目邊界內的碳儲量及其變化往往因造林地的土地利用方式、土地覆被狀況、土壤和立地條件的變異，而呈現(xiàn)較大的空間變異性。為滿足一定的精度要求并遵循成本有效性的原則，需對項目區(qū)進行分層，減少層內的變異性，以便能以較低的抽樣強度達到所需的精度。山地造林時，項目分層主要依據(jù)造林和管理模式，主要指標包括樹種、造林時間、間伐、輪伐期等。但由于本研究是在8個公路互通樞紐區(qū)進行平原綠化造林，綠化樹種種類繁多、規(guī)格多樣，苗木樹齡不統(tǒng)一且難以確定。同時考慮層次結構和景觀需要，主要采用造園、造景手法，平原綠化的樹木種植配置方式會很不規(guī)則，區(qū)域內部的小塊狀界線也不明顯，因此，本研究以8個互通樞紐區(qū)為一級碳層，在各碳層中又按樹種（組）類型（松類、軟闊、硬闊、杉類、灌木）和種植初始規(guī)格為指標分為亞層，以方便碳匯計量，并在后續(xù)碳匯監(jiān)測中，能以較低的抽樣強度達到所需的監(jiān)測精度。據(jù)此，該項目共分8個一級碳層和234個亞層。8個項目區(qū)共實施碳匯造林面積1269478 m2（表1）。

3.2 樹種碳儲量變化

在有限的造林面積上提高碳儲量是中國面臨的現(xiàn)實問題[10]。樹種的選擇是增加森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯的重要管理決策之一。樹種從幾個方面影響生態(tài)系統(tǒng)的碳庫，包括生物量的積累、凋落物和土壤碳儲存，以及木材密度、碳儲存量等[5]。因此分析不同樹種碳儲量變化對綠化造林中樹種的選擇具有重要意義。

3.2.1 相同規(guī)格不同類型樹種的碳儲量變化史紅文等[17]研究表明：單株喬木的日固碳能力強于灌木，喬木在平原綠化的生態(tài)功能方面發(fā)揮主要作用，因此，喬木生物量的研究對森林碳儲量具有重要意義。喬木碳儲量變化采用生物量擴展因子法計算，估算項目實施后不同碳層、不同樹種和不同規(guī)格的林木在項目期內的地上生物量和地下生物量碳庫中的碳儲量。該研究碳匯造林以中小徑樹種為主，所選擇的硬闊、軟闊、松類、杉類這幾種類型樹種的規(guī)格并不統(tǒng)一，為此，以胸徑為4.5 cm和11.0 cm樹種為例，分析不同類型的造林樹種規(guī)格相同時，單株木在計量期內的累計碳儲量變化。喬木往往表現(xiàn)為分段異速生長狀態(tài)，即不同的生長階段生長速率不一樣。計量時各規(guī)格樹種（亞層）不同年份時的單株材積采用分段測算獲得，以5 a為1個生長階段，每個階段內年生長量假設相同。在單株材積的基礎上，計算生物量和碳儲量。由圖1可以看出：在該項目計量期內，樹種碳儲量變化隨年份的變化呈上升趨勢，但不同類型的樹種累計碳儲量的變化幅度不同。小徑木樹種累計碳儲量變化最大的是軟闊類，最小的是杉類，到2031年累計碳儲量分別為0.09426 t·株－1，0.04237 t·株－1。計量期結束累計碳儲量大小依次為軟闊類＞松類＞硬闊類＞杉類。中徑木樹種碳儲量變化最大的是杉類，到2013年累計碳儲量達到0.48410 t·株－1，累計碳儲量變化最小的是硬闊類，到2031年累計碳儲量為0.10551 t·株－1，計量期結束累計碳儲量變化大小依次為杉類＞軟闊類＞松類＞硬闊類。

表1 嘉興市碳匯造林項目分層Table1 Project hierarchy of carbon sequestration forestation

圖1 相同規(guī)格不同類型樹種的累計碳儲量變化Figure1 Cumulative carbon stocks change of the same specifications and different types of trees

3.2.2 不同規(guī)格同類型樹種的碳儲量變化 同一造林樹種規(guī)格不同時，固定碳的能力會有所差異。該研究造林以中小型樹種為主，分別以同類型樹種（中小徑木）不同胸徑的樹木為例，分析不同規(guī)格的樹木累計碳儲量的變化（圖2）。在該項目計量期內，4種類型的造林樹種累計碳儲量大小隨年份的增加而增加。同一類型不同規(guī)格的樹木累計碳儲量有所差異，并表現(xiàn)出規(guī)律性的變化，即在同一年份下，累計碳儲量和胸徑大小呈正比。硬闊類、軟闊類、杉類樹種，中徑木和小徑木相比累計碳儲量隨胸徑的增大增加幅度較大，即這幾類樹種，胸徑大的樹木在相同的年份下可以積累更多的碳；松類樹種小徑木和中徑木累計碳儲量大小變化幅度較為均勻。

3.3 嘉興市碳匯造林項目碳儲量變化

以嘉興市碳匯造林項目樞紐區(qū)為單位，計算并累計各種規(guī)格喬木、灌木和竹子（亞層）的碳儲量變化量，得到各個項目區(qū)（碳層）的項目碳儲量變化量。根據(jù)嘉興市8個互通樞紐區(qū)的碳層碳儲量變化計算結果，匯總得到嘉興市高速公路互通樞紐區(qū)整個碳匯造林項目2011－2031年的碳儲量變化，項目總碳儲量按照地上部分和地下部分分別計量。在計入期內通過林木生長，可累計吸收存儲二氧化碳45973.60 t，平均 2298.68 t·a－1，可吸收二氧化碳為 18.11 t·hm－2·a－1。計入期內，每年的地上、 地下生物量碳儲量變化見圖3。

圖2 不同規(guī)格相同類型樹種的累計碳儲量變化Figure2 Cumulative carbon stocks change of the different specifications and same types of trees

圖3 嘉興市碳匯造林項目碳儲量變化Figure3 Annual carbon stock of carbon sink afforestation project in Jiaxing City

3.4 嘉興市碳匯造林項目碳泄漏變化

該項目營造環(huán)境保護林，在計量期內不會對林木進行主伐利用，又不進行肥料施用，造林項目的運輸工具主要涉及運輸苗木。在2011年苗木運輸中，運輸喬木產生的二氧化碳排放共計35.3337 t；運輸灌木產生的二氧化碳排放共計52.1972 t；因此，嘉興市整個造林綠化項目使用運輸工具產生的二氧化碳排放共計 87.5309 t（表 2）。

3.5 嘉興市碳匯造林項目凈碳匯量

該研究基線碳儲量變化為0，項目邊界內增加的排放量為0，所以，該項目凈碳匯量＝項目碳儲量變化量－造林項目引起的泄漏。由圖4可知，該項目在2011年為碳源，累計項目碳匯量為－81.58 t（二氧化碳當量），自2012年開始有碳匯，項目凈碳匯量為1747.84 t（二氧化碳當量），到2031年累計量將達到45886.07 t（二氧化碳當量）。從年際變化來看，2011年為負增長，2012－2031年年變化量均為正，并在2027年將達到年增長量最大，為31431.64 t（二氧化碳當量）。

表2 嘉興市碳匯造林項目邊界外的溫室氣體泄漏Table2 Greenhouse emission outside the boundaries of carbon sink afforestation project in Jiaxing City

圖4 嘉興市碳匯造林項目凈碳匯量變化Figure4 Change of net carbon amount of carbon sink afforestation project in Jiaxing City

4 結論與討論

嘉興市碳匯造林項目計量期內造林規(guī)格相同的不同類型樹種在相同的年份固定碳的能力不同，小徑木（4.5 cm）到2031年單株累計碳儲量將為軟闊類＞松類＞硬闊類＞杉類，中徑木（11 cm）將為杉類＞軟闊類＞松類＞硬闊類。造林規(guī)格不同的同類型樹種，在項目計量期內累計碳儲量隨年份的增加而增加，并與胸徑大小呈正比。因此，如何根據(jù)造林項目情況選擇合適的樹種，并結合其他管理措施（造林模式等）最大化碳匯，有待進一步研究。

該項目在2011年為碳源，累計項目碳匯量為－81.58 t（二氧化碳當量），自2012年開始有碳匯，為1747.84 t（二氧化碳當量），到2031年，該項目將可累計實現(xiàn)凈碳匯量45886.07 t（二氧化碳當量），年均凈碳匯量為2294.30 t（二氧化碳當量），釋放氧氣為2031.0 t。該項目實施后，將為嘉興市新增生態(tài)功能良好的森林面積近127 hm2，提高嘉興市森林覆蓋率0.14個百分點，固碳效果明顯，生態(tài)效益顯著。

嘉興市碳匯造林項目是在平原地區(qū)進行綠化造林，營造時除注意景觀美化，更要注重生態(tài)優(yōu)先，最大程度地積累碳匯；綠化樹種種類繁多、規(guī)格多樣，樹木種植配置方式會很不規(guī)則，區(qū)域內部的小塊狀界線不明顯。因此，不能以小班或面積對項目進行事前分層，故按造林區(qū)域進行事前項目分層。但計量采用的方法是基于《造林項目碳匯計量與監(jiān)測指南》，計量結果可為其他林業(yè)造林項目碳匯計量提供借鑒和參考；此外，本研究對項目碳匯進行估算和預測也存在一定的不確定性，如森林火災引起的溫室氣體排放、病蟲害降低樹木固碳能力、撫育管理實施情況對林木的碳積累等，這些不確定性因素還要開展進一步碳匯監(jiān)測研究。

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