基于森林資源二類調(diào)查的縣域森林碳匯及其價值估算研究

姚永華　趙澤新　熊安華

摘 要： 基于當陽市第四次（2009年）和第五次（2019年）森林資源二類調(diào)查成果，運用生物量轉(zhuǎn)換因子法，對森林生物量進行了估算；運用生物量-碳儲量轉(zhuǎn)換系數(shù)法，估算了森林碳儲量；按照IPCC（2006年）提供的庫-差別方法，對當陽市2009～2019年10 a期間森林碳匯量進行了估算，采用均值法（市場價值法和造林成本法平均值），評價了當陽市森林碳匯價值。結(jié)果表明：2009年和2019年當陽市森林碳儲量分別為98.20×104tC和147.42×104tC；平均碳密度分別為14.27 tC·hm-2和22.23 tC·hm-2（含地上部分和地下部分，不包括枯死木、枯落物和土壤有機碳）；2009～2019年10 a期間當陽市森林碳匯量為180.47×104 tCO2（49.22×104 tC），單位面積年碳匯量為2.93 tCO2·hm-2·a-1（0.8tC·hm-2·a-1）；2009至2019年10 a期間當陽市森林碳匯價值達1.0億元，單位面積年碳匯價值為162.32元·hm-2·a-1。

關鍵詞： 森林；二類調(diào)查；蓄積量；生物量；碳儲量；含碳率；碳匯

中圖分類號：S757.2；F326.24 文獻標識碼：A 文章編號：1004-3020（2023）01-0036-07

Research on County Forest Carbon Sink and Its Value Estimation Based on the? Second

Class Investigation Survey of Forest Resources：A case of Dangyang of Hubei Province

Yao Yonghua（1） Zhao Zexin（2） Xiong Anhua（2）

（1.National Dangyang Guojiachang Forest Farm in Hubei Province Dangyang 444100；

2.Dangyang Forest Resources Monitoring Station Dangyang 444100）

Abstract： Based on the results of the fourth （2009） and fifth （2019） forest resources survey results in DangYang，the biomass conversion factor method was used to estimate the forest biomass；Using the biomass-carbon storage conversion coefficient method （biomass carbon content rate），the forest carbon storage was estimated；according to the pool-difference method provided by IPCC （2006），the forest carbon sink during the 10-year period from 2009 to 2019 was estimated，using the mean value method （The average value of market value method and afforestation cost method），and evaluated the value of forest carbon sink.The results showed：that in 2009 and 2019，the forest carbon storage in DangYang was 98.20×104tC and 147.42×104tC respectively；the average carbon density was 14.27 tC·hm-2 and 22.23 tC·hm-2 （including the aboveground and excluding dead wood，litter and soil organic carbon）.From 2009 to 2019，in 10 years the forest carbon sink in DangYang was 180.47×104tCO2 （49.22×104tC），and the annual carbon sink per unit area was 2.93tCO2·hm-2·a-1 （0.8tC·hm-2·a-1）；2009 to 2019，during the 10 year period，the value of forest carbon sink in DangYang reached 100 million yuan，and the annual carbon sink value per unit area was 162.32 yuan·hm-2·a-1.

Key words： forest； second class investigation；stand volume；biomass；carbon reserve;carbon content；carbon sink

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的碳庫［1］，在維持地球碳平衡、抑制大氣中二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等主要溫室氣體濃度上升以及應對全球氣候變化方面具有不可替代的作用［2］。森林碳匯是森林生態(tài)系統(tǒng)中的喬木、灌木、草本等植物群落通過光合作用將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物，并以生物量的形式固定在植物體內(nèi)或土壤中，從而減少大氣中二氧化碳濃度的過程、活動或機制，其碳增匯成為緩解全球氣候變化的重要手段。2021年，中國《聯(lián)合國氣候變化框架公約》國家聯(lián)絡人向《公約》秘書處正式提交了更新的國家自主貢獻報告——《中國落實國家自主貢獻成效和新目標新舉措》，提出國家自主貢獻主要目標是，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(xiàn)碳中和，到2030年，森林蓄積量將比2005年增加60億m3。相對于工業(yè)減排，森林碳匯更具成本有效性，且具有多種效益，是世界各國應對氣候變化的重要策略［3］，森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能在我國實現(xiàn)碳中和目標過程中至關重要。估算縣域內(nèi)森林碳儲量，分析碳匯量的變化情況，對其碳匯功能的經(jīng)濟價值進行分析評價，為縣域范圍內(nèi)制定林業(yè)應對氣候變化與碳中和規(guī)劃、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值（GEP）核算和統(tǒng)籌縣域碳匯效益市場化與生態(tài)補償機制改革提供依據(jù)［4］。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

當陽市位于湖北省中西部，荊山山脈以南，大巴山脈東麓，地跨東經(jīng)111.575°～112.070°，北緯30.507°～31.195°，總面積21.5萬hm2，是鄂西山地向江漢平原的過渡地帶。全市地形差異大，土壤類型多。低山、丘陵、崗地、平原地貌依坡梯次而降，地形起伏由大到小，山地約占全市國土總面積的15%，丘陵、崗地占56%，平原占29%。地層以第四紀沉積物和白堊系砂巖、泥巖為主，侏羅系泥巖、泥巖、粉砂巖以及石灰?guī)r亦有較大范圍分布。全市土壤可歸并為黃棕壤、紫色土、石灰（巖）土、潮土和水稻土5個土類，森林土壤類型以黃棕壤為主，紫色土、石灰土有少量分布。當陽市地處中亞熱帶與北亞熱帶融匯地區(qū)，屬典型的亞熱帶季風氣候，氣候溫暖濕潤，四季分明，雨熱同季，季風明顯，春秋兩季較短，無霜期長。當陽市屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域北亞熱帶常綠落葉闊葉混交林植被類型區(qū)，主要森林植被類型包括以麻櫟Quercus acutissima、栓皮櫟Quercus variabilis和其他硬闊等為主的落葉闊葉林；以馬尾松Pinus massoniana、濕地松Pinus elliottii為主的針葉林；以青岡Quercus glauca、柯Lithocarpus glaber為主的常綠闊葉林；以馬尾松等針葉樹種和櫟類、柯等闊葉樹種混交的針闊混交林［5］。

1.2 研究資料

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于當陽市第四次（2009年）和第五次（2019年）森林資源二類調(diào)查（規(guī)劃設計調(diào)查）成果。森林資源二類調(diào)查每十年開展一次，采用調(diào)查時間節(jié)點的高分辨率衛(wèi)星影像圖在GIS系統(tǒng)中根據(jù)小班區(qū)劃條件進行內(nèi)業(yè)區(qū)劃，外業(yè)調(diào)查時，在小班內(nèi)選取具有代表性的地段設置樣地進行地類、優(yōu)勢樹種、起源、林分年齡等小班因子和胸徑、樹高、斷面積等測樹因子調(diào)查，主要查清各類森林面積和森林蓄積量，并以縣域為總體進行機械抽樣（2009年）或分層抽樣（2019年），采用角規(guī)控制檢尺方法調(diào)查樣地蓄積量，估算總體森林蓄積量的區(qū)間范圍，檢驗小班森林蓄積調(diào)查的可靠性和調(diào)查精度。2009年二類調(diào)查，區(qū)劃、調(diào)查小班1.56萬個，抽樣調(diào)查樣地1 003個，總體蓄積量抽樣調(diào)查精度為88.25%，小班調(diào)查蓄積同總體抽樣蓄積相差在±1倍允許誤差范圍內(nèi)；2019年二類調(diào)查，區(qū)劃、調(diào)查小班2.34萬個，調(diào)查喬木林層抽樣控制點130個，總體蓄積量的抽樣調(diào)查精度為87%，小班調(diào)查蓄積在總體抽樣蓄積±1倍允許誤差范圍內(nèi)。

森林包括郁閉度0.2以上喬木林、胸徑2 cm以上的竹林和覆蓋度30%以上的國家特別規(guī)定灌木林。當陽市的國家特別規(guī)定灌木林是以柑桔為主的經(jīng)濟林，第三次國土調(diào)查，將其劃為園地，不再屬林地；竹林是以雷竹為主的筍用竹林，且面積很小，因此本研究不考慮國家特別規(guī)定灌木林和竹林。

森林碳匯不僅包括林木碳匯量，還應包含林下植被和林地碳匯量。由于林下植被和林地碳匯量在1年內(nèi)變化不大［6］，因此估算中僅計算林木的碳匯量，不計算林下植被和土壤碳匯量。

1.2.2 森林面積蓄積

2009年和2019年當陽市各齡組森林面積蓄積見表1。

1.2.3 森林類別面積蓄積

2009年和2019年當陽市各森林類別面積蓄積見表2。

1.2.4 森林起源面積蓄積

2009年和2019年當陽市森林分起源面積蓄積見表3。

1.2.5 森林類型面積蓄積

形成當陽市森林群落的主要樹種包括馬尾松、濕地松、櫟、硬闊類、軟闊類等23個，根據(jù)各優(yōu)勢樹種的面積、蓄積、分布狀況和林分結(jié)構，將這23個優(yōu)勢樹種歸并為硬闊類、馬尾松、櫟類、濕地松、針闊混、楊樹、闊葉混、樟、杉木、軟闊類等10個森林類型。2009年和2019年當陽市各森林類型的面積蓄積見表4。

1.3 研究方法

1.3.1 森林碳儲量估算

森林碳儲量是指區(qū)域范圍內(nèi)截止某一個時點森林碳庫中所積累的碳總量，采用生物量轉(zhuǎn)換因子法進行估算。以二類調(diào)查的各森林類型的蓄積量為基數(shù)，用各森林類型的生物量擴展因子計算生物量，再通過各樹種的基本木材密度計算生物質(zhì)干重，然后通過生物質(zhì)含碳率計算各森林類型的碳儲量［7］。其計算公式如下［8］：

Ct=Vt×D×BEF×（1+R）×CF

式中：Ct為碳儲量；Vt總蓄積量；D為某森林類型樹種組的木材基本密度；BEF為生物量擴展因子，即林木地上生物量與樹干生物量的比值；R為森林類型樹種組的生物量根冠比，即地下生物量與地上生物量之比；CF為生物量干物質(zhì)含碳率。

各森林類型的碳儲量計算參數(shù)［9］見表5。

1.3.2 森林碳匯量估算

森林碳匯量是指森林生態(tài)系統(tǒng)中各碳庫在一定時間間隔期內(nèi)增加的碳儲量，按照“政府間氣候變化專門委員會”IPCC（2006年）提供的庫-差別方法［10］進行估算。用基于2009年和2019年森林資源二類調(diào)查成果估算的兩個時間點的森林碳儲量，通過10年期間森林碳儲量的變化量估算森林年平均碳匯。其計算公式為［11］：

ΔC=（Ct2-Ct1）/S（t2-t1）

式中：t1和t2表示2個時間點；S為t1時點的面積，并且至t2時點，此面積保持不變；Ct1和Ct2表示面積為S的森林分別在t1和t2 2個時點的碳儲量，△C為t2和t12個時點間年平均碳匯（tC·hm-2·a-1）。

2019年森林資源二類調(diào)查時小班區(qū)劃所采用的衛(wèi)星影像地面分辨率為1 m，高于2009年所采用的地面分辨率為2 m的衛(wèi)星影像，小班區(qū)劃更精確，面積更精準，故本研究中，森林面積S以2019年森林資源二類調(diào)查資料為準。

1.3.3 森林碳匯價值估算

對森林碳匯價值進行評估，是為了確定森林碳匯功能帶來的收益，將森林固定CO2的量用貨幣的形式表示出來，能夠使人們更直觀的了解森林碳匯功能所發(fā)揮出的巨大效益，更方便地評估縣域生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值。估算森林碳匯的價值取決于兩個參數(shù)，一個是碳匯量，一個是碳匯價格。其計算公式為：

V=Q×P

其中，V為碳匯價值；Q為碳匯量；P為碳匯的價格［12］。

由于森林碳匯具有共有性和外部性，在市場經(jīng)濟內(nèi)進行交易具有困難性，使得國際上計算森林碳匯價值的方法多樣。碳稅法、造林成本法、人工固定CO2成本法從成本的角度正向度量森林碳匯價值；市場價值法、成本效益法及支付意愿法則是從市場效益角度來逆向度量森林碳匯價值，每種方法都有其各自的優(yōu)缺點，在它們中間很難找到一種令大家都滿意和信服的方法［13］。

本研究從為碳匯效益市場化和生態(tài)補償機制提供參考方面考慮，采用均值法，即取造林成本法和市場價值法的平均值作為碳匯的價格，對當陽市森林碳匯價值進行評估。

造林成本法采用候元兆等計算出的我國森林固碳成本273.3元·t-1C［14］（折合74.5元·t-1CO2）；市場價值法采用北京綠色交易所有限公司在全國碳市場第一個履約周期中CCER（國家核證自愿減排量）的成交平均價［15］36.3元·t-1CO2，取其平均值55.4元·t-1CO2作為碳匯價格進行碳匯價值評估。

2 結(jié)果與分析

2.1 碳儲量

2.1.1 森林碳儲量

2009年當陽市森林碳儲量為98.20×104tC，相當于固定360.07×104tCO2；2019年森林碳儲量為147.42×104tC，相當于固定540.54×104tCO2（表6）。

2.1.2 各齡組碳儲量及碳密度

2009年、2019年各齡組碳儲量中，幼齡林占森林總碳儲量的比例均最高，分別為70.47%、73.46%；其次是中齡林，分別為24.02%、17.64%。幼齡林和中齡林占森林碳儲量比例達90%以上，是碳儲量的主要貢獻者，近、成熟林儲量占比很小（表7）。

2009、2019年幼齡林、中齡林、近熟林和成熟林平均碳密度均隨著林分年齡的增加呈現(xiàn)增長趨勢，森林各齡組碳儲量和碳密度的變化情況如圖1所示。

2.1.3 森林各起源碳儲量及碳密度

2009年、2019年森林碳儲量中，天然林碳儲量占比分別為87.70%、81.13%，均達80%以上；人工林碳儲量占比分別為12.3%、18.7%，所占比例較小。人工林碳密度均大于天然林碳密度，2009年人工林碳密度比天然林高28.82%，2019年人工林碳密度比天然林高19.49%（表8）。

2.1.4 各森林類型碳儲量及碳密度

2009年各森林類型碳儲量中，硬闊類占森林碳儲量的39.31%，馬尾松占27.65%，櫟類占13.72%，這三大森林類型的碳儲量占森林碳儲量的80.68%，是森林碳儲量的主要貢獻者。

2019年各森林類型碳儲量中，硬闊類占森林碳儲量的31.84%，櫟類占18.90%，濕地松占14.58%，馬尾松占14.39%，針闊混交類占10.68%，占比10%以上的森林類型達到5個，比2009年增加2個，這表明當陽市的森林類型向多元化發(fā)展，生物多樣性提升（表9）。

2009年、2019年森林平均碳密度分別為14.27 tC·hm-2和22.23 tC·hm-2；各森林類型碳密度最高的均為針闊混交林，分別為19.14 t·hm-2和27.99 t·hm-2，碳密度最低的均為軟闊類，分別為6.19 t·hm-2和11.51 t·hm-2。

2.2 森林碳匯

2009年和2019年當陽市森林碳儲量分別為98.20×104 tC和147.42×104 tC，10 a期間凈增49.22×104 tC，平均碳密度分別為14.27 tC·hm-2和22.23 tC·hm-2，10 a期間凈增7.96 tC·hm-2，依據(jù)庫-差別方法得出2009～2019年當陽市森林碳匯為0.8 tC·hm-2·a-1，CO2當量為2.93 tCO2·hm-2·a-1（表10）。

2009～2019年，各森林類型中，櫟樹和樟樹的碳匯量最高，均為4.14 tCO·hm-2·a-1，闊葉混交林的碳匯量較低，為0.81 tCO·hm-2·a-1。

2.3 森林碳匯價值

2009～2019年10 a期間當陽市森林碳匯總量為49.22×104 tC，折合CO2當量180.47×104 tCO2，按碳匯價格55.4元·t-1CO2計算，當陽市森林碳匯價值為1.0億元，單位面積年碳匯價值為162.32元·hm-2·a-1。

3 結(jié)論與討論

（1）2009年，在10種森林類型中，硬闊類、馬尾松和櫟類的碳儲量占森林總碳儲量的80.68%，平均碳密度為14.27 tC·hm-2，碳密度最高的是針闊混交林，為19.14 tC.hm-2，軟闊類碳密度最低，僅為6.19 tC·hm-2；2019年，硬闊類碳儲量最大，占森林總碳儲量的31.84%，櫟類、濕地松、馬尾松、針闊混交類占比均在10%以上，平均碳密度為22.23 tC·hm-2，碳密度最高的是針闊混交林，為27.99 tC·hm-2，軟闊類碳密度最低，僅為11.51 t·hm-2。從2個時間點的碳密度看，針闊混交林的固碳能力均顯著高于針葉和闊葉純林，這表明，在實施林分改造、提升林分質(zhì)量過程中，將現(xiàn)有的針葉和闊葉純林改造為針闊混交林，是提升森林碳匯能力的有效途徑。

2009～2019年，當陽市森林碳密度由14.27 tC·hm-2提高到22.23 tC·hm-2，提高了558%，但仍遠低于過中國森林平均碳密度水平（38.7 t·hm-2）［2］，這表明當陽市的森林林分質(zhì)量較差，固碳能力較弱，但固碳潛力大，通過實施造林、森林經(jīng)營等林業(yè)碳匯項目，改善林分結(jié)構和質(zhì)量，可以有效提升森林的碳固能力，提高森林碳匯量。

（2）從圖1可以看出，當陽市各森林類型的平均碳密度均表現(xiàn)為隨林齡增加而增加，齡組與碳密度呈明顯正相關，與其他學者的研究一致［2，19，20］。雖然幼、中齡林平均碳密度較低，但其生長旺盛，固碳速率快，碳儲量潛力較大，隨著森林的逐步成熟，當陽市的森林碳匯量將大幅提高［5］。

2009年和2019年人工林碳密度比天然林碳密度分別高28.8%和19.5%，人工林固碳能力顯著高于天然林。現(xiàn)階段人工林固碳能力高于天然林的主要原因是人工林采取集約經(jīng)營措施、選用良種壯苗、造林地立地質(zhì)量高等，目前，人工林大多處于中幼林階段，前期生長快，固碳能力強，但其穩(wěn)定性比天然林差［16］，隨著天然林保護的加強，天然林的碳匯功能將大幅提升。

（3）2009～2019年10 a期間當陽市森林年均碳匯量為2.93 tCO2·hm-2·a-1，與截至2017年3月，中國核證自愿減排量交易信息平臺上發(fā)布的25個森林經(jīng)營碳匯項目的平均單位面積年均減排量［21］2.87 tCO2·hm-2·a-1相近，這個碳匯量是在普遍實施的常規(guī)經(jīng)營、無林業(yè)碳匯項目活動情形下的年均碳匯量，可以作為森林經(jīng)營碳匯項目和林業(yè)碳普惠制［17］項目的基線碳匯量。

（4）本研究采用均值法所取的價格55.4元·t-1CO2，與2021年6月北京碳市場林業(yè)碳匯（FCER）的成交［18］價格57.25元·t-1CO2相近，近期有望在國內(nèi)碳交易市場上實現(xiàn)。

（5）按照2009～2019年森林平均碳密度的增幅，到2030年當陽市的森林碳密度有望達到34.63 tC·hm-2，接近中國森林平均碳密度水平，據(jù)此估算得到，2020～2030年當陽市森林的固碳量可達82.22×104 tC，森林年均碳匯量可達4.55 tCO2·hm-2·a-1，單位面積年碳匯價值可達252.07元·hm-2·a-1，10 a期間森林碳匯總價值可望達到1.67億元。

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（編校：唐 嵐）

收稿日期：2022-08-31

作者簡介：姚永華（1971～），男，工程師，主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計和科技推廣工作。

熊安華為通訊作者。