哈尔滨森林碳储量动态变化及其经济价值评价*

齐 超，李长胜，张冬有＊＊

(1.哈尔滨师范大学;2.哈尔滨工业大学)

0 引言

全球变暖成为全球最严重的环境问题之一.森林是陆地生物圈的主体，森林在生长的过程中，通过光合作用，将大气中的二氧化碳固定在生物体(树干、枝、叶、根以及花果)内，这一碳汇功能在维持全球碳平衡、减缓全球气候变暖等方面发挥着不可替代的作用.森林本身维持着约占全球植被86%以上的碳库，同时也维持着约占全球土壤碳库73%的土壤碳库.此外，与其他陆地生态系统相比，森林生态系统具有较高的生产力，每年固定的碳约占整个陆地生态系统的2/3，因此，森林生态系统在调节全球碳平衡、减少大气中CO2等温室气体浓度上升以及维护全球气候等方面具有不可替代的作用:一方面，森林的生长需要从大气中吸收和固定大量的碳，是大气中CO2的一个重要碳汇;另一方面，森林的采伐利用会使原先已固定的碳释放，又可成为大气CO2的一个重要碳源［1-2］.保护和发展森林资源是建设和改善生态环境的治本之策，随着《波恩政治协定》和《吗拉喀什协定》将碳汇项目正式确立为第一承诺期内合格的CDM项目，以及《京都议定书》的正式生效，碳汇项目受到了更大关注，包括印度尼西亚、俄罗斯、智利、乌干达及中国在内的几十个国家都在进行碳汇项目试点.具体内容包括通过造林、再造林、森林保护、森林经营管理促进社区发展;改善项目所在地的生态环境，保护生物多样性，以及为项目区群众创造实惠等.

目前，俄罗斯、加拿大和美国等国家对森林生态系统植物碳储量的估算研究有较大进展［1-2］.我国对森林生物量的调查研究在20世纪70年代末和80年代初才开始，多数为林分生物量的实测和推测［3］.为正确评价我国森林碳库在全球碳循环和碳平衡中的地位，20世纪90年代初以来，我国学者利用国家林业部的全国历次森林资源清查统计资料，研究了我国森林植被的碳储量及其动态变化［4-6］，而对于区域尺度森林碳储量的研究较少.该研究以哈尔滨市森林为研究对象，利用哈尔滨市森林资源统计资料，对哈尔滨市森林的碳储量和碳密度进行推算，并对哈尔滨市森林碳储量进行经济评价.开发潜在的森林碳汇价值，对于把森林碳汇生态效益数量化、市场化、商品化具有重要意义.

1 研究地区和研究方法

1.1 研究地概况

哈尔滨市位于东经 125°42＇～130°10＇、北纬44°04＇～46°40＇之间，地处中国东北北部地区，黑龙江省南部，属中温带大陆性季风气候，冬长夏短，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月份为春季，易发生春旱和大风，气温回升快而且变化无常，升温或降温一次可达10℃左右.气温月际变化强烈，一般在8～10℃左右.7～8月份为夏季，气候温热湿润多雨，7月份平均气温19～23℃，最高气温达38℃.9～10月份为秋季，降雨明显减少，昼夜温差变幅较大，9月份平均气温为10℃，10月份北部地区已到0℃，南部地区2～4℃.11月份到次年3月份为冬季，漫长而寒冷干燥，有时也会出现暴雪天气.1月平均气温-15℃～-30℃.

1.2 研究方法

该研究采用蓄积量法进行计算.蓄积量法是以森林蓄积量数据为基础的碳计量方法.其原理是根据森林主要树种抽样实测，计算出森林主要树种的平均容重(t/m3)，根据森林总蓄积量求出生物量，再根据生物量与碳储量的转换系数求出森林的固碳量［7］.

森林全部固碳量计算公式:

CF=树木生物固碳量+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为森林全部固碳量;Sij为第i地区第j类森林类型的面积;Cij为第i地区第j类森林类型的生物量碳密度;Vij为第i地区第j类森林类型单位面积蓄积量;δ为生物量扩大系数;α为林下植物碳转换系数;β为林地碳转换系数;ρ为容积系数;γ为含碳率.

森林资源蓄积扩大倍数δ的确定:利用该系数可将树木蓄积量换算成以树木为主体的生物蓄积量.根据测数学，中国针叶树和阔叶树的树叶平均生物量占整株树总生物量的 6.75%，树枝占 15.75%、树根占25.0%、树干占 52.5%，由此可计算出树木生物蓄积量扩大倍数为1.9(IPCC 默认值为 1.9)［8］.容积密度ρ的确定:该系数是为了将森林全部生物量蓄积转换成干重的换算系数.日本主要树种平均容积密度约为0.45，该研究取国际通用 IPCC默认值 0.5.含碳率γ的确定:该系数是为了将生物量(干重)转换成固碳量的换算系数［9-11］，中国阔叶树一般含碳率值都低于0.5，而针叶树的平均含碳率一般等于或高于0.5，用0.5作为平均含碳率计算森林中乔木层碳储量所得的结果比较客观真实.林下植物固碳量换算系数α的确定:法国科学家研究表明，森林蓄积生物固碳量占森林固碳总量的41%，林下植物固碳量占森林固碳总量的8%，林地固碳量占森林固碳总量的51%.因此，林下植物固碳量换算系数α为0.195，其作用是根据森林生物固碳量计算林下植物(含凋落物)固碳量.林地固碳量换算系数β的确定:林地固碳量换算系数β为1.244，其作用是根据森林生物固碳量计算林地固碳量.

1.3 研究资料

研究所采用的基本数据来源于哈尔滨市2002～2010年森林资源清查主要数据，资料中数据包括哈尔滨市活立木总蓄积量、森林资源总量有林地面积、森林覆盖率等数据.

2 结果与分析

2.1 哈尔滨市森林碳储量评价

本研究根据2002-2010年黑龙江省哈尔滨市森林面积蓄积统计资料，利用蓄积量法推算出林木生物量碳储量、森林碳储量和碳密度(见表1).

蓄积量法的计算说明［12］:第1种情况，森林碳汇量只计算林木生物量固碳量，则:

林木生物量碳储量 =森林蓄积×扩大倍数×容积系数×含碳率=V×δ×ρ×γ=V×1.9×0.5×0.5

其中，V为森林立木蓄积量，1.9为蓄积扩大系数，0.5为容积系数，0.5为树木含碳率.第 2种情况:森林碳汇量包括林木生物碳储量、林下植物碳储量和林地碳储量，则:

森林全部碳储量 =树木生物固碳量+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为森林立木蓄积量，1.9为蓄积扩大系数，0.5为容积系数，0.5 为树木含碳率，0.195 为林下植物固碳量换算系数，1.244为林地固碳量换算系数.

截至2010年，哈尔滨市林木生物碳储量为3.9976 ×107t，森林全部碳储量为9.7502 ×107t，碳密度为 98.4 t/hm2.

表1 哈尔滨市森林碳储量

2.2 哈尔滨市森林资源动态变化

哈尔滨市森林资源面积、森林碳储量、碳密度2002年至2010年的动态变化情况分别见图1—图3.由图1可以看出2002至2003年哈尔滨市森林资源面积小幅上升，由2002年的1.0073×106hm2升至2003年的1.022 × 106hm2，2003 年至2005年哈尔滨市森林资源面积缓慢下降，由1.022 ×106hm2降至 9.99 × 105hm2.2008 年至2010年三年森林资源面积保持不变.其中2006年森林资源面积最大，为1.029×106hm2，2007年森林资源面积最小，为9.87×105hm2.由图2可以看出2001年至2010年哈尔滨市森林碳储量总体呈上升趋势，2008年至2010年有比较小的波动.由此可见，研究时间段内哈尔滨市森林的碳汇作用比较明显.其中2010年森林碳储量最大，为9.7502×107t，2002年森林碳储量最小，为9.0678 × 107t.

图1 哈尔滨市森林有林地面积

图2 哈尔滨市森林碳储量

图3 哈尔滨市森林碳密度动态变化

从图3可以看出2002年至2010年哈尔滨市森林碳密度呈上升趋势，在2005年至2007年有较小波动.其中2010年森林碳密度最高，为98.4 t/hm2.2002年森林碳密度最低，为90.0 t/hm2.

2.3 哈尔滨市森林碳汇价值评价

对哈尔滨市2002年至2010年森林生物碳汇经济价值进行评价，计算采用国际CO2价格3美元 /t，则碳价格为3×(44/12)=11美元/t;吸收CO2量 =碳汇量×(44/12);释放O2量 =碳汇量×(32/12);氧气价格采用工业氧气售价600 元 /t［12］.结果见表 2.

表2 2002—2010年哈尔滨市森林生物碳汇经济价值

图4 哈尔滨市林木生物碳汇价值

图5 哈尔滨市森林碳汇价值

由图4和图5可以看出哈尔滨市2002年至2010年林木生物碳汇价值、森林全部碳汇价值均呈现出上升趋势.截至2010年，哈尔滨市森林生物碳汇价值经济评价:哈尔滨市林木生物碳储量为3.9976 ×107t，林木生物碳汇价值 29.9 亿元，吸收CO2量为1.46579 ×108t，释放O2量为1.06603× 108t，释放 O2价值639.6 亿元.

对哈尔滨市森林全部碳汇价值评价得出，截至2010年，该市森林全部碳储量为9.7502 ×107t，林木全部碳汇价值为72.9亿元，吸收 CO2量为3.57505 ×108t，释放 O2量2.6000 4 × 108t，释放O2价值1560亿元.

从经济学角度考虑，只有林木生物固碳量可以进入森林碳贸易过程，而林下植物和林地固碳量则不应参与到森林碳贸易中.因此，目前哈尔滨市森林生物碳汇价值中可以有29.9亿元进入森林碳贸易市场.

3 结论与讨论

(1)研究时间段内哈尔滨市森林碳储量总体呈上升趋势，反映哈尔滨市森林的碳汇作用.截至2010年，哈尔滨市森林资源总量有林地面积9.91 ×105hm2，活立木总蓄积量8.416 × 107m3，利用蓄积量法推算出林木生物量碳储量3.9976×107t、森林碳储量9.7502 × 107t，其经济价值分别为29.9亿元、72.9亿元.在研究时段内，哈尔滨市森林平均碳密度为94.2 t/hm2.与同期全国森林碳密度相比［13］，哈尔滨森林碳密度高于全国平均水平.这与东北地区的寒温带、温带山地针叶林植被碳密度较高有关.

(2)基于森林资源清查资料的生物量估算中对影响森林生物量的主导因素的考虑有待完善.森林生物量与许多生物学因素(蓄积量、林龄等)和非生物学因素密切相关，现有的方法在估算森林生物量时对于森林类型的林龄、气温和降水等许多生物和非生物学因素的协同作用重视不够，不能动态估算某一地点森林碳储量动态及其对气候变化的响应.在今后的研究工作中应进行非森林树木的碳储量估算.森林清查中，应包含灌木林、经济林、竹林、农田防护林以及四旁绿化树种等蓄积量(生物量)的统计资料.

(3)哈尔滨市近几年大力发展了造林工程，对现有森林植被进行了合理的保护，区域森林碳储量正在逐年增加，森林所提供的生态环境效益也在提高，应继续加强现有森林的抚育和管理，做到经济、环境和人口相互协调的可持续发展.

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