不同管理模式对毛竹碳汇供给潜力的影响——基于浙江余杭、临安的调查数据

○浙江农林大学经济管理学院 张诗云

一、引言

随着工业化的发展，以温室效应为主要特征的全球气候变化问题十分严峻，降低大气中二氧化碳浓度刻不容缓。相对于减少工业排放这一举措可能导致的经济运行减缓，森林碳汇通过光合作用吸收大气中的二氧化碳并将其固定在植被或土壤中，有效减少二氧化碳在大气中的浓度，被视为解决气候变化的一种有益尝试。

在所有的森林资源中，毛竹因为其生长速度快、成材时间短、固碳能力强的特点，成为尝试重点[1]。且在全球森林资源面积大幅下降的背景下，竹林的分布面积却以3%的速度持续增长。其中，我国竹林面积有近538.10万hm2，为毛竹碳汇研究提供了坚实基础[2]。

随着经济发展与环境变化，毛竹林的经营类型不仅有普通的材用林、笋用林及笋竹两用林，还出现了以生态效益为主要目标的毛竹碳汇林，因此相应的科学研究也就需进一步跟进。且现有研究多使用计量模型对竹林固碳能力进行单一因素的实证研究[3-4]，但竹林生长是个复杂的综合系统，同时受自然生长、人为管理与经济的影响[5-7]，需要我们全面地考虑各个因素之间地相互影响，以系统动态的方法去思考。

二、研究方法与理论机制

(一)系统思考方法及模型设计

系统思考方法，是一种系统仿真方法，是基于系统行为与内在机制之间的相互联系构建变量之间的数学关系或逻辑关系。这种对整体运作本质的思考方式，是把结构的方法、功能的方法与历史的方法融为一个整体，从整体出发寻求改善系统行为的途径[8]。

模型基本元素包括流量、存量与辅助变量。模型设计并非依据抽象假设，而是秉持“凡系统必有结构，系统结构决定系统功能”的系统科学思想，以现实存在为前提，依据社会系统动态行为，综合考量各个因素之间的相互影响关系构建仿真模型，对系统未来的行为做出模拟预测，形成信息负反馈链，对发展决策提供建议。

竹林生长是一个自然生长过程、人为管理过程与经济过程相互影响的综合系统。竹材市场的毛竹价格会影响竹林经营者的管理积极性与管理水平。竹林管理模式与投入又将作用于竹林的生长，如水肥会影响毛竹的出笋率、平均胸径、生物量与碳汇量，采伐率会影响竹林的立竹数，最终这些林分结构影响到竹林的生物量与碳储量。而竹材供给与碳汇供给又分别调节竹材市场与碳汇市场，如此形成一个相互影响的综合系统，具体如图1所示。

图1 管理模式对碳汇供给的影响机制

模型构建使用软件STELLA9.1.3，以竹林生长系统为核心，受管理模式的影响，协同联系毛竹市场与碳汇市场。竹林生长系统如图2所示。

图2 竹林生长系统

竹林生长系统基于毛竹的生物学特性而建立，流量包括流入与流出，即一年生的竹笋量与八年生的老竹量。存量即各年龄段的毛竹立株数，速率变量即竹笋采伐率、竹材采伐率。毛竹自然生长周期为八年，一年生的竹笋量基于二、三、四年生的毛竹基础上发笋，自然存活率设定为80%，且受到竹林立株密度的影响。四年生以上的竹子可以开始采伐，采伐量等于适龄毛竹量乘以采伐率。毛竹在第八年进入自然死亡，生长链终止。考虑到现实情况，设定毛竹的自然损耗率为2%。竹林总生物量根据周国模等学者的研究，基于竹龄与胸径计算得出。碳汇量由生物量乘以碳汇量系数得到。

(二)毛竹生物量与碳汇供给量的计算方法

对于林分结构因子与生物量之间关系，有不同的计算方法，目前精确度最高的是范叶青等[3]学者建立的单株毛竹二元生物量模型：

其中，f(D，A)为计算所得毛竹单株生物量(kg)，D表示单株毛竹胸径(cm)，A表示单株毛竹年龄，总生物量则根据所有单株毛竹生物量求和得到[9]。

同时研究表明，毛竹的碳汇供给量又取决于毛竹的生物量，由生物量乘以碳汇量系数0.504得到[10]。

(三)不同管理模式对碳汇供给潜力的影响机制

不同的竹林管理模式所采用的管理措施不尽相同，通过施肥、除草与采伐，结合管理水平的差异，直接或间接地影响竹林林分非空间结构，主要体现在竹林立竹数、平均胸径与竹高、竹龄等因子方面[11]。而林分因子会影响竹林的生物量，继而对碳汇量产生影响，形成“管理模式-林分结构-生物量-碳汇量”的作用链。

但与此同时，碳汇的供给反过来也会影响管理模式，通过供给调节碳汇价格再影响竹林经营者的经营管理积极性导致管理模式与管理投入的不同，以此形成一个循环与负反馈链的复杂系统。

三、数据采集方法与调查结果

(一)数据采集方法

本文选取余杭赐璧村与临安严家村的两片毛竹林作为研究对象，进行实地测量与问卷访谈，对所得数据进行模拟与对比分析。临安严家村的毛竹林为碳汇林，采用“桃花作”[12]管理模式，即竹林年年出笋但不挖笋，砍老竹后任其在山上腐烂，隔年人工除草。余杭赐璧村的毛竹林则是传统的材用林，采用“大小年”[13]管理模式，即大年留笋养竹，小年挖笋砍竹。两处研究点同样位于浙江省杭州市，相近的地理位置有着近乎相同的自然气候条件。在此前提下，不同的竹林管理模式对碳汇供给潜力的影响更具可比性。

1．实地测量

通过实地测量了解竹林生长状况。在两处毛竹林均划定大小范围相近的两块样地，在当地有经验的村民指导下，测量面积与坡度、清点竹笋、毛竹立株数、确定每根竹子的竹龄并测量胸径。胸径的测量选用软尺，在距根部1.3米处进行测量，数值精确到毫米。测量完成后录入原始数据，并做简单处理，可见竹林基本生长状况。

2．关键信息人访谈

通过对竹林经营者的信息访谈，详细了解各自竹林的发展背景以及不同管理模式下的投入与产出。背景了解包括竹林地来源与竹林具体管护措施。投入主要包括肥料、除草剂、病虫害防治、毛竹采伐与搬运、人工管理维护、运输以及资金利息等成本，收入包括竹笋出售收入、竹材出售收入、碳汇交易收入以及政府补贴等。另外，就有关碳汇知识对经营者进行提问，以了解其对碳汇的认知程度，反映碳汇在我国的普及状况。

(二)调查结果

1．毛竹林生长状况

如表1所示，临安严家村2013年、2016年所选取的测量面积大致相近，分别为379.2 m2、330 m2，清点毛竹总立株数分别为137株、176株。三年间，基地毛竹的平均胸径从5.02 cm长到了8.03 cm，但这更大程度上是由于新造竹林的自然生长。其中，2013年对临安严家村毛竹林的测量中，由于项目基地毛竹造于2008年，所以只有四年生及以下的竹子。而经过四年的经营管理，在并没有砍竹挖笋的前提下，其立株数并没有明显的增加，侧面体现其管理的粗放。

表1 毛竹林生长状况

余杭赐璧村的测量面积相近，但总立株数却明显减少。平均胸径则变化不大，保持在8.5 cm左右。此外，由于2013年调查时毛竹林处于“大年”，2018年处于“小年”，大年留笋养竹，小年挖笋砍竹，所以，两次的测量数据中，竹子年龄正好错开分布。2013年多一年生竹笋与三年生、五年生毛竹，2018年则是二年生与四年生的毛竹。其中2018年竹龄为1年的立株数为138株，是由经营者所估计的挖去竹笋数量。

2.价格与投入情况

从表2可以看出，两处竹林地管理模式的不同。在化肥、农药的投入方面，临安严家村一直为0元，这是由于碳汇造林以环境保护为目的，项目合同要求不能使用任何化肥、农药与除草剂，不能机械作业。只能采取人工除草的方式，所以这些劳动都将转移到人工成本中。余杭赐璧村在2013年，在肥料上的投入为500元/亩，农药为20元/亩，是精细化的竹林管理。而到了2018年，不再使用化肥农药，是由于竹材价格低迷导致的管理积极性下降。

表2 毛竹价格、碳汇价格与毛竹林管理投入 (单位：元/亩.年，元/吨)

在人工成本方面，临安严家村每年约15万元，主要用于除草以及多年的老竹劈除，杂草留在山上，作为竹林的肥料。余杭赐璧村2013年的人工成本为280元/亩，而2018年则下降为93元/亩，是由于后者对竹林管护的投入意愿低，管理相对粗放，人工费用只用于劈山。

在运输成本方面，两地均为0元，但原由不同。临安严家村由于前期是新造竹林，无竹可砍，所以没有运输需求。后期则是因为竹材价格一路下跌，经营者不愿砍竹售卖。所以项目至今，未出售过竹材，也就没有相应的运输成本支出。而余杭赐璧村虽然海拔较高，但收购商是“上门收购”，经营者只需将砍伐的毛竹运到路口边即可，其运输成本几乎为0。

值得注意的是，临安严家村由于是碳汇造林，初期投入成本大，按经营期限20年分摊，资金利息按5%计算，2013年资金利息为17元/亩，2016年则是10元/亩，可见投入相对来说是在减少的。

根据访谈，近些年毛竹市场的变化非常大，尤其是毛竹价格从2013年的1000元/吨直线下降为2016、2018年的400元/吨，对竹材销售的影响极大。而碳汇市场上，碳汇价格一直在低位徘徊，价格始终没能上升至当初专家所预期的100元/吨。

3.对应的管理模式认定

如表3所示，从实地考察的情况来看，2013年余杭赐璧村的毛竹林管护十分精细，竹林长势非常好，毛竹粗壮，源于平均每亩投入大，是典型的集约化大小年管理模式。而到了2018年，由于竹材市场价格低迷，市场不景气，经营者不愿投入，管理相对粗放，立株数相对减少，且小年伐竹挖笋，有稀疏感，是粗放型大小年的管理模式。

表3 毛竹林管理模式认定

2013年临安严家村的毛竹林基地由于新造竹林不久，竹林内杂草较少，竹子没有倒伏现象。由于受碳汇林管理的限制，不可施用化肥、农药，不可进行机械化操作，其本身的管理措施相对大小年而言更粗放些，是半集约型桃花作的管理模式。而2016年竹林内杂草丛生，竹子大都营养不良，倒伏较多；且老竹无人砍伐，任其自然腐烂，可见平日里基本无人管理。这种情况与造林时的精细管理程度相距甚远，相对来说，管理水平明显下降，管理强度低下，是粗放型桃花作的管理模式。

四、结果与分析

本文利用模型运行导出数据，作图对比不同管理模式下竹林地碳汇供给的曲线差异，并进行分析。由于两处竹林总面积不同，为了能实现有效对比，选择指标为每公顷碳汇供给量。设定系统模拟时间为20年，观察其从2013年至2033年的碳汇供给走势。同时，分别以2013年、2016年、2018年为起点，对比模拟结果的差异。最后，以集约化程度为影响因素，模拟不同集约化程度下的碳汇供给量曲线。

(一)桃花作与大小年对比

由2013年的调查得知，半集约型桃花作的碳汇供给潜力低于集约型大小年，但2013年碳汇林为新造竹林，为排除新老竹林对对比性的影响，以2016年成林后的桃花作与2018年的大小年作对比。从图3可以看出，大小年的管理模式下竹林碳汇供给更加理想。这是由于大小年管理模式本身更加精细，施用化肥、农药可以为竹林减少病虫害，提供充足养分；定期采伐毛竹，合理地间隔成熟竹材的年龄，有利于更好地利用自然条件与立地空间。而桃花作不采伐毛竹，毛竹对于养分的汲取存在竞争性，过多的毛竹不仅会影响发笋率，还会导致其发育不良，毛竹胸径小影响生物量积累，从而影响碳汇量供给。但矛盾的是，大小年施用化肥、农药对环境的负面影响更大，具有一定的环境污染性，又与碳汇的初衷相违背。

图3 不同模式下的碳汇供给

(二)不同集约化程度的桃花作对比

据图4显示，半集约桃花作与粗放桃花作的碳汇供给量均不高，大约在2024年前后，每公顷碳汇供给量在0.75～1.5吨之间达到波动平衡。这一数值与孟海月、刘强等人在2014年所提出的每年每公顷毛竹的固碳量在5.26～6.51吨相比，差距非常大。说明桃花作的管理模式下，林地效益不高。两者相差不多的原因在于桃花作本身的管理是相对粗放的。

图4 桃花作模式下的碳汇供给

而粗放桃花作的碳汇供给整体高于半集约桃花作，并不能表明粗放桃花作更加有利于碳汇供给，原因在于碳汇林基地为新造毛竹林，2013年实地调查时，只有四年生及以下的毛竹，影响了碳汇量的供给。

(三)不同集约化程度的大小年对比

如图5所示，集约大小年的碳汇供给量明显地优于粗放大小年，粗放模式下碳汇整体供给量下降非常多。表明大小年模式下，管理投入的不同，对碳汇供给量的影响非常大。集约大小年的碳汇供给量非常大，是因为这一管理模式下，竹林地投入非常多，通过农药、化肥与合理采伐的精细化管理使林地毛竹生长良好，增加了碳汇供给。

图5 大小年模式下的碳汇供给

通过上述对比可以发现，同一管理模式下，集约型经营更有利于碳汇供给。为进一步确定集约化程度对碳汇供给潜力的影响程度，本文进行如下模拟对比。

(四)不同集约化对比模拟

假定集约化程度分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1，对桃花作与大小年模式下的碳汇供给量进行模拟，得到图6、图7所示的结果。

1．大小年模式

如图6所示，集约化程度对大小年模式下的竹林碳汇供给具有一定的影响，在集约化程度为1的情况下，对碳汇供给的最高到达了近6t/ha；即使是集约化程度为0.2，最高也有5t/ha。以集约化程度为0.6与0.8，对应碳汇供给量分别为5.47 t/ha、5.66 t/ha，计算可得弹性系数为0.1。说明管理投入越多，大小年竹林的碳汇供给越理想。但集约化程度对大小年管理模式的影响力在5年左右，后续的影响不明显，说明集约化程度有着上限。

图6 集约化程度对大小年模式碳汇供给的影响

2．桃花作模式

如图7所示，集约化程度与桃花作模式下的竹林碳汇供给也成正向相关，集约化程度越高，碳汇供给越多。以集约化程度为0.6与0.8，对应碳汇供给量分别为2.82 t/ha、3.04 t/ha，计算可得弹性系数为0.23。管理投入的增加会对碳汇供给产生积极影响。且集约化程度对桃花作模式的影响持续更久，可长达20多年。

图7 集约化程度对桃花作模式碳汇供给的影响

对比图6与图7可得，集约化程度对于大小年模式与桃花作模式均有影响，但对于桃花作模式的影响更大。原因在于桃花作本身相对更粗放，管理投入变动后，影响程度相对要大。大小年模式本身的管理更精细，管理投入的影响更小。

五、结论

本研究采用系统动态模型，研究不同管理模式对毛竹碳汇供给潜力的影响。结果表明，不同管理模式的毛竹碳汇供给潜力的差异主要源于其集约化程度，即管理投入的多少。高度集约化程度下碳汇供给预期最高达到每公顷35～38吨，而粗放模式下最高则仅有每公顷7～8吨，两者相比，差距甚大。集约经营相较粗放经营更理想，有利于增加单位面积的竹林立株数，以此增加竹林生物量与碳汇供给量。大小年的管理模式比桃花作更好，从管理投入来说，大小年比桃花作更精细。从生物学角度来说，大小年更符合竹林生物学特性。总之，集约经营的大小年模式下碳汇供给最为理想，粗放经营的桃花作模式下碳汇供给最不理想。