不同经营水平下江西森林碳汇贡献力预测分析

康欢倩，傅雪罡，王 林，肖文海

（1.江西财经大学·生态文明研究院，江西 南昌 330013；2.江西省林业局，江西 南昌 330038）

气候变化给人类社会带来的危害已在全球各地显现，越来越多的国家将“碳中和”上升为国家战略，提出了零碳未来的美好愿景。2020年习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重承诺，中国将“力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”。目前，一些省份围绕碳达峰碳中和已经出台了相关的发展规划，但是具体来看，不少地区的发展规划缺乏自身的独特性与针对性。这意味着一些地区并没有抓住碳达峰碳中和的关键环节和重点领域，从而很有可能影响碳达峰碳中和的工作效率，甚至不利于未来社会的经济发展。

作为亚洲东南部热带和亚热带植物区系的起源中心之一、中国南方亚热带的主要林区，在第九次全国森林资源清查中，江西省森林覆盖率高达61.16%（2016年），位居全国第二。丰富的绿色资源成为江西最明显的特色以及促进经济发展的最大优势。而森林作为提供生态系统服务的土地覆盖物之一，能通过吸收大气中的CO2并将其固定在植被或土壤中来缓解气候变化[1]。20世纪60年代，国际上就已经开始研究森林碳汇对大气的净化作用和吸收CO2的作用。Soares-Filho[2]在研究巴西亚马逊森林时发现，森林在降低碳排放和缓解气候变化方面有突出作用。不少学者也曾提出通过森林固碳方式来减缓碳释放的潜力巨大[3]，且与其他减排措施相比，森林固碳具有见效快、成本低等独特优势[4]。江西有着丰富的森林资源，利用森林碳汇实现碳达峰碳中和是在充分考虑江西实际情况下做出的正确选择[5-6]。因此，合理预测森林碳汇贡献能力至关重要。在已有研究中，较多学者使用灰色预测模型对森林资源进行预测分析，如张颖[7]、林力[8]、宋广军[9]等利用灰色预测模型GM(1,1)对北京、福建、黑龙江区域的森林资源进行了预测分析；还有学者[10]根据建立的单位面积蓄积-林龄Logistic生长方程预测了我国未来乔木林的碳汇潜力。目前学者们的研究多集中于研究森林碳汇或是碳排放的预测上，较少学者将森林碳汇与碳排放结合起来进行分析研究。

本文在已有的森林碳储量估算和预测研究的基础上，利用全国森林资源清查数据中的江西部分，对江西省1996-2016年森林碳储量进行测算，同时利用灰色预测模型GM(1,1)对江西森林碳储量进行预测，分析江西森林碳储量对实现碳达峰碳中和的贡献力度。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

本文在计算森林碳储量时，所采用的森林覆盖率、森林面积、森林蓄积量等数据来源于《江西统计年鉴》《中国林业统计年鉴》中全国森林资源清查数据的江西部分，时间跨度为1996-2016年（最新的全国森林资源清查时间为2016年，因此相关森林资源数据截止到2016年）。

1.2 研究方法

1.2.1 森林碳储量核算

考虑到操作方法的实用性和可操作性，本研究采用森林蓄积量法对森林碳储量进行测算。具体计算公式为：

式(1)、式(2)中，TCW为森林碳储量；Vf为第i类林木的总蓄积量，Si为第i类林木的面积，Vi为第i类林木的单位面积蓄积量；δ为生物量扩大系数；ρ为容积密度；γ为含碳率。在核算江西省的森林碳储量时，以上各换算系数采用IPCC（政府间气候变化专门委员会）的默认参数值，即δ、ρ、γ取值分别为1.9、0.5、0.5。

1.2.2 灰色预测模型

使用灰色预测模型GM(1,1)对森林碳储量进行预测。该模型基于随机的原始时间序列，构建变量对时间变量的一阶微分方程，对应的微分方程为：

式(3)中，x(1)为原始数列x(0)经过一次累加后生成的数列；t为时间变量；a和u为待估参数，分别称为发展灰数和内生控制灰数。具体操作步骤如下：

1）设原始数列为公式(4)：

先对x(0)进行一次累加，生成一次累加序列x(1)，为公式(5)：

2）利用公式(6)：

求解均值序列，同时建立变量对时间变量的一阶线性微分方程（公式3），利用最小二乘法求解模型中的待估参数a和u，随后可得出GM(1,1)灰色预测模型的时间响应函数：

3）最后通过时间响应函数可以求解出预测值：

4）模型的检验，用相对误差检验和后验差检验来判定拟合的优良度。一般情况下，相对误差越小说明拟合越好。后验差检验C＜0.35说明预测精度好；0.35≤C＜0.65预测精度合格；C≥0.65预测精度不合格。

2 江西森林碳汇潜力预测分析

2.1 江西森林碳储量预测

根据表1预测结果可以看出，利用GM(1,1)灰色预测模型所得出的预测结果平均绝对误差百分比为0.61%，后验差C=0.1768＜0.35，说明模型预测的拟合程度较好，可以依据该模型对江西省2021-2060年的森林碳储量进行预测。构建具体的时间响应函数：

森林碳储量的时间响应函数为：

按照目前的发展水平，在未来40年，江西森林碳储量会一直稳步增长，到2030年江西森林碳储量将达到3.471亿t；2060年江西森林碳储量将达到7.944亿t。与2021年相比，2030年森林碳储量将增加28.37%，2060年将增加193.79%。而这些都还只是保守估计，根据最新的森林资源清查数据，江西省的森林大多为中幼龄林，近熟林、成熟林、过熟林则较少。实际上，中幼龄林有着较快的生长速度，其碳汇实物量和价值量也是所有龄林组中最高的[11]。森林碳储量的稳步增长能有效降低大气中的CO2，缓解温室效应及全球变暖。如果能有效改善森林经营管理水平，未来江西省的森林碳汇功能将逐渐增强，森林将成为一个潜在的较大的碳库，能够为江西省实现碳达峰碳中和目标发挥一定的作用。

表1 森林碳储量预测结果Tab.1 Prediction results of forest carbon storage

表1的预测数值是基于一定假设得出的客观结论，在预测森林碳储量时没有考虑政策变动等外部因素的影响。

2.2 江西森林经营管理分析

提高森林经营管理能有效增加森林碳储量。森林经营是指以森林的可持续发展为目标的所有经营管理措施；高水平的森林经营可有效保障森林的经济效益与生态效益。森林在碳循环中，既可以是碳汇，也可以是碳源。碳汇能有效缓解大气中的CO2，碳源则会增加大气中的CO2。森林枯死木的分解、森林火灾的发生、以及人类不合理的砍伐，都会造成森林中储存的碳重新回到大气中。因此，提高对森林的经营管理水平，能有效提升森林的碳储量。

江西有着良好的自然禀赋。但是随着工业化、城市化进程的不断加快，经济社会发展与森林资源保护之间的矛盾越来越严重。森林经营管理水平低下是制约林地生产的重要原因之一。森林单位面积蓄积量低于全国水平，森林结构不合理、森林生态效益不高、低产低效林比重较大等问题严重制约着森林碳储量的增加[12]。

在打造美丽中国“江西样板”的过程中，提高森林质量是重要一环，而提高森林质量则需要通过提高森林经营管理水平来实现。为进一步增强森林经营水平，江西通过更新改造、补植补造、封育改造和抚育改造4种方式，实现“十三五”期间完成低产低效林改造61.45万hm2、封山育林36.73万hm2、森林抚育197.65万hm2，森林蓄积量比10年前增加46%，至2021年森林蓄积量达到了73 973.57万m3。与上述基准预测相比较，提高森林经营管理水平使得森林蓄积量提高了30%左右。因此，假设在外部因素（森林经营管理）的影响下，森林蓄积量会在原预测的基础上增加30%，以此类推可得出未来40年的森林蓄积量。根据公式（1）森林碳储量计算公式，可以得出不同年份的森林碳储量。计算结果见表2。

表2 不同森林经营管理水平下的森林蓄积量与森林碳储量预测Tab.2 Prediction of forest stock and forest carbon storage under different forest management levels

森林是全球碳循环的重要组成部分，同时也是全球陆地最大的碳库，研究表明通过森林固碳方式来降低大气中的CO2浓度潜力巨大[13]。为了进一步衡量江西森林碳汇潜力，需评估森林碳汇对江西碳达峰碳中和的贡献力度。

2.3 森林碳汇对碳达峰碳中和的贡献

习近平总书记曾在七十五届联合国大会上郑重承诺，中国将于2030年前实现碳达峰，2060年以前实现碳中和。江西作为全国首批生态文明试验区，有义务走在碳达峰碳中和的前列。工业排放是造成CO2增加的主要原因之一，根据渠慎宁[14]使用的STIRPAT碳排放预测公式预测江西碳排放量，江西碳达峰时间为2026-2031年，达峰峰值为1.948亿t，不同年份累计CO2排放量如表3所示。

表3 不同森林经营管理水平下江西森林贡献率Tab.3 Forest contribution rate under different forest management levels

江西森林碳汇吸收本省CO2的贡献率在逐年上升，在未来40年内能吸收50%以上因本省工业排放带来的CO2。具体来看，如果江西持续提高自身的森林经营管理水平，在2036年左右就能吸收掉本省累计CO2的50%；而如果保持原有的森林经营管理水平不变，江西要到2051年左右才能吸收50%的CO2。在保持原有森林经营管理水平不变的基础上，到2031年时森林只能吸收40.74%的CO2，2061年时只能吸收61.38%的CO2。如果不断提高森林经营管理水平，2031年时森林能吸收45.93%的CO2，2061年时森林能吸收76.36%的CO2。因此，提高森林经营管理水平，能额外增加30%左右的森林碳储量；森林经营管理水平的不断提高可不断提高森林碳储量的增长率，可实现森林碳汇对碳达峰碳中和的贡献力度最大化。

需要指出的是，文中所指的森林碳汇仅只是林地上林木的碳储量，林下植物与腐殖质固碳、森林土壤固碳，以及林产品固碳并未计算在内。而实际上，林下植物与腐殖质固碳、森林土壤固碳，以及林产品固碳也能吸收一定量的CO2，加上湿地、海洋、城市绿化等对CO2的吸收能力，大气中很大一部分CO2将会被各类生态系统所吸收。而剩下一部分的CO2则需要通过节能减排、产业转型等方式来抵消。

3 结论与建议

文章采用蓄积量法测算了1996-2016年江西省森林碳储量，同时采用灰色预测模型GM（1,1）模型对2016-2060年的森林碳储量、森林面积进行了预测。主要结论如下：

1）在不考虑经济、政策等外部因素的情况下，2031年江西森林碳储量将达到3.563亿t；而到2061年，江西森林碳储量将达到8.154亿t。如果以提高森林质量为目标，不断增强森林经营管理能力，2031年江西碳储量将达到4.632亿t，2061年江西碳储量将达到10.600亿t，比保持原森林经营管理水平不变时增加了30%。

2）未来40年内，森林吸收CO2的能力在不断提升。如果保持现有森林经营管理水平不变，2031年森林碳汇对碳达峰碳中和的贡献力度为40.74%，2061年森林对碳达峰碳中和的贡献力度为61.38%。如果不断提高森林经营管理水平，提高森林质量，2031年森林碳汇对碳达峰碳中和的贡献力度为45.93%，2061年森林碳汇对碳达峰碳中和的贡献力度为76.36%。

根据上述结论，现对江西省实现碳达峰碳中和提出以下建议：全面提升森林生态系统的碳汇增量。全面提升森林生态系统的碳汇能力，总结起来就是“固、增、扩”三个字。固，就是要保护现有的碳储量不受破坏，严格保护及合理利用现有森林资源。增，就是要在现有碳储量的基础上提升碳汇能力。目前江西森林多以中幼龄林为主[15]，在未来要不断加强中幼林抚育和退化林修复，同时加大人工林改造力度，持续提高森林质量、固碳效率和碳储量。扩，就是要进一步扩大森林面积，加大植树造林、持续推进森林城市建设，通过多途径增绿增汇。