不同經營水平下江西森林碳匯貢獻力預測分析

康歡倩，傅雪罡，王 林，肖文海

（1.江西財經大學·生態文明研究院，江西 南昌 330013；2.江西省林業局，江西 南昌 330038）

氣候變化給人類社會帶來的危害已在全球各地顯現，越來越多的國家將“碳中和”上升為國家戰略，提出了零碳未來的美好愿景。2020年習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上鄭重承諾，中國將“力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和”。目前，一些省份圍繞碳達峰碳中和已經出臺了相關的發展規劃，但是具體來看，不少地區的發展規劃缺乏自身的獨特性與針對性。這意味著一些地區并沒有抓住碳達峰碳中和的關鍵環節和重點領域，從而很有可能影響碳達峰碳中和的工作效率，甚至不利于未來社會的經濟發展。

作為亞洲東南部熱帶和亞熱帶植物區系的起源中心之一、中國南方亞熱帶的主要林區，在第九次全國森林資源清查中，江西省森林覆蓋率高達61.16%（2016年），位居全國第二。豐富的綠色資源成為江西最明顯的特色以及促進經濟發展的最大優勢。而森林作為提供生態系統服務的土地覆蓋物之一，能通過吸收大氣中的CO2并將其固定在植被或土壤中來緩解氣候變化[1]。20世紀60年代，國際上就已經開始研究森林碳匯對大氣的凈化作用和吸收CO2的作用。Soares-Filho[2]在研究巴西亞馬遜森林時發現，森林在降低碳排放和緩解氣候變化方面有突出作用。不少學者也曾提出通過森林固碳方式來減緩碳釋放的潛力巨大[3]，且與其他減排措施相比，森林固碳具有見效快、成本低等獨特優勢[4]。江西有著豐富的森林資源，利用森林碳匯實現碳達峰碳中和是在充分考慮江西實際情況下做出的正確選擇[5-6]。因此，合理預測森林碳匯貢獻能力至關重要。在已有研究中，較多學者使用灰色預測模型對森林資源進行預測分析，如張穎[7]、林力[8]、宋廣軍[9]等利用灰色預測模型GM(1,1)對北京、福建、黑龍江區域的森林資源進行了預測分析；還有學者[10]根據建立的單位面積蓄積-林齡Logistic生長方程預測了我國未來喬木林的碳匯潛力。目前學者們的研究多集中于研究森林碳匯或是碳排放的預測上，較少學者將森林碳匯與碳排放結合起來進行分析研究。

本文在已有的森林碳儲量估算和預測研究的基礎上，利用全國森林資源清查數據中的江西部分，對江西省1996-2016年森林碳儲量進行測算，同時利用灰色預測模型GM(1,1)對江西森林碳儲量進行預測，分析江西森林碳儲量對實現碳達峰碳中和的貢獻力度。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

本文在計算森林碳儲量時，所采用的森林覆蓋率、森林面積、森林蓄積量等數據來源于《江西統計年鑒》《中國林業統計年鑒》中全國森林資源清查數據的江西部分，時間跨度為1996-2016年（最新的全國森林資源清查時間為2016年，因此相關森林資源數據截止到2016年）。

1.2 研究方法

1.2.1 森林碳儲量核算

考慮到操作方法的實用性和可操作性，本研究采用森林蓄積量法對森林碳儲量進行測算。具體計算公式為：

式(1)、式(2)中，TCW為森林碳儲量；Vf為第i類林木的總蓄積量，Si為第i類林木的面積，Vi為第i類林木的單位面積蓄積量；δ為生物量擴大系數；ρ為容積密度；γ為含碳率。在核算江西省的森林碳儲量時，以上各換算系數采用IPCC（政府間氣候變化專門委員會）的默認參數值，即δ、ρ、γ取值分別為1.9、0.5、0.5。

1.2.2 灰色預測模型

使用灰色預測模型GM(1,1)對森林碳儲量進行預測。該模型基于隨機的原始時間序列，構建變量對時間變量的一階微分方程，對應的微分方程為：

式(3)中，x(1)為原始數列x(0)經過一次累加后生成的數列；t為時間變量；a和u為待估參數，分別稱為發展灰數和內生控制灰數。具體操作步驟如下：

1）設原始數列為公式(4)：

先對x(0)進行一次累加，生成一次累加序列x(1)，為公式(5)：

2）利用公式(6)：

求解均值序列，同時建立變量對時間變量的一階線性微分方程（公式3），利用最小二乘法求解模型中的待估參數a和u，隨后可得出GM(1,1)灰色預測模型的時間響應函數：

3）最后通過時間響應函數可以求解出預測值：

4）模型的檢驗，用相對誤差檢驗和后驗差檢驗來判定擬合的優良度。一般情況下，相對誤差越小說明擬合越好。后驗差檢驗C＜0.35說明預測精度好；0.35≤C＜0.65預測精度合格；C≥0.65預測精度不合格。

2 江西森林碳匯潛力預測分析

2.1 江西森林碳儲量預測

根據表1預測結果可以看出，利用GM(1,1)灰色預測模型所得出的預測結果平均絕對誤差百分比為0.61%，后驗差C=0.1768＜0.35，說明模型預測的擬合程度較好，可以依據該模型對江西省2021-2060年的森林碳儲量進行預測。構建具體的時間響應函數：

森林碳儲量的時間響應函數為：

按照目前的發展水平，在未來40年，江西森林碳儲量會一直穩步增長，到2030年江西森林碳儲量將達到3.471億t；2060年江西森林碳儲量將達到7.944億t。與2021年相比，2030年森林碳儲量將增加28.37%，2060年將增加193.79%。而這些都還只是保守估計，根據最新的森林資源清查數據，江西省的森林大多為中幼齡林，近熟林、成熟林、過熟林則較少。實際上，中幼齡林有著較快的生長速度，其碳匯實物量和價值量也是所有齡林組中最高的[11]。森林碳儲量的穩步增長能有效降低大氣中的CO2，緩解溫室效應及全球變暖。如果能有效改善森林經營管理水平，未來江西省的森林碳匯功能將逐漸增強，森林將成為一個潛在的較大的碳庫，能夠為江西省實現碳達峰碳中和目標發揮一定的作用。

表1 森林碳儲量預測結果Tab.1 Prediction results of forest carbon storage

表1的預測數值是基于一定假設得出的客觀結論，在預測森林碳儲量時沒有考慮政策變動等外部因素的影響。

2.2 江西森林經營管理分析

提高森林經營管理能有效增加森林碳儲量。森林經營是指以森林的可持續發展為目標的所有經營管理措施；高水平的森林經營可有效保障森林的經濟效益與生態效益。森林在碳循環中，既可以是碳匯，也可以是碳源。碳匯能有效緩解大氣中的CO2，碳源則會增加大氣中的CO2。森林枯死木的分解、森林火災的發生、以及人類不合理的砍伐，都會造成森林中儲存的碳重新回到大氣中。因此，提高對森林的經營管理水平，能有效提升森林的碳儲量。

江西有著良好的自然稟賦。但是隨著工業化、城市化進程的不斷加快，經濟社會發展與森林資源保護之間的矛盾越來越嚴重。森林經營管理水平低下是制約林地生產的重要原因之一。森林單位面積蓄積量低于全國水平，森林結構不合理、森林生態效益不高、低產低效林比重較大等問題嚴重制約著森林碳儲量的增加[12]。

在打造美麗中國“江西樣板”的過程中，提高森林質量是重要一環，而提高森林質量則需要通過提高森林經營管理水平來實現。為進一步增強森林經營水平，江西通過更新改造、補植補造、封育改造和撫育改造4種方式，實現“十三五”期間完成低產低效林改造61.45萬hm2、封山育林36.73萬hm2、森林撫育197.65萬hm2，森林蓄積量比10年前增加46%，至2021年森林蓄積量達到了73 973.57萬m3。與上述基準預測相比較，提高森林經營管理水平使得森林蓄積量提高了30%左右。因此，假設在外部因素（森林經營管理）的影響下，森林蓄積量會在原預測的基礎上增加30%，以此類推可得出未來40年的森林蓄積量。根據公式（1）森林碳儲量計算公式，可以得出不同年份的森林碳儲量。計算結果見表2。

表2 不同森林經營管理水平下的森林蓄積量與森林碳儲量預測Tab.2 Prediction of forest stock and forest carbon storage under different forest management levels

森林是全球碳循環的重要組成部分，同時也是全球陸地最大的碳庫，研究表明通過森林固碳方式來降低大氣中的CO2濃度潛力巨大[13]。為了進一步衡量江西森林碳匯潛力，需評估森林碳匯對江西碳達峰碳中和的貢獻力度。

2.3 森林碳匯對碳達峰碳中和的貢獻

習近平總書記曾在七十五屆聯合國大會上鄭重承諾，中國將于2030年前實現碳達峰，2060年以前實現碳中和。江西作為全國首批生態文明試驗區，有義務走在碳達峰碳中和的前列。工業排放是造成CO2增加的主要原因之一，根據渠慎寧[14]使用的STIRPAT碳排放預測公式預測江西碳排放量，江西碳達峰時間為2026-2031年，達峰峰值為1.948億t，不同年份累計CO2排放量如表3所示。

表3 不同森林經營管理水平下江西森林貢獻率Tab.3 Forest contribution rate under different forest management levels

江西森林碳匯吸收本省CO2的貢獻率在逐年上升，在未來40年內能吸收50%以上因本省工業排放帶來的CO2。具體來看，如果江西持續提高自身的森林經營管理水平，在2036年左右就能吸收掉本省累計CO2的50%；而如果保持原有的森林經營管理水平不變，江西要到2051年左右才能吸收50%的CO2。在保持原有森林經營管理水平不變的基礎上，到2031年時森林只能吸收40.74%的CO2，2061年時只能吸收61.38%的CO2。如果不斷提高森林經營管理水平，2031年時森林能吸收45.93%的CO2，2061年時森林能吸收76.36%的CO2。因此，提高森林經營管理水平，能額外增加30%左右的森林碳儲量；森林經營管理水平的不斷提高可不斷提高森林碳儲量的增長率，可實現森林碳匯對碳達峰碳中和的貢獻力度最大化。

需要指出的是，文中所指的森林碳匯僅只是林地上林木的碳儲量，林下植物與腐殖質固碳、森林土壤固碳，以及林產品固碳并未計算在內。而實際上，林下植物與腐殖質固碳、森林土壤固碳，以及林產品固碳也能吸收一定量的CO2，加上濕地、海洋、城市綠化等對CO2的吸收能力，大氣中很大一部分CO2將會被各類生態系統所吸收。而剩下一部分的CO2則需要通過節能減排、產業轉型等方式來抵消。

3 結論與建議

文章采用蓄積量法測算了1996-2016年江西省森林碳儲量，同時采用灰色預測模型GM（1,1）模型對2016-2060年的森林碳儲量、森林面積進行了預測。主要結論如下：

1）在不考慮經濟、政策等外部因素的情況下，2031年江西森林碳儲量將達到3.563億t；而到2061年，江西森林碳儲量將達到8.154億t。如果以提高森林質量為目標，不斷增強森林經營管理能力，2031年江西碳儲量將達到4.632億t，2061年江西碳儲量將達到10.600億t，比保持原森林經營管理水平不變時增加了30%。

2）未來40年內，森林吸收CO2的能力在不斷提升。如果保持現有森林經營管理水平不變，2031年森林碳匯對碳達峰碳中和的貢獻力度為40.74%，2061年森林對碳達峰碳中和的貢獻力度為61.38%。如果不斷提高森林經營管理水平，提高森林質量，2031年森林碳匯對碳達峰碳中和的貢獻力度為45.93%，2061年森林碳匯對碳達峰碳中和的貢獻力度為76.36%。

根據上述結論，現對江西省實現碳達峰碳中和提出以下建議：全面提升森林生態系統的碳匯增量。全面提升森林生態系統的碳匯能力，總結起來就是“固、增、擴”三個字。固，就是要保護現有的碳儲量不受破壞，嚴格保護及合理利用現有森林資源。增，就是要在現有碳儲量的基礎上提升碳匯能力。目前江西森林多以中幼齡林為主[15]，在未來要不斷加強中幼林撫育和退化林修復，同時加大人工林改造力度，持續提高森林質量、固碳效率和碳儲量。擴，就是要進一步擴大森林面積，加大植樹造林、持續推進森林城市建設，通過多途徑增綠增匯。