杭州市域林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)測(cè)度與驅(qū)動(dòng)因素研究

摘 要：以杭州市域?yàn)榘咐?，運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法中基于投入導(dǎo)向的C2R-I模型，將林地利用中不同類(lèi)型的林地利用數(shù)量作為投入，將森林固碳總量作為最終產(chǎn)出，結(jié)合全面的歷史統(tǒng)計(jì)資料查證與實(shí)地校驗(yàn)，對(duì)我國(guó)區(qū)域林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)進(jìn)行了測(cè)度與實(shí)證研究。研究結(jié)論表明，林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)評(píng)價(jià)是可行的，區(qū)域林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)變化同其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平具有高度的相關(guān)性，這說(shuō)明經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變是區(qū)域林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力源泉。該研究結(jié)論不僅對(duì)區(qū)域林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)研究具有理論貢獻(xiàn)，而且可以從碳循環(huán)調(diào)控的角度為區(qū)域低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式選擇與發(fā)展戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：林地利用數(shù)量；碳匯效率；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法；杭州市

中圖分類(lèi)號(hào) S718.55；F307.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）13-22-06

Measure and Empirical on the Carbon Sinks Efficiency of Regional Forestland Use Quantity

Long Fei et al.

（Economic and Management School，Zhejiang AF University，Hangzhou 311300，China）

Abstract：Take Hangzhou as the example，select C2R-I model based on date envelopment analysis（DEA），which adopt the forestland used in different types as the number of inputs and the total forest carbon sinks as a final output，combined with comprehensivehistorical historal statistics and field calibration，this paper analyzes the carbon sinks efficiency of the regional forestland use quantity.The results are as follows： firstly，the results show that the measure and evaluation of the efficiency of carbon sinks of forestland use quantity is feasible； sencondly，the results show the carbon sink efficiency of the regional forestland use quantity changes with its level of economic development，which indicates that the sustainable development of economic is the source of the carbon sequestration efficiency of the regional forestland use quantity；thirdly，the findings of this paper not only gives a theoretical contribution to the carbon sequestration efficiency of the regional forestland use quantity，but also provides a scientific basis for the development mode selection of regional low-carbon economy from the perspective of the carbon cycle regulation.

Key words：Forestland use Quantity；Carbon sinks efficiency；Date envelopment analysis（DEA）；Hangzhou city

1 引言

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地碳循環(huán)的重要組成部分，通過(guò)不同的林地利用方式，森林既可以成為固碳的碳吸收匯（如造林和再造林等），也可能成為釋碳的碳排放源（如林地征占、毀林和森林退化等），因此，《京都議定書(shū)》（1997）清潔發(fā)展機(jī)制同意將造林和再造林作為第一承諾期合格的CDM項(xiàng)目，而哥本哈根協(xié)議文件（2009）則提出“減少濫伐森林和森林退化引起的碳排放是至關(guān)重要的”，有必要通過(guò)立即建立包括REDD+在內(nèi)的機(jī)制，為這類(lèi)舉措提供正面激勵(lì)[1]。因此，在已有的研究文獻(xiàn)中，關(guān)于林地的有效利用與森林的可持續(xù)管理問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)，如Sampson等研究表明如果改變?nèi)?%～30%的森林管理體制可以使碳吸收上升到1.270PgC/a；Fang等根據(jù)國(guó)家近半個(gè)世紀(jì)的林業(yè)資源清查資料對(duì)我國(guó)50a來(lái)的森林碳匯功能與潛力進(jìn)行了分析[2]，結(jié)論顯示，我國(guó)自1949-1980年期間，由于林地利用變化而造成的碳源量為0.68PgC，每年的碳釋放量為0.022PgC；Gifford與Guo則對(duì)全球不同地區(qū)林地利用與森林覆蓋變化而引發(fā)的土壤固碳量變化進(jìn)行了總結(jié)，揭示出當(dāng)自然度高的天然林轉(zhuǎn)變?yōu)樽匀欢鹊偷娜斯ち謺r(shí)，平均土壤碳密度將下降15%左右，如果林地轉(zhuǎn)化為農(nóng)用地則平均將下降40%；Murty D的研究則認(rèn)為[3]，當(dāng)毀林發(fā)生而使林地轉(zhuǎn)為農(nóng)地，因?yàn)橛袡C(jī)碳SOC的輸入極大下降而且不斷進(jìn)行耕作，有機(jī)碳SOC的流失最高將達(dá)到75%；Soares-Filo等則應(yīng)用動(dòng)態(tài)模型并將人口和經(jīng)濟(jì)等因素納入到模型中進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)在基準(zhǔn)線(xiàn)情景下毀林肆虐將使亞馬遜流域近40%的森林面積在2050年消失，所造成的碳源量將達(dá)到11.7GtCO2e，而且毀林所引發(fā)的土地利用結(jié)構(gòu)變化還將使森林土壤中的大量有機(jī)碳（SOC）出現(xiàn)流失[4]；周廣勝研究發(fā)現(xiàn)，毀林引起的CO2釋放約1～2GtC/a；吳建國(guó)等通過(guò)對(duì)寧夏半干旱區(qū)的實(shí)地觀(guān)察表明，山楊（Populus davidiana）與遼東櫟（Prcliaotungensis）等類(lèi)型的天然次生林如果因毀林而變成農(nóng)地或草地后，有機(jī)碳密度將相繼降低35%與14%，并且有機(jī)碳的穩(wěn)定性也會(huì)下降[5]。

綜合這些研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，關(guān)于林地利用的碳源碳匯變化情況，現(xiàn)有的研究主要集中在總量的分析方面，而在林地利用變化的碳匯相對(duì)效率測(cè)度方面目前的研究文獻(xiàn)則很少。碳匯效率可以衡量林地利用結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的碳匯相對(duì)變化程度，一定程度上彌補(bǔ)了碳源碳匯總量等指標(biāo)過(guò)度重視碳增匯作為森林生態(tài)效能而忽視其實(shí)施過(guò)程中作為成本在實(shí)現(xiàn)林地有效利用中所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性不足。在林地利用實(shí)踐中，單位林地面積的固碳量、單位森林植被固碳量、單位面積蓄積量等指標(biāo)設(shè)計(jì)已經(jīng)意識(shí)到固碳效率（碳匯效率）的存在，在重視提升森林固碳總量的同時(shí)又強(qiáng)調(diào)林地利用結(jié)構(gòu)合理化的客觀(guān)存在。筆者則試圖基于區(qū)域的視角，對(duì)林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率進(jìn)行測(cè)度，并以杭州市域?yàn)榘咐归_(kāi)實(shí)證分析，相關(guān)的研究成果不僅對(duì)區(qū)域林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率研究具有理論貢獻(xiàn)，而且可以從碳循環(huán)調(diào)控的角度為區(qū)域低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式選擇與發(fā)展戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)。

2 相關(guān)概念與研究方法

“碳源匯效應(yīng)”概念源于環(huán)境生態(tài)學(xué)[6]，指某一類(lèi)型的植被每單位凈初級(jí)生產(chǎn)力NPP（Net Primary Productivity）所產(chǎn)生的碳匯量定義為該植被的碳匯效率（carbon sink efficiency，CSE），記為CSE=碳匯量/NPP，后來(lái)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)借用“碳源匯效應(yīng)”這個(gè)概念來(lái)指某一類(lèi)型的單位林地利用面積所產(chǎn)生的固定二氧化碳總量[7]，即CSE=固定二氧化碳總量/某一類(lèi)型的單位林地利用面積。本研究中是指運(yùn)用DEA計(jì)算得到的林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)。

DEA是以“相對(duì)效率”概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種多指標(biāo)投入和多指標(biāo)產(chǎn)出的決策單元（DMU）相對(duì)有效性評(píng)價(jià)方法?；驹硎菑臎Q策單元中選擇相對(duì)效率最高的確定為有效的，其他決策單元與這些有效的決策單元之間的差距決定其相對(duì)效率高低。DEA方法的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）DEA是由決策單元（DMU）的輸入輸出權(quán)重作為變量，模型采用最優(yōu)化方法來(lái)內(nèi)定權(quán)重，從而避免了確定各指標(biāo)的權(quán)重所帶來(lái)的主觀(guān)性；（2）假定每個(gè)輸入都關(guān)聯(lián)到一個(gè)或多個(gè)輸出，而且輸出輸入之間確實(shí)存在某種關(guān)系，使用DEA方法不必確定這種關(guān)系的顯示表達(dá)式；（3）采用DEA分析時(shí)不必計(jì)算綜合投入量和綜合產(chǎn)出量，因而避免了各指標(biāo)量綱等的不一致性而尋求可度量因素時(shí)所帶來(lái)的困難[8-10]。運(yùn)用DEA進(jìn)行區(qū)域林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率測(cè)度思路如下：

設(shè)有n個(gè)時(shí)間序列或截面林地利用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，它們具有相同的m種投入要素（各種類(lèi)型的林地利用結(jié)構(gòu)）和s種產(chǎn)出要素（固定二氧化碳總量）。DMUj表示第j個(gè)決策單元，其投入xi與產(chǎn)出yk可表示為：

[xi=（x1j，x2j，…，xmj）Tyk=（y1j，y2j，…，ysj）T] （1）

式中：xi—DMUj的i類(lèi)林地利用結(jié)構(gòu)投入矩陣；i—DMUj的林地利用類(lèi)型數(shù)，i=（1，2…m）；j—決策單元的個(gè)數(shù)，j=（1，2…n）；yk—DMUj的固定二氧化碳總量產(chǎn)出矩陣；k—DMUj的產(chǎn)出要素種類(lèi)數(shù)，k=（1，2，…s），s=1。設(shè)ω和ψ分別是加在m種輸入和s種輸出上的權(quán)重，可表示為：

[ω=（ω1，ω2，…，ωm）Tψ=（ψ1，ψ2，…，ψs）T] （2）

式中：ω—m種林地利用結(jié)構(gòu)輸入的權(quán)重向量，ω≥0；ψ—s種輸出的權(quán)重向量，ψ≥0。用投入產(chǎn)出向量（xi，yk）表示DMUj的活動(dòng)，則DMUj的總輸入TIj和總輸出TOj分別為：

[TIj=ω1x1j，ω2x2j，…，ωmxmj=xTiωTOj=ψ1y1j，ψ2y2j，…，ψ1y1j=yTkψ] （3）

式中：TIj—DMUj的總輸入矩陣，TOj—DMUj的總輸出矩陣。DEA用總輸入與總輸出之比的大小來(lái)衡量林地利用結(jié)構(gòu)的相對(duì)碳匯效率。令：

[CASEj=TOjTIj=yTkψxTiω] （4）

式中：CASEj—DMUj土地利用結(jié)構(gòu)的相對(duì)碳匯效率指數(shù)矩陣。式（4）中，權(quán)向量ω和ψ都是待定的。對(duì)每一個(gè)DMUj，求使CASEj達(dá)到最大值的權(quán)向量，就得到C2R-I模型（[P-]）。對(duì)每一個(gè)DMUj，解下式極大化問(wèn)題：

[maxyTkψxTiω=CASEjs.t.yTkψxTiω≤1] （[P-]） （5）

[若令φ=TIxTiω，則（5）轉(zhuǎn)化為：maxyTkφψ=CASEjs.t.yTkφψ≤1] （6）

線(xiàn)性規(guī)劃（6）的解稱(chēng)為DMUj的最佳權(quán)向量，它們是使DMUj的效率值CASEj達(dá)到最大值的權(quán)向量。為了便于檢驗(yàn)DEA的有效性，一般考慮式（6）的對(duì)偶模型的等式形式：

[θ?j=minθθj，λjs.t.j=1nλjxij+s-i=θxi，j=1nλjykij-s+k=ykλj≥0，s-i≥0，s+k≥0] （7）

式中：θ*j—DMUj碳匯效率指數(shù)，無(wú)量綱；λj—特征值；s-i—未投入利用的第i類(lèi)林地結(jié)構(gòu)變量數(shù)值；s+k—固碳總量產(chǎn)出不足的變量數(shù)值。設(shè)公式（7）的一組最優(yōu)解為（θ*j，λ*，s-，s+），林地利用結(jié)構(gòu)碳匯效率的DEA評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：若θ*j=1，則稱(chēng)DMUj為弱DEA有效，此類(lèi)情況可能存在某類(lèi)林地未全部投入利用或固碳總量未達(dá)到最大情景；當(dāng)θ*j=1，且s-=s+=0，即各類(lèi)林地資源全部投入使用，固碳總量達(dá)到最大，則稱(chēng)DMUj為DEA有效；若θ*j<1，則稱(chēng)DMUj為DEA無(wú)效。

3 實(shí)證研究

3.1 研究區(qū)概況 杭州市位于東經(jīng)118°21′～120°30′、北緯29°11′～30°33′，處于亞熱帶常綠闊葉林植被帶，森林資源豐富，在“十一五”期間，杭州市以建設(shè)國(guó)家森林城市和全國(guó)生態(tài)文明城市為契機(jī)，在營(yíng)造優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境方面進(jìn)行了積極探索，至“十一五”末，全市林地面積達(dá)到116.91萬(wàn)hm2，森林面積108.45萬(wàn)hm2?；盍⒛究傂罘e量4 349.72萬(wàn)m3，森林蓄積量4 224.02萬(wàn)m3。森林覆蓋率64.44%，固定CO2總量1 087 500t，在全國(guó)15個(gè)副省級(jí)城市中名列首位。杭州市目前已經(jīng)擁有我國(guó)首個(gè)碳匯林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)（臨安），經(jīng)國(guó)家批準(zhǔn)的CDM項(xiàng)目溫室氣體減排額居全國(guó)其他城市前列，這些政策和項(xiàng)目的實(shí)施必將帶來(lái)杭州市域林地?cái)?shù)量的新一輪大調(diào)整，如何對(duì)此調(diào)整過(guò)程所引發(fā)的杭州市域森林碳源碳匯變化效應(yīng)進(jìn)行科學(xué)有效的測(cè)度，以實(shí)現(xiàn)杭州市域碳匯林業(yè)發(fā)展的“可計(jì)量、可監(jiān)測(cè)、可核查”三可目標(biāo)，開(kāi)展相關(guān)的基礎(chǔ)研究已迫在眉睫。

3.2 樣本與指標(biāo)選擇 為了分析杭州市域林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率變化，并進(jìn)行橫向和縱向的比較，以杭州市全市8個(gè)縣市區(qū)2008-2010年林地利用結(jié)構(gòu)為評(píng)價(jià)單元（DMU），評(píng)價(jià)單元（DMU）共計(jì)為8×3=24，即24個(gè)評(píng)價(jià)單元（DMU）。林地利用結(jié)構(gòu)輸入指標(biāo)主要根據(jù)IPCC指南框架和IPCC-GPG-LULUCF對(duì)林地利用類(lèi)型的定義[11]，把杭州市域的林地利用結(jié)構(gòu)分為造林與再造林、森林管理和森林采伐等3個(gè)主要指標(biāo)；為與作為投入變量的林地利用結(jié)構(gòu)指標(biāo)相銜接，森林固碳總量輸出指標(biāo)采用造林再造林、森林管理和森林采伐3類(lèi)林地利用類(lèi)型的二氧化碳固定碳總和表示，因此，在DEA分析過(guò)程中，產(chǎn)出項(xiàng)個(gè)數(shù)將只有1項(xiàng)，即3種類(lèi)型林地利用所導(dǎo)致的“森林固碳總量”，這樣“投入項(xiàng)個(gè)數(shù)+產(chǎn)出項(xiàng)個(gè)數(shù)=4”，而4<24/2（即DMU個(gè)數(shù)/2），滿(mǎn)足DEA分析要求。各指標(biāo)的具體含義理解參考文獻(xiàn)[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]，指標(biāo)說(shuō)明見(jiàn)表1。

表1 林地利用結(jié)構(gòu)碳匯效率測(cè)度投入與產(chǎn)出指標(biāo)

[指標(biāo)類(lèi)型＼指標(biāo)名稱(chēng)＼指標(biāo)說(shuō)明＼投入指標(biāo)＼造林與再造林＼造林與再造林指新增或恢復(fù)森林覆蓋與林地利用的活動(dòng)。本文指造林與再造林的面積（單位：hm2）＼森林管理＼森林管理指為實(shí)現(xiàn)森林相關(guān)的生態(tài)（包括生物多樣性）、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)功能而采取的作業(yè)過(guò)程。本文指實(shí)施森林管理的面積（單位：hm2）＼森林采伐＼森林采伐指以提高林分郁閉度的各種形式的間伐或主伐數(shù)量。本文指森林采伐的材積量（單位：10km3）＼產(chǎn)出指標(biāo)＼造林和再造林固碳量＼造林林種的碳吸收量加上造林再造林土壤碳儲(chǔ)量總和＼森林管理固碳量＼森林管理活動(dòng)碳吸收匯扣除森林管理碳排放的凈增量＼森林采伐固碳量＼林分郁閉度提高的新增固碳量＼]

注：以上投入產(chǎn)出指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度驗(yàn)證參文獻(xiàn)[18]，各指標(biāo)的數(shù)據(jù)來(lái)源與計(jì)算方法見(jiàn)本文3.3部分論述。

3.3 數(shù)據(jù)來(lái)源與計(jì)算方法

3.3.1 林地利用數(shù)量變化數(shù)據(jù) 如上所述，林地利用數(shù)量輸入指標(biāo)主要根據(jù)IPCC指南框架和IPCC-GPG-LULUCF對(duì)林地利用類(lèi)型的定義，把杭州市域的林地利用結(jié)構(gòu)分為造林與再造林、森林管理和森林采伐等3個(gè)主要指標(biāo)，然后對(duì)不同類(lèi)型林地利用的面積和蓄積量數(shù)據(jù)、森林管理的活動(dòng)和水平數(shù)據(jù)等進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)和核算，主要數(shù)據(jù)來(lái)源于《杭州市統(tǒng)計(jì)年鑒》以及杭州市相關(guān)森林資源清查與統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)和有關(guān)研究報(bào)告，同時(shí)參考《全國(guó)森林資源統(tǒng)計(jì)》、《中國(guó)森林資源清查》、《中國(guó)林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《浙江省統(tǒng)計(jì)年鑒》進(jìn)行數(shù)據(jù)的修改與修正計(jì)算；對(duì)森林蓄積量、森林年生長(zhǎng)量、森林年消耗量（如森林采伐量、森林枯損量）等參數(shù)的計(jì)量參照《全國(guó)森林資源統(tǒng)計(jì)》和《中國(guó)林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合杭州市域不同地區(qū)的實(shí)地抽樣校驗(yàn)進(jìn)行修正；最終計(jì)算出杭州市域2008-2010年連續(xù)3a的林地利用結(jié)構(gòu)指標(biāo)如表2所示。

3.3.2 森林固碳總量數(shù)據(jù) 為與作為投入變量的林地利用數(shù)量指標(biāo)相銜接，森林固碳總量輸出指標(biāo)采用造林與再造林、森林管理和森林采伐3類(lèi)林地利用類(lèi)型的二氧化碳固定碳總和表示（見(jiàn)表2），基本數(shù)據(jù)來(lái)源于2008、2009與2010年的《杭州市森林資源與生態(tài)狀況公告》，所采用的固碳總量計(jì)算方法如下：

[ΔTCStock=it（ΔCStocki，t+ΔFMCStocki，t+DOStocki，t）] （8）

式中，⊿TCStock表示森林固碳總量，⊿CStockit表示造林和再造林固碳量，⊿FMCStockit為森林管理固碳量；DOStockit為森林采伐固碳量，i為不同地區(qū)，t為目標(biāo)年。各固碳量指標(biāo)具體計(jì)算方法如下[18]：

（1）造林和再造林固碳量（⊿CStockit）計(jì)算。根據(jù)現(xiàn)有可以獲得的數(shù)據(jù)，造林和再造林地的分類(lèi)數(shù)據(jù)缺乏，因此很難將造林和再造林區(qū)分開(kāi)，同時(shí)由于對(duì)造林和再造林碳吸收的估算方法相似，因此，《公告》中不區(qū)分造林和再造林，而將其合二為一，統(tǒng)稱(chēng)造林。計(jì)算包括兩方面：一方面是不同造林林種的碳吸收量計(jì)算。由于不同林種（用材林、防護(hù)林、經(jīng)濟(jì)林、薪炭林、竹林）的碳吸收量也有很大的不同，根據(jù)IPCC指南，《公告》中采用生物量轉(zhuǎn)換因子法（biomass expansion factor，BEF）計(jì)量造林再造林碳儲(chǔ)量變化；另一方面是造林再造林土壤碳儲(chǔ)量計(jì)算。這部分計(jì)算參照造林的土壤類(lèi)型面積和土壤有機(jī)碳密度來(lái)計(jì)算，再利用造林后土壤碳變化系數(shù)進(jìn)行修正。計(jì)量公式如下：

[ΔCStockit=ΔCStockALB，it+ΔCStockSOC，it] （9）

式中：⊿CStockALBit為第i地區(qū)t年所造林分活生物質(zhì)碳儲(chǔ)量的變化，⊿CStockSOCit為第i地區(qū)t年所造林分土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化。

（2）森林管理固碳量（⊿FMCStockit）計(jì)算。根據(jù)UNFCCC對(duì)森林管理的定義，森林管理是一個(gè)林地利用和作業(yè)系統(tǒng)，其目的是可持續(xù)地實(shí)現(xiàn)森林相關(guān)的生態(tài)（包括生物多樣性）、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)功能。計(jì)算包括兩方面：一方面是森林管理活動(dòng)碳吸收匯計(jì)算；另一方面是森林管理的碳排放計(jì)算。計(jì)算公式如下：

[ΔFMCStockit=FMUptakeit-FMEmissionit] （10）

式中： FMUptakeit和FMEmissionit分別為i地區(qū)森林管理在t年時(shí)的碳吸收（生長(zhǎng)）和排放（收獲）。

[FMUptakeit=Ait×Vit×VGRit×BEFi×WDi×CFi] （11）

式中：Ait為i地區(qū)森林管理在t年時(shí)符合森林管理活動(dòng)的面積（hm2），Vit為i地區(qū)森林管理在t年時(shí)的林分單位面積蓄積量（m3/hm2），VGRit為i地區(qū)森林管理在t年時(shí)的林分蓄積生長(zhǎng)率（%），BEFi為i地區(qū)樹(shù)干到全林的生物量擴(kuò)展系數(shù)平均值，WDi為i地區(qū)平均木材密度（tB/m3），CFi為i地區(qū)平均生物量碳密度（tC/tB）。

[FMEmissionit=AEMit×Vit×VCRit×BEFi×WDi×CFi] （12）

式中：VCRit為i地區(qū)森林管理在t年時(shí)的林分蓄積消耗率（%），其它參數(shù)同上。

（3）森林采伐固碳量（DOStockit）計(jì)算。其計(jì)算公式如下：

[DOStockit=Vit×Ait×BEFi×WDi×CDi+SOCit] （13）

式中：Vit為森林采伐年i地區(qū)森林單位平均蓄積量（m3/hm2），Ait為i地區(qū)第t年的森林采伐面積（hm2），BEFi為i地區(qū)樹(shù)干到全林的生物量擴(kuò)展系數(shù)平均值，WDi為i地區(qū)平均木材密度（tB/m3），CDi為i地區(qū)平均碳含量，SOCit為i地區(qū)第t年森林采伐引起的土壤碳貯量變化。

表2 杭州市全市及6個(gè)縣市區(qū)2008-2010年林地利用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

[市（區(qū)，縣）＼年份＼造林再造林（hm2）＼森林管理（hm2）＼森林采伐（×10km3）＼森林固碳總量（Tg）＼森林植被固碳（Tg）＼市區(qū)＼2008＼201＼1 249.52＼23.52＼1.03＼0.76＼2009＼187＼1 307.88＼17.95＼1.41＼0.91＼2010＼227＼1 159.86＼18.26＼1.29＼0.71＼蕭山＼2008＼517＼11 029.76＼187.33＼8.73＼2.03＼2009＼681＼11 783.42＼221.27＼10.07＼3.17＼2010＼584＼11 347.69＼198.42＼9.25＼3.02＼

余杭＼2008＼912＼32 136.42＼231.27＼9.86＼2.47＼2009＼934＼28 876.55＼176.39＼7.79＼2.03＼2010＼803＼37 264.13＼254.83＼10.53＼2.99＼

桐廬＼2008＼838＼44 325.50＼122.28＼11.36＼3.54＼2009＼1 049＼43 761.00＼122.97＼12.87＼3.67＼2010＼690＼41 949.00＼145.21＼13.39＼3.81＼

淳安＼2008＼574＼18 770.14＼299.47＼27.86＼8.67＼2009＼720＼11 175.10＼436.27＼31.58＼9.00＼2010＼298＼10 746.70＼562.72＼32.84＼9.34＼

建德＼2008＼460＼10 546.91＼251.73＼14.98＼4.66＼2009＼451＼98 34.91＼225.53＼16.98＼4.84＼2010＼673＼7 268.00＼47.41＼17.66＼5.02＼

富陽(yáng)＼2008＼490＼582.00＼180.04＼9.93＼3.09＼2009＼1 479＼1 486.00＼228.14＼11.25＼3.21＼2010＼584＼3 144.00＼212.77＼11.70＼3.33＼

臨安＼2008＼522＼4 415.90＼458.63＼20.70＼6.45＼2009＼486＼4 437.90＼458.09＼23.46＼6.69＼2010＼1 004＼3 325.00＼461.67＼24.40＼6.93＼]

注：“森林植被固碳量”為“森林固碳總量”的補(bǔ)充說(shuō)明指標(biāo)。

4 實(shí)證結(jié)果與驅(qū)動(dòng)因素分析

4.1 杭州市域林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)計(jì)算 研究以DEA-Solver Pro 6.0為計(jì)算操作平臺(tái)，選擇C2R-I模型對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下：（1）杭州市全市及6個(gè)縣市區(qū)的時(shí)間序列樣本，包括杭州市全市及6個(gè)縣市區(qū)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)和截面數(shù)據(jù)；（2）杭州市全市及6個(gè)縣市區(qū)2008年樣本、杭州市全市及6個(gè)縣市區(qū)2009年樣本、杭州市全市及6個(gè)縣市區(qū)2010年樣本分別組合計(jì)算。

這里，將杭州市全市與其所屬縣市區(qū)納入同一模型進(jìn)行比較的依據(jù)是根據(jù)魏權(quán)齡和王佳麗的論述，DEA既可以選用同級(jí)區(qū)域比較，亦可用于不同級(jí)區(qū)域比較，如果決策單元（DMU）之間存在包含關(guān)系，則可以相互驗(yàn)證其同質(zhì)性與有效性[9-10]。通過(guò)以上計(jì)算過(guò)程得到杭州市全市及6個(gè)縣市區(qū)2008-2010年林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率，如表3所示。

表3 杭州市全市及6個(gè)縣市區(qū)2008-2010年林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)指數(shù)

[市

（區(qū)、縣）＼θ*j＼s-＼s+＼ 造林再造林 ＼ 森林管理 ＼ 森林采伐 ＼2008＼2009＼2010＼2008＼2009＼2010＼2008＼2009＼2010＼2008＼2009＼2010＼2008＼2009＼2010＼市區(qū)＼0.77＼0.79＼0.87＼0.08＼0.02＼0＼0.13＼0.41＼0.09＼1.22＼1.01＼0.55＼0.37＼0.71＼0.22＼蕭山＼0.43＼0.39＼0.51＼0＼0＼0＼0.11＼0.07＼0＼0.07＼0.01＼0.32＼0.41＼0.39＼0.55＼余杭＼0.22＼0.31＼0.27＼0＼0＼0.03＼0.09＼0.12＼0.01＼0.14＼0.26＼0.09＼032＼0.51＼0.47＼桐廬＼082＼0.63＼1＼0＼0.09＼0＼0＼0＼0.05＼3.78＼7.01＼0＼0.42＼0.19＼0＼淳安＼1＼1＼1＼0＼0＼0＼0.11＼0＼0＼0＼0＼0＼0＼0＼0＼建德＼0.89＼1＼0.91＼0.01＼0＼0＼042＼0＼0.17＼2.57＼0＼3.79＼0.77＼0＼051＼富陽(yáng)＼0.53＼0.66＼0.47＼0.19＼0.07＼0.23＼0.33＼0＼0.72＼7.93＼4.12＼8.17＼1.22＼0.98＼1.01＼臨安＼1＼1＼1＼0＼0.01＼0＼0＼0＼0.02＼0＼0＼0＼0＼0＼0＼]注：2008、2009和2010年s+值分別為表中值×10-6、×10-6和×10-6，因此，s+可近似為零。

4.2 影響杭州市域林地利用數(shù)量變化碳源匯效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)因素分析

4.2.1 杭州市域林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率發(fā)展不平衡，市縣區(qū)之間相差較大 除杭州市總是DEA有效外，6個(gè)市縣區(qū)2008、2009和2010年林地利用結(jié)構(gòu)相對(duì)有效性比例分別為42.85%、57.14%、57.14%，其中，臨安與淳安總是DEA有效，2009年增加建德、2010年則增加桐廬為DEA有效，顯然，“十一五”期間杭州生態(tài)化城市建設(shè)目標(biāo)提高了6個(gè)縣市區(qū)的有效性比例；2008、2009和2010年，6個(gè)縣市區(qū)中市區(qū)與富陽(yáng)總是DEA無(wú)效，這些無(wú)效的縣市區(qū)具有一個(gè)共同特征，即森林采伐比例明顯偏高，超出為提高林分郁閉度的有效采伐比例，導(dǎo)致二氧化碳固碳量產(chǎn)出不足。此外，部分縣市區(qū)市的造林再造林、森林管理與也出現(xiàn)不同程度的冗余（表3），這說(shuō)明杭州一些縣市區(qū)新造林的單位面積森林蓄積量普遍偏低，森林管理對(duì)碳密度與森林生物量的提高沒(méi)有任何貢獻(xiàn)，這是由于造林再造林、森林管理的碳密度與森林生物量較低所致。

4.2.2 杭州市域中經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的林地利用結(jié)構(gòu)碳匯效率高于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū) 從杭州市域的林地結(jié)構(gòu)碳匯效率分析可以看出，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)（包括臨安、淳安與建德）的林地利用結(jié)構(gòu)碳匯效率相對(duì)高于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)（包括市區(qū)、富陽(yáng)與桐廬），這一方面與杭州市域森林分布的自然條件有關(guān)，即杭州市域的森林資源分布相對(duì)集中，西部多，東部少。淳安、臨安、建德是全市森林資源的集中分布區(qū)，3縣市森林面積合計(jì)與森林蓄積合計(jì)分別占全市森林面積和森林蓄積的68.88%與75.47%，因此這3縣市是杭州市域乃至整個(gè)長(zhǎng)三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)屏障和生態(tài)產(chǎn)品的重要供給源；但作為林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率指標(biāo)，其測(cè)算結(jié)果主要不是林地資源的總量，而是林地利用變化的相對(duì)碳匯效率，因此，這更多的是受經(jīng)濟(jì)因素的影響，杭州市域東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度要普遍高于西部地區(qū)，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的結(jié)果導(dǎo)致大量的林地資源被征占和毀林，根據(jù)浙江省征占林地抽查的相關(guān)資料[19-20]，杭州市域東部縣市區(qū)的林地征占和毀林以國(guó)家和省級(jí)重點(diǎn)工程、開(kāi)發(fā)區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)建設(shè)征占林地（包括農(nóng)用地）以及國(guó)有企事業(yè)單位改變林地用途為主，而林地征占和毀林一旦發(fā)生，原有森林所有生物量碳全部排放（不考慮木質(zhì)林產(chǎn)品碳貯量的變化），因此毀林引起的碳貯量變化將極大地降低東部縣市區(qū)林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率。

4.2.3 杭州市域林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率目前整體偏低，林地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置與潛力挖掘空間較大 2008、2009與2010年這3a中，杭州市域6個(gè)縣市區(qū)林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率僅為52.38%，3a來(lái)林地利用結(jié)構(gòu)均有效的縣市區(qū)僅有臨安與淳安，其他縣市區(qū)則有效性整體偏低，這說(shuō)明杭州市域目前的林地利用結(jié)構(gòu)仍然存在不合理情況，林地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置可挖掘潛力空間較大，特別是東部縣市區(qū)，其經(jīng)濟(jì)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的快速發(fā)展，目前正處于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)型期，通過(guò)有計(jì)劃、有步驟地改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，改善林地利用結(jié)構(gòu)，在封山育林保護(hù)森林碳匯的同時(shí)，抓好退耕還林，強(qiáng)化監(jiān)管，減少林地征占與毀林，減少水土流失，以改善杭州東部縣市區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境；而對(duì)西部縣市區(qū)，雖然目前林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率普遍較高，但仍然存在可改善之處，目前主要是加大力度，推進(jìn)西部林區(qū)的林分結(jié)構(gòu)改造，通過(guò)全面改造和補(bǔ)植套種的方式，改造低質(zhì)低效的林分，調(diào)整林種、樹(shù)種結(jié)構(gòu)，全面提高森林質(zhì)量和生態(tài)效應(yīng)，拓展林業(yè)碳匯功能，從整體上提升林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率。

5 結(jié)論與討論

研究以杭州市域?yàn)榘咐瑢?duì)我國(guó)區(qū)域林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)進(jìn)行了測(cè)度與實(shí)證研究，研究結(jié)論表明：林地利用數(shù)量變化的碳源匯效應(yīng)評(píng)價(jià)是可行的，而且區(qū)域林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率變化同其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平具有高度的相關(guān)性，這說(shuō)明經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變是區(qū)域林地利用結(jié)構(gòu)碳匯效率可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力源泉。研究結(jié)論的科學(xué)意義在于：

（1）林地利用結(jié)構(gòu)變化是影響區(qū)域碳循環(huán)的重要因素，將直接改變其碳儲(chǔ)量和碳通量的過(guò)程，從而影響最終的森林碳匯效率。而我國(guó)目前眾多地區(qū)高速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景對(duì)其區(qū)域的林地利用結(jié)構(gòu)變化影響非常劇烈[21-24]，從而為在較短時(shí)間尺度內(nèi)研究林地利用結(jié)構(gòu)變化對(duì)其區(qū)域碳匯效率影響的過(guò)程和機(jī)制提供了得天獨(dú)厚的條件。本研究成果不僅對(duì)區(qū)域林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率研究具有理論貢獻(xiàn)，而且可以從碳循環(huán)調(diào)控的角度為區(qū)域低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式選擇與發(fā)展戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)，其學(xué)術(shù)價(jià)值與實(shí)踐意義不言而喻。

（2）研究在IPCC指南框架下，將區(qū)域林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率評(píng)價(jià)看成是一個(gè)投入產(chǎn)出的過(guò)程，通過(guò)收集我國(guó)區(qū)域森林清查數(shù)據(jù)和歷年的林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒中的面積和蓄積量變化數(shù)據(jù)，并通過(guò)收集已發(fā)表文獻(xiàn)中有關(guān)森林各樹(shù)種生物量和生產(chǎn)力數(shù)據(jù)，獲取林地?cái)?shù)量變化的碳匯計(jì)量參數(shù)，結(jié)合實(shí)地進(jìn)行抽樣校驗(yàn)，最后運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法中基于投入導(dǎo)向的C2R-I模型，將林地利用中不同類(lèi)型的林地利用數(shù)量作為投入，將森林固碳總量作為最終產(chǎn)出，對(duì)我國(guó)區(qū)域林地利用結(jié)構(gòu)的碳匯效率進(jìn)行了測(cè)度與實(shí)證研究，克服了此類(lèi)分析在指標(biāo)確定及指標(biāo)內(nèi)涵選取上的隨意性。

（3）利用森林碳匯作用降低溫室氣體排放量是世界公認(rèn)的最經(jīng)濟(jì)有效且最有發(fā)展?jié)摿Φ霓k法，其成本大約是減排措施的1/30（陳根長(zhǎng)，2005）。我國(guó)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展大國(guó)，目前CO2排放量已超過(guò)美國(guó)居世界第一，在國(guó)際碳減排壓力日趨增大的背景下，我國(guó)各地區(qū)增匯減排的任務(wù)顯得尤為艱巨和迫切。目前我國(guó)許多地區(qū)正努力制定各種具有地區(qū)特色的增匯減排政策，并積極引進(jìn)國(guó)際CDM項(xiàng)目，這些政策和項(xiàng)目的實(shí)施必將帶來(lái)這些地區(qū)林地利用結(jié)構(gòu)的新一輪大調(diào)整，如何對(duì)此調(diào)整過(guò)程所引發(fā)的區(qū)域碳匯效率進(jìn)行科學(xué)有效的測(cè)度，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)區(qū)域碳匯林業(yè)發(fā)展的“可計(jì)量、可監(jiān)測(cè)、可核查”三可目標(biāo)，開(kāi)展相關(guān)的基礎(chǔ)研究已迫在眉睫。

參考文獻(xiàn)

[1]IPCC.Volume 4：Agriculture，F(xiàn)orestry and Other Land Uses（AFOLU）.2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories[M].IPCC/IGES，Hayama，Japan，2006.

[2]Fang J Y，et a1.Changes in Forest Biomass Carbon Storage in China Between 1949 and 1998[J].Science，2001，292：2 320-2 322.

[3]Murty D，Kirschbaum M U F，McMurtrie R E，et a1. Does conversion of forest to agriculturalland change soil carbon and nitrogen？A review of the literature[J]. Global Change Biology，2002，8： 105-123.

[4]Newell，R.G.，Stavins，R.N.Climate change and forest sinks： Factors affecting the costs of carbon sequestration[J]. Journal of Environmental Economics and Management，2000，40： 211-235.

[5]周濤，史培軍.土地利用變化對(duì)中國(guó)土壤碳儲(chǔ)量變化的間接影響[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2006，21（2）： 138-143.

[6]Stavins，R.N.，Richards，K.R..The cost of U.S. forest-based carbon sequestration[C].Pew Eemter on Global Climate Change，2005.

[7]Hee，H. S. Forest landscape models，definition，characterization，and classification[J].Forest Ecology and Management，2008，254：484-498.

[8]劉堅(jiān)，黃賢金，趙彩艷，等.基于DEA模型的城市土地利用結(jié)構(gòu)效應(yīng)分析[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27（3）：330-334.

[9]魏權(quán)齡，張倩偉.DEA的非參數(shù)規(guī)模收益預(yù)測(cè)方法[J].中國(guó)管理科學(xué)，2008，16（2）： 25-29.

[10]王佳麗，黃賢金，鄭澤慶.區(qū)域規(guī)劃土地利用結(jié)構(gòu)的相對(duì)碳效率評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（7）：302-306.

[11]UNFCCC.Methodological issues，land-use，land-use change and forestry[C].Submissions from Parties，SBSTA 13th Session，Lyon，2000.

[12]張穎，吳麗莉，蘇帆，等.我國(guó)森林碳匯核算的計(jì)量模型研究[J].北京林業(yè)大學(xué)報(bào)，2010，32（2）：194-200.

[13]葛全勝，戴君虎，何凡能，等.過(guò)去300年中國(guó)土地利用、土地覆被變化與碳循環(huán)研究[J].中國(guó)科學(xué)D輯：地球科學(xué)，2008，38（2）： 197-210.

[14]Huang，Sheng Zhong.Research and application of wavelet neural networks of particle swarm optimization algorithm in the performance prediction of centrifugal compressor[J].Advanced Materials Research，2011，87：271-276.

[15]Iverson L R，Prasad A M，Matthews S N，et al. Estimating potential habitat for 134 eastern US tree under six climate scenarios[J].Forest Ecology and Management，2008，254：390-406.

[16]Canadell，J. G.，Raupach，M. R.. Forest management for climate change mitigation[J]. Science，2008，320： 1 456-1 457.

[17]Gustafson E J，Lytle D E，Swaty R，et al. Simulating the cumulative effects of multiple forest management strategies on landscape measures of forest sustainability[J].Landscape Ecology，2007，22：141-156.

[18]侯振宏.中國(guó)林業(yè)活動(dòng)碳源匯及其潛力研究[D].北京：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，2010：41-78.

[19]游和遠(yuǎn)，吳次芳，林寧，等.基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的土地利用生態(tài)效率評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（3）：309-315.

[20]游和遠(yuǎn)，吳次芳.土地利用的碳排放效率及其低碳優(yōu)化[J].自然資源學(xué)報(bào)，2010，25（11）：1 875-1 886.

[21]嵇浩翔，史琰，朱軼梅，等.杭州市不同土地利用類(lèi)型的樹(shù)木生長(zhǎng)和碳固存[J].生態(tài)學(xué)雜志，2011，30（11）：2 405-2 412.

[22]陶星名，田光明，王宇峰，等.杭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析[J].經(jīng)濟(jì)地理，2006，26（4）：665-668.

[23]黃秀娟.中國(guó)森林公園旅游發(fā)展效率的比較與分析[J].林業(yè)科學(xué)，2011，47（12）：22-27.

[24]劉傳明，李紅，賀巧寧.湖南省土地利用效率空間差異及優(yōu)化對(duì)策[J].經(jīng)濟(jì)地理，2010，30（11）：1 890-1 895.