基于温室气体自愿减排交易意愿的国有林场森林经营碳汇估算

康开权

(福建省连江国有林场，福建 福州 350500)

森林生态系统中的绿色植物可以通过光合作用吸收CO2和释放O2，来稀释大气中CO2含量，对于延缓全球温室效应的发生具有非常重要的作用[1]。常用的森林碳汇量估算方法有遥感估算法、森林蓄积量因子换算法和生物量法等。遥感估算法通过建立遥感特征指标和样地生物量或蓄积量的模型关系来对森林碳储量进行估算[2]；森林蓄积量因子换算法通过建立蓄积量与实测生物量的统计模型，利用林木含碳量估算生物碳汇量，再根据地下部分与地上部分比例测算出总的碳汇量；生物量法是以林木的生物量数据作为估算基础的碳估算方法。侯元兆等在20世纪90年代中期运用光合作用和呼吸作用方程式估算出我国森林一年的固碳量[3]；李意德等在20世纪90年代末通过查阅尖峰岭1992年森林资源清查资料的相关碳计量参数，通过树木地上部分和地下部分的生物量估算出我国热带地区天然林碳储量[4]；侯振宏等在2012年根据UNFCCC推荐的碳计量方法学，估算出20世纪90年代以来我国30个省(市、区)森林经营的林分碳汇量[5]。2014年颁布的《森林经营碳汇项目方法学》就是基于森林蓄积量因子换算法编制[6-10]。

1 研究区概况

以罗源、连江两县的省属国有林场为研究对象。基于《森林经营碳汇项目方法学》(以下简称《方法学》)[9]，以2011年1月5日为森林经营碳汇项目起始时间，以省林业厅规定的2017年8月11日为截止时间，将幼、中龄林的湿地松、马尾松、杉木等优势树种小班作为碳汇测算对象。项目第一监测期为6.6 a。根据森林经营碳汇项目方法学中第三种方法采用1︰10 000的地形图结合GPS实地测量各项目小班边界及面积。项目总面积2 634.16 hm2，共434个小班，其中罗源国有林场178个小班共1 188.13 hm2；连江国有林场256个小班共1 446.03 hm2。

2 碳汇计算方法

2.1 碳库和温室气体排放源选择

采用《方法学》作为温室气体自愿减排交易方法学[9，11-12]，据规定方法将测算区域内地上生物量和地下生物量确定为碳库。根据计入期内是否发生森林火灾作为温室气体排放源的选择依据。

2.2 碳层划分

根据《方法学》要求和实地调查情况，项目区按优势树种分为杉木、马尾松、湿地松三类；按龄组分为幼龄林和中龄林两类；按郁闭度的不同分为0.2～0.4、0.5～0.7、0.8以上三类。项目碳汇量的估算，保留基线碳层划分时对优势树种、龄组的划分，根据国有林场经营措施、优势树种和龄组来划分项目碳层(PROJ)。本文将测算区分为16个基线碳层(BSL)和15个项目碳层(表1)。

表1 基线碳层和项目碳层的划分

2.3 基线碳汇量

测算活动事前选择采用不考虑基线情景下火灾因生物质燃烧所产生的温室气体排放，步骤如下：

(1)在选定的预测基线情景下，采用《方法学》中的蓄积—生物量相关方程法计算各基线碳层在计入期各年份的基线林木蓄积量(重量)：

BTREE_BSL,i,j,t=fAB,j(VTREE_BSL,i,j,t*(1+Rj)*ATREE_BSL,i

(1)

式中BTREE_BSL,i,j,t为第t年基线i碳层树种j的林木生物量；fAB,j(V)为树种j的林分平均单位面积地上生物量与林分平均单位面积蓄积量之间的相关方程；VTREE_SBL,i,j,t为第t年基线i碳层树种j的林分平均蓄积量；Rj为树种j的地上生物量；ATREE_BSL,i为基线i碳层的面积。

通过查阅资料选出优势树种的单木材积生长方程[13-14]。

杉木单木材积生长方程V=1.711 331(1-e-0.000 189A1.840 173)

(2)

马尾松单木材积生长方程V=0.56(1-e-0.05A)400 3

(3)

式中V代表材积；A代表树龄。

(2)林木生物质碳储量计算是通过将林木生物量转化为碳含量，再利用CO2中C的分子量比(44/12)，将碳含量转换为二氧化碳当量(t CO2-e)。

(4)

式中CTREE_BSL,i,t表示第t年基线i碳层林木生物量的碳储量；CFj表示树种j的生物含碳率。

(3)通过计算两次监测或核查间隔期(T=t2-t1)内的碳储量年均变化量获得基线情景下各碳层林木生物质碳储量的变化。

(4)基线碳汇量是假设在未受到人为干扰情况下区域内碳库中碳储量的变化之和。由于本文所选碳库是基于保守性原则下选择未发生火烧山。因此，基线碳汇量等于基线林木生物碳储量的年变化量。

2.4 项目碳汇量

根据所采用的方法学及碳库选择结果，假设项目活动无潜在泄漏，先计算得出林木生物质碳储量，再计算得出碳库中碳储量年变化量，最终碳库碳储量年变化量减去项目内温室气体排放量得出项目碳汇量：

(5)

式中CTREE_PROJ,i,t表示第t年项目i碳层林木生物量的碳储量；VTREE_PROJ,i,j,t表示第t年项目i碳层j树种的单位面积蓄积量；Ai,t表示第t年项目i碳层的面积。

2.5 项目减排量

项目活动所产生的减排量为项目碳汇量减去泄漏量再减去基线碳汇量，测算步骤如下。

(1)在每一个测算年份，开展样地内优势树种每木检尺，分树种记录每株林木的胸径和树高，起测胸径5.0 cm，测算初期要标记清楚散生木，避免在测算期内重复测量。

(2)通过优势树种一元材积方程计算单株林木材积[15-16]，得样地内林木的总蓄积量。采用公式(1)蓄积转化生物量的相关方程法计算得到样地内各树种的林木生物量(t/hm2)。通过各树种的含碳率，运用公式(4)将各树种的生物量换算为生物质碳储量，累加得到样地内的林木生物质碳储量(t/hm2)。

(6)

(7)

湿地松单株材积V=0.000 052 846D2.779 867

(8)

式中V为单株林木材积；D为样地树种胸径。

(3)计算得出研究区内林分生物质碳储量。

(9)

式中CTREE,t表示第t年单位面积生物质碳储量；CTREE,p,i,t表示第t年i碳层p样地林分单位面积生物质碳储量；Ap表示样地面积。

(4)项目总面积乘以项目林分单位面积生物质碳储量得到每一年项目的林木生物质总碳储量。同理可计算研究区内林木生物质碳储量每一年的变化量。

3 结果

计算得到项目计入期内基线林木生物质碳储量的年变化量。项目计入期内基线碳汇量合计438 356 tCO2-e。同时，根据方法学的适用条件，项目活动可以不考虑森林火灾造成的项目边界内温室气体排放，即GHGE,t=0，

可计算得出项目事前预估的项目碳汇量合计725 161 tCO2-e，预估20 a计入期年数的项目减排量累积为286 805 tCO2-e，年均项目减排量为14 340 tCO2-e(表2)。

表2 项目碳汇量、减排量和减排量累计值变化 tCO2-e

项目第一监测期内森林经营的林木生物质碳储量为798 031 tCO2-e，经营活动开始前的基线林木生物质碳储量为532 175 tCO2-e，由此计算得到第一监测期，即2011年1月5日—2017年8月11日，计6.6 a项目边界内林木生物质碳储量的年均变化量为40 281 tCO2-e。

按照方法学对项目活动林木生物量的测算精度的要求，第一测算期内测算数据的相对误差值为6.65%，小于《方法学》内允许的抽样误差10%，达到精度要求，故本测算数据不需精度校正，即项目活动产生的减排量等于项目碳汇量减去基线碳汇量(表3)。

表3 项目实际减排量 tCO2-e

4 结语

项目实施可有效提高国有林场森林经营知名度，又可促使林场在森林经营上增加投入，为国有林场改革发展提供新经验，获得巨大的生态效益、经济效益和社会效益。2021年4月在福州举办的第四届数字中国建设峰会，首次采用碳中和林的方式抵消会议的碳排放，采取在永泰大湖国有林场在大湖工区葛岭镇葛岭村种植12.8 hm2碳中和林实现碳中和，预计经过6 a的森林经营，完全抵消峰会会议产生的温室气体，实现零碳会议目标。在我国实现碳达峰和碳中和的目标上，国有林场将发挥越来越重要的作用。