綠化植物固碳量的經濟效益分析

□栗星然，王子豪

（1.蘇州大學，江蘇 蘇州 215006；2.河南財經政法大學，河南 鄭州 450000）

習近平總書記在世界經濟論壇“達沃斯議程”對話會中提出：“中國將繼續促進可持續發展，加強生態文明建設，確保實現2030 年前二氧化碳排放達到峰值、2060 年前實現碳中和的目標。”同時，“十四五”規劃中指出，單位國內生產總值能源消耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%。落實2030 年應對氣候變化國家自主貢獻目標，制定2030 年前碳排放達峰行動方案。完善能源消費總量和強度雙控制度，重點控制化石能源消費。實施以碳強度控制為主、碳排放總量控制為輔的制度，支持有條件的地方和重點行業、重點企業率先達到碳排放峰值。推動能源清潔低碳安全高效利用，深入推進工業、建筑、交通等領域低碳轉型。加大甲烷、氫氟碳化物、全氟化碳等其他溫室氣體控制力度，提升生態系統碳匯能力。錨定努力，采取更加有力的政策和措施，爭取2060 年前實現碳中和。

黨的十八大首次將“大力推動生態文明建設”作為一項重要的戰略決策提出以來，生態文明建設成為全黨、全國人民實現中華民族偉大復興的一項重要任務。黨的十八屆五中全會更是將增強生態文明建設作為國家五年規劃提出。在黨的十九大報告中，習近平總書記指出，一是要推進綠色發展。加快建立綠色生產和消費的法律制度和政策導向，建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系。二是要著力解決突出環境問題。堅持全民共治、源頭防治，持續實施大氣污染防治行動，打贏藍天保衛戰。中國政府在第七十五屆聯合國大會上提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和。”在“十四五”規劃中，同樣將碳中和目標的實現，作為未來5 年經濟建設的一大重要目標。

碳中和一般是指國家、企業、產品、活動或個人在一定時間內直接或間接產生的二氧化碳或溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節能減排等形式，以抵消自身產生的二氧化碳或溫室氣體排放量，實現正負抵消，達到相對“零排放”。通過綠化植物的光合作用對二氧化碳等溫室氣體進行吸收，從而抵消社會經濟發展過程中不可避免出現的碳排放問題，實現碳中和的目標。

文章以江蘇省為例，通過《江蘇統計年鑒》獲知，江蘇省活立木總蓄積量與森林蓄積量只在2013—2014 年出現增長，而在2014 年之后幾乎保持不變，這表明江蘇省在近7 年內無大規模植樹造林計劃，森林植物蓄積量保持在相對穩定水平上。而2013—2014 年江蘇省林業用地面積、森林面積、人工林面積和森林覆蓋率同時出現了下降。同時，在2014 年后，上述指標也幾乎保持不變，這表明江蘇省林業用地在近8 年內無大幅度計劃增減，且伴隨著城市化進程的進一步擴大，林地面積及森林覆蓋率將呈現下降趨勢。根據中國碳核算數據庫的數據可知，江蘇省1997—2019 年的碳排放量呈現上升趨勢，且在2005—2010 年上升速度最快。近年來，由于我國大力發展生態文明建設的原因，江蘇省碳排放量增長幅度放緩。但基于經濟建設與城市化進一步發展的需要，未來江蘇省碳排放量在大趨勢下仍將繼續保持增長趨勢。

通過上述分析可以發現，江蘇省的林地規劃面積在近年內將不會出現明顯的增長趨勢，且存在下降的可能。綠色植物的固碳總量將不會出現明顯上升趨勢，而江蘇省碳排放量在未來大趨勢上呈現增長趨勢，必然導致大量溫室氣體被排放至大氣中，顯然與生態文明建設與碳中和目標的實現相違背。因此，文章旨在通過優化綠化植物，合理配置江蘇省林地面積，針對江蘇省現有林業用地面積，制訂合理的綠化植物種植方案。

1 基本假定

第一，每株香樟樹年固碳量大小恒定，不會因外界因素變化而變化。

第二，只考慮香樟樹種群的固碳量，且植物碳密度近似等于香樟樹種群間密度。

第三，假定香樟樹種群林齡類型為均衡型。

第四，林業用地的土地價格不隨地理位置的改變而改變，單株香樟樹的價格不會因為購買數量的變化而改變。

第五，不考慮其他綠化植物群落與香樟樹種群之間出現競爭，而導致香樟樹種群固碳量出現大幅度降低的可能性。

第六，江蘇省政府不改變現有林業用地規劃面積及綠化植物維護費用標準。

第七，江蘇省不發生大規模自然災害，致使綠化植物遭到大規模破壞。

2 固碳量模型

2.1 江蘇省綠化植物分析

通過走訪調查可知，江蘇省常見的園林道路綠化植物包括喬木屬的香樟、廣玉蘭、桂花、銀杏、女貞、垂柳、日本晚櫻等，灌木屬的毛竹、石榴、楊梅、夾竹桃等。在上海交通大學趙艷玲的《上海社區綠地植物群落固碳效益分析及高固碳植物群落優化》中，利用CITY green 分析了上海市社區綠地常見園林植物春季固碳釋氧效益。

在江蘇省常見綠化園林植物中，大喬木屬的香樟固碳釋氧效果最佳。相較于其他綠化植物而言，香樟樹不僅四季均可進行固碳釋氧，而且其固碳量與種群數量呈正相關關系，更加適合群體種植。因此，文章以香樟樹作為主要綠化種植樹木進行規劃設計。

2.2 江蘇省碳排預測

2.2.1 灰色預測分析

20 世紀80 年代，我國著名學者鄧聚龍教授創立的灰色系統理論，使得大量不確定系統問題得到解決。而對于其中的灰色預測系統，其原理在于通過尋找已知信息中具有高價值的信息，探究總結出隨機數組間的相對規律，并通過該規律進一步進行預測的系統性預測模型。

文章采用累加生成數列對江蘇省碳排放量數據原始數據進行處理。累加生成數列是指，將原始數據組中各時刻數據依次累加后生成的數列。通過累加生成過程，可以使得原本無序的數組出現明顯的規律性變化。之后定義灰導數，具體見公式（1）。

其中，表示發展系數，為灰作用量。此時公式（2）對應的白微分方程，具體見公式（3）。

原始數據序列的標準差滿足，具體見公式（4）。

預測殘差序列的標準差滿足，具體見公式（5）。

后驗差比值，具體見公式（6）。

2.2.2 碳排放量預測

將《江蘇統計年鑒》中1997—2019 年的年碳排放量數據作為原始數列，累加生成過程得到累加生成數列λ（k），并帶入白微分方程中，利用MATLAB 求得其結果為2020—2022 年預計江蘇省年碳排放量分別為655.610 7 t，659.284 3 t 和662.979 7 t，后驗差比值為0.275 23＜0.35，系統預測精度良好。

分析上述結果可知，江蘇省2022 年全年碳排放量預計將達到662.979 7 t。

2.3 郁閉度與種群密度的相關分析

《上海社區綠地植物群落固碳效益分析及高固碳植物群落優化》的研究表明，植物的郁閉度與植物群落的碳密度存在某種相關關系，而對于單一植物種群構成的群落而言，碳密度即為該植物種群的密度。將郁閉度和碳密度的數據利用SPSS 的曲線擬合進行回歸分析，算出參數估計（見表1）以及擬合出郁閉度與碳密度關系曲線（見圖1）。

圖1 郁閉度與碳密度關系

由表1 可知，當郁閉度與碳密度間滿足二次關系時，擬合后表達式的為0.999，調整后的為0.998，均為最大值，且均超過了0.9。這表明，郁閉度與碳密度之間滿足以下等式時，相較于其他關系擬合效果最佳，具體見公式（7）。

表1 郁閉度與碳密度關系的參數估計

同時，利用計算得到函數的回歸平方和為998.818，殘差平方和為1.182。同樣表明，郁閉度與碳密度在二次關系下的擬合效果較好。

2.4 不考慮財政支出下的香樟樹種植方案

根據《上海城市森林群落結構特征與固碳能力研究》中的結論獲知，植被碳儲量和年碳吸收量之間存在相應關系，具體見公式（8）。

其中，Q表示植物固碳總量，表示植物種植面積，表示碳削減系數。在不考慮政府財政支出的情況下，盡可能要求綠化植物碳吸收量最大，目標函數具體見公式（9）。

預計江蘇省在近期內不會擴大現有綠地面積規劃，因此綠化植物的種植面積不能高于現有江蘇省綠地規劃總面積。

根據《江蘇統計年鑒》數據可知，江蘇省現有綠化總面積為1 071 000 hm，因此≤1 071 000。而假定種植的香樟樹的林齡均為均衡型，那么其碳削減系數=0.001 72。根據上述限制條件建立線性規劃模型，具體見模型（10）。

據上述方法在Lingo 中編程求解，整理結果為：在不考慮政府開支的情況下，種植595 614 棵香樟樹，規劃種植面積在1 071 000 hm時，綠化植物固碳量達到最大值1 172 t，種群郁閉度將達到63.622 34%。

3 固碳量優化模型

在固碳量模型中，存在兩個嚴重的問題。一方面，綠化植物的固碳量遠遠高于江蘇省2022 年預計碳排放量值，這就導致過多的土地被用于種植香樟樹，同時導致大量不必要的政府財政支出。另一方面，由于模型中不考慮江蘇省政府的綠化開支，這就導致模型預測結果與實際嚴重不符。因此，對固碳量模型進一步優化，考慮政府開支對于種植的影響因素，建立了固碳量優化模型。

本研究僅從香樟樹購買價格、土地成本和后期綠化維護費用3 個角度出發，考慮在種植過程中可能出現的經濟成本。其中，表示種植總成本，p表示單株樹木種植成本，p表示每公頃土地價格，p表示每公頃土地綠化維護費用，目標函數具體見公式（11）。

根據《蘇州市市區綠地養護管理暫行辦法》的規定，將蘇州市綠地分為一級綠地、二級綠地、三級綠地3 個等級。一級綠地是指主要位于主干道或公園、街頭等人流量較大、要求標準較高的綠地，其養護定額為94 000 元/hm。二級綠地是指位于街頭、小游園、非主干路旁的綠化植物，其養護定額為78 000 元/hm。三級綠地是指位于城市外圍或近郊等較偏遠的綠地，其養護定額為67 000 元/hm。由于城市中的綠化用地相較于郊區綠化用地而言面積較小，因此這里將綠化用地全部按照三級綠地標準進行養護，即綠化養護費用為67 000 元/hm。

據江蘇省苗木價格參考表數據可知，干徑在15～15.9 cm 的香樟樹價格為1 320 元/株。據蘇州市土地價格數據得知，江蘇省平均土地價格為45 220 元/hm。在考慮財政支出的情況下，種植香樟樹的面積同樣不能超過江蘇省綠地總規劃面積。

與此同時，植物年總碳吸收量還需要超過2022 年江蘇省預計全年碳排放量，即由公式（8）可知：Q≥651.956 3，其中根據公式（7）可知：=0.127-12.038+0.018。因此，根據上述約束條件建立線性規劃模型，具體見模型（12）。

通過Lingo 編程求解，整理結果為：在考慮政府開支的情況下，種植330 329 棵香樟樹，規劃種植面積為595 778.2 hm時，綠化植物固碳量達到651.956 3 t，種群郁閉度將達到63.621 72%。此時，政府開支將達到最小值，為67 254 620 184 元。

4 模型優缺點

4.1 模型優點

第一，創新性地將綠色植物固碳量與城市綠化相結合，使得在減少城市碳排放的同時，還能兼顧城市綠化。

第二，將植物的郁閉度與植物種群間密度進行回歸分析，更加準確地描述了植物郁閉度與植物種群間密度的相關關系，使得在分析植物碳吸收量時，更加簡單地得到了植物的郁閉度，而不需要再進行實地檢測，節約了研究時間。

第三，采用灰色預測模型對江蘇省年碳排放量進行預測，由于灰色模型對于小樣本數據具有較好的預測效果，因此預測結果較為精確。

第四，利用Lingo、SPSS 等數理統計軟件，使得決策模型更加科學準確。

4.2 模型缺點

第一，本研究只考慮對單一植物的固碳量進行分析，而實際規劃中，由于不同種植物間存在相互影響效果，因此根據本模型推導得出的結果可能與實際產生一定的偏差。

第二，本研究考慮的價格是平均價格，不同地區間可能因為存在一定的價格差異，導致經濟模型結果出現偏差。

第三，在進行植物碳吸收量與碳密度的相關分析中，由于只考慮了一種植物，因此將碳密度簡化為種群間密度，這就導致了在進行回歸分析時不可避免會出現系統性誤差。