昆嵛山林场森林碳汇及经济价值研究

郑玉琴，刘 宁,2*，代文卿，赵 琴，王玲玲，张 颖

（1.山东工商学院，山东烟台264005；2. 国土资源部资源环境承载力评价重点实验室，北京101149）

全球环境问题日渐突出，温室气体减排已成为国际社会关注的焦点。 森林作为陆地生态系统的主体，其吸收并固定CO2的天然功能能够起到缓解温室效应、阻止气候变暖的作用。 根据《中国林业碳汇》的定义，森林碳汇指森林生态系统吸收大气中的CO2并将其固定在植被和土壤中的能力，使大气中CO2浓度降低的过程。 通过森林间接减排已经纳入各自国际规则， 成为国际社会的通行做法，1997年《京都议定书》提出了“造林、再造林、森林可持续经营管理” 的措施；2009年《哥本哈根协议》要求通过建立包括减少发展中国家毁林、森林退化排放以及增加碳汇行动在内的激励政策和机制；2010年《坎昆会议》 通过了对核算出来的森林管理活动产生的碳汇用于抵消工业、能源排放的总量设定一个上限的决定；2013年《华沙气候大会》达成了通过森林保护、森林可持续管理、增加森林面积而增加碳汇的行动（REDD+行动）。 2011年中国先期成立了7个试点碳市场， 现已覆盖电力等行业、3000 多家重点排放单位，累计成交量突破2.5 亿t，累计成交金额超过55 亿元。 随着2017年12月全国碳排放交易体系的启动，中国对碳汇经济的重视程度逐渐增强。

依托昆嵛山林场的昆嵛山国家自然保护区，作为胶东半岛城市群不可复制、不可替代的“生态绿肺”和“都市田园”，是中国的赤松原生地和天然分布中心，分布有我国面积最大和保护最完整的天然赤松林生态系统。 在释放氧气、固化二氧化碳、涵养水源等7 大生态服务功能上，每年创造生态价值10亿元人民币。 其生态系统保存完整，碳汇作用强，对全国碳汇经济及生态环境保护的发展产生积极的影响。 本文将定量评估昆嵛山林场森林碳汇能力，得到昆嵛山林场碳汇经济价值，为林场级别的森林碳汇发展提供科学依据。

1 森林碳汇国内外研究现状

森林碳储量是研究森林碳汇的基础，目前国内外研究主要集中在碳汇量和经济价值两个方面。

1.1 森林碳汇的计量

Jutta Holst（2005）测量了2005年和2006年苏格兰的森林生态系统固碳量， 发现了2006年炎热的气候环境， 使该地区年平均固碳量为380g/m2，与2005年相比减少了40%[1]。 Tol（2005）收集103 个来自不同国家碳价格， 得到103 个碳价格的众数为2美元/t，中位数为4 美元/t，平均数为93 美元/t，并推断出CO2的边际损害成本不大于50 美元/t[2]。 Peter B.Reich（2011）根据全球1990-2007 的森林数据和土地数据，评估出森林碳储量和通量，得出温带和北方森林占陆地碳汇的大部份的结论[3]。

王晓洁（2012）根据2009年的徐州市森林资源二类调查数据，分别运用生物量换算因子连续函数法和非蓄积换算法估算徐州市森林植被生物量，研究表明徐州市乔木层是植被碳储量的最主要贡献者，占植被总碳储量84.46%。 杨树和柏类的所占比例之和占全市总碳储量的98.16%，徐州市森林植被碳汇能力主要体现在阔叶林[8]。 薛龙飞、罗小锋等（2018） 根据1988—2013年全国森林资源清查数据， 采用改进的森林蓄积量法估算了中国大陆31个省(市、区)的森林碳汇量。 结果表明，中国森林碳汇在省域间存在较大差距， 由南方林区向西南、东北林区递增变化[9]。 张春华等（2018）根据2004—2013年山东省森林资源清查资料，通过生物量法计算得到山东省林分碳储量[10]。 根据昆嵛山林场的实际情况认为蓄积量法适用于林场碳储量的估算，本文将在通过蓄积量法作进一步的研究时间更新估算。

1.2 森林碳汇的经济价值

碳汇经济价值的评价参考因素是森林碳汇量和市场上碳汇价格，是森林碳汇量与碳汇价格的乘积，而碳汇价格的选择是影响经济价值评价的关键因素[11]。 Roh T（2014）对韩国国内和海外项目的61WTPs 进行研究，61 个企业的感知行为控制不影响对森林的偏好，61 个企业的支持才能提高森林碳的可行性[4]。 William Blytha（2009）认为碳市场价格形成与政策目标、技术成本、市场交易规则相互作用，得出制定合理的碳价格可以激励企业投资碳减排的结论[5]。 Fernando 和Angel（2009）在对2006-2010年欧洲碳期货市场交易价格研究时发现，当交易价格集中在0-5 之间时，就会呈现出市场信息缺乏、 市场效率低下、 交易成本过高[6]。 William 和Derek（2011）发现当碳价格处于较低水平时，政策风险是影响是最显著的、限额交易制度、燃料价格及技术风险对碳交易价格都有显著的影响[7]。

张颖、周雪等（2013）对2003-2008年的森林碳汇进行了核算研究得到在此期间我国森林碳储量、碳汇量二者年均增长3.55%左右的结果[12]。 陈刚（2015） 运用森林蓄积量扩展法对我国1979-2020年的森林碳汇实物量及经济价值进行测度。 研究结果表明， 森林碳汇量由1979年的108.32 亿t 上升到2020年的173.78 亿t， 森林碳汇经济价值由1083.2 亿美元增加到1737.8 亿美元，我国森林碳汇量和经济效益日益凸显[13]。 顾立（2015）研究了长白山金沟岭林场主要森林类型碳储量和碳密度的时空变化，对森林植被的碳汇效益进行了计量，提出对中幼龄林抚育，提高森林质量等政策来增加现存森林的碳密度，以此来提高森林固碳潜力[14]。王玉涛（2009） 根据昆嵛山自然保护区各森林类型活立木蓄积量与市场上原木价格等估算了保护区生态服务功能价值[15]。本文在前人研究基础上，增加碳市场的价格研究经济价值。

2 烟台市昆嵛山林场现状

2.1 昆嵛山林场森林概况

昆嵛山自然保护区位于胶东半岛东端，地理坐标为东经121°，北纬37°，总面积15416.5hm2。 保护区属暖温带季风型大陆性气候，四季分明，季风显著，雨热同期，空气湿润，温差较小，光照充足。年均气温11.9℃，年均降水984.4mm。 主峰泰礴顶海拔922.8m，是胶东半岛第一高峰（见图1）。

图1 昆嵛山国家级自然保护区地形图

表1 昆嵛山自然保护区面积及占比

昆嵛山自然保护区内总面积为15416.5 hm2，其中核心区6486hm2， 占总面积的42.1%； 缓冲区4481hm2，占总面积的29.1%；实验区44.50 hm2，总面积的28.8%（见表1）。

2.2 昆嵛山林场社会经济情况

依托昆嵛山林场建立的昆嵛山保护区，是烟台市最年轻的“行政区”，辖1 个镇（昆嵛镇），36 个行政村、1.2 万人口。 昆嵛山林场人员编制260 人，现有人员232 人，职工人均年薪9000 余元，主要来源包括政府补贴、生态公益林补偿、林木种苗及其它经营性收入等。 区内社会经济收入较稳定， 其中2014年生产总值为27398 元[16]（见表2）。

表2 昆嵛山林场基本社会经济信息

3 实证分析

3.1 蓄积量法

蓄积量法是利用森林蓄积量数据求得生物量，换算成森林的固碳量的碳估算方法。 其具体原理是对森林主要树种进行抽样并实测，得主要树种的平均容重（t/m3），用森林蓄积量数据求得生物量，利用碳质量与生物量之间的转换系数最终求得森林的固碳量即碳汇量[17]。 本研究计算碳汇量的方法采用李顺龙（2005）提出的森林蓄积量换算因子法[18]。 蓄积量换算因子法是通过将树木生物量碳汇量、林下植被碳汇量和林地碳汇量求和，来得到森林总碳汇量，计算公式如下：

式中：

Cf——森林全部固碳量（单位：t）；

Sf——第j 类森林的面积（单位：hm2）；

Cj——第j 类森林生物量的碳密度 （单位：t/hm2）；

α——林下植物碳转换系数；

β——林地碳转换系数

其中，生物量的碳密度Cj的计算公式为

式中：

Vj——第j 类森林类型单位面积的蓄积量 （单位：m3/ hm2）；

δ——生物量扩大系数；

ρ——容积系数；

γ——含碳率

根据昆嵛山林场的实际情况，参考政府间气候变化委员会（IPCC）的规定，确定了生物量扩大系数δ、 容积系数ρ 和含碳率γ 取IPCC 的默认值1.9、0.5、0.5。 由于昆嵛山林场位于国内，因此林下植物碳转换系数和林地碳转换系数采用李顺龙（2005）提出森林蓄积量换算因子法时确定的系数值：林下植物碳转换系数α=0.195；林地碳转换系数β=1.244[18]。

3.2 市场价值法

市场价值法对森林碳汇经济价值的评估主要参考的是森林碳汇量和碳汇市场交易所的碳价格价格两个方面，公式可以表示为：

Q——森林碳汇经济价值（单位：元）；

C——森林碳汇量（单位：t）；

P——碳交易市场的碳价格（单位：元/t）

3.3 数据来源

2018年3月-2018年7月期间，分别前往烟台市林业局和烟台市昆嵛山自然保护区搜集资料，与林场的科研人员了解到烟台市昆嵛山林场的统计资料《昆嵛山综合科学考察报告》。 本文采用的昆嵛山林场资料来自于此报告和昆嵛山国家自然保护区网站。其中，包括总森林面积为14203.6 hm2，活立木总蓄积量为508063m3，平均年增长率为6.96%等资料[19]（见表3）。

表3 昆嵛山林场主要活立木面积和蓄积量

2011年11月，根据《关于开展碳排放权交易试点工作的通知》批准，北京、上海、湖北、深圳、广东、天津和重庆七个省市成为碳交易的试点省市[20]。本文碳交易市场的数据来自于中国碳排放交易网平台，研究采用七个区域性碳排放交易试点最近一年 （2017年10月9日—2018年10月9日） 的碳价。

3.4 计算结果

3.4.1 昆嵛山林场总碳汇量

总森林面积为14203.6 hm2，活立木总蓄积量为508063 m3，根据面积与蓄积量的关系计算出单位面积蓄积为35.77m3/hm2， 再将单位面积蓄积代入公式：

得到昆嵛山林场的总碳汇量为588649.65t （见表4）。

表4 昆嵛山林场全部碳汇量

3.4.2 分树种碳汇量

据统计，烟台市昆嵛山林场主要活立木类型有针叶林、针阔混交林和阔叶林等，由各类型活立木的面积和蓄积量可以分别计算出各自的单位面积蓄积，并根据公式：

计算得到昆嵛山林场三种活立木类型的碳汇量及占总碳汇量的比重（见表5）。

表5 昆嵛山林场主要活立木类型蓄积量及碳汇量

从单位面积蓄积量来看，昆嵛山林场范围内针阔混交林单位面积蓄积量最多43.62 m3/ hm2， 其次是针叶林约34.34 m3/ hm2， 再次是阔叶林约31.26 m3/ hm2；从各树种的碳汇量来看，在昆嵛山林场范围内针叶林的碳汇量最多，约45.94 万t，其次是针阔混交林约11.67 万t， 阔叶林的碳汇量约为1.26万t。 从占总碳汇量的比重来看，针叶林的碳汇贡献最大78.04%，其次是针阔混交林为19.82%，而阔叶林的碳汇贡献为2.14%。

3.4.3 碳汇经济价值

本文统计了2017年10月9日-2018年10月9日全国七个碳交易所碳交易价格，月均价格见图2，其中北京交易所在7 个交易所中价格整体最高，天津最低， 北京交易所和重庆交易所价格波动较大，2018年6月—7月经历了1 次大的下降和回升，2018年9月—10月又经历了1 次更大的起伏；重庆交易所前期和后期整体波动不大，2017年12月—2018年6月上升至31.93 元/t， 大约2 个月后平稳回落到前期的市场价格。

深圳和上海交易所价格波动不大，且价格仅低于北京碳排放交易所；湖北交易所的价格在前9 个月波动不大，而后呈现一个缓慢上升并趋于平稳的态势；广东交易所碳价只有些许的上下浮动，在本文统计的期间比较平缓；天津的碳价是7 个交易所中最平稳的，在前半期保持着同一个价格（8.51 元/t），接着有一个轻微的上涨， 并在后4 个月保持着12.50 元/t 的价格。

根据中国碳排放交易网七大交易所碳价的时间序列数据， 分别计算每个交易所的平均碳价，得到2017年10月9日-2018年10月9日全国7 个试点省市交易所的碳均价（见表6）。

图2 2017年10月9日—2018年10月9日全国7 个碳交易所的碳价走势图（元/t）

表6 2017年10月9日—2018年10月9日全国7 个碳交易所平均价格（单位：元/t）

由于昆嵛山林场活立木碳汇经济价值来源于针叶林、针阔混交林和阔叶林3 种活立木，因此分别将这3 个林种的碳汇量和全国7 个试点省市交易所2017年10月9日-2018年10月9日的平均价格带入市场价值法的公式，并将碳汇价值合计得到总碳汇经济价值，则得到碳汇价值结果。 最终，将计算出单位面积碳汇价值并按照每个交易所单位面积碳汇价值的大小进行排序（见表7）。

表7 昆嵛山林场活立木在全国7 大碳交易市场碳汇价值表（单位：万元）

根据计算得到的昆嵛山林场森林碳汇量，其在全国7 大碳交易市场的碳汇价值表如下：在北京市场为3382.29 万元；深圳市场为2113.41 万元；在上海市场为2073.42 万元； 在湖北市场为1056.87 万元； 在广东市场为816.04 万元； 在重庆市场为751.82 万元；在天津市场为600.86 万元。

昆嵛山林场目前在全国七个碳交易市场的经济价值由大到小依次是：北京、深圳、上海、湖北、广东、重庆、天津。 可见，昆嵛山林场的森林碳汇价值在北京、深圳、上海较高，尤其在北京市场经济价值最大，单位面积碳汇价值达到2381.29 元/ hm2。深圳市场单位面积碳汇价值1487.94 元/ hm2， 上海市场单位面积碳汇价值1459.79 元/ hm2， 单位面积碳汇价值最低的为天津市场23.03 元/ hm2。

4 结论与建议

4.1 结论

本文利用森林蓄积量转换因子法，估算了昆嵛山林场的碳储量，进而对昆嵛山林场的碳汇经济价值进行评估。 主要结论如下：

目前，昆嵛山林场活立木碳汇量主要来源于针叶林、针阔混交林和阔叶林，其中针叶林的碳汇量最多，占总碳汇量比例为78.04%；其次是针阔混交林，占总碳汇量比例为19.82%；再次是阔叶林，占总碳汇量比例为2.14%。就目前来看，针叶林对昆嵛山林场碳汇量的贡献最大。

昆嵛山林场在全国7 个碳交易试点市场的经济价值由大到小依次是：北京、深圳、上海、湖北、广东、重庆、天津，其中北京市场单位面积碳汇价值达到2381.29 元/ hm2，而天津市场则为423.03 元/ hm2。因此，选择在北京市场进行碳交易是昆嵛山林场进行碳交易的最优选择。

4.2 建议

4.2.1 多造针叶林

本文研究发现目前昆嵛山林场的碳汇经济价值与森林碳汇量有关，其中针叶林对昆嵛山林场碳汇量的贡献最大，因此针叶林对于昆嵛山林场碳汇的增长有着重要作用。 在未来的森林生态建设中，应在对现有林地保护和抚育的基础上，抚育针叶林森林，提高昆嵛山林场的碳汇能力。

4.2.2 稳定碳价浮动机制

森林碳汇只有进入交易市场，其碳汇价值才能得到体现，并且中国森林碳汇在碳交易市场中起到了关键的作用[21]。 但由于目前全国7 个试点省市碳交易价格的差异较大， 而且碳市场价格不稳定，无法用一个统一的价格来计算碳汇经济价值。 当碳市场像股市一样方便进市退市时，更有利于其真正发挥市场作用，林场或林场级别的森林也可以实现森林碳汇价值的最大化[22]。

4.2.3 保护林场，科学建林

在当前条件下，要发展森林碳汇，还需要加强造林抚育工作和病虫害的防治，促进森林碳汇功能的持续发展。 我国目前有大面积的荒山荒地适合发展林业， 还有很多沙荒地可以用来进行植树造林。因此应大力开展幼龄林和中龄林的保护和抚育工作，对碳汇能力低的林地进行技术改造，调整林分结构，科学合理地管理森林资源[23,24]。

由于森林碳汇计量和经济价值的数据来源、数据采集方法及计算方法存在不同，因此目前对碳汇计量和经济价值的计算结果存在较大差异。 本研究仅使用了蓄积量法和市场价值法，计量结果可为其它地区的碳汇计量及经济价值估算提供参考和借鉴。 此外，由于森林火灾、病虫害、森林管理情况等，昆嵛山林场森林碳汇也存在一定的不确定性，这些可能发生的情况都会对碳汇产生一定影响。 因此，未来的研究可以考虑这些不确定性因素，进一步展开碳汇的相关研究[25]。