造林項目碳計量方法1)

吳金友 李俊清

(省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室(北京林業大學)，北京，100083)

造林項目碳計量是一項具有挑戰性的工作，準確測量和監測造林項目的碳貯存量變化量是開展碳匯林業研究的前提。造林項目的碳計量受造林立地條件、樹種、經營措施等多種因素影響。準確分析、定義和模擬造林項目的基線情景是做好碳計量工作的基礎。我國已進行的林業碳匯造林項目僅僅是圍繞著《京都議定書》清潔發展機制造林再造林項目方法學開展碳計量工作，對于非碳匯造林項目，還沒有搭建起有效地計量造林項目碳匯方法的平臺。文中試圖在分析整理森林碳估算方法的基礎上，吸收清潔發展機制下造林再造林的方法學部分內容，探討造林項目碳計量的步驟和方法，為造林項目提供有效的碳計量方法。

1 國內外研究進展

森林是陸地最大的碳貯存庫。全球陸地生態系統中約貯存碳2.48萬億t，其中森林生態系統約貯存1.15萬億t。同時，森林又是最經濟的吸碳器。科學研究表明:林木每生長1 m3，平均吸收1.83 t二氧化碳，放出1.63 t氧氣。全球森林對碳的吸收和貯存量約占全球每年大氣和地表碳流動量的90%［1－2］。Groen等應用CO2FIX模型對羅馬尼亞國家造林和中歐地區森林管理項目進行了碳計量［3］。Gaboury等對加拿大魁北克黑云杉森林進行了凈碳平衡研究［4］。Pedro對已提出的測量土地利用和林業項目溫室氣體減排效果的不同方法(貯存量變化方法、平均貯存量方法、Ton 年計量方法和哥倫比亞計量方法)進行了案例分析研究［5］。Oscar等探討了土地利用變化和林業在應對氣候變化方面的作用，分析了輻射力量和全球變暖概念以及全球變暖潛力模型，提出了碳計量方法體系，應用Ton年計量方法對澳大利亞東南部兩塊不同森林立地碳匯進行了模擬測算，并對其進行了敏感性分析［6］。

國內有關專家學者對不同區域、森林類型的碳貯存量及其變化量進行了估算和預測。方精云等利用森林資源清查資料，采用改良的生物量換算因子法，推算了中國50 a(1949—1998)森林碳庫和平均碳密度的變化，分析了中國森林植被的CO2源匯功能［7］。徐新良等利用20世紀70年代以來的6次森林清查資料，結合森林生物量實測數據，采用分樹種、分齡組的生物量－蓄積擬和關系，研究了中國20世紀70年代以來森林生態系統植被碳貯存量的時空動態變化［8］。

2008年12月，國家林業局應對氣候變化和節能減排工作領導小組辦公室針對碳匯造林項目組織出版了《中國綠色碳基金造林項目碳匯計量與監測指南》。這本指南主要是以《IPCC 2006國家溫室氣體清單指南》、《IPCC 2000優良作法指南和不確定性管理》、《IPCC土地利用、土地利用變化和林業特別報告》以及清潔發展機制(CDM)執行理事會批準的有關CDM造林再造林項目的方法學等為基礎，結合中國林業實際制定而成的。它較全面地闡述了碳匯造林項目的碳計量方法和監測方法［9］。

2 造林項目情景描述

2.1 模擬基線情景

基線情景即是在無造林項目的林地上，造林地的碳貯存量的變化，也就是要在分析造林地歷史變化情況下，模擬無項目情景下碳貯存量變化的態勢。造林地類型較多，包括荒山荒地、采伐跡林、退耕還林地等，對于不同類型林地，要分別建立能夠模擬造林地碳貯存量變化量發展趨勢和基線情景下碳貯存量變化量的有效方法。

建立與造林地相似的樣地:一般情況下，在項目造林地附近尋找與造林地環境條件和立地條件基本相同的樣地，依據項目監測頻率，定期監測樣地內不同碳庫的碳貯存量變化情況，把這些數據作為造林項目基線情景的碳變化量。

模擬造林地碳貯存量變化量:以造林地環境條件和植物生長特點為基礎，建立基線情景下以時間和植物生長變化等因子為變量的碳貯存量變化量模型，根據造林項目監測碳貯存量的時間，模擬造林地基線情景的碳貯存量的變化量。依據模型模擬，輸入不同時間變量數值，估算出未來某一時間段的碳貯存量，兩個時間段的碳貯存量差值即為碳的變化量。

2.2 造林項目產生的碳泄漏

造林項目與其他土地利用碳匯項目及其他不以碳匯生產為主要目的的土地利用項目一樣，它的實施不僅能增加造林地吸收二氧化碳的能力，同時也由于整地、造林等活動產生二氧化碳的排放。項目實施過程中，因其產生的所有二氧化碳排放的碳總量稱之為碳泄漏。例如，造林整地使用機械燃燒汽油或柴油排放出二氧化碳，這是造林項目帶來的直接碳泄漏，也稱為主級碳泄漏。另外，由于造林項目其他活動的實施也產生碳排放，這部分被稱之為次級碳泄漏。例如，由于造林項目的實施，生產出更多木材，使當地木材產量增加，降低了木材銷售價格，增加木材加工企業林產品的生產量，使木材生產企業排放出更多的二氧化碳。次級碳泄漏在項目中一般不計在內，但在準備和實施項目中，要盡可能多地避免碳泄漏的發生。

2.3 造林項目產生的額外性

造林項目的額外性主要是與造林項目的基線情景和造林項目的實施內容有關。任何以碳匯生產為主要目的的項目，都不同程度地采取積極措施，增加項目的額外性。額外性是額外地增加碳的貯存量或減少碳的排放量。《聯合國氣候變化框架公約》為以土地為基礎的清潔發展機制項目定義的額外性是指在清潔發展機制下，建議的造林再造林項目活動吸收的實際溫室氣體轉移量凈值，比在沒有項目執行的清潔發展機制活動的項目邊界內的碳庫碳貯存量變化量的總和多的那一部分數值［10］。

估算造林項目(碳匯項目)碳貯存量的額外值(或增加)的變化量需要根據基線情景和項目實施方案，分別估算碳貯存量的變化量(圖1)。

N=PR－BR，

式中:N為碳的額外值;PR為評估項目情景的碳貯存量;BR為評估基線情景的碳貯存量。

2.4 模擬造林項目情景

造林項目涉及到造林規劃、實施和監測等一系列項目活動，涉及到保存現有林地的碳貯存量和實施造林后增加林地的碳貯存量。可以采用缺省值、樣地調查或模型的方法估算造林項目情景下的碳貯存量。

缺省值方法:造林項目中，選擇與立地基本相同的已造林地，把已造林地上已計算出的不同碳庫的碳貯存量作為此造林項目相對應的缺省值。

樣地調查方法:在造林項目準備階段，用樣地調查方法估算未來每年獲得的碳貯存量。在造林地內的調查是指為了項目活動確定植被、土壤、地形、管理系統和齡級等因素。通過調查選定項目活動的地理位置、不同年齡的人工林和管理措施。例如，在一個地區正在執行的或過去已實施的造林項目中，建立不同年齡的樣地，在土壤、降水量和其他條件相同的項目界限外部，設置與造林活動相關的具有同樣植被特點的樣地，若這些樣地可行，就可以采用樣地調查和實驗分析方法，估算碳貯存量變化量。

圖1 造林項目基線情景與項目情景碳貯存量［10］

模型技術方法:模型能夠預測造林項目周期內不同階段的未來碳貯存量的變化量。PROCOMAP、CO2FIX與CENTURY模型能夠用來預測造林項目情景下的碳貯存量的變化量。為了預測不同碳庫變化，需要利用模型估算不同碳庫的碳貯存量和變化率。這些數值能夠以缺省值數據資源或者從現場研究測得的數據中獲得。

造林項目產生的碳貯存量凈增值或凈減值(碳匯)以及所選時間段內所有項目區碳貯存的獲得量和損失量之間的關系為:碳貯存量凈增值=(項目情景下碳貯存量變化量－基線情景下碳貯存量變化量－泄漏量)。

3 碳計量方法

3.1 造林項目不同碳庫的計量方法

造林項目碳庫包括地上生物量、地下生物量、枯死木、枯落物和土壤碳5種碳庫。這5項碳庫的性質不同，因此估算其碳貯存量和變化量的方法也不同。

估算地上生物量的方法:包括砍伐方法、碳通量測量方法、衛星航空攝影或遙感方法、碳貯存量變化模型方法、無樣地方法和樣地方法。造林項目中一般采用碳貯存量變化模型方法和樣地方法。主要是建立生物量估算方程，采用胸徑、高度和樹形數據，通過建立生物量異速生長模型估算林木生物量。

估算地下生物量的方法:可以通過測量根質量、計算根冠比缺省值及建立根生物量異速生長方程來估算地下生物量。拔出根并測量根質量工作量大，用時較多，并且成本也高。在造林項目中，一般不采用這種方法，而是應用根冠比缺省值和生物量方程來估算生物量。凱瑞恩斯等通過對熱帶、溫帶和寒帶地區160多項的研究，總結出了根冠比的平均值為0.26，一般根冠比缺省值為 0.18 ～0.30［10］。

一般在大多數造林項目中，采用根冠比缺省值0.26估算根生物量［10］。

估算枯死木和枯落物生物量的方法:主要采用樣地方法，測量樣地一段時期內兩時間點的生物量貯存量，并計算兩點貯存量之差，以此估算出枯落物和枯死木生物量。由于枯落物生物量占總生物量比例較低(一般小于10%)，并且測量成本高，一般采用缺省值估算其生物量。

估算土壤有機碳的方法:土壤碳貯存量在地表0～15 cm內最大(Richter et al，1999)，估算土壤有機碳的主要方法有漫反射法、模型法、溫解消解法和滴定法。造林項目中，一般采用滴定法。

3.2 造林項目活動碳計量方法

造林項目碳貯存量:造林項目某年某種碳庫的碳貯存量等于碳庫生物量乘以碳密度，即G=B×D。式中，G為碳貯存量;B為生物量;D為碳密度。

造林項目年碳貯存量的變化量是所有碳庫中變化量的總和。

ΔGti=ΔGAB+ΔGBB+ΔGDW+ΔGLI+ΔGSC，式中:ΔGti為造林項目碳貯存量的變化量;ΔGAB為地上生物量碳貯存量的變化量;ΔGBB為地下生物量碳貯存量的變化量;ΔGDW為枯死木碳貯存量的變化量;ΔGLI為枯落物碳貯存量的變化量;ΔGSC為土壤碳貯存量的變化量。

也可以采用碳通量方法和碳貯存量變化方法估算造林項目中每種碳庫的貯存量和變化量。

碳通量方法:ΔG=ΔGg+ΔGL，式中:ΔG為碳庫中每年碳貯存量的變化量;ΔGg為每年碳獲得量;ΔGL為年碳損失量。

碳貯存量變化方法:在給定時間段內，估算出兩點間的年平均值作為某一碳庫的碳貯存量的變化量:

ΔG=(Gt2－Gt1)/(t2－t1)，

式中:ΔG為碳庫年碳貯存量變化量;Gt1為在t1時間內碳庫的碳貯存量;Gt2為在t2時間點同一碳庫的碳貯存量。

測量造林項目碳貯存量的間隔期或頻率是隨著碳庫的不同而變化的。然而在選定時間段內，先估算出每年每種碳庫碳貯存量的變化量，累加這些變化量，得到項目區面積內的碳貯存量的總變化量。造林項目中，由于碳通量方法要求估算碳庫生長率和損失量，而碳貯存量變化方法更直接，所以碳貯存量變化方法更適用于估算造林項目的碳貯存量和變化量。

4 建議

國內外專家學者對森林生態系統植被碳貯存量的估算已經有了許多研究，但是估算值具有較大的值域空間，還具有較高的不確定性。因此，還要根據不同地域、不同森林特點，建立相適宜的碳計量方法。對非造林項目而言，即要吸收《京都議定書》清潔發展機制造林再造林項目方法學碳計量方法理論的部分內容，又要針對不同立地、不同樹種建立生物量方程及土壤碳計量方法等。

造林項目碳計量方法多種多樣，但計量造林項目碳貯存量變化量要依據造林地實際情況，確定基線情景，分析估算執行造林項目產生的碳泄漏，提出實施的項目情景，運用樣地分析、生物量方程和實驗室技術，估算出不同時間內的地上生物量、地下生物量、枯死木和枯落物生物量，分別乘以相應的碳密度，得出碳貯存量以及土壤有機碳。計算不同時間點的碳貯存量，應用碳貯存量變化方法，估算出一定時期內兩點之間的碳貯存量變化量。然后把每個碳庫的貯存量變化量累加起來得到造林項目的碳貯存量變化量。

總之，計量造林項目碳貯存量變化量的方法很多，估算值的不確定性差異不同。隨著科學研究的不斷深入，估算造林項目碳貯存量和變化量數值的準確性將會逐步提高。探討和追尋成本低、效率高的碳計量方法，將是碳計量專家為之努力的方向之一。

［1］ 李怒云.中國林業碳匯［M］.北京:中國林業出版社，2007.

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［9］ 國家林業局應對氣候變化和節能減排工作領導小組.中國綠色碳基金造林項目碳匯計量與監測指南［M］.北 京:中國林業出版社，2008.

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