绿化植物固碳量的经济效益分析

□栗星然，王子豪

（1.苏州大学，江苏 苏州 215006；2.河南财经政法大学，河南 郑州 450000）

习近平总书记在世界经济论坛“达沃斯议程”对话会中提出：“中国将继续促进可持续发展，加强生态文明建设，确保实现2030 年前二氧化碳排放达到峰值、2060 年前实现碳中和的目标。”同时，“十四五”规划中指出，单位国内生产总值能源消耗和二氧化碳排放分别降低13.5%、18%。落实2030 年应对气候变化国家自主贡献目标，制定2030 年前碳排放达峰行动方案。完善能源消费总量和强度双控制度，重点控制化石能源消费。实施以碳强度控制为主、碳排放总量控制为辅的制度，支持有条件的地方和重点行业、重点企业率先达到碳排放峰值。推动能源清洁低碳安全高效利用，深入推进工业、建筑、交通等领域低碳转型。加大甲烷、氢氟碳化物、全氟化碳等其他温室气体控制力度，提升生态系统碳汇能力。锚定努力，采取更加有力的政策和措施，争取2060 年前实现碳中和。

党的十八大首次将“大力推动生态文明建设”作为一项重要的战略决策提出以来，生态文明建设成为全党、全国人民实现中华民族伟大复兴的一项重要任务。党的十八届五中全会更是将增强生态文明建设作为国家五年规划提出。在党的十九大报告中，习近平总书记指出，一是要推进绿色发展。加快建立绿色生产和消费的法律制度和政策导向，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系。二是要着力解决突出环境问题。坚持全民共治、源头防治，持续实施大气污染防治行动，打赢蓝天保卫战。中国政府在第七十五届联合国大会上提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和。”在“十四五”规划中，同样将碳中和目标的实现，作为未来5 年经济建设的一大重要目标。

碳中和一般是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”。通过绿化植物的光合作用对二氧化碳等温室气体进行吸收，从而抵消社会经济发展过程中不可避免出现的碳排放问题，实现碳中和的目标。

文章以江苏省为例，通过《江苏统计年鉴》获知，江苏省活立木总蓄积量与森林蓄积量只在2013—2014 年出现增长，而在2014 年之后几乎保持不变，这表明江苏省在近7 年内无大规模植树造林计划，森林植物蓄积量保持在相对稳定水平上。而2013—2014 年江苏省林业用地面积、森林面积、人工林面积和森林覆盖率同时出现了下降。同时，在2014 年后，上述指标也几乎保持不变，这表明江苏省林业用地在近8 年内无大幅度计划增减，且伴随着城市化进程的进一步扩大，林地面积及森林覆盖率将呈现下降趋势。根据中国碳核算数据库的数据可知，江苏省1997—2019 年的碳排放量呈现上升趋势，且在2005—2010 年上升速度最快。近年来，由于我国大力发展生态文明建设的原因，江苏省碳排放量增长幅度放缓。但基于经济建设与城市化进一步发展的需要，未来江苏省碳排放量在大趋势下仍将继续保持增长趋势。

通过上述分析可以发现，江苏省的林地规划面积在近年内将不会出现明显的增长趋势，且存在下降的可能。绿色植物的固碳总量将不会出现明显上升趋势，而江苏省碳排放量在未来大趋势上呈现增长趋势，必然导致大量温室气体被排放至大气中，显然与生态文明建设与碳中和目标的实现相违背。因此，文章旨在通过优化绿化植物，合理配置江苏省林地面积，针对江苏省现有林业用地面积，制订合理的绿化植物种植方案。

1 基本假定

第一，每株香樟树年固碳量大小恒定，不会因外界因素变化而变化。

第二，只考虑香樟树种群的固碳量，且植物碳密度近似等于香樟树种群间密度。

第三，假定香樟树种群林龄类型为均衡型。

第四，林业用地的土地价格不随地理位置的改变而改变，单株香樟树的价格不会因为购买数量的变化而改变。

第五，不考虑其他绿化植物群落与香樟树种群之间出现竞争，而导致香樟树种群固碳量出现大幅度降低的可能性。

第六，江苏省政府不改变现有林业用地规划面积及绿化植物维护费用标准。

第七，江苏省不发生大规模自然灾害，致使绿化植物遭到大规模破坏。

2 固碳量模型

2.1 江苏省绿化植物分析

通过走访调查可知，江苏省常见的园林道路绿化植物包括乔木属的香樟、广玉兰、桂花、银杏、女贞、垂柳、日本晚樱等，灌木属的毛竹、石榴、杨梅、夹竹桃等。在上海交通大学赵艳玲的《上海社区绿地植物群落固碳效益分析及高固碳植物群落优化》中，利用CITY green 分析了上海市社区绿地常见园林植物春季固碳释氧效益。

在江苏省常见绿化园林植物中，大乔木属的香樟固碳释氧效果最佳。相较于其他绿化植物而言，香樟树不仅四季均可进行固碳释氧，而且其固碳量与种群数量呈正相关关系，更加适合群体种植。因此，文章以香樟树作为主要绿化种植树木进行规划设计。

2.2 江苏省碳排预测

2.2.1 灰色预测分析

20 世纪80 年代，我国著名学者邓聚龙教授创立的灰色系统理论，使得大量不确定系统问题得到解决。而对于其中的灰色预测系统，其原理在于通过寻找已知信息中具有高价值的信息，探究总结出随机数组间的相对规律，并通过该规律进一步进行预测的系统性预测模型。

文章采用累加生成数列对江苏省碳排放量数据原始数据进行处理。累加生成数列是指，将原始数据组中各时刻数据依次累加后生成的数列。通过累加生成过程，可以使得原本无序的数组出现明显的规律性变化。之后定义灰导数，具体见公式（1）。

其中，表示发展系数，为灰作用量。此时公式（2）对应的白微分方程，具体见公式（3）。

原始数据序列的标准差满足，具体见公式（4）。

预测残差序列的标准差满足，具体见公式（5）。

后验差比值，具体见公式（6）。

2.2.2 碳排放量预测

将《江苏统计年鉴》中1997—2019 年的年碳排放量数据作为原始数列，累加生成过程得到累加生成数列λ（k），并带入白微分方程中，利用MATLAB 求得其结果为2020—2022 年预计江苏省年碳排放量分别为655.610 7 t，659.284 3 t 和662.979 7 t，后验差比值为0.275 23＜0.35，系统预测精度良好。

分析上述结果可知，江苏省2022 年全年碳排放量预计将达到662.979 7 t。

2.3 郁闭度与种群密度的相关分析

《上海社区绿地植物群落固碳效益分析及高固碳植物群落优化》的研究表明，植物的郁闭度与植物群落的碳密度存在某种相关关系，而对于单一植物种群构成的群落而言，碳密度即为该植物种群的密度。将郁闭度和碳密度的数据利用SPSS 的曲线拟合进行回归分析，算出参数估计（见表1）以及拟合出郁闭度与碳密度关系曲线（见图1）。

图1 郁闭度与碳密度关系

由表1 可知，当郁闭度与碳密度间满足二次关系时，拟合后表达式的为0.999，调整后的为0.998，均为最大值，且均超过了0.9。这表明，郁闭度与碳密度之间满足以下等式时，相较于其他关系拟合效果最佳，具体见公式（7）。

表1 郁闭度与碳密度关系的参数估计

同时，利用计算得到函数的回归平方和为998.818，残差平方和为1.182。同样表明，郁闭度与碳密度在二次关系下的拟合效果较好。

2.4 不考虑财政支出下的香樟树种植方案

根据《上海城市森林群落结构特征与固碳能力研究》中的结论获知，植被碳储量和年碳吸收量之间存在相应关系，具体见公式（8）。

其中，Q表示植物固碳总量，表示植物种植面积，表示碳削减系数。在不考虑政府财政支出的情况下，尽可能要求绿化植物碳吸收量最大，目标函数具体见公式（9）。

预计江苏省在近期内不会扩大现有绿地面积规划，因此绿化植物的种植面积不能高于现有江苏省绿地规划总面积。

根据《江苏统计年鉴》数据可知，江苏省现有绿化总面积为1 071 000 hm，因此≤1 071 000。而假定种植的香樟树的林龄均为均衡型，那么其碳削减系数=0.001 72。根据上述限制条件建立线性规划模型，具体见模型（10）。

据上述方法在Lingo 中编程求解，整理结果为：在不考虑政府开支的情况下，种植595 614 棵香樟树，规划种植面积在1 071 000 hm时，绿化植物固碳量达到最大值1 172 t，种群郁闭度将达到63.622 34%。

3 固碳量优化模型

在固碳量模型中，存在两个严重的问题。一方面，绿化植物的固碳量远远高于江苏省2022 年预计碳排放量值，这就导致过多的土地被用于种植香樟树，同时导致大量不必要的政府财政支出。另一方面，由于模型中不考虑江苏省政府的绿化开支，这就导致模型预测结果与实际严重不符。因此，对固碳量模型进一步优化，考虑政府开支对于种植的影响因素，建立了固碳量优化模型。

本研究仅从香樟树购买价格、土地成本和后期绿化维护费用3 个角度出发，考虑在种植过程中可能出现的经济成本。其中，表示种植总成本，p表示单株树木种植成本，p表示每公顷土地价格，p表示每公顷土地绿化维护费用，目标函数具体见公式（11）。

根据《苏州市市区绿地养护管理暂行办法》的规定，将苏州市绿地分为一级绿地、二级绿地、三级绿地3 个等级。一级绿地是指主要位于主干道或公园、街头等人流量较大、要求标准较高的绿地，其养护定额为94 000 元/hm。二级绿地是指位于街头、小游园、非主干路旁的绿化植物，其养护定额为78 000 元/hm。三级绿地是指位于城市外围或近郊等较偏远的绿地，其养护定额为67 000 元/hm。由于城市中的绿化用地相较于郊区绿化用地而言面积较小，因此这里将绿化用地全部按照三级绿地标准进行养护，即绿化养护费用为67 000 元/hm。

据江苏省苗木价格参考表数据可知，干径在15～15.9 cm 的香樟树价格为1 320 元/株。据苏州市土地价格数据得知，江苏省平均土地价格为45 220 元/hm。在考虑财政支出的情况下，种植香樟树的面积同样不能超过江苏省绿地总规划面积。

与此同时，植物年总碳吸收量还需要超过2022 年江苏省预计全年碳排放量，即由公式（8）可知：Q≥651.956 3，其中根据公式（7）可知：=0.127-12.038+0.018。因此，根据上述约束条件建立线性规划模型，具体见模型（12）。

通过Lingo 编程求解，整理结果为：在考虑政府开支的情况下，种植330 329 棵香樟树，规划种植面积为595 778.2 hm时，绿化植物固碳量达到651.956 3 t，种群郁闭度将达到63.621 72%。此时，政府开支将达到最小值，为67 254 620 184 元。

4 模型优缺点

4.1 模型优点

第一，创新性地将绿色植物固碳量与城市绿化相结合，使得在减少城市碳排放的同时，还能兼顾城市绿化。

第二，将植物的郁闭度与植物种群间密度进行回归分析，更加准确地描述了植物郁闭度与植物种群间密度的相关关系，使得在分析植物碳吸收量时，更加简单地得到了植物的郁闭度，而不需要再进行实地检测，节约了研究时间。

第三，采用灰色预测模型对江苏省年碳排放量进行预测，由于灰色模型对于小样本数据具有较好的预测效果，因此预测结果较为精确。

第四，利用Lingo、SPSS 等数理统计软件，使得决策模型更加科学准确。

4.2 模型缺点

第一，本研究只考虑对单一植物的固碳量进行分析，而实际规划中，由于不同种植物间存在相互影响效果，因此根据本模型推导得出的结果可能与实际产生一定的偏差。

第二，本研究考虑的价格是平均价格，不同地区间可能因为存在一定的价格差异，导致经济模型结果出现偏差。

第三，在进行植物碳吸收量与碳密度的相关分析中，由于只考虑了一种植物，因此将碳密度简化为种群间密度，这就导致了在进行回归分析时不可避免会出现系统性误差。