基于LUCF变化的福建省林业碳汇潜力分析

陈花丹

(福建省林业调查规划院，福建 福州 350003)

全球气候变暖造成了严重的后果。作为控制全球气温升高的有效手段之一，减少温室气体排放引起了国际社会各界的高度关注。国内外学者针对林业碳汇功能及潜力进行了大量研究，低碳发展已成为全球共识[1-9]。中国是《联合国气候变化框架公约》(以下简称《公约》)的缔约国，非附件I国家，在履行《公约》下承诺的义务，坚持共同但有区别的责任原则的同时，在巴黎气候大会上提出工业减排与增加森林碳汇两个行动目标。为了实现总体行动目标，温室气体减排成为各级政府的考核指标，而土地利用变化和林业温室气体清单既是温室气体清单的重要组成部分，也是《公约》缔约方国家温室气体清单评估的五大领域之一[10]。在我国提出温室气体排放2030年达到峰值，2060年前实现碳中和背景下，作为全国首个生态文明试验区及我国碳汇交易试点省份之一的福建省，一段时期内土地利用变化和林业领域温室气体变化如何，林业碳汇是否有提升潜力等都是值得探索和研究的课题。本研究基于福建省森林资源第八、九期一类清查数据，采用省级温室气体清单编制方法，评估福建省2013年及2018年福建省土地利用变化和林业领域的固碳量，旨在对福建省林业碳汇的提升潜力及方向进行分析及探讨，以期为福建省土地利用变化和林业(以下简称“LUCF”)领域制定合理的减排增汇林业政策提供有力支撑。

1 研究区域概况

福建省位于中国东南沿海，地理坐标115°50′～120°40′ E，23°33′～28°20′ N，处于暖热湿润的亚热带海洋性季风气候区，年均降雨量1 504.2 mm，年均气温19.7 ℃。福建省“依山傍海”，素有“八山一水一分田”之称，拥有丰富的野生动植物资源，是我国生物多样性最丰富的省份之一，也是我国南方重点集体林区，林地面积924.4万hm2,占全省陆域土地总面积的76.08 %，活立木蓄积量7.97亿m3，森林覆盖率66.80%，连续42年位居全国首位。

2 研究方法

2.1 数据来源及计算因子确定

福建省LUCF温室气体活动水平的计算数据来源于福建省森林资源第八期(2013 年)、第九期(2018 年)一类清查数据，主要有乔木林面积及蓄积，国家特别规定灌木林、竹林、经济林面积，乔木林、竹林、经济林转化为非林地的面积，活立木总蓄积，散生木、四旁树及疏林蓄积，采伐消耗蓄积。采用年均有林地转出为非林地的面积作为基础数据，计算分析森林转化燃烧引起的碳排放以及分解引起的碳排放的活动水平。

福建省LUCF温室气体排放量涉及的计算因子通过不确定性评判后引用发表的研究文献[11-15]或使用缺省推荐值，具体主要包括活立木蓄积生长率(GR)、枯损消耗率(DR)、采伐消耗率(CR)、全林生物量转换系数(BEF全林)、地上生物量转换系数(BEF地上)、灌木林平均单位面积生物量(BF灌)、经济林平均单位面积生物量(BF经)、竹林平均单位面积生物量(BF竹)、生物量含碳率(C)、基本木材密度加权平均值(SVD)、现地燃烧生物量比例(P现地)、异地燃烧生物量比例(P异地)、被分解的地上生物量比例(P分解)、非二氧化碳微量温室气体排放比例(PCH4-C、PN2O-N)等。

2.2 计算方法

2.2.1 林业温室气体排放量与固定量

采用国家发展改革委气候司发布的2011年《省级温室气体清单编制指南》(以下简称“省级指南”)方法，计算分析福建省LUCF温室气体排放量与固定量。

△C林业=△C乔木+△C散四疏+△C竹/经/灌-(△C消耗+△C燃烧+△C分解)

(1)

式中△C林业为林业温室气体排放量与固定量(tCO2-e)；△C乔木为乔木林生物量生长碳吸收量；△C散四疏为散生木、四旁树、疏林生物量生长碳吸收量；△C竹/经/灌为灌木林、经济林、竹林生物量碳储量变化量之和；△C消耗为活立木消耗碳排放量；△C燃烧为森林转化燃烧引起的碳排放量；△C分解为森林转化分解引起的碳排放量。

2.2.2 乔木林生长碳吸收

通过福建省森林资源一类清查数据，计算获得全省乔木林总蓄积量、活立木蓄积量年生长率，通过研究文献分析[11-15]及全国森林资源数据获得各优势树种的生物量转换因子，计算福建省生物量转换因子，从而估算福建省乔木林生物量生长碳吸收量。

△C乔木=V乔木×GR×SVD×BEF全林×C×K

(2)

式中△C乔木为福建省乔木林生物量生长碳吸收量(tCO2-e)；为福建省乔木林总蓄积量(m3)；GR为活立木蓄积量年生长率(%)；SVD为基本木材密度加权平均值(t/m3)；BEF全林为生物量转换系数；C为生物量含碳率(%)；K为CO2与C分子量之比。

2.2.3 散生木、四旁树、疏林生长碳吸收

散四疏生长碳吸收与乔木林生长碳吸收计算方法类似，公式如下：

△C散四疏=V散四疏×GR×SVD×BEF全林×C×K

(3)

式中△C散四疏为全省散生木、四旁树、疏林生物量生长碳吸收量(tCO2-e)；V散四疏为福建省该年度散生木、四旁树、疏林活立木总蓄积量(m3)。

2.2.4 灌木林、经济林、竹林生物量碳储量变化

一般情况下，灌木林、经济林、竹林在最初的几年生长速度快，很早进入稳定期，生物量变化量较小。

△C竹/经/灌=△S竹/经/灌×BF竹/经/灌×C×K

(4)

式中△C竹/经/灌为福建省竹林、经济林、灌木林的生物量碳储量变化量(tCO2-e)；△S竹/经/灌为竹林、经济林、灌木林面积变化量(hm2)；BF竹/经/灌为单位面积生物量(t/hm2)。

2.2.5 活立木消耗生物量碳排放

活立木消耗生物量碳排放分为活立木采伐消耗△C采伐消耗和枯损消耗△C枯损消耗。

△C采伐消耗=(V活立木×CR×SVD×BEF全林×C-森林转化扣减)×K

(5)

△C枯损消耗=V活立木×DR×SVD×BEF全林×C×K

(6)

△C消耗=△C采伐消耗+△C枯损消耗

(7)

式中V活立木为福建省该年度活立木蓄积量(m3)；CR为采伐蓄积消耗率(%)；DR为枯损消耗率(%)。

2.2.6 森林转化燃烧引起的碳排放

森林转化燃烧引起的碳排放量(△C燃烧)是现地燃烧碳排放量△C现地(tCO2-e)与异地燃烧碳排放量△C异地(tCO2-e)之和。其中，现地燃烧释放CO2、CH4及N2O等温室气体，异地燃烧同样也释放CO2以外的温室气体，但由于能源领域清单中，已对薪炭柴的非CO2温室气体排放做出估算，因此本研究△C异地-CO2只估算异地燃烧产生的碳排放量。

△C现地-CO2=△A×P现地×I×C×K×(BF转化前-BF转化后)

(8)

△C异地-CO2=△A×P异地×I×C×K×(BF转化前-BF转化后)

(9)

△C现地-CH4=(△C现地燃烧×PCH4-C)×K

(10)

△C现地-N2O=(△C现地燃烧×PN2O-N)×K

(11)

式中△A为福建省林地转非林地年转化面积(hm2)；P现地为现地燃烧生物量比例，I为现地燃烧生物量氧化系数；BF转化前为转化前单位面积地上生物量(t/hm2)；BF转化后为转化后单位面积地上生物量(t/hm2)；PCH4-C为CH4-C排放比值；PN2O-N为N2O-N排放比值。

2.2.7 森林转化分解引起的碳排放

森林转化分解引起的碳排放量(△C分解)，主要是由燃烧剩余物的缓慢分解造成的。由于分解排放是一个缓慢的过程，因此，此次采用的是每五年的面积数据。计算方法如下：

△C分解=△a×P分解×C×K×(BF转化前-BF转化后)

(12)

式中△a为研究区五年的平均年转化面积(hm2)；P分解为被分解部分的比例。

3 结果与分析

3.1 福建省LUCF温室气体减排现状及变化

2013 年，福建省在森林及其他木质生物质碳储量变化中，乔木林、灌木林、经济林、竹林及疏林、散生木、四旁树生物量生长碳吸收总量8 023.73万tCO2-e；2018 年，福建省乔木林、灌木林、经济林、竹林及疏林、散生木、四旁树CO2固定总量10 971.91万tCO2-e(表1)。

表1 福建省LUCF温室气体吸收或排放所占比例

与2013年相比，2018年森林及其他生物质碳储量增加36.74%，其中乔木林作为森林固碳量的主体，固碳量增加30.51%，而灌木林固碳量减少 200.48 %，经济林减少330.32 %(表1)。

3.2 福建省LUCF温室气体构成比例

在福建省LUCF领域，2013年乔木林固碳量占总固碳量的90.89%，而采伐消耗排放占总排放量的83.64%；2018年乔木林固定占总固碳的86.75%，采伐消耗排放CO2约占总排放的79.14%(表2)。

表2 福建省LUCF温室气体汇/源构成比例

3.3 福建省LUCF温室气体变化影响因素分析

作为可再生资源，森林的经营管理水平决定了林业碳汇每年的净增量。分析福建省第六、七、八期，即2004—2018年森林资源的变化可见，福建省通过采用荒山造林、森林抚育、封山育林、采伐管理、森林防火等多措并举的经营管理模式，经过15 a后乔木林面积、蓄积、乔木林单位面积蓄积均有所增加(表3)。乔木林面积增加9.77%，在有限的面积增长下，活立木蓄积、乔木林蓄积、单位面积乔木林蓄积量增长分别高达49.76%、50.21%、37.21%，森林覆盖率提高5.86%，这些是福建省林业碳汇净温室气体减排量增加的重要因素。

表3 2004—2018 年福建省森林资源变化概况

3.4 福建省林业碳汇潜力分析

林业碳汇的基础是森林资源培育和保护利用。根据第九次全国森林资源清查数据，福建省林地面积924.40万hm2，活立木总蓄积7.97亿m3，森林覆盖率66.80%。将福建省与地理和水热等条件相近的江西、浙江及广东三个相邻省份相比较，虽然福建省林地面积低于其他三个省份，但活立木总蓄积、森林蓄积及森林覆盖率均最高，而单位面积森林蓄积量接近其它省份的2倍(表4)，说明通过改善森林经营提升森林质量，福建省林业碳汇仍有较大的提升潜力。

表4 福建、江西、浙江及广东第九次全国森林资源清查(2014—2018)数据

4 小结与讨论

福建省LUCF领域2018年相对2013年总计固碳量增加36.74 %。2013年，乔木林固碳占总固碳量的90.89%，2018年乔木林占86.75%，说明乔木林对福建省LUCF温室气体固定贡献最大；经济林受市场因素影响经营收益较低，林农将其进行人工改造，更新为乔木林、未成造林地等，使其固碳减少从而导致两期温室气体变化率最大。灌木林及竹林面积在多年历史期间变化小，与经济林合计固碳占总固碳量比例低于5%，对整体林业碳汇贡献较小；散生木、四旁树及疏林对改善居住环境有重要作用。十三·五以来福建省推动森林城市、乡村绿化美化等建设将有助于提高这一部分的贡献率。

福建省LUCF领域2013年采伐消耗排放占总排放量的83.64%，2018年采伐消耗排放79.14%，说明森林采伐消耗是碳汇损失的主因。福建省作为南方重点集体林区，可根据实际需求，通过政策促进森林康养、林下经济等多种模式经营增加林农收入；通过政府生态公益林补偿、重点生态区位商品林赎买等途径，来提高林农参与森林经营及生态环境保护的积极性；通过开发国家林业碳汇项目(CCER)，福建林业碳汇项目(FFCER)等方式补充森林资源经营管理资金来源；用宣传教育等途径提高全社会对林业在气候及自然环境调节改善方面作用的认识；通过政府与市场相结合的方式，调整传统以单一木材收获为需求的森林采伐。从而从根源上减少森林采伐消耗，平衡生态效益与经济效益，提升林业碳汇潜力。

福建省在2004—2018年期间土地利用类型面积增长率最高的是乔木林，为9.77%，单位面积乔木林蓄积增长率为37.21%，说明森林面积及单位面积蓄积量的增加是福建省林业碳汇净温室气体减排量增加的主要原因。为实现我国温室气体排放2030年达到峰值，2060年前实现碳中和的目标，需要福建省森林资源持续增长，走低碳发展之路。随着经济社会的发展，经济开发与公共基础设施建设新增征占林地的面积不断增加，将来通过新增国土绿化面积来提升林业碳汇的潜力正不断减小。因此，通过综合运用森林经理学、树木学及森林生态学原理，从碳循环的各个环节入手，综合实施森林大径材培育、封山育林、森林采伐管理、森林保护管理、森林防火、林地保护管理、湿地保护、森林可持续经营等措施，通过增加单位面积蓄积量来提高林业碳汇，是未来福建省挖掘林业碳汇潜力的最主要途径。