物聯網技術在林業碳匯中的應用研究

江璟瑜畢名亮

1.黑龍江省森林與環境工程研究所 2.黑龍江省林業設計研究院

物聯網技術在林業碳匯中的應用研究

江璟瑜1畢名亮2

1.黑龍江省森林與環境工程研究所 2.黑龍江省林業設計研究院

本文綜述了我國林業碳匯的重要意義及其研究進展，將智能林業物聯網技術應用于林業碳匯方面，可以實現碳匯造林、管理、計量、監測、核查與交易網絡的在線化，進而使我國的林業碳匯與國際接軌。

物聯網；林業碳匯；應用研究

發展碳匯林業是建設生態文明的有效載體，對我國經濟社會可持續發展具有重要意義。那么如何使我們國家營造的碳匯林和增加的碳匯量能被國際社會認同，是我們國家必須解決的問題。因而廣泛利用智能林業物聯網新技術到林業碳匯方面，實現碳匯造林、管理、計量、監測、核查與交易網絡在線化將具有舉足輕重的意義。

一.我國林業碳匯研究概況

森林碳匯主要是指森林在生長過程中，通過光合作用將葉子吸收的二氧化碳和根部輸送上來的水分轉化為糖和氧氣，最后二氧化碳以有機質的形式被儲存在森林的樹干、樹枝、樹葉中，對大氣中的二氧化碳達到吸收、固定作用，從而減少大氣中二氧化碳的濃度，減緩溫室效應的功能。科學研究表明：林木每生長1立方米，平均吸收1.83噸二氧化碳，釋放出1.63噸氧氣。全球森林對碳的吸收和儲量占全球每年大氣和地表碳流動量的90%。據聯合國政府間氣候變化委員會估算：全球陸地生態系統中約貯存2.48萬億噸碳，其中1.15萬億噸貯存在森林生態系統中。目前，全球的38億公頃森林，構筑了維持地球碳平衡的重要基礎。森林是陸地上最大的吸碳器，又是最經濟的吸碳器。森林固碳投資少、代價低、綜合效益大，具有很強的經濟可行性和現實操作性。森林的碳匯功能使得實施林業碳匯項目隨著《聯合國氣候變化框架公約》以及《京都議定書》的相關談判進展而受到國內外的關注。世界各國已把發展和保護森林資源作為應對氣候變化最根本的措施之一。《京都議定書》已將造林、再造林固碳確定為抵減二氧化碳排放量的重要途徑

1.1 森林碳匯計量方法的研究。目前，世界各地的學者對森林碳匯的計量方法主要分為兩類：一是與生物量緊密相關的反映碳累積量的現存生物量清查的方法，這類方法已在我國得到了廣泛的應用，國內有許多專家和學者根據中國幾次森林資源清查數據和森林資源系統仿真模型，對中國森林碳匯功能發展趨勢做出動態預測。另一類是利用微氣象原理和技術測定森林CO2通量，然后再將CO2的量換算成碳的儲量，這類方法在國外已經取得了很大的成果，目前為止已經建立了150多個觀測站。

1.2 森林碳匯價值評價的研究。國內有關碳匯評價的研究多限定在對植物和森林的碳儲量和碳吸收能力的測定上。有專家對中國森林生態系統的碳儲量進行了測算，認為中國森林生態系統平均的植物碳密度估計值遠低于世界平均水平，這一方面說明中國的森林質量比較差，另一方面說明如果對現有森林加以更好的撫育管理，中國森林還有很大潛力，并通過計算得出中國森林生態系統現有的植物碳儲量只占潛在的44.3%。同時有專家指出在當前的國際形勢下，對森林碳匯價值評估比較適用的方法是市場價值法，即先定量地評價森林碳匯功能效果，再根據這些效果的市場價格來評估其經濟價值。

1.3 中國森林碳匯市場及交易的研究。為了適應國際森林碳匯市場化的發展并促進中國森林碳匯市場化的建立，中國的許多學者也對森林碳匯的經濟問題進行了一些研究。其中包括中國二氧化碳的減排潛力，市場運作以及相關政策、標準和方法學的準備，中國林業碳匯的管理現狀，擴大森林碳匯需求、保證森林碳匯供給和規范森林碳匯市場交易秩序的具體措施的研究等。這些研究在一定程度上，為中國森林碳匯市場的交易提供了理論基礎和技術保障，為促進中國森林碳匯市場的形成及機制的建立做出了一定的貢獻。

二.物聯網技術在碳匯中的應用現狀

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信。傳統林業的模式已遠不能適應林業可持續發展的需要，資源不足，環境污染等諸多問題使林業的發展陷入惡性循環，而智能林業為現代林業的發展提供了一條光明之路，智能林業與傳統林業相比最大的特點是以高新技術和科學管理換取對資源的最大節約。

2.1 森林碳匯計量監測構架。動態多層次森林生態和碳匯計量監測將為科學的評價森林生態效益提供有力支撐，為有效的采取生態化方式來應對環境和氣候變化提供理論依據。當前，由于森林生態系統的時空異質性和尺度復雜性，大范圍、長期、持續、同步監測森林生態關鍵指標存在困難，大范圍布設測量、異步與同步共融、連續觀測統計、人類操作難以實現的地區等問題，對碳匯的計量和監測都產生了很大的影響；而利用無線傳感網技術開展森林生態環境和碳匯計量監測研究具有得天獨厚的技術優勢，有助于為碳匯評價標準的建立提供科學依據，使得森林生態和碳匯計量監測向多站點聯合、多系統組合、多尺度擬合、多目標融合的方向發展，搶占當前物聯網應用研究制高點。

2.2 建立物聯網應用的碳匯計量系統。開發建立以實驗樣地與森林觀測塔相結合的森林碳匯計量監測系統，以物聯網體系架構為基礎，以無線傳感網為核心，與車載網、移動通信網絡和互聯網等多種網絡異構互聯，通過多跳自組織傳輸方式收集多種傳感數據。這種由異構互聯網形成的物聯網驗證平臺，可以對物聯網基礎理論和關鍵技術進行全面驗證，支持森林碳匯計量監綜合應用示范，將大范圍、多粒度的計量監測數據以更豐富的形式動態展現出來。

三.物聯網應用于林業碳匯發展前景

3.1 碳匯計量監測發展路徑：建立無線網絡監測平臺，對森林生態系統環境進行精準監控。在森林生態系統中搭建無線傳感技術平臺，實時采集和上傳森林生態環境因子數據。利用溫度傳感器、濕度傳感器、pH值傳感器、光傳感器、離子傳感器、生物傳感器等設備，檢測環境中的溫度、相對濕度、pH值、光照強度、土壤養分、風速等參數，實現了林內環境因子的自動、及時、長期、連續監測分析，達到信息數字化，通過各種儀器儀表實時顯示到自動系統。遠程控制的實現使技術人員在辦公室就能對多個點位的森林環境進行監測控制。采用無線網絡來監管森林生態環境，可以為碳匯計量與監測提供科學的環境參數依據，建立森林生態系統環境數據庫，為森林生態系統碳循環與環境之間的相互影響研究奠定基礎。

利用通量及無線傳感等先進技術，一方面大大豐富和改進了森林CO2及森林環境因子的監測手段，有利于提高監測時效，為精細感知森林復雜條件下的各種變化提供了可能，同時也提供了通過易感可感因子探究森林結構和功能信息的新途徑；另一方面，它更加有助于深入了解森林固碳過程與森林微環境、微地形的耦合關系，為深入開展森林生態系統碳循環過程提供更加精確的數據。

3.2 建立基于物聯網的森林碳排放與碳匯計量監測平臺。基于森林資源連續清查數據、森林土壤樣點數據和地理信息技術，實現森林生態系統碳庫及其積累動態的研究。統計森林植被現有碳儲量、森林土壤有機碳儲量和枯落物碳儲量；全面而準確地摸清森林生態系統碳儲量及其空間分布特征、林分碳積累規律、林木形態組成與穩定性特征、森林植被碳儲量遙感定量估算與時空動態監測、碳計量監測與增匯減排技術、森林經營與土壤碳穩定性和溫室氣體排放響應關系。基于物聯網應用，建立長期大規模無線傳感器網絡系統，搭建森林碳匯研究平臺，使碳匯監測從定點推廣的模型估計發展成較為準確的數據統計，為評價森林生態系統碳匯功能、開展森林碳匯經營和森林碳匯管理奠定了堅實基礎。