造林项目碳计量方法1)

吴金友 李俊清

(省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，北京，100083)

造林项目碳计量是一项具有挑战性的工作，准确测量和监测造林项目的碳贮存量变化量是开展碳汇林业研究的前提。造林项目的碳计量受造林立地条件、树种、经营措施等多种因素影响。准确分析、定义和模拟造林项目的基线情景是做好碳计量工作的基础。我国已进行的林业碳汇造林项目仅仅是围绕着《京都议定书》清洁发展机制造林再造林项目方法学开展碳计量工作，对于非碳汇造林项目，还没有搭建起有效地计量造林项目碳汇方法的平台。文中试图在分析整理森林碳估算方法的基础上，吸收清洁发展机制下造林再造林的方法学部分内容，探讨造林项目碳计量的步骤和方法，为造林项目提供有效的碳计量方法。

1 国内外研究进展

森林是陆地最大的碳贮存库。全球陆地生态系统中约贮存碳2.48万亿t，其中森林生态系统约贮存1.15万亿t。同时，森林又是最经济的吸碳器。科学研究表明:林木每生长1 m3，平均吸收1.83 t二氧化碳，放出1.63 t氧气。全球森林对碳的吸收和贮存量约占全球每年大气和地表碳流动量的90%［1－2］。Groen等应用CO2FIX模型对罗马尼亚国家造林和中欧地区森林管理项目进行了碳计量［3］。Gaboury等对加拿大魁北克黑云杉森林进行了净碳平衡研究［4］。Pedro对已提出的测量土地利用和林业项目温室气体减排效果的不同方法(贮存量变化方法、平均贮存量方法、Ton 年计量方法和哥伦比亚计量方法)进行了案例分析研究［5］。Oscar等探讨了土地利用变化和林业在应对气候变化方面的作用，分析了辐射力量和全球变暖概念以及全球变暖潜力模型，提出了碳计量方法体系，应用Ton年计量方法对澳大利亚东南部两块不同森林立地碳汇进行了模拟测算，并对其进行了敏感性分析［6］。

国内有关专家学者对不同区域、森林类型的碳贮存量及其变化量进行了估算和预测。方精云等利用森林资源清查资料，采用改良的生物量换算因子法，推算了中国50 a(1949—1998)森林碳库和平均碳密度的变化，分析了中国森林植被的CO2源汇功能［7］。徐新良等利用20世纪70年代以来的6次森林清查资料，结合森林生物量实测数据，采用分树种、分龄组的生物量－蓄积拟和关系，研究了中国20世纪70年代以来森林生态系统植被碳贮存量的时空动态变化［8］。

2008年12月，国家林业局应对气候变化和节能减排工作领导小组办公室针对碳汇造林项目组织出版了《中国绿色碳基金造林项目碳汇计量与监测指南》。这本指南主要是以《IPCC 2006国家温室气体清单指南》、《IPCC 2000优良作法指南和不确定性管理》、《IPCC土地利用、土地利用变化和林业特别报告》以及清洁发展机制(CDM)执行理事会批准的有关CDM造林再造林项目的方法学等为基础，结合中国林业实际制定而成的。它较全面地阐述了碳汇造林项目的碳计量方法和监测方法［9］。

2 造林项目情景描述

2.1 模拟基线情景

基线情景即是在无造林项目的林地上，造林地的碳贮存量的变化，也就是要在分析造林地历史变化情况下，模拟无项目情景下碳贮存量变化的态势。造林地类型较多，包括荒山荒地、采伐迹林、退耕还林地等，对于不同类型林地，要分别建立能够模拟造林地碳贮存量变化量发展趋势和基线情景下碳贮存量变化量的有效方法。

建立与造林地相似的样地:一般情况下，在项目造林地附近寻找与造林地环境条件和立地条件基本相同的样地，依据项目监测频率，定期监测样地内不同碳库的碳贮存量变化情况，把这些数据作为造林项目基线情景的碳变化量。

模拟造林地碳贮存量变化量:以造林地环境条件和植物生长特点为基础，建立基线情景下以时间和植物生长变化等因子为变量的碳贮存量变化量模型，根据造林项目监测碳贮存量的时间，模拟造林地基线情景的碳贮存量的变化量。依据模型模拟，输入不同时间变量数值，估算出未来某一时间段的碳贮存量，两个时间段的碳贮存量差值即为碳的变化量。

2.2 造林项目产生的碳泄漏

造林项目与其他土地利用碳汇项目及其他不以碳汇生产为主要目的的土地利用项目一样，它的实施不仅能增加造林地吸收二氧化碳的能力，同时也由于整地、造林等活动产生二氧化碳的排放。项目实施过程中，因其产生的所有二氧化碳排放的碳总量称之为碳泄漏。例如，造林整地使用机械燃烧汽油或柴油排放出二氧化碳，这是造林项目带来的直接碳泄漏，也称为主级碳泄漏。另外，由于造林项目其他活动的实施也产生碳排放，这部分被称之为次级碳泄漏。例如，由于造林项目的实施，生产出更多木材，使当地木材产量增加，降低了木材销售价格，增加木材加工企业林产品的生产量，使木材生产企业排放出更多的二氧化碳。次级碳泄漏在项目中一般不计在内，但在准备和实施项目中，要尽可能多地避免碳泄漏的发生。

2.3 造林项目产生的额外性

造林项目的额外性主要是与造林项目的基线情景和造林项目的实施内容有关。任何以碳汇生产为主要目的的项目，都不同程度地采取积极措施，增加项目的额外性。额外性是额外地增加碳的贮存量或减少碳的排放量。《联合国气候变化框架公约》为以土地为基础的清洁发展机制项目定义的额外性是指在清洁发展机制下，建议的造林再造林项目活动吸收的实际温室气体转移量净值，比在没有项目执行的清洁发展机制活动的项目边界内的碳库碳贮存量变化量的总和多的那一部分数值［10］。

估算造林项目(碳汇项目)碳贮存量的额外值(或增加)的变化量需要根据基线情景和项目实施方案，分别估算碳贮存量的变化量(图1)。

N=PR－BR，

式中:N为碳的额外值;PR为评估项目情景的碳贮存量;BR为评估基线情景的碳贮存量。

2.4 模拟造林项目情景

造林项目涉及到造林规划、实施和监测等一系列项目活动，涉及到保存现有林地的碳贮存量和实施造林后增加林地的碳贮存量。可以采用缺省值、样地调查或模型的方法估算造林项目情景下的碳贮存量。

缺省值方法:造林项目中，选择与立地基本相同的已造林地，把已造林地上已计算出的不同碳库的碳贮存量作为此造林项目相对应的缺省值。

样地调查方法:在造林项目准备阶段，用样地调查方法估算未来每年获得的碳贮存量。在造林地内的调查是指为了项目活动确定植被、土壤、地形、管理系统和龄级等因素。通过调查选定项目活动的地理位置、不同年龄的人工林和管理措施。例如，在一个地区正在执行的或过去已实施的造林项目中，建立不同年龄的样地，在土壤、降水量和其他条件相同的项目界限外部，设置与造林活动相关的具有同样植被特点的样地，若这些样地可行，就可以采用样地调查和实验分析方法，估算碳贮存量变化量。

图1 造林项目基线情景与项目情景碳贮存量［10］

模型技术方法:模型能够预测造林项目周期内不同阶段的未来碳贮存量的变化量。PROCOMAP、CO2FIX与CENTURY模型能够用来预测造林项目情景下的碳贮存量的变化量。为了预测不同碳库变化，需要利用模型估算不同碳库的碳贮存量和变化率。这些数值能够以缺省值数据资源或者从现场研究测得的数据中获得。

造林项目产生的碳贮存量净增值或净减值(碳汇)以及所选时间段内所有项目区碳贮存的获得量和损失量之间的关系为:碳贮存量净增值=(项目情景下碳贮存量变化量－基线情景下碳贮存量变化量－泄漏量)。

3 碳计量方法

3.1 造林项目不同碳库的计量方法

造林项目碳库包括地上生物量、地下生物量、枯死木、枯落物和土壤碳5种碳库。这5项碳库的性质不同，因此估算其碳贮存量和变化量的方法也不同。

估算地上生物量的方法:包括砍伐方法、碳通量测量方法、卫星航空摄影或遥感方法、碳贮存量变化模型方法、无样地方法和样地方法。造林项目中一般采用碳贮存量变化模型方法和样地方法。主要是建立生物量估算方程，采用胸径、高度和树形数据，通过建立生物量异速生长模型估算林木生物量。

估算地下生物量的方法:可以通过测量根质量、计算根冠比缺省值及建立根生物量异速生长方程来估算地下生物量。拔出根并测量根质量工作量大，用时较多，并且成本也高。在造林项目中，一般不采用这种方法，而是应用根冠比缺省值和生物量方程来估算生物量。凯瑞恩斯等通过对热带、温带和寒带地区160多项的研究，总结出了根冠比的平均值为0.26，一般根冠比缺省值为 0.18 ～0.30［10］。

一般在大多数造林项目中，采用根冠比缺省值0.26估算根生物量［10］。

估算枯死木和枯落物生物量的方法:主要采用样地方法，测量样地一段时期内两时间点的生物量贮存量，并计算两点贮存量之差，以此估算出枯落物和枯死木生物量。由于枯落物生物量占总生物量比例较低(一般小于10%)，并且测量成本高，一般采用缺省值估算其生物量。

估算土壤有机碳的方法:土壤碳贮存量在地表0～15 cm内最大(Richter et al，1999)，估算土壤有机碳的主要方法有漫反射法、模型法、温解消解法和滴定法。造林项目中，一般采用滴定法。

3.2 造林项目活动碳计量方法

造林项目碳贮存量:造林项目某年某种碳库的碳贮存量等于碳库生物量乘以碳密度，即G=B×D。式中，G为碳贮存量;B为生物量;D为碳密度。

造林项目年碳贮存量的变化量是所有碳库中变化量的总和。

ΔGti=ΔGAB+ΔGBB+ΔGDW+ΔGLI+ΔGSC，式中:ΔGti为造林项目碳贮存量的变化量;ΔGAB为地上生物量碳贮存量的变化量;ΔGBB为地下生物量碳贮存量的变化量;ΔGDW为枯死木碳贮存量的变化量;ΔGLI为枯落物碳贮存量的变化量;ΔGSC为土壤碳贮存量的变化量。

也可以采用碳通量方法和碳贮存量变化方法估算造林项目中每种碳库的贮存量和变化量。

碳通量方法:ΔG=ΔGg+ΔGL，式中:ΔG为碳库中每年碳贮存量的变化量;ΔGg为每年碳获得量;ΔGL为年碳损失量。

碳贮存量变化方法:在给定时间段内，估算出两点间的年平均值作为某一碳库的碳贮存量的变化量:

ΔG=(Gt2－Gt1)/(t2－t1)，

式中:ΔG为碳库年碳贮存量变化量;Gt1为在t1时间内碳库的碳贮存量;Gt2为在t2时间点同一碳库的碳贮存量。

测量造林项目碳贮存量的间隔期或频率是随着碳库的不同而变化的。然而在选定时间段内，先估算出每年每种碳库碳贮存量的变化量，累加这些变化量，得到项目区面积内的碳贮存量的总变化量。造林项目中，由于碳通量方法要求估算碳库生长率和损失量，而碳贮存量变化方法更直接，所以碳贮存量变化方法更适用于估算造林项目的碳贮存量和变化量。

4 建议

国内外专家学者对森林生态系统植被碳贮存量的估算已经有了许多研究，但是估算值具有较大的值域空间，还具有较高的不确定性。因此，还要根据不同地域、不同森林特点，建立相适宜的碳计量方法。对非造林项目而言，即要吸收《京都议定书》清洁发展机制造林再造林项目方法学碳计量方法理论的部分内容，又要针对不同立地、不同树种建立生物量方程及土壤碳计量方法等。

造林项目碳计量方法多种多样，但计量造林项目碳贮存量变化量要依据造林地实际情况，确定基线情景，分析估算执行造林项目产生的碳泄漏，提出实施的项目情景，运用样地分析、生物量方程和实验室技术，估算出不同时间内的地上生物量、地下生物量、枯死木和枯落物生物量，分别乘以相应的碳密度，得出碳贮存量以及土壤有机碳。计算不同时间点的碳贮存量，应用碳贮存量变化方法，估算出一定时期内两点之间的碳贮存量变化量。然后把每个碳库的贮存量变化量累加起来得到造林项目的碳贮存量变化量。

总之，计量造林项目碳贮存量变化量的方法很多，估算值的不确定性差异不同。随着科学研究的不断深入，估算造林项目碳贮存量和变化量数值的准确性将会逐步提高。探讨和追寻成本低、效率高的碳计量方法，将是碳计量专家为之努力的方向之一。

［1］ 李怒云.中国林业碳汇［M］.北京:中国林业出版社，2007.

［2］ 张小全，武曙红.中国CDM造林再造林项目指南［M］.北京:中国林业出版社，2006.

［3］ Groen T A，Nabuurs G J，Schelhaas M J.Carbon accounting and cost estimation in forestry projects using CO2FIXV3［J］.Climatic Change，2006，74(1):76－82.

［4］ Gaboury S，Boucher J F，Villeneuve C.Estimating the net carbon balance of boreal open woodland afforestation:A case-study in Quebec’s closed-crown boreal forest［J］.Forest Ecology and Management，2009，257(2):483－494.

［5］ The Nature Conservancy.Carbon accounting，trading and the temporary nature of carbon storage［M］.Oxford:Pedro Moura Costa，2002.

［6］ Cacho O，Hean R L，Wise R M.Carbon-accounting methods and reforestation incentives［J］.Australian Journal of Agricultural and Resource Economics，2003，47:153－179.

［7］ 方精云，陈安平.中国森林植被碳库的动态变化及其意义［J］.植物学报，2001，43(9):967－975.

［8］ 徐新良，曹明奎，李克让.中国森林生态系统植被碳储量时空动态变化研究［J］.地理科学进展，2007，26(6):1－10.

［9］ 国家林业局应对气候变化和节能减排工作领导小组.中国绿色碳基金造林项目碳汇计量与监测指南［M］.北 京:中国林业出版社，2008.

［10］ Ravindranath N H，Madelene O.Carbon inventory methods［J］.Advances in Global Change Research，2008，29:308.