于海群

（北京市園林綠化規(guī)劃和資源監(jiān)測中心（北京市林業(yè)碳匯與國際合作事務中心），北京 100029）

森林碳匯指的是森林生態(tài)系統(tǒng)吸收大氣中的CO2并將其固定在植被或土壤中，從而減少大氣中CO2濃度的過程、活動或機制，一般用它來描述森林等吸收并儲存CO2的多少或能力。造林是指在很長時間以來沒有森林的土地上植樹造林，將通過植被的生長和再生來提高森林生態(tài)系統(tǒng)的生產力，并把大量的碳固定，且在樹木成熟和土壤碳達到平衡之前，固碳一直進行，可持續(xù)數十年甚至百年。造林活動是提高森林固碳能力的低成本、有效策略，被《京都議定書》認可為大氣CO2減排途徑[1]。中國是世界上造林再造林面積最大的國家，新造林地的碳匯功能對全球的碳平衡有重要貢獻，在2005—2013年，中國新造林面積4 394×104hm2，在自然生長狀況下，到2020年新造林蓄積量將增加16.8×108m3，生物量碳庫可達0.76 PgC。新造林生物量碳庫在2005—2100年中將增加2.11 PgC[2]，新造林具有較大的碳匯潛力。

北京市實施的百萬畝平原造林工程和平原地區(qū)重點區(qū)域綠化建設工程在提高森林覆蓋率、治理大氣、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用，但城市綠化造林工程碳匯能力和碳匯價值方面的研究尚未開展。東郊森林公園建設項目是北京市平原造林工程的重要組成部分之一，其樹種組成、苗木規(guī)格、造林密度、植物配置具有北京平原地區(qū)城市森林建設的代表性。本研究基于碳匯造林項目碳計量方法學，對北京市東郊森林公園建設項目凈碳匯量動態(tài)變化進行研究，旨在探討城市森林碳匯計量方法，為進一步將碳匯指標納入到園林綠化高質量發(fā)展指標評價體系提供依據。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況及碳層劃分

東郊森林公園位于北京市朝陽區(qū)金盞鄉(xiāng)、順義區(qū)李橋鎮(zhèn)和通州區(qū)宋莊鎮(zhèn)，第一期碳匯計量監(jiān)測項目計量邊界劃定為截至2015年年底完成的一期造林工程1 290.76 hm2（表1），根據造林項目方法學要求，結合造林的年份和項目屬地，將其劃分為6個碳層，具體造林年份、所屬行政區(qū)域和造林面積如表1所示，項目計入期為20年（2012年1月1日至2031年12月31日）。

表1 項目碳層劃分及苗木用量

1.2 凈碳匯量計算方法

根據碳匯造林項目方法學（AR-CM-001-V01，以下簡稱為“方法學”）規(guī)定，造林項目活動產生的凈碳匯量，等于項目碳匯量扣除基線碳匯量和泄漏量。東郊森林公園造林項目第t年凈碳匯量等于林木生物質碳儲量年變化量（ΔCTREE_PROJ,t）用公式（1）和（2）進行計算：

式中：44/12為CO2與C的分子量之比；ΔCTREE_PROJ,i,t表示第t年時項目第i層林木生物質碳儲量變化量，單位為tCO2-e·a-1；CTREE_PROJ,i,t表示第t年時項目第i層林木生物質碳儲量，單位為tCO2-e；CTREE_PROJ,i,j,t表示第t年時項目第i層樹種j的林木生物量，單位為td.m；CFTREE_PROJ,j表示項目第i層樹種j的林木生物量含碳率，單位為tC(td.m)-1。

項目邊界內林木生物量（BTREE_PROJ,i,j,t）的估算，采用公式（3）或公式（4）進行計算：

式中：BTREE_PROJ,i,j,t表示第t年時項目第i層的林木樹種j的生物量，單位為td.m；Fj（X1i,j,t,X2i,j,t,X3i,j,t,…）表示將第t年項目第i碳層樹種j的測樹因子（x1,x2,x3, …）轉化為地上生物量的回歸方程，測樹因子（x1,x2,x3,…）；RTREE_PROJ,i,j表示項目第i層樹種j的地下與地上生物量比，無量綱；NTREE,t,i,j表示第t年時第i層第j樹種的株數。

式中：BTREE_PROJ,i,j,t表示第t年時，項目第i層的林木樹種j的生物量，單位為td.m；VTREE_PROJ,i,j,t表示第t年，基線第i層樹種j的林木樹干材積，是通過胸徑和（或）樹高數據查材積表或將數據代入材積方程計算得來，單位為m3；DTREE_PROJ,i,j表示基線第i層樹種j的木材基本密度，單位為td.m·m-3；BEFTREE_PROJ,i,j表示基線第i層樹種j的生物量擴展因子，用于將樹干生物量轉化為林木地上生物量，無量綱；RTREE_PROJ,i,j表示項目第i層樹種j的地下與地上生物量比，無量綱；NTREE,t,i,j第t年時，表示第i層第j樹種的株數。

1.3 樹種組劃分和生物量方程

本研究通過對東郊森林公園75個樹種，進行樹種組歸類（表2），每個樹種組的生物量計算方程來自同類研究文獻[3-22]。

表2 樹種組劃分及代表樹種

1.4 碳計量參數

樹種組碳計量所需林木生物量含碳率、木材基本密度、生物量擴展因子、地下與地上生物量比參數參照（《中華人民共和國氣候變化第二次國家信息通報》），具體見表3。

表3 碳計量參數表

2 研究結果

2.1 各碳層生物量年變化量

從圖1和表4可見，2012—2031年東郊森林公園各碳層生物量年增加量總體呈先增加后趨緩趨勢。2012—2020年各碳層生物量年增加量處于快速增長期，從2012年的1 248.23噸/年增長到2020年的13 307.61噸/年，年均增長率為120.76%。在2021—2023年，各碳層生物量年增長量基本不變，年均增長率為1.8%，在2023年達到最高值，6個碳層生物量年增加量總和為14 468.07噸/年，這個階段屬于各碳層生物量快速累積階段。自2027年開始，進入緩慢增長階段，在2028—2031年，各碳層生物量年增長量下降，年均增長率為-2.2%。具體到6個碳層來看，以第1碳層即2012年通州造林區(qū)域和第4碳層即2013年度通州區(qū)造林區(qū)域貢獻最大，這與這兩個碳層的用苗量最大有關，從表1可以看出，第1碳層用苗量270 000株，第4碳層用苗量277 308株，這兩個碳層用苗量占總用苗量的77.04%。以2023年為例，第1碳層和第4碳層生物量年增長量共10 054.52噸/年，占各碳層生物量年增加量總和的69.49%。

圖1 2012—2031年各碳層生物量年變化量

表4 各碳層生物量年變化量單位：噸/年

2.2 各碳層碳儲量年變化量

從圖2和表5可見，2012—2031年東郊森林公園各碳層碳儲量年增加量總體呈先增加后趨緩趨勢。2012—2020年各碳層碳儲量年增加量處于快速增長期，從2012年的2 268.83噸/年增長到2020年的24 221.26噸/年，年均增長率為120.95%。在2021—2023年，各碳層碳儲量年增長量基本不變，年均增長率為1.26%，在2023年達到最高值，6個碳層碳儲量年增加量總和為26340.93噸/年，這個階段屬于各碳層碳儲量快速累積階段。自2027年開始，進入緩慢增長階段，在2028—2031年，各碳層碳儲量年增長量逐漸下降。具體到6個碳層來看，以第1碳層即2012年通州造林區(qū)域和第4碳層即2013年度通州區(qū)造林區(qū)域貢獻最大，以2023年為例，第1碳層和第4碳層碳儲量年增長量共18 297.74噸/年，占當年各碳層碳儲量年增加量總和的69.47%。

表5 各碳層碳儲量年變化量單位：噸/年

圖2 2012—2031年各碳層碳儲量年變化量

2.3 項目計入期內凈碳匯量及經濟價值

由圖3和表6可見，2012—2031年的20年計入期內，東郊森林公園造林工程年凈碳匯量呈現先增長后降低的趨勢，在第2023年達到最高值26 340.93噸/年，其后呈現略微降低趨勢。凈碳匯量累計呈逐年增加趨勢，在項目計入期20年內累計共吸收固定二氧化碳409 635.92噸，合平均每公頃每年吸收固定二氧化碳15.87噸。按照單位碳價格31.74～158.7元/噸計算[23]，東郊森林公園一期碳計量項目的碳匯經濟價值為0.13億～0.65億元，合每畝每年產生碳匯價值503.7～2 518.569元。

表6 凈碳匯量及碳匯價值

圖3 2012—2031年各碳層碳匯量及碳匯量累計

2.4 不同樹種碳匯量貢獻比重結果

由圖4和表7可見，毛白楊組、國槐組和松樹組的凈碳匯量之和占總凈碳匯量的84.41%，這3個樹種組是北京地區(qū)主要造林樹種，苗木用量多同時碳匯能力也較強。椿樹組、白蠟組、小葉楊組、欒樹組和懸鈴木組這五個樹種組的凈碳匯量之和占總凈碳匯量的12.51%，屬于碳匯能力較高的樹種，苗木栽植數量屬中下等水平，所以碳匯量僅僅高于碳匯最低樹種組1～2個百分點。值得注意的是柏樹類、玉蘭類、云杉類和槭樹類屬于生長速度較慢的樹種，并且用量也較低，因此其碳匯能力對整個造林工程碳匯量的貢獻較低，這4個樹種組碳匯量共占0.8%。而櫟類、落葉松、白樺和水杉主要由于其在北京平原地區(qū)城市森林建設中適應性不高，用量非常少，碳匯量共占0.06%。

表7 各樹種組凈碳匯量貢獻占比

圖4 各樹種組凈碳匯量

2.5 不同計入期內年平均碳匯量

計算東郊森林公園內不同計入期連年單位面積凈碳匯量與平均單位面積凈碳匯量，結果如圖5所示。平均單位面積吸收固定二氧化碳量在第29～31年間達到最高值 16.02 t·a-1·hm-2，這個結果與表4各樹種組凈碳匯量貢獻占比所顯示的毛白楊組和國槐組凈碳匯量之和占總凈碳匯量的79.5%有關。占主導地位的這兩種闊葉樹的生長特點決定了東郊森林公園在造林后29～31年達到年平均碳匯能力最高峰。

圖5 連年單位面積凈碳匯量與平均單位面積凈碳匯量關系

3 結論

3.1 城市森林公園碳匯能力有較大潛力

本研究結果顯示，北京東郊森林公園在20年計入期內其年均碳匯能力為15.87 t·a-1·hm-2。北京海淀公園碳通量監(jiān)測研究結果顯示其年均碳匯能力為8.76 t·a-1·hm-2[24]， 北京奧林匹克森林公園碳通量監(jiān)測研究結果顯示其年均碳匯能力為6.01 t·a-1·hm-2[25]，均小于本文研究，這可能與不同公園的栽植喬木密度、種類和生長特性有關。也與本研究方法基于樹木生長曲線預估結果是20年計入期時間段內年平均碳匯能力，而碳通量監(jiān)測方法研究的是當年公園綠地的年平均碳匯能力有關。本研究結果與四川省毛竹林年碳匯量34.57 t·a-1·hm-2[26]之間差異較大，可能與北方喬木樹種和毛竹之間生長速度差異決定的?？傮w來看，北京東郊森林公園屬于以喬木為主體進行建設的城市森林公園，主要造林樹種為毛白楊、國槐、松樹、椿樹、白蠟、欒樹和懸鈴木等碳匯能力較強的樹種，與北京市海淀公園和北京市奧林匹克森林公園相比，森林公園喬木數量顯著增加，降低了花灌木、草坪的面積以及娛樂設施的數量，同時日常水肥管護和病蟲害及火災防控的水平較高，其碳匯能力具有較大的潛力。

3.2 碳匯造林項目計入期選擇可依據造林主要樹種生長特性設定

《碳匯造林項目方法學》規(guī)定了碳匯造林項目計入期最短為20年，最長不超過60年。在實際碳匯造林項目開發(fā)過程中，林木生長速度呈現先增加后趨于平穩(wěn)并緩慢降低的趨勢，因此，在經過速生期后，隨著項目計入期增長凈碳匯量的增加幅度降低。而當期碳匯量交易都需要進行實地監(jiān)測，同時需要第三方核證機構進行核證，這些都增加了項目成本。項目計入期越長，后期項目的投入產出比就越低。由圖5可以看出，假定本項目以5年為一個監(jiān)測周期時，取25年時最適宜，最長不宜超過30年。而如果項目碳匯貢獻占主要比例的樹種為生長較為緩慢的針葉林如側柏、油松等，則其合理的項目計入期依據事前碳匯量預估，應該適當延長。

3.3 城市森林公園碳計量不確定性

本研究通過對75個樹種進行樹種組歸類，按照19個樹種組完成了碳匯計量。這屬于事前碳計量，是針對項目邊界內的林木在項目計入期內的碳匯量進行預估，需要用到以時間為自變量的樹木生長方程。由于目前關于森林、竹林和灌木林等碳匯能力的研究主要集中在碳儲量和碳密度方面，對碳匯量預估的相關研究尚少。本研究采用的樹種生長方程，通過借鑒相似生態(tài)環(huán)境下公開發(fā)表的研究文獻進行生物量和碳匯量的計算，在缺失相似地域環(huán)境樹種方程情況下，則選擇山區(qū)、寒冷地區(qū)等氣候惡劣條件下的同種類樹木生長方程，總體上，結果對于水肥管理較為完善的條件下城市森林的碳匯量評估較為保守。而在園林綠化高質量發(fā)展評估指標體系日益完善的需求下，城市森林近自然營造工作在提升物種多樣性、城市森林生態(tài)穩(wěn)定性的同時，其碳匯效益的合理評價也亟需開展。因此，建議繼續(xù)深入開展適用于城市綠地的以時間為自變量的碳計量模型研究基礎工作，提升城市森林碳匯計量精度，為將碳匯效益納入園林綠化高質量發(fā)展指標評價體系提供依據。