全球氣候變化與森林碳匯研究概述*

周 雋,王志強,朱 臻

(浙江農林大學經濟管理學院,浙江臨安 311300)

1 引言

作為人類賴以生存的自然環(huán)境要素,全球氣候的任何變化都會對自然生態(tài)系統(tǒng)及社會經濟系統(tǒng)產生全方位、多尺度和多層次的影響。工業(yè)革命以來,由于人類活動特別是化石燃料的燃燒使大氣中CO2為主的溫室氣體濃度不斷上升,引發(fā)了以變暖為主要特征的全球氣候變化 (逯非,2009)[1],嚴重影響了經濟社會的可持續(xù)發(fā)展,成為人類面臨的十大生態(tài)問題之首(何英,張小全等,2007)[2]。如何通過各方的共同努力,減緩和適應氣候變化、保護環(huán)境成為國際社會關注的焦點問題。為應對全球氣候變化,國際社會先后制定了《聯合國氣候變化框架公約》(以下簡稱《公約》)和《京都議定書》,以及其他一系列氣候變化相關的政治協議,采取各種措施應對氣候變化(李怒云,楊炎朝等,2009)[3]。

2007年,政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發(fā)布了《第四次氣候變化評估報告》。評估報告稱,過去50年全球平均氣溫上升與人類大規(guī)模使用石油等化石燃料產生的溫室氣體有關。人類活動造成的溫室氣體主要來自交通、建筑、工業(yè)及森林減少這四大領域,在所有CO2排放中,森林減少占據18.2%,工業(yè)(44.5%)、交通(17.5%)及建筑(19.8%)碳排放量約占城市總的碳排放量的81.8%(世界銀行,2009)[4]。因此,有效控制人類活動,減少溫室氣體的排放或增加溫室氣體的吸收,是減緩和適應氣候變化的有效措施。鑒于發(fā)達國家在工業(yè)化進程中已排放大量溫室氣體的歷史事實,遵照“共同但有區(qū)別的責任”原則,《京都議定書》要求簽約的發(fā)達國家和經濟轉軌國家(即附件1國家)在2008～2012年的第一個承諾期內,將溫室氣體排放總量在1990年基礎上平均減少5.2%。為幫助附件1國家實現溫室氣體減排目標,《京都議定書》制定了三種靈活機制,即聯合履約(JI)、排放貿易(ET)和清潔發(fā)展機制(CDM),CDM是唯一與發(fā)展中國家有關的機制。這個機制既能使發(fā)達國家以低于其國內成本的方式獲得減排量,又為發(fā)展中國家?guī)硐冗M技術和資金,有利于促進發(fā)展中國家經濟、社會的可持續(xù)發(fā)展,被認為是一種“雙贏”機制(李怒云,楊炎朝等,2009)[3]。

《公約》將從大氣中清除二氧化碳的過程、活動或機制定義為“碳匯”,反之則稱為“碳源”。因此,應對氣候變化的國際行動,主要是致力于減少二氧化碳的排放(源)和增加二氧化碳的吸收(匯),即增加碳匯。森林碳匯是指森林生態(tài)系統(tǒng)吸收大氣中的CO2并將其固定在植被和土壤中,從而減少大氣中CO2濃度的過程。通過林業(yè)活動增加森林碳匯(減緩碳釋放)的四大策略在應對全球氣候變化的國際政治和法律框架中均得到了體現,如《京都議定書》清潔發(fā)展機制同意將造林和再造林作為第一承諾期合格的CDM項目。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的最大碳庫,森林生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中扮演著源、庫、匯的作用,其碳蓄積量的任何增減都可能影響到大氣CO2濃度的變化。森林是全球碳循環(huán)的重要組成部分。它的固碳作用十分顯著,對抑制氣候變化起著重要作用(劉國華,2000)[5]。此外,森林碳匯功能還具有比其他減排方式更經濟和高效的優(yōu)點,成本只有直接減排的1/30左右。更主要的是這種方法不會對現有的經濟發(fā)展模式、發(fā)展速度造成太大的負面影響(UNFCCC,1999)[6]。

2 森林碳匯問題研究現狀

在此背景下,森林碳匯問題已成為多學科研究的熱點,眾多學者展開了相關研究,在自然科學領域,多集中在森林的固碳功能、森林生物量碳儲量的估算分析等方面,在社會科學領域,多集中在森林碳匯價值估量、森林碳匯服務市場和森林碳匯政策等方面的研究。

2.1 森林碳匯自然科學領域相關研究

2.1.1 森林的固碳功能 綠色植物通過光合作用將大氣中CO2轉變?yōu)橛袡C物儲存起來,所以光合作用是降低大氣CO2濃度的根本途徑。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)主體的森林,其面積、生物量、生產量、碳儲量分別約占陸地生態(tài)系統(tǒng)的27%、90%、70%和47%。森林不僅在維護區(qū)域生態(tài)環(huán)境上起著重要作用,而且在全球碳平衡中也起著巨大的貢獻。森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳作用取決于兩個對立過程,即碳素輸入、輸出過程。碳素輸入過程主要通過植物凈光合作用實現,而碳素輸出過程主要指森林土壤和動物的異養(yǎng)呼吸過程以及凋落物的礦質化過程。此外,各種干擾也會影響系統(tǒng)的碳素輸出。森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力取決于碳素輸入、輸出速率的對比。凈第一性生產力(NPP)減去因土壤、動物和凋落物的CO2排放過程所損失的有機碳后,得到凈生態(tài)系統(tǒng)生產能力(NEP),NEP可反映森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力。森林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力受諸多因素的制約,如植被發(fā)育程度、光照、溫度、水分、CO2含量和外界干擾等。森林演替過程造成了森林固碳能力和碳儲量的時間差異。Bames(1998)和Chapin(2002)等人推測了植被演替與NPP,NEP和異養(yǎng)呼吸以及植被碳儲量和土壤碳儲量的關系[7-8],盡管這一推測還缺少嚴格而完整的事實證據,但卻啟發(fā)了人們對森林碳循環(huán)的認識。

2.1.2 森林生物量碳儲量的估算分析 根據研究對象的時空尺度和研究手段,大體可以將森林生物量碳儲量的估算分析方法分為樣地清查法、模型模擬法和遙感估算法3類(何英,2005;張茂震,2009;方精云,2001;2007;郗婷婷,2006;王效科,2000;2001)[2,9-14],詳見表1。樣地清查法是最基本、最可靠的方法,但只能應用于小尺度的研究。要解決大尺度上森林固碳的問題,必須借助模型模擬法和遙感估測法。樣地調查、模型模擬和遙感分析等方法的綜合運用是未來解決尺度耦合問題和研究森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的主要趨勢。

從國內外研究看,森林生物量碳儲量的估算分析具有以下幾個方面的特點:(l)研究的結果具有很大的不確定性,不論是在國家尺度還是在全球尺度上,不同研究人員在不同時間、利用不同方法所得到的結果差別很大;(2)研究的規(guī)模主要集中在兩個方面,全球尺度和國家尺度,局部典型的森林生態(tài)系統(tǒng);(3)絕大多數對森林生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯關系研究為單一功能研究,缺乏包括土地利用、經濟、社會評價在內的綜合研究;(4)受資料和數據來源的限制,大多數研究采用靜態(tài)平衡分析法,較少綜合動態(tài)預測和評價。值得一提的是,在森林碳匯研究初期,許多學者認為森林特別是成熟森林的固碳凈增量很低,但是最新的科學研究成果表明,森林固碳能力在以往遠遠被低估了,事實可能并非如此,周國逸的最新研究成果表明,在過去25年期間,成熟森林在地上部分凈生產力幾乎為零的情況下,土壤卻能持續(xù)積累有機碳,表現出強大的固碳功能。

表1 森林生物量碳儲量的估算分析方法

2.2 森林碳匯社會科學領域相關研究

2.2.1 碳匯價值估算方法 森林生物量碳儲量估算與評價是碳匯經濟的基礎,同時也是評價森林對減緩全球氣候變暖貢獻的前提。常見的碳匯價值估算方法主要有:人工固定二氧化碳成本法、造林成本法、碳稅法、變化的碳稅法、損失估算法以及支付意愿法等(劉璨,2003)[15]。其中,支付意愿法外的方法都是從成本的角度度量森林碳匯的價值,存在著一定的局限性。測算結果僅僅是在缺乏市場機制的條件下森林碳匯價值的一種參照,是森林吸收二氧化碳時的參照成本,而各種方法的區(qū)別僅僅在于成本發(fā)生的方式不同而已。支付意愿法的設計原理契合了市場經濟的價格形成、運行機制,但這種方法也存在著調查產生的偏差。盡管現有的碳匯價值量估算方法種類繁多,莫衷一是。但都或多或少地存在著一定的缺陷,很難找到一種令人完全滿意和信服的方法。究其原因,主要是因為目前森林碳匯的價值還不能完全由市場來確定,從而導致以上述諸方法為依據估算的結果缺乏可驗證性。另一方面,盡管近年來國際碳匯市場方興未艾,但仍處于起步和探索階段,且能夠進入市場交易的碳匯也只占一小部分,而由森林提供的大量碳匯服務沒有通過市場就已經被消費掉了。這樣,由國際碳匯市場所決定的碳匯價格也就缺乏足夠的普遍性。因此,對森林碳匯價值進行準確估算有賴于森林碳匯服務的完全市場化,而如何實現森林碳匯服務完全市場化,將是今后長時間內函待解決的一個重要問題。

2.2.2 森林碳匯服務市場 當前,森林碳匯服務市場的研究主要集中于要素分析尤其是供求因素、交易成本等方面。

森林碳匯服務市場的形成經歷了一個漫長的過程,始于20世紀80年代末,其形成與國際氣候變化政策的進程緊密聯系。實質上,正是全球范圍內對氣候變化問題的日益重視及國際間相繼展開的談判和協定促進了森林碳匯服務市場的形成和發(fā)展(林德榮,2005)[16]?？偟膩碚f,可以將發(fā)展迄今的全球森林碳匯服務市場劃分為4個階段,即《公約》簽訂前階段、《京都議定書》通過前階段、《京都議定書》生效前階段和《京都議定書》生效后階段(何建坤,劉濱等,2007)?！豆s》簽訂前階段,主要是一些公司為了樹立企業(yè)形象,創(chuàng)造良好的公共關系主動資助和開展林業(yè)碳匯項目,這一時期的交易既沒有制度強制和約束,也不是出于獲利目的,項目的投資方所要求的碳信用也是象征性的,無需第三方進行核實,尚不能稱為真正的“市場交易”;《京都議定書》通過前階段,主要是企業(yè)有意識的行動。對項目產生的碳信用要求由獨立的第三方核實和認證,但核實和認證標準并不明確和統(tǒng)一,由于各種不確定性因素的存在,市場本身蘊藏著極大風險;《京都議定書》生效前階段,企業(yè)對森林碳匯服務交易舉棋不定,致使森林碳匯項目的投資與其它部門的減排活動(如清潔能源和能源的有效利用項目等)投資相比不積極。但也有一些政府或企業(yè)意識到森林碳匯服務市場可能蘊藏的巨大商機,希望通過開展造林、再造林和森林管護等碳匯項目預先獲取已由第三方核實的減排信用,轉換成京都減排單位,出售并賺取利潤;《京都議定書》生效后階段,逐步轉向京都單位的森林碳匯信用交易。

森林碳匯服務市場要素分析:供求雙方、交易商品是任何一個簡單市場都必然包含的要素。森林碳匯服務市場還包括其它許多要素,如政府、非政府組織(NGOs)、咨詢和認證等中介機構以及保險機構等其它市場利益相關者。這些要素在森林碳匯服務市場發(fā)展的不同階段發(fā)揮著不同的作用(劉璨2002;樊根耀,2003)[15,17]。

(1)供給方及激勵機制:森林碳匯服務的潛在供給者一般是森林資源的所有者或經營者,在中國,主要包括個體農戶、集體林場、國有林場以及其它擁有或經營森林資源的個人、企業(yè)以及其它實體等。一般而言,影響森林碳匯供給的主要因素包括資源稟賦、造林成本、碳匯服務價格、木材價格、采伐成本、土地價格以及相關政府政策。Pablo Benitez(2004)通過敏感性分析發(fā)現,土地價格、木材價格和碳吸收率是影響碳匯供給的重要因素[18]。但Pab lo Benitez的分析沒有考慮到森林及其經營的特征對森林碳匯供給的影響。這些森林及其經營的特征主要是:①森林資源經營周期長,森林碳匯供給對價格反映不太靈敏,具有“滯后”效應和剛性特征;②森林資源始終面臨病蟲害和火災以及其他自然災害風險,森林資源所有者難以做出理性選擇;③碳匯服務的價格信息不完全,而碳匯提供者又往往處于邊遠地區(qū),且其自身的知識和搜集信息的能力有限,這就導致其對碳匯價格預期不確定性較大,進而嚴重影響潛在森林碳匯供給者的選擇。

為增加森林碳匯的供給,迫切需要建立一些刺激機制。一是建立集中交易市場,以提高信息的充分性;二是鼓勵小型林場采用各種方式組建大型林業(yè)企業(yè),以發(fā)揮其規(guī)模效益;三是建立碳匯期貨市場,以降低價格風險;四是設立森林碳匯保險業(yè)務或設立森林碳匯服務者互助基金。

(2)需求方及激勵機制:對森林碳匯的需求緣于人類社會對溫室氣體濃度升高引起全球氣候變暖所造成后果的擔憂。但是,由于森林碳匯具有準公共產品特性(非排他性),對理性個體而言,對森林碳匯的現實需求更多是一種引致需求:即森林碳匯需求者對碳匯的需求往往是制度和規(guī)則約束下的結果。除制度和規(guī)則外,決定森林碳匯需求的另一個重要因素是森林碳匯的價格。此外,企業(yè)社會責任感和公民環(huán)境意識,也會對森林碳匯需求產生較大的影響。

為增加森林碳匯需求,可以建立如下刺激機制:一是合理安排制度和規(guī)則,尤其是合理確定排放水平;二是盡可能簡化交易過程,以減少交易成本;三是采取措施加強企業(yè)的社會責任感和公民的環(huán)境意識;四是發(fā)動潛在需求者,包括保護組織、“綠色”投資企業(yè)、公眾等(馮亮明,2009)[19]。

交易成本問題:迄今為止,針對森林碳匯市場,關于交易成本尚缺乏統(tǒng)一認識,因此,對交易成本的量化研究存在很大差異,由于森林碳匯服務功能的準公共物品特征,使它難以自發(fā)形成市場交易商品,森林碳匯服務市場實際上是一個以項目投資為基礎的人為市場。交易成本的許多構成要素的主要功能是為了使森林碳匯服務具有排他性和可計量性,這正是森林碳匯服務交易成本過高的主要原因。據此,森林碳匯服務市場的交易成本可以劃分為市場創(chuàng)建和維護成本與市場運行成本。森林碳匯服務作為一種準公共物品,存在著外部性及產權界定困難等問題,并且由于碳匯交易高風險及不確定性的存在,導致碳匯價格沒有按照森林碳匯商品本身的價值來成交,可以說森林碳匯服務市場還只是一個次優(yōu)市場,這就需要人為確定比一般市場更為復雜的制度和規(guī)則,由此加大了森林碳匯服務市場的交易成本(Natashal,2002)[20]。目前符合《京都議定書》要求的林業(yè)碳匯項目的交易成本極高,除項目的談判成本以外,項目需要參與國政府和主管機構批準,還需要聯合國清潔發(fā)展機制執(zhí)行理事會派出的審核機構進行核證,并由聯合國CDM執(zhí)行理事會批準,這一過程顯著地提高的了交易成本。而過高的交易費用會限制碳匯市場的發(fā)展。

盡管如此,還是可以看到森林碳匯服務市場正在快速發(fā)展,主要有以下幾個特點:森林碳匯服務交易數量在森林環(huán)境服務交易中占重要地位;森林碳匯交易市場正在迅猛發(fā)展;森林碳匯項目正在迅速增加;碳交易體系不斷增加;森林碳匯服務機構不斷涌現;碳交易額正在增加,2008年與2007年相比,交易額翻 1番,從630.07億美元增長到1263.45億美元,交易量從29.84億 tCO2增長到48.11億tCO2。

2.2.3 森林碳匯政策 森林碳匯政策是碳匯管理的核心,對具體的碳匯工作起著重要的指導作用。目前,這方面的探討比較有限(李怒云等,2009)[3],相關分析集中在以下三個方面:(1)碳匯政策的內涵。從其本質和內涵上看,主要包括①生態(tài)經濟的協調發(fā)展;②人權關系的新拓展;③林業(yè)產業(yè)的新界定;④林業(yè)發(fā)展資金的新渠道。(2)中國碳匯管理的現狀。碳匯政策的制定需要從碳匯管理的實踐產生又反過來指導實踐。①制定宏觀政策;②搭建信息平臺;③確定優(yōu)先發(fā)展區(qū)域;④推動非京都市場的發(fā)育。(3)碳匯政策研究趨勢。①森林碳匯產權化;②森林生態(tài)功能定量化;③森林生態(tài)服務市場化。

3 中國開展森林碳匯活動的前景展望

繼2009年底哥本哈根會議的召開,在“京都議定書”、“巴厘島路線圖”之后,人類關于氣候問題的努力進入一個新的后京都時代。中國向國際社會承諾到2020年,中國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。這一目標遠遠高于美國宣布的減排17%、歐盟提出的最高減排30%的目標。中國提出這一目標充分考慮了森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳潛力。

20世紀90年代起,國內外學者對中國森林碳吸收情況進行了比較精確的計算,結果表明,中國森林表現為大氣碳的凈吸收匯(GEF中國林業(yè)溫室氣體清單課題組,2003;Fanget al.,2001;李克讓等,2003)[21-22]。中國森林的固碳能力得到了顯著增加,主要歸因于中國是全球最大的人工造林大國,大規(guī)模的植樹造林不僅保護和改善了中國的生態(tài)環(huán)境,也為減緩全球氣候變暖作出了巨大貢獻。而且,中國森林碳匯供給還有很大潛力可以挖掘。潛力一:森林發(fā)展空間大且固碳能力增長潛力大。到2010年,中國將新增森林面積3 668萬hm2,森林覆蓋率達 20.3%。到 2020年,新增森林面積 2 960萬hm2,森林覆蓋率達23.4%。到 2050年,新增森林面積 4 696萬hm2,森林覆蓋率達28%以上(中國可持續(xù)發(fā)展林業(yè)戰(zhàn)略研究項目組,2003)[23]。其次,中國目前實施的六大林業(yè)工程生態(tài)活動大氣碳儲量產生很大貢獻(魏殿生,2003)[24]。再次,中國正處于經濟發(fā)展的高速增長期,對木材及其他林產品的需求量日益增加。適當增加木材使用量以及通過一定技術措施,延長木材使用壽命等,都會增加中國森林的整體固碳能力。還可替代不可再生和能源密集型的原材料,達到繼續(xù)固碳的目的,也是森林碳匯作用的延伸。此外,中國林分生產力不及發(fā)達國家的1/4～1/3,還有較大的提升空間(世界銀行,2008);潛力二:開展碳匯項目實現減排,既經濟,又能吸引融資。首先,減少排放源是要減少能源和工業(yè)生產,或者進行技術改造以減少排放,這都要付出巨大的成本,而造林和再造林等措施增加吸收CO2的匯則便宜得多,后者大約是前者的1/30(陳根長,2005)[26]。由于勞動力成本低,在中國開展碳匯項目,在成本方面具備一定優(yōu)勢。其次,根據《京都議定書》中對碳匯項目實施要求,項目活動的資金和技術必須是額外于官方發(fā)展援助(ODA)和參與國政府計劃的,因此對中國的林業(yè)發(fā)展而言,這是資金供給的一個補充,也是技術引進的一種途徑。再次是國際社會已經籌資建立了“生物碳基金”,允許造林和再造林項目申請者分階段對項目進行準備和申報,以降低風險,這都能調動中國造林者的積極性?？傊?同其他國家相比,在中國實施碳匯項目具有一定優(yōu)勢,中國發(fā)展森林碳匯具有較大的潛力。

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