克拉瑪依造林減排項目GHG減排量計算

夏永輝

(中國克拉瑪依職業技術學院，新疆克拉瑪依 834000)

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克拉瑪依造林減排項目GHG減排量計算

夏永輝

(中國克拉瑪依職業技術學院，新疆克拉瑪依 834000)

[目的]計算克拉瑪依造林減排項目GHG減排量。[方法]在林內設置2個固定樣地，48個隨機樣地；在林緣外荒漠環境下設置1個固定樣地，4個隨機樣地，分別計算人工林碳儲量、荒漠碳儲量、人工林內增加的溫室氣體排放量和泄漏，從而計算該項目的GHG減排量。[結果]2001～2009年，克拉瑪依造林減排項目GHG減排量為432 751.59 tCO2，年均GHG減排量為54 093.95 tCO2。[結論]克拉瑪依造林減排項目減排效果顯著，表明在干旱區實施造林減排項目是可行的。該研究為干旱區造林減排項目開發和管理提供了基礎資料，并為相關政策的判定提供了依據。

GHG減排量；造林減排項目；克拉瑪依

人工林是目前各國用來提高森林覆蓋率，實施碳減排計劃最主要的媒介之一，其在評價森林對陸地碳匯的貢獻中意義重大[1]。造林及合理的人工林經營都可以成為固定大氣中CO2、防止全球氣候變暖的有效途徑，人工林的碳匯作用被認為是減緩全球氣候變化的一種可能機制。通過造林增加森林碳匯量是世界公認的一種經濟有效地解決CO2上升的辦法[2]，是清潔發展機制(CDM，clean development mechanism)中主要途徑之一，其對于減緩全球變暖具有重要意義。我國一些學者對不同區域、不同造林樹種的人工林碳匯效應、碳匯潛力以及碳匯功能進行了相關研究[3]。但上述研究大多僅代表造林活動形成新生植被的顯性碳匯量[4]，而未被證明具有額外性?？死斠涝炝譁p排項目位于我國西北內陸干旱區，筆者以其為研究對象，參考清潔發展機制造林再造林項目核證減排量(CERs，certified emission reductions)的計算方法，計算其溫室氣體(GHG，greenhouse gas)減排量，以期為我國干旱區造林碳匯項目開發和管理提供基礎資料，為政策決策提供依據。

1　項目概況及研究方法

1.1項目概況項目區距克拉瑪依市區東南約20 km，地理坐標為84°58′～85°04′ E、45°22′～45°31′ N，地處準噶爾盆地西北邊緣的湖積平原。該地區屬典型的大陸性干旱荒漠氣候，年平均氣溫8 ℃，年平均降水量105.3 mm，全年蒸發潛力3 545 mm，無霜期180～220 d，土壤以棕漠土、灰棕漠土為主，植物種類貧乏，生長稀疏，植被類型受環境影響，以旱生、超旱生、耐鹽堿的荒漠植被為主，地下水位在4～10 m，地下水化學類型為Cl-SO4-Na型水和Cl-Na型水，礦化度4.71～24.04 g/L，屬不可利用的咸水。

克拉瑪依造林減排項目于2001年開始實施，造林活動集中在2001～2002年，造林面積2 997.77 hm2，造林樹種比較單一，其中俄羅斯楊約占95%，新疆楊約占5%。林地集中在同一地塊上，地勢十分平坦，共分10個支渠，不同支渠由不同的單位經營管理，林地造林前為荒漠，植物種類貧乏，生長稀疏。林地東側和南側林緣外目前仍為荒漠，基本未受人類活動干擾。

1.2研究方法

1.2.1GHG減排量計量。在造林減排項目中，植被生長能夠固定大氣中CO2，同時也會隱藏一些負效應[4]，GHG減排量即是將這些負效應給予剔除后的由于該活動而產生的凈碳匯量。造林項目活動涉及基線、溫室氣體源排放和泄露等問題，因此項目實際產生的凈碳匯量等于項目碳儲量變化量減去項目活動在項目邊界內增加的排放量，減去基線碳儲量變化量，再減去泄漏(即該項目活動在項目邊界外增加的GHG排放量)[5]。根據克拉瑪依造林減排項目區的實際情況，將人工林外廣袤荒漠地帶作為對照，對GHG減排量進行研究，并假設項目期內荒漠碳儲量保持不變(即基線碳儲量變化量為0)。GHG減排量=人工林碳儲量-相同面積下荒漠碳儲量-人工林內增加的溫室氣體排放量-泄漏。

1.2.2碳儲量研究。

1.2.2.1樣地設置。各碳庫碳儲量及其變化受氣候、立地條件(地形、坡位、坡向、土壤類型、土層厚度)、造林樹種、造林時間以及經營模式(種植方式、施肥情況、間伐、主伐)等多重因素的影響，而呈現出較大的空間變異性。在進行碳儲量計量和監測時，應將項目區劃分為若干相對均一的同質單元，分層監測各碳庫的碳儲量，在達到監測精度的同時降低監測成本。根據克拉瑪依造林減排項目實際情況，筆者在六支渠和八支渠各建立1個固定樣地，樣地規格為100 m×100 m；分支渠進行隨機抽樣，建立隨機樣地，樣地規格為20 m×20 m，共48個；在人工林東側林緣外約1 km處荒漠環境下，選出具有代表性的灌木群落，設置固定樣地1個，規格為100 m×100 m；在人工林南側林緣外荒漠環境約300 m處選擇隨機樣地4個，規格為20 m×20 m；在每個樣地內按對角線布設5個1 m×1 m樣方。該研究樣地調查時間為2009年8月。

1.2.2.2試驗材料采集與處理。對人工林內每個樣地每木檢尺，根據所有樣地數據，選取俄羅斯楊、新疆楊標準木各3株，采用全挖法挖根。分別對各伐倒木的器官(干、干皮、枝、葉、根)進行取樣，其中樹干和樹皮采用分層切割法，以1 m為區分段作樹干解析，稱出所有樹干分段的鮮重，每段木(大、小頭)各取5 cm樣品稱鮮重，帶回實驗室烘干后測定帶皮和去皮干重，求得含水率及樹皮占各樹干分段干重的百分率，由此推算整株標準木樹干及樹皮干重；分層測定所有樹枝和樹葉的濕重，分層混合后選取部分樹枝和樹葉帶回實驗室烘干，求得含水率，推算整株標準木樹枝及樹葉干重；挖取所有主根、側根及直徑大于2 mm的細根，稱濕重，各取少量樣品帶回實驗室烘干，求得含水率，推算根系干重。

在樣地中每個小樣方內，采用收獲法收集樣方內所有灌木(干、枝、葉、根)、草本(葉、根)和凋落物，稱濕重，選取少量樣品帶回實驗室烘干，計算含水率，推算灌木、草本和凋落物干重。

在每個樣地內按對角線布設5個土樣采樣點，挖掘土壤剖面分層(0～10、10～30和30～50 cm)采取土壤，將土層充分混合后，用四分法分別取200～300 g土壤樣品，去除全部直徑大于2 mm石礫、根系和其他死有機殘體，帶回實驗室風干、粉碎，過2 mm篩，測定土壤有機碳含量。同時在每個采樣點，用環刀分層各取原狀土壤1個，稱土壤濕重，估計直徑大于2 mm石礫、根系和其他有機殘體的體積百分比。每個采樣點每層取1個混合土樣，帶回室內105 ℃烘干至恒重，測定土壤含水率。計算環刀內土壤的干重和各土層平均容量。

1.2.2.3樣品含碳率測定。由于植被類型的多樣性和各地區植物種類的差異，使得同一類型植被或同一區域植物碳儲量差異較大，存在著不一致性[6]。植被含碳率的測定方法有干燒法和濕燒法2種，其中干燒法需要特殊儀器設備，過程繁瑣；濕燒法即重鉻酸鉀-硫酸氧化法操作簡便、快速[7]。該研究中樣品含碳率采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定；植被各組分平均含碳率采用算數平均法計算；土壤含碳率采用重鉻酸鉀-稀釋熱法測定。

1.2.2.4生物量估算。通過獲取的標準木數據，分別建立俄羅斯楊和新疆楊各器官生物量與胸徑、樹高的回歸方程，利用所建立的回歸方程對喬木層各器官進行生物量估算，采用收獲法估算灌木層、草本層、調落物層生物量。

1.2.2.5植被層碳儲量計算。根據樣地資料、植被各組分含碳率，利用公式(Ⅰ)計算單株喬木碳儲量，累加樣地內所有喬木得到樣地內喬木層總碳儲量，再除以樣地面積即為各樣地喬木層碳密度；采用收獲法估算灌木層、草本層、凋落物層生物量，乘以相應的含碳率即得到各樣方灌木層、草本層、凋落物層碳密度(樣方面積為1 m2)。利用式(Ⅱ)計算各支渠喬木層、灌木層、草本層、凋落物層平均碳密度，最后乘以各支渠面積得到喬木層、灌木層、草本層、凋落物層碳儲量?；哪嗄緦?、凋落物層碳儲量計算與上述方法一致。

D=∑BiWi

(Ⅰ)

式中，D為單株喬木的碳儲量(kg C)；Bi為該喬木第i種器官生物量(kg)；Wi為第i種器官含碳率。

(Ⅱ)

1.2.2.6土壤碳儲量計算。土壤碳儲量為土壤碳密度與面積的乘積，采用下式計算土壤碳密度：

(Ⅲ)

式中，C為單位面積土壤碳儲量(t C/hm2)；SOCCi為i土層土壤含碳率；BDi為i土層土壤容重(g/cm3)；Fi為i土層直徑大于2 mm石礫、根系和其他死有機體的體積百分比；Depthi為各土層厚度。

1.2.3增加的溫室氣體排放量測定。引起人工林內溫室氣體排放量增量的活動主要包括火災、整地、采伐、施肥以及間種固氮灌木或農作物等。根據克拉瑪依造林減排項目實際情況，該項目2001～2009年間不存在火災、施肥和間種固氮灌木或農作物等引起溫室氣體排放量增量的活動，該項目增加的溫室氣體排放量主要來自造林過程中涉及的整地及在對其進行灌溉、伐木等相關經營管理活動時使用機械設備、消耗化石燃料，從而產生的溫室氣體。在計量化石燃料引起的溫室氣體排放時不考慮與造林活動間接相關的上游(如肥料生產等)和下游(如木材料加工等)生產活動引起的化石燃料的排放，也不考慮燃燒過程中伴隨著的非CO2溫室氣體(CH4、N2O)以及其他污染氣體(CO、NMVOCs、SO2、NOx等)的排放，只考慮CO2的排放[5]。其計算采用下列方法：統計使用的化石燃料的種類和耗用量，根據各種化石燃料的CO2排放因子計算對應的CO2排放量，最后累加得到總CO2排放量。計算公式如下：

(Ⅳ)

式中，ETFC為化石燃料燃燒引起的溫室氣體排放量(t CO2)；FCi為i類燃料消耗量(tCO2)；ECCO2i為i類燃料CO2排放因子(tCO2/GJ)；NCVi為i類燃料熱值(GJ/tCO2)。

1.2.4泄漏測定。泄漏指由于該人工林活動而引起的人工林外的溫室氣體源排放增量。林業碳匯項目引起泄漏的原因可以分為政策泄漏、市場泄漏、人為泄漏和自然泄漏。國內一些學者認為，我國造林再造林項目基本上不存在政策和市場泄漏等問題，同時政策泄漏、市場泄漏、自然泄漏不確定性較大，對其準確量化需要投入大量的成本[8]。該研究對于泄漏只計量人工林林外由于該項目涉及的運輸工具的使用而引起化石燃料燃燒所排放的溫室氣體量，采用公式(Ⅳ)計算。

2　結果與分析

2.1碳儲量變化克拉瑪依造林減排項目人工林內幾乎沒有灌木存在，枯死木也會被及時清除，該研究中人工林碳儲量只計量喬木層、草本層、凋落物層和土壤碳儲量?；哪袥]有喬木存在，草本極少，梭梭、檉柳、白刺等灌木占99%以上，荒漠中碳儲量只計量灌木層、凋落物層和土壤碳儲量。國內外對土壤碳儲量的研究大多是以1 m深度作為參照標準的，而大多數土壤中，人類管理活動對深層土壤的影響要比對表層(30 cm)的影響小得多[9]，考慮到該研究側重于碳儲量變化情況，因而只計量地表50 cm深的土壤碳儲量?？死斠涝炝譁p排項目人工林和荒漠碳庫碳儲量分布情況見表1、圖1，克拉瑪依造林減排項目碳儲量變化量見表2。

表1　克拉瑪依造林減排項目人工林碳儲量分布

圖1　克拉瑪依造林減排項目荒漠碳庫碳密度Fig.1　The distribution of carbon stock in desert of Karamay afforestation carbon sequestration project

Table 2The change of carbon stock in Karamay afforestation carbon sequestration project t C/hm2

由表1可知，人工林內各支渠各層碳密度均有較大的差異，其主要原因可能是各支渠經營管理模式不同。如三支渠和九支渠的種植方式為單溝雙植4.50 m×0.75 m×0.50 m，植株密度大，新疆楊和俄羅斯楊混交，林分生物量較大，此外，三支渠和九支渠大部分屬于示范園區，在經營管理方面較其他支渠投入更多，因此這2支渠喬木層具有較高碳密度。

一些學者在估算造林對陸地碳匯的影響時，認為人工林生物量中積累的碳遠比積累在土壤中的碳要多得多，而很少將土壤碳吸收包括在內。從該研究結果看，由于造林積累在土壤中的碳與積累在生物量中的碳相比差距并不大，其原因可能與造林前土壤環境有關，造林區土壤貧瘠、有機質含量較低(土壤平均碳密度為14.00 tC/hm2)，其土壤碳積累潛力大，土壤碳儲量有很大的提升空間。由表2可知，克拉瑪依造林減排項目碳儲量增加量為118 291.89 tC，折合433 736.93 tCO2，表現出了較強的碳匯效應。

2.2增加的溫室氣體排放和泄漏克拉瑪依造林減排項目增加的溫室氣體排放和泄漏只計量由于化石燃料燃燒引起的CO2排放，燃料CO2排放因子及燃料熱值采用《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》缺省值[10]。根據克拉瑪依造林減排項目管理方統計資料，按公式(Ⅳ)計算結果為：2001～2009年，由于化石燃料燃燒導致的CO2排放量為985.34 t。

2.3GHG減排量根據GHG減排量計算公式可得2001～2009年克拉瑪依造林減排項目GHG減排量為432 751.59 tCO2，年均GHG減排量為54 093.95 tCO2。

3　結論與討論

(1)根據克拉瑪依造林減排項目實際情況，該研究在選擇計量碳庫時有所取舍，對研究結果造成了一定影響。2001～2009年克拉瑪依造林減排項目GHG減排量為432 751.59 tCO2，年均GHG減排量為54 093.95 tCO2，對于實施區域減排效果顯著。該研究為干旱區造林碳匯項目開發積累了一定的基礎數據，能夠為相關研究和政策決策提供參考依據。

(2)由于項目區特定的氣候、地理、土壤、水資源等自然環境因素，與其他學者類似研究相比，該人工林內生物量和碳儲量總體較低，但是個別支渠相差不大，甚至偏高，這主要是受經營管理模式的影響。從碳匯角度考慮，應該努力尋求適當的種植模式與經營管理方式，逐步使林分種類和結構多樣化，擺脫目前樹種單一，結構和功能不完整、不穩定，病蟲災害頻發，用水方式粗放，碳匯功能得不到充分提升的狀況，最大限度地提高減排效益。

(3)克拉瑪依造林減排項目位于我國西北內陸干旱區。就該研究結果看，在干旱區實施造林減排項目具有較好的碳匯效益，此外造林減排項目的實施還兼有其他生態、社會和經濟等效益?？紤]到我國林業生產力布局和六大工程的實施情況，特別是保障我國國土生態安全以及西部地區生態環境建設的需要，應該推薦和支持發達國家投資者到我國西部生態脆弱地區實施造林減排項目[11]。但另一方面，由于干旱區特殊的自然環境因素，其造林成本可能更高，如何客觀評價在干旱區實施的造林減排項目尚是一個較為復雜的課題。

(4)碳匯造林是一種動態極強的系統，在系統結構和功能上，具有高度的時空異質性[6]，其碳匯效應受多方面因素的影響，全面評價造林減排項目需要長期進行，今后需要繼續跟蹤調查，以盡可能地反映實際情況。

[1] FANG J Y，CHEN A P，PENG C H，et al.Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J].Science，2001，292(25)：2320-2322.

[2] 相震，吳向培．森林碳匯減排項目現狀及前景分析[J]．環境污染與防治，2009，31(2)：94-95.

[3] 邢尚均，杜立民，翟建平，等．黃河三角洲人工林碳匯效應研究[J]．山東林業科技，2009(3)：5-8.

[4] 陳先剛，趙曉惠，陸梅．造林再造林項目碳匯能力有效性判別[J]．東北林業大學學報，2009，37(10)：99-101.

[5] 武曙紅，張小全，李俊清．清潔發展機制下造林或再造林項目的額外性問題探討[J]．北京林業大學學報(社會科學版)，2005，4(2)：51-56.

[6] 袁傳武，張華，張家來，等．武漢市江夏區碳匯造林基線碳儲量的計量[J]．中南林業科技大學學報，2010，30(2)：10-15.

[7] 董鳴．陸地生物群落調查觀測與分析[M]．北京：中國標準出版社，1996：152-153.

[8] 李建華．碳匯林的交易機制、監測及成本價格研究[D]．南京：南京林業大學，2008.

[9] 于貴瑞.全球變化與陸地生態系統碳循環和碳蓄積[M]．北京：氣象出版社，2003：279.

[10] IPCC.2006 IPCC guidelines for nation greenhouse gas inventories：Volume 2 energy[M].Japan：IGES，2006：18-22.

[11] 李怒云，徐澤鴻，王春峰，等．中國造林再造林碳匯項目的優先發展區域選擇及評價[J]．林業科學，2007，43(7)：5-9.

Caculation of GHG Emission Reduction of an Afforestation Carbon Sequestration Project in Karamay

XIA Yong-hui

(Karamay Vocational and Technical College, Karamay, Xinjiang 834000)

[Objective]The aim was to calculate the GHG emission reductions of the Karamay afforestation emissions project. [Method] Setting 2 fixed plots and 48 random plots in the planted forest, 1 fixed plots and 4 random plots in the desert environment which beyond the forests, carbon storage both in the planted forest and the desert environment were calculated, as well as the increased greenhouse gas emission load and leakage. The GHG emission reductions of the project was obtained. [Result] From 2001 to 2009, the GHG emission reduction was 432 751.59 tCO2, the annual GHG emission reduction was 54 093.95 tCO2. [Conclusion] The reduction effect of the project is remarkable, which shows that it is feasible to carry out forestation emissions project in arid region. The study can provide the basis data for development and management of afforestation carbon sequestration projects in arid region, also provide the reference for relevant policy-making.

GHG emission reduction;Afforestation carbon sequestration project; Karamay

夏永輝(1965- )，男，安徽宿州人，講師，從事自然地理研究。

2016-05-12

S 718.5

A

0517-6611(2016)17-195-04