齊 超，李長(zhǎng)勝，張冬有＊＊

(1.哈爾濱師范大學(xué);2.哈爾濱工業(yè)大學(xué))

0 引言

全球變暖成為全球最嚴(yán)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(zhǎng)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(shí)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(gè)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(hù)全球氣候等方面具有不可替代的作用:一方面，森林的生長(zhǎng)需要從大氣中吸收和固定大量的碳，是大氣中CO2的一個(gè)重要碳匯;另一方面，森林的采伐利用會(huì)使原先已固定的碳釋放，又可成為大氣CO2的一個(gè)重要碳源［1-2］.保護(hù)和發(fā)展森林資源是建設(shè)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(xiàng)目正式確立為第一承諾期內(nèi)合格的CDM項(xiàng)目，以及《京都議定書》的正式生效，碳匯項(xiàng)目受到了更大關(guān)注，包括印度尼西亞、俄羅斯、智利、烏干達(dá)及中國(guó)在內(nèi)的幾十個(gè)國(guó)家都在進(jìn)行碳匯項(xiàng)目試點(diǎn).具體內(nèi)容包括通過造林、再造林、森林保護(hù)、森林經(jīng)營(yíng)管理促進(jìn)社區(qū)發(fā)展;改善項(xiàng)目所在地的生態(tài)環(huán)境，保護(hù)生物多樣性，以及為項(xiàng)目區(qū)群眾創(chuàng)造實(shí)惠等.

目前，俄羅斯、加拿大和美國(guó)等國(guó)家對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)植物碳儲(chǔ)量的估算研究有較大進(jìn)展［1-2］.我國(guó)對(duì)森林生物量的調(diào)查研究在20世紀(jì)70年代末和80年代初才開始，多數(shù)為林分生物量的實(shí)測(cè)和推測(cè)［3］.為正確評(píng)價(jià)我國(guó)森林碳庫在全球碳循環(huán)和碳平衡中的地位，20世紀(jì)90年代初以來，我國(guó)學(xué)者利用國(guó)家林業(yè)部的全國(guó)歷次森林資源清查統(tǒng)計(jì)資料，研究了我國(guó)森林植被的碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化［4-6］，而對(duì)于區(qū)域尺度森林碳儲(chǔ)量的研究較少.該研究以哈爾濱市森林為研究對(duì)象，利用哈爾濱市森林資源統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)哈爾濱市森林的碳儲(chǔ)量和碳密度進(jìn)行推算，并對(duì)哈爾濱市森林碳儲(chǔ)量進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià).開發(fā)潛在的森林碳匯價(jià)值，對(duì)于把森林碳匯生態(tài)效益數(shù)量化、市場(chǎng)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(guó)東北北部地區(qū)，黑龍江省南部，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬長(zhǎng)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(fēng)，氣溫回升快而且變化無常，升溫或降溫一次可達(dá)10℃左右.氣溫月際變化強(qiáng)烈，一般在8～10℃左右.7～8月份為夏季，氣候溫?zé)釢駶?rùn)多雨，7月份平均氣溫19～23℃，最高氣溫達(dá)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(zhǎng)而寒冷干燥，有時(shí)也會(huì)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(jìn)行計(jì)算.蓄積量法是以森林蓄積量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的碳計(jì)量方法.其原理是根據(jù)森林主要樹種抽樣實(shí)測(cè)，計(jì)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(chǔ)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(jì)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(kuò)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(kuò)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(cè)數(shù)學(xué)，中國(guó)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(jì)算出樹木生物蓄積量擴(kuò)大倍數(shù)為1.9(IPCC 默認(rèn)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(guó)際通用 IPCC默認(rèn)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(guó)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(jì)算森林中喬木層碳儲(chǔ)量所得的結(jié)果比較客觀真實(shí).林下植物固碳量換算系數(shù)α的確定:法國(guó)科學(xué)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(jì)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(jì)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(chǔ)量評(píng)價(jià)

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(jì)資料，利用蓄積量法推算出林木生物量碳儲(chǔ)量、森林碳儲(chǔ)量和碳密度(見表1).

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

林木生物量碳儲(chǔ)量 =森林蓄積×擴(kuò)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(kuò)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(chǔ)量、林下植物碳儲(chǔ)量和林地碳儲(chǔ)量，則:

森林全部碳儲(chǔ)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(kuò)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(chǔ)量為3.9976 ×107t，森林全部碳儲(chǔ)量為9.7502 ×107t，碳密度為 98.4 t/hm2.

表1 哈爾濱市森林碳儲(chǔ)量

2.2 哈爾濱市森林資源動(dòng)態(tài)變化

哈爾濱市森林資源面積、森林碳儲(chǔ)量、碳密度2002年至2010年的動(dòng)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(chǔ)量總體呈上升趨勢(shì)，2008年至2010年有比較小的波動(dòng).由此可見，研究時(shí)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(chǔ)量最大，為9.7502×107t，2002年森林碳儲(chǔ)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(chǔ)量

圖3 哈爾濱市森林碳密度動(dòng)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(shì)，在2005年至2007年有較小波動(dòng).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(jià)值評(píng)價(jià)

對(duì)哈爾濱市2002年至2010年森林生物碳匯經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算采用國(guó)際CO2價(jià)格3美元 /t，則碳價(jià)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(jià)格采用工業(yè)氧氣售價(jià)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(jì)價(jià)值

圖4 哈爾濱市林木生物碳匯價(jià)值

圖5 哈爾濱市森林碳匯價(jià)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(jià)值、森林全部碳匯價(jià)值均呈現(xiàn)出上升趨勢(shì).截至2010年，哈爾濱市森林生物碳匯價(jià)值經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià):哈爾濱市林木生物碳儲(chǔ)量為3.9976 ×107t，林木生物碳匯價(jià)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(jià)值639.6 億元.

對(duì)哈爾濱市森林全部碳匯價(jià)值評(píng)價(jià)得出，截至2010年，該市森林全部碳儲(chǔ)量為9.7502 ×107t，林木全部碳匯價(jià)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(jià)值1560億元.

從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度考慮，只有林木生物固碳量可以進(jìn)入森林碳貿(mào)易過程，而林下植物和林地固碳量則不應(yīng)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(jià)值中可以有29.9億元進(jìn)入森林碳貿(mào)易市場(chǎng).

3 結(jié)論與討論

(1)研究時(shí)間段內(nèi)哈爾濱市森林碳儲(chǔ)量總體呈上升趨勢(shì)，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(chǔ)量3.9976×107t、森林碳儲(chǔ)量9.7502 × 107t，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值分別為29.9億元、72.9億元.在研究時(shí)段內(nèi)，哈爾濱市森林平均碳密度為94.2 t/hm2.與同期全國(guó)森林碳密度相比［13］，哈爾濱森林碳密度高于全國(guó)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(guān).

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

(3)哈爾濱市近幾年大力發(fā)展了造林工程，對(duì)現(xiàn)有森林植被進(jìn)行了合理的保護(hù)，區(qū)域森林碳儲(chǔ)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(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)現(xiàn)有森林的撫育和管理，做到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和人口相互協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展.

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