齊 超，李長勝，張冬有＊＊

(1.哈爾濱師范大學;2.哈爾濱工業(yè)大學)

0 引言

全球變暖成為全球最嚴重的環(huán)境問題之一.森林是陸地生物圈的主體，森林在生長的過程中，通過光合作用，將大氣中的二氧化碳固定在生物體(樹干、枝、葉、根以及花果)內(nèi)，這一碳匯功能在維持全球碳平衡、減緩全球氣候變暖等方面發(fā)揮著不可替代的作用.森林本身維持著約占全球植被86%以上的碳庫，同時也維持著約占全球土壤碳庫73%的土壤碳庫.此外，與其他陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，森林生態(tài)系統(tǒng)具有較高的生產(chǎn)力，每年固定的碳約占整個陸地生態(tài)系統(tǒng)的2/3，因此，森林生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)全球碳平衡、減少大氣中CO2等溫室氣體濃度上升以及維護全球氣候等方面具有不可替代的作用:一方面，森林的生長需要從大氣中吸收和固定大量的碳，是大氣中CO2的一個重要碳匯;另一方面，森林的采伐利用會使原先已固定的碳釋放，又可成為大氣CO2的一個重要碳源［1-2］.保護和發(fā)展森林資源是建設和改善生態(tài)環(huán)境的治本之策，隨著《波恩政治協(xié)定》和《嗎拉喀什協(xié)定》將碳匯項目正式確立為第一承諾期內(nèi)合格的CDM項目，以及《京都議定書》的正式生效，碳匯項目受到了更大關注，包括印度尼西亞、俄羅斯、智利、烏干達及中國在內(nèi)的幾十個國家都在進行碳匯項目試點.具體內(nèi)容包括通過造林、再造林、森林保護、森林經(jīng)營管理促進社區(qū)發(fā)展;改善項目所在地的生態(tài)環(huán)境，保護生物多樣性，以及為項目區(qū)群眾創(chuàng)造實惠等.

目前，俄羅斯、加拿大和美國等國家對森林生態(tài)系統(tǒng)植物碳儲量的估算研究有較大進展［1-2］.我國對森林生物量的調(diào)查研究在20世紀70年代末和80年代初才開始，多數(shù)為林分生物量的實測和推測［3］.為正確評價我國森林碳庫在全球碳循環(huán)和碳平衡中的地位，20世紀90年代初以來，我國學者利用國家林業(yè)部的全國歷次森林資源清查統(tǒng)計資料，研究了我國森林植被的碳儲量及其動態(tài)變化［4-6］，而對于區(qū)域尺度森林碳儲量的研究較少.該研究以哈爾濱市森林為研究對象，利用哈爾濱市森林資源統(tǒng)計資料，對哈爾濱市森林的碳儲量和碳密度進行推算，并對哈爾濱市森林碳儲量進行經(jīng)濟評價.開發(fā)潛在的森林碳匯價值，對于把森林碳匯生態(tài)效益數(shù)量化、市場化、商品化具有重要意義.

1 研究地區(qū)和研究方法

1.1 研究地概況

哈爾濱市位于東經(jīng) 125°42＇～130°10＇、北緯44°04＇～46°40＇之間，地處中國東北北部地區(qū)，黑龍江省南部，屬中溫帶大陸性季風氣候，冬長夏短，全年平均降水量569.1 mm，降水主要集中在6～9月，夏季占全年降水量的60%.四季分明，4～6月份為春季，易發(fā)生春旱和大風，氣溫回升快而且變化無常，升溫或降溫一次可達10℃左右.氣溫月際變化強烈，一般在8～10℃左右.7～8月份為夏季，氣候溫熱濕潤多雨，7月份平均氣溫19～23℃，最高氣溫達38℃.9～10月份為秋季，降雨明顯減少，晝夜溫差變幅較大，9月份平均氣溫為10℃，10月份北部地區(qū)已到0℃，南部地區(qū)2～4℃.11月份到次年3月份為冬季，漫長而寒冷干燥，有時也會出現(xiàn)暴雪天氣.1月平均氣溫-15℃～-30℃.

1.2 研究方法

該研究采用蓄積量法進行計算.蓄積量法是以森林蓄積量數(shù)據(jù)為基礎的碳計量方法.其原理是根據(jù)森林主要樹種抽樣實測，計算出森林主要樹種的平均容重(t/m3)，根據(jù)森林總蓄積量求出生物量，再根據(jù)生物量與碳儲量的轉(zhuǎn)換系數(shù)求出森林的固碳量［7］.

森林全部固碳量計算公式:

CF=樹木生物固碳量+林下植物固碳量+林地固碳量 =∑(Sij×Cij)+α∑(Sij×Cij)+β∑(Sij×Cij)

其中:Cij=Vij×δ×ρ×γ

式中，CF為森林全部固碳量;Sij為第i地區(qū)第j類森林類型的面積;Cij為第i地區(qū)第j類森林類型的生物量碳密度;Vij為第i地區(qū)第j類森林類型單位面積蓄積量;δ為生物量擴大系數(shù);α為林下植物碳轉(zhuǎn)換系數(shù);β為林地碳轉(zhuǎn)換系數(shù);ρ為容積系數(shù);γ為含碳率.

森林資源蓄積擴大倍數(shù)δ的確定:利用該系數(shù)可將樹木蓄積量換算成以樹木為主體的生物蓄積量.根據(jù)測數(shù)學，中國針葉樹和闊葉樹的樹葉平均生物量占整株樹總生物量的 6.75%，樹枝占 15.75%、樹根占25.0%、樹干占 52.5%，由此可計算出樹木生物蓄積量擴大倍數(shù)為1.9(IPCC 默認值為 1.9)［8］.容積密度ρ的確定:該系數(shù)是為了將森林全部生物量蓄積轉(zhuǎn)換成干重的換算系數(shù).日本主要樹種平均容積密度約為0.45，該研究取國際通用 IPCC默認值 0.5.含碳率γ的確定:該系數(shù)是為了將生物量(干重)轉(zhuǎn)換成固碳量的換算系數(shù)［9-11］，中國闊葉樹一般含碳率值都低于0.5，而針葉樹的平均含碳率一般等于或高于0.5，用0.5作為平均含碳率計算森林中喬木層碳儲量所得的結(jié)果比較客觀真實.林下植物固碳量換算系數(shù)α的確定:法國科學家研究表明，森林蓄積生物固碳量占森林固碳總量的41%，林下植物固碳量占森林固碳總量的8%，林地固碳量占森林固碳總量的51%.因此，林下植物固碳量換算系數(shù)α為0.195，其作用是根據(jù)森林生物固碳量計算林下植物(含凋落物)固碳量.林地固碳量換算系數(shù)β的確定:林地固碳量換算系數(shù)β為1.244，其作用是根據(jù)森林生物固碳量計算林地固碳量.

1.3 研究資料

研究所采用的基本數(shù)據(jù)來源于哈爾濱市2002～2010年森林資源清查主要數(shù)據(jù)，資料中數(shù)據(jù)包括哈爾濱市活立木總蓄積量、森林資源總量有林地面積、森林覆蓋率等數(shù)據(jù).

2 結(jié)果與分析

2.1 哈爾濱市森林碳儲量評價

本研究根據(jù)2002-2010年黑龍江省哈爾濱市森林面積蓄積統(tǒng)計資料，利用蓄積量法推算出林木生物量碳儲量、森林碳儲量和碳密度(見表1).

蓄積量法的計算說明［12］:第1種情況，森林碳匯量只計算林木生物量固碳量，則:

林木生物量碳儲量 =森林蓄積×擴大倍數(shù)×容積系數(shù)×含碳率=V×δ×ρ×γ=V×1.9×0.5×0.5

其中，V為森林立木蓄積量，1.9為蓄積擴大系數(shù)，0.5為容積系數(shù)，0.5為樹木含碳率.第 2種情況:森林碳匯量包括林木生物碳儲量、林下植物碳儲量和林地碳儲量，則:

森林全部碳儲量 =樹木生物固碳量+林下植物固碳量+林地固碳量=V×δ×ρ×γ+0.195(V×δ×ρ×γ)+1.244(V×δ×ρ×γ)=V×1.9×0.5×0.5+0.195(V×1.9×0.5×0.5)+1.244(V×1.9×0.5×0.5)

其中，V為森林立木蓄積量，1.9為蓄積擴大系數(shù)，0.5為容積系數(shù)，0.5 為樹木含碳率，0.195 為林下植物固碳量換算系數(shù)，1.244為林地固碳量換算系數(shù).

截至2010年，哈爾濱市林木生物碳儲量為3.9976 ×107t，森林全部碳儲量為9.7502 ×107t，碳密度為 98.4 t/hm2.

表1 哈爾濱市森林碳儲量

2.2 哈爾濱市森林資源動態(tài)變化

哈爾濱市森林資源面積、森林碳儲量、碳密度2002年至2010年的動態(tài)變化情況分別見圖1—圖3.由圖1可以看出2002至2003年哈爾濱市森林資源面積小幅上升，由2002年的1.0073×106hm2升至2003年的1.022 × 106hm2，2003 年至2005年哈爾濱市森林資源面積緩慢下降，由1.022 ×106hm2降至 9.99 × 105hm2.2008 年至2010年三年森林資源面積保持不變.其中2006年森林資源面積最大，為1.029×106hm2，2007年森林資源面積最小，為9.87×105hm2.由圖2可以看出2001年至2010年哈爾濱市森林碳儲量總體呈上升趨勢，2008年至2010年有比較小的波動.由此可見，研究時間段內(nèi)哈爾濱市森林的碳匯作用比較明顯.其中2010年森林碳儲量最大，為9.7502×107t，2002年森林碳儲量最小，為9.0678 × 107t.

圖1 哈爾濱市森林有林地面積

圖2 哈爾濱市森林碳儲量

圖3 哈爾濱市森林碳密度動態(tài)變化

從圖3可以看出2002年至2010年哈爾濱市森林碳密度呈上升趨勢，在2005年至2007年有較小波動.其中2010年森林碳密度最高，為98.4 t/hm2.2002年森林碳密度最低，為90.0 t/hm2.

2.3 哈爾濱市森林碳匯價值評價

對哈爾濱市2002年至2010年森林生物碳匯經(jīng)濟價值進行評價，計算采用國際CO2價格3美元 /t，則碳價格為3×(44/12)=11美元/t;吸收CO2量 =碳匯量×(44/12);釋放O2量 =碳匯量×(32/12);氧氣價格采用工業(yè)氧氣售價600 元 /t［12］.結(jié)果見表 2.

表2 2002—2010年哈爾濱市森林生物碳匯經(jīng)濟價值

圖4 哈爾濱市林木生物碳匯價值

圖5 哈爾濱市森林碳匯價值

由圖4和圖5可以看出哈爾濱市2002年至2010年林木生物碳匯價值、森林全部碳匯價值均呈現(xiàn)出上升趨勢.截至2010年，哈爾濱市森林生物碳匯價值經(jīng)濟評價:哈爾濱市林木生物碳儲量為3.9976 ×107t，林木生物碳匯價值 29.9 億元，吸收CO2量為1.46579 ×108t，釋放O2量為1.06603× 108t，釋放 O2價值639.6 億元.

對哈爾濱市森林全部碳匯價值評價得出，截至2010年，該市森林全部碳儲量為9.7502 ×107t，林木全部碳匯價值為72.9億元，吸收 CO2量為3.57505 ×108t，釋放 O2量2.6000 4 × 108t，釋放O2價值1560億元.

從經(jīng)濟學角度考慮，只有林木生物固碳量可以進入森林碳貿(mào)易過程，而林下植物和林地固碳量則不應參與到森林碳貿(mào)易中.因此，目前哈爾濱市森林生物碳匯價值中可以有29.9億元進入森林碳貿(mào)易市場.

3 結(jié)論與討論

(1)研究時間段內(nèi)哈爾濱市森林碳儲量總體呈上升趨勢，反映哈爾濱市森林的碳匯作用.截至2010年，哈爾濱市森林資源總量有林地面積9.91 ×105hm2，活立木總蓄積量8.416 × 107m3，利用蓄積量法推算出林木生物量碳儲量3.9976×107t、森林碳儲量9.7502 × 107t，其經(jīng)濟價值分別為29.9億元、72.9億元.在研究時段內(nèi)，哈爾濱市森林平均碳密度為94.2 t/hm2.與同期全國森林碳密度相比［13］，哈爾濱森林碳密度高于全國平均水平.這與東北地區(qū)的寒溫帶、溫帶山地針葉林植被碳密度較高有關.

(2)基于森林資源清查資料的生物量估算中對影響森林生物量的主導因素的考慮有待完善.森林生物量與許多生物學因素(蓄積量、林齡等)和非生物學因素密切相關，現(xiàn)有的方法在估算森林生物量時對于森林類型的林齡、氣溫和降水等許多生物和非生物學因素的協(xié)同作用重視不夠，不能動態(tài)估算某一地點森林碳儲量動態(tài)及其對氣候變化的響應.在今后的研究工作中應進行非森林樹木的碳儲量估算.森林清查中，應包含灌木林、經(jīng)濟林、竹林、農(nóng)田防護林以及四旁綠化樹種等蓄積量(生物量)的統(tǒng)計資料.

(3)哈爾濱市近幾年大力發(fā)展了造林工程，對現(xiàn)有森林植被進行了合理的保護，區(qū)域森林碳儲量正在逐年增加，森林所提供的生態(tài)環(huán)境效益也在提高，應繼續(xù)加強現(xiàn)有森林的撫育和管理，做到經(jīng)濟、環(huán)境和人口相互協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展.

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