基于森林资源二类调查的县域森林碳汇及其价值估算研究

姚永华　赵泽新　熊安华

摘 要： 基于当阳市第四次（2009年）和第五次（2019年）森林资源二类调查成果，运用生物量转换因子法，对森林生物量进行了估算；运用生物量-碳储量转换系数法，估算了森林碳储量；按照IPCC（2006年）提供的库-差别方法，对当阳市2009～2019年10 a期间森林碳汇量进行了估算，采用均值法（市场价值法和造林成本法平均值），评价了当阳市森林碳汇价值。结果表明：2009年和2019年当阳市森林碳储量分别为98.20×104tC和147.42×104tC；平均碳密度分别为14.27 tC·hm-2和22.23 tC·hm-2（含地上部分和地下部分，不包括枯死木、枯落物和土壤有机碳）；2009～2019年10 a期间当阳市森林碳汇量为180.47×104 tCO2（49.22×104 tC），单位面积年碳汇量为2.93 tCO2·hm-2·a-1（0.8tC·hm-2·a-1）；2009至2019年10 a期间当阳市森林碳汇价值达1.0亿元，单位面积年碳汇价值为162.32元·hm-2·a-1。

关键词： 森林；二类调查；蓄积量；生物量；碳储量；含碳率；碳汇

中图分类号：S757.2；F326.24 文献标识码：A 文章编号：1004-3020（2023）01-0036-07

Research on County Forest Carbon Sink and Its Value Estimation Based on the  Second

Class Investigation Survey of Forest Resources：A case of Dangyang of Hubei Province

Yao Yonghua（1） Zhao Zexin（2） Xiong Anhua（2）

（1.National Dangyang Guojiachang Forest Farm in Hubei Province Dangyang 444100；

2.Dangyang Forest Resources Monitoring Station Dangyang 444100）

Abstract： Based on the results of the fourth （2009） and fifth （2019） forest resources survey results in DangYang，the biomass conversion factor method was used to estimate the forest biomass；Using the biomass-carbon storage conversion coefficient method （biomass carbon content rate），the forest carbon storage was estimated；according to the pool-difference method provided by IPCC （2006），the forest carbon sink during the 10-year period from 2009 to 2019 was estimated，using the mean value method （The average value of market value method and afforestation cost method），and evaluated the value of forest carbon sink.The results showed：that in 2009 and 2019，the forest carbon storage in DangYang was 98.20×104tC and 147.42×104tC respectively；the average carbon density was 14.27 tC·hm-2 and 22.23 tC·hm-2 （including the aboveground and excluding dead wood，litter and soil organic carbon）.From 2009 to 2019，in 10 years the forest carbon sink in DangYang was 180.47×104tCO2 （49.22×104tC），and the annual carbon sink per unit area was 2.93tCO2·hm-2·a-1 （0.8tC·hm-2·a-1）；2009 to 2019，during the 10 year period，the value of forest carbon sink in DangYang reached 100 million yuan，and the annual carbon sink value per unit area was 162.32 yuan·hm-2·a-1.

Key words： forest； second class investigation；stand volume；biomass；carbon reserve;carbon content；carbon sink

森林生态系统是陆地生态系统中最重要的碳库［1］，在维持地球碳平衡、抑制大气中二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等主要温室气体浓度上升以及应对全球气候变化方面具有不可替代的作用［2］。森林碳汇是森林生态系统中的乔木、灌木、草本等植物群落通过光合作用将大气中的二氧化碳转化为碳水化合物，并以生物量的形式固定在植物体内或土壤中，從而减少大气中二氧化碳浓度的过程、活动或机制，其碳增汇成为缓解全球气候变化的重要手段。2021年，中国《联合国气候变化框架公约》国家联络人向《公约》秘书处正式提交了更新的国家自主贡献报告——《中国落实国家自主贡献成效和新目标新举措》，提出国家自主贡献主要目标是，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，到2030年，森林蓄积量将比2005年增加60亿m3。相对于工业减排，森林碳汇更具成本有效性，且具有多种效益，是世界各国应对气候变化的重要策略［3］，森林生态系统的碳汇功能在我国实现碳中和目标过程中至关重要。估算县域内森林碳储量，分析碳汇量的变化情况，对其碳汇功能的经济价值进行分析评价，为县域范围内制定林业应对气候变化与碳中和规划、生态系统生产总值（GEP）核算和统筹县域碳汇效益市场化与生态补偿机制改革提供依据［4］。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

当阳市位于湖北省中西部，荆山山脉以南，大巴山脉东麓，地跨东经111.575°～112.070°，北纬30.507°～31.195°，总面积21.5万hm2，是鄂西山地向江汉平原的过渡地带。全市地形差异大，土壤类型多。低山、丘陵、岗地、平原地貌依坡梯次而降，地形起伏由大到小，山地约占全市国土总面积的15%，丘陵、岗地占56%，平原占29%。地层以第四纪沉积物和白垩系砂岩、泥岩为主，侏罗系泥岩、泥岩、粉砂岩以及石灰岩亦有较大范围分布。全市土壤可归并为黄棕壤、紫色土、石灰（岩）土、潮土和水稻土5个土类，森林土壤类型以黄棕壤为主，紫色土、石灰土有少量分布。当阳市地处中亚热带与北亚热带融汇地区，属典型的亚热带季风气候，气候温暖湿润，四季分明，雨热同季，季风明显，春秋两季较短，无霜期长。当阳市属亚热带常绿阔叶林区域北亚热带常绿落叶阔叶混交林植被类型区，主要森林植被类型包括以麻栎Quercus acutissima、栓皮栎Quercus variabilis和其他硬阔等为主的落叶阔叶林；以马尾松Pinus massoniana、湿地松Pinus elliottii为主的针叶林；以青冈Quercus glauca、柯Lithocarpus glaber为主的常绿阔叶林；以马尾松等针叶树种和栎类、柯等阔叶树种混交的针阔混交林［5］。

1.2 研究资料

1.2.1 数据来源

数据来源于当阳市第四次（2009年）和第五次（2019年）森林资源二类调查（规划设计调查）成果。森林资源二类调查每十年开展一次，采用调查时间节点的高分辨率卫星影像图在GIS系统中根据小班区划条件进行内业区划，外业调查时，在小班内选取具有代表性的地段设置样地进行地类、优势树种、起源、林分年龄等小班因子和胸径、树高、断面积等测树因子调查，主要查清各类森林面积和森林蓄积量，并以县域为总体进行机械抽样（2009年）或分层抽样（2019年），采用角规控制检尺方法调查样地蓄积量，估算总体森林蓄积量的区间范围，检验小班森林蓄积调查的可靠性和调查精度。2009年二类调查，区划、调查小班1.56万个，抽样调查样地1 003个，总体蓄积量抽样调查精度为88.25%，小班调查蓄积同总体抽样蓄积相差在±1倍允许误差范围内；2019年二类调查，区划、调查小班2.34万个，调查乔木林层抽样控制点130个，总体蓄积量的抽样调查精度为87%，小班调查蓄积在总体抽样蓄积±1倍允许误差范围内。

森林包括郁闭度0.2以上乔木林、胸径2 cm以上的竹林和覆盖度30%以上的国家特别规定灌木林。当阳市的国家特别规定灌木林是以柑桔为主的经济林，第三次国土调查，将其划为园地，不再属林地；竹林是以雷竹为主的笋用竹林，且面积很小，因此本研究不考虑国家特别规定灌木林和竹林。

森林碳汇不仅包括林木碳汇量，还应包含林下植被和林地碳汇量。由于林下植被和林地碳汇量在1年內变化不大［6］，因此估算中仅计算林木的碳汇量，不计算林下植被和土壤碳汇量。

1.2.2 森林面积蓄积

2009年和2019年当阳市各龄组森林面积蓄积见表1。

1.2.3 森林类别面积蓄积

2009年和2019年当阳市各森林类别面积蓄积见表2。

1.2.4 森林起源面积蓄积

2009年和2019年当阳市森林分起源面积蓄积见表3。

1.2.5 森林类型面积蓄积

形成当阳市森林群落的主要树种包括马尾松、湿地松、栎、硬阔类、软阔类等23个，根据各优势树种的面积、蓄积、分布状况和林分结构，将这23个优势树种归并为硬阔类、马尾松、栎类、湿地松、针阔混、杨树、阔叶混、樟、杉木、软阔类等10个森林类型。2009年和2019年当阳市各森林类型的面积蓄积见表4。

1.3 研究方法

1.3.1 森林碳储量估算

森林碳储量是指区域范围内截止某一个时点森林碳库中所积累的碳总量，采用生物量转换因子法进行估算。以二类调查的各森林类型的蓄积量为基数，用各森林类型的生物量扩展因子计算生物量，再通过各树种的基本木材密度计算生物质干重，然后通过生物质含碳率计算各森林类型的碳储量［7］。其计算公式如下［8］：

Ct=Vt×D×BEF×（1+R）×CF

式中：Ct为碳储量；Vt总蓄积量；D为某森林类型树种组的木材基本密度；BEF为生物量扩展因子，即林木地上生物量与树干生物量的比值；R为森林类型树种组的生物量根冠比，即地下生物量与地上生物量之比；CF为生物量干物质含碳率。

各森林类型的碳储量计算参数［9］见表5。

1.3.2 森林碳汇量估算

森林碳汇量是指森林生态系统中各碳库在一定时间间隔期内增加的碳储量，按照“政府间气候变化专门委员会”IPCC（2006年）提供的库-差别方法［10］进行估算。用基于2009年和2019年森林资源二类调查成果估算的两个时间点的森林碳储量，通过10年期间森林碳储量的变化量估算森林年平均碳汇。其计算公式为［11］：

ΔC=（Ct2-Ct1）/S（t2-t1）

式中：t1和t2表示2个时间点；S为t1时点的面积，并且至t2时点，此面积保持不变；Ct1和Ct2表示面积为S的森林分别在t1和t2 2个时点的碳储量，△C为t2和t12个时点间年平均碳汇（tC·hm-2·a-1）。

2019年森林资源二类调查时小班区划所采用的卫星影像地面分辨率为1 m，高于2009年所采用的地面分辨率为2 m的卫星影像，小班区划更精确，面积更精准，故本研究中，森林面积S以2019年森林资源二类调查资料为准。

1.3.3 森林碳汇价值估算

对森林碳汇价值进行评估，是为了确定森林碳汇功能带来的收益，将森林固定CO2的量用货币的形式表示出来，能够使人们更直观的了解森林碳汇功能所发挥出的巨大效益，更方便地评估县域生态系统生产总值。估算森林碳汇的价值取决于两个参数，一个是碳汇量，一个是碳汇价格。其计算公式为：

V=Q×P

其中，V为碳汇价值；Q为碳汇量；P为碳汇的价格［12］。

由于森林碳汇具有共有性和外部性，在市场经济内进行交易具有困难性，使得国际上计算森林碳汇价值的方法多样。碳税法、造林成本法、人工固定CO2成本法从成本的角度正向度量森林碳汇价值；市场价值法、成本效益法及支付意愿法则是从市场效益角度来逆向度量森林碳汇价值，每种方法都有其各自的优缺点，在它们中间很难找到一种令大家都满意和信服的方法［13］。

本研究从为碳汇效益市场化和生态补偿机制提供参考方面考虑，采用均值法，即取造林成本法和市场价值法的平均值作为碳汇的价格，对当阳市森林碳汇价值进行评估。

造林成本法采用候元兆等计算出的我国森林固碳成本273.3元·t-1C［14］（折合74.5元·t-1CO2）；市场价值法采用北京绿色交易所有限公司在全国碳市场第一个履约周期中CCER（国家核证自愿减排量）的成交平均价［15］36.3元·t-1CO2，取其平均值55.4元·t-1CO2作为碳汇价格进行碳汇价值评估。

2 结果与分析

2.1 碳储量

2.1.1 森林碳储量

2009年当阳市森林碳储量为98.20×104tC，相当于固定360.07×104tCO2；2019年森林碳储量为147.42×104tC，相当于固定540.54×104tCO2（表6）。

2.1.2 各龄组碳储量及碳密度

2009年、2019年各龄组碳储量中，幼龄林占森林总碳储量的比例均最高，分别为70.47%、73.46%；其次是中龄林，分别为24.02%、17.64%。幼龄林和中龄林占森林碳储量比例达90%以上，是碳储量的主要贡献者，近、成熟林储量占比很小（表7）。

2009、2019年幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林平均碳密度均随着林分年龄的增加呈现增长趋势，森林各龄组碳储量和碳密度的变化情况如图1所示。

2.1.3 森林各起源碳储量及碳密度

2009年、2019年森林碳储量中，天然林碳储量占比分别为87.70%、81.13%，均达80%以上；人工林碳储量占比分别为12.3%、18.7%，所占比例较小。人工林碳密度均大于天然林碳密度，2009年人工林碳密度比天然林高28.82%，2019年人工林碳密度比天然林高19.49%（表8）。

2.1.4 各森林类型碳储量及碳密度

2009年各森林类型碳储量中，硬阔类占森林碳储量的39.31%，马尾松占27.65%，栎类占13.72%，这三大森林类型的碳储量占森林碳储量的80.68%，是森林碳储量的主要贡献者。

2019年各森林類型碳储量中，硬阔类占森林碳储量的31.84%，栎类占18.90%，湿地松占14.58%，马尾松占14.39%，针阔混交类占10.68%，占比10%以上的森林类型达到5个，比2009年增加2个，这表明当阳市的森林类型向多元化发展，生物多样性提升（表9）。

2009年、2019年森林平均碳密度分别为14.27 tC·hm-2和22.23 tC·hm-2；各森林类型碳密度最高的均为针阔混交林，分别为19.14 t·hm-2和27.99 t·hm-2，碳密度最低的均为软阔类，分别为6.19 t·hm-2和11.51 t·hm-2。

2.2 森林碳汇

2009年和2019年当阳市森林碳储量分别为98.20×104 tC和147.42×104 tC，10 a期间净增49.22×104 tC，平均碳密度分别为14.27 tC·hm-2和22.23 tC·hm-2，10 a期间净增7.96 tC·hm-2，依据库-差别方法得出2009～2019年当阳市森林碳汇为0.8 tC·hm-2·a-1，CO2当量为2.93 tCO2·hm-2·a-1（表10）。

2009～2019年，各森林类型中，栎树和樟树的碳汇量最高，均为4.14 tCO·hm-2·a-1，阔叶混交林的碳汇量较低，为0.81 tCO·hm-2·a-1。

2.3 森林碳汇价值

2009～2019年10 a期间当阳市森林碳汇总量为49.22×104 tC，折合CO2当量180.47×104 tCO2，按碳汇价格55.4元·t-1CO2计算，当阳市森林碳汇价值为1.0亿元，单位面积年碳汇价值为162.32元·hm-2·a-1。

3 结论与讨论

（1）2009年，在10种森林类型中，硬阔类、马尾松和栎类的碳储量占森林总碳储量的80.68%，平均碳密度为14.27 tC·hm-2，碳密度最高的是针阔混交林，为19.14 tC.hm-2，软阔类碳密度最低，仅为6.19 tC·hm-2；2019年，硬阔类碳储量最大，占森林总碳储量的31.84%，栎类、湿地松、马尾松、针阔混交类占比均在10%以上，平均碳密度为22.23 tC·hm-2，碳密度最高的是针阔混交林，为27.99 tC·hm-2，软阔类碳密度最低，仅为11.51 t·hm-2。从2个时间点的碳密度看，针阔混交林的固碳能力均显著高于针叶和阔叶纯林，这表明，在实施林分改造、提升林分质量过程中，将现有的针叶和阔叶纯林改造为针阔混交林，是提升森林碳汇能力的有效途径。

2009～2019年，当阳市森林碳密度由14.27 tC·hm-2提高到22.23 tC·hm-2，提高了558%，但仍远低于过中国森林平均碳密度水平（38.7 t·hm-2）［2］，这表明当阳市的森林林分质量较差，固碳能力较弱，但固碳潜力大，通过实施造林、森林经营等林业碳汇项目，改善林分结构和质量，可以有效提升森林的碳固能力，提高森林碳汇量。

（2）从图1可以看出，当阳市各森林类型的平均碳密度均表现为随林龄增加而增加，龄组与碳密度呈明显正相关，与其他学者的研究一致［2，19，20］。虽然幼、中龄林平均碳密度较低，但其生长旺盛，固碳速率快，碳储量潜力较大，随着森林的逐步成熟，当阳市的森林碳汇量将大幅提高［5］。

2009年和2019年人工林碳密度比天然林碳密度分别高28.8%和19.5%，人工林固碳能力显著高于天然林。现阶段人工林固碳能力高于天然林的主要原因是人工林采取集约经营措施、选用良种壮苗、造林地立地质量高等，目前，人工林大多处于中幼林阶段，前期生长快，固碳能力强，但其稳定性比天然林差［16］，随着天然林保护的加强，天然林的碳汇功能将大幅提升。

（3）2009～2019年10 a期间当阳市森林年均碳汇量为2.93 tCO2·hm-2·a-1，与截至2017年3月，中国核证自愿减排量交易信息平台上发布的25个森林经营碳汇项目的平均单位面积年均减排量［21］2.87 tCO2·hm-2·a-1相近，这个碳汇量是在普遍实施的常规经营、无林业碳汇项目活动情形下的年均碳汇量，可以作为森林经营碳汇项目和林业碳普惠制［17］项目的基线碳汇量。

（4）本研究采用均值法所取的价格55.4元·t-1CO2，与2021年6月北京碳市场林业碳汇（FCER）的成交［18］价格57.25元·t-1CO2相近，近期有望在国内碳交易市场上实现。

（5）按照2009～2019年森林平均碳密度的增幅，到2030年当阳市的森林碳密度有望达到34.63 tC·hm-2，接近中国森林平均碳密度水平，据此估算得到，2020～2030年当阳市森林的固碳量可达82.22×104 tC，森林年均碳汇量可达4.55 tCO2·hm-2·a-1，单位面积年碳汇价值可达252.07元·hm-2·a-1，10 a期间森林碳汇总价值可望达到1.67亿元。

参 考 文 献

［1］杨洪晓，吴波，张金屯，等.森林生态系统的固碳功能和碳储量研究进展［J］.北京师范大学学报（自然科学版），2005，41（2）：172-177.

［2］刘国华，傅伯杰，方精云.中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献［J］.生态学报，2000，20（5）：733-740.

［3］张颖，李晓格，温亚利.碳达峰碳中和背景下中国森林碳汇潜力分析研究［J］.北京林业大学学报，2022，44（1）：38-47.

［4］张峰，彭祚登.北京市森林碳储量和碳汇经济价值研究［J］.林业资源管理，2021（6）：52-58.

［5］杨平，冯勇，徐燕，熊安华.当阳市森林植被碳储量及其价值评价［J］.绿色科技，2017（16）：239-241.

［6］张颖，周雪，覃庆锋，等.中国森林碳汇价值核算研究［J］.北京林业大学学报，2013，35（6）：124-131.

［7］万泉.基于森林资源二类调查数据的县域森林碳储量分析［J］.林业勘察设计，2015，（2）：60-62.

［8］杨传金，杨帆，梅浩，刘金山，戴前石.区域森林碳储量估算方法概述［J］.中南林业调查规划，2012，31（3）：62～66.

［9］国家林业局.LY/T 1721-2008造林项目碳汇计量监测指南［S］.北京：中国标准出版社，2015.

［10］政府间气候变化专门委员会（IPCC）.2006年IPCC国家温室气体清单指南（第四卷：农业、林业和其它土地利用）［M］.日本全球环境战略研究所，2006.

［11］王光华，刘琪璟.基于TM影像和森林资源二类调查数据的北京森林碳汇估算［J］.应用基础与工程科学学报，2013，21（2）：224-235.

［12］杨美丽，褚宏洋，庄皓明，李颖.森林碳汇经济价值评估研究—以山东省为例［J］.山东农业大学学报（社会科学版），2017，19（2）：77-84.

［13］孙雅岚.林业碳汇价值评价方法研究的文献回顾与展望［J］.现代经济信息，2012（3）：280-281.

［14］候元兆.中國森林资源核算研究［M］.中国林业出版社，1995：136.

［15］李德、尚玉、孙煜.建设全国统一碳市场，地方碳市场何去何从，如何杜绝数据造假？［EB/OL］.（2022-04-20）［2022-08-31］.http：//www.21jingji.com/article/20220420/herald/3d4ad5f03fb04058ad2e78644eba7665.html.

［16］徐化成.人工林和天然林的比较评价［J］.世界林业研究，1991，3（10）：50-56.

［17］于忠龙.林业碳普惠制的运作实践与完善路径—以广东省韶关市为例［J］.环境保护与循环经济，2019，39（11）：45-47.

［18］北京绿色交易有限公司2021年6月碳市场月报［EB/OL］.（2021-07-07）［2022-08-31］.https：//images.bjets.com.cn/www/202203/20220316161414333.pdf

［19］王效科，冯宗炜，欧阳志云.中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究［J］.应用生态学报.2001.（1）：13-16.

［20］贾松伟.基于森林资源清查资料的河南省森林碳储量及其经济价值研究［J］.湖北农业科学.2016.55（06）：1612-1616.

［21］华宝记者.CCER价值分析（上）：林业碳汇全方位剖析［EB/OL］.（2021-07-02）［2022-08-31］.https：//pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202107041501676700_1.pdf？1634048659000.pdf

（编校：唐 岚）

收稿日期：2022-08-31

作者简介：姚永华（1971～），男，工程师，主要从事林业调查规划设计和科技推广工作。

熊安华为通讯作者。