利用蓄積法估算沈陽城市森林固碳效益

魏 旭

（遼寧省林業(yè)基金管理總站，遼寧沈陽 110036）

城市森林對城市生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用，主要是通過生態(tài)效益來實(shí)現(xiàn)的。它主要包括：調(diào)節(jié)城市小氣候、維持碳氧平衡、清除大氣污染物等方面。正確認(rèn)識和評價(jià)城市森林的價(jià)值與效益是管理好城市森林的基礎(chǔ)，使有限的城市綠化用地發(fā)揮最大的改善城市生態(tài)環(huán)境的作用，達(dá)到生態(tài)、景觀、經(jīng)濟(jì)等各種效益的有機(jī)結(jié)合。因此，探討城市森林生態(tài)效益，揭示其存在的突出問題，對優(yōu)化和調(diào)控城市森林生態(tài)系統(tǒng)，保障城市生態(tài)安全及可持續(xù)發(fā)展，都具有十分重要的意義[1]。

1 資料與方法

1.1 自然概況

沈陽市地處遼寧省中部，位于東經(jīng)122°25'9″～123°48'24l″，北緯41°1l'53″ ～43°02'13″。總面積為12 980km2，全市綠化覆蓋率達(dá)28.2%。沈陽市處于長白植物區(qū)系、蒙古植物區(qū)系和華北植物區(qū)系交匯地帶。植物種類比較豐富，約有種子植物98科371屬779種。

1.2 數(shù)據(jù)收集

借助QuickBird遙感影像，利用ARCview3.3在沈陽三環(huán)以內(nèi)區(qū)域按照城市森林的分布特征均勻的選擇樣地，樣地按照其自然走勢進(jìn)行取樣，2015年9～10月進(jìn)行城市森林調(diào)查，共調(diào)查樣地222塊，其中有效樣地213塊，具體的樣地類型、樣地?cái)?shù)及面積見表1。調(diào)查內(nèi)容包括樣地內(nèi)的樹木種類、胸徑、健康狀況、樹高、冠幅和林木分層以及郁閉度等。

表1 城市森林樣地選取

1.3 研究方法

本文主要是通過對沈陽市森林的喬木材積的計(jì)算，從而推算出沈陽森林的總生物量。根據(jù)森林的總生物量得出沈陽市森林的固碳總量，并根據(jù)碳稅法計(jì)算出沈陽城市森林的固碳效益。

1.3.1 喬木材積的計(jì)算方法

喬木材積的計(jì)算方法為：

fa：平均實(shí)驗(yàn)行數(shù)；g1.3：胸高斷面積；h：樹高。

本文所用的實(shí)驗(yàn)行數(shù)主要來自于昌庚教授等提出實(shí)驗(yàn)形數(shù)（如表2）。實(shí)驗(yàn)形數(shù)是為了吸取胸高形數(shù)的量測方便和正形數(shù)不受樹高影響這兩方面的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)的。

表2 主要喬木樹種平均實(shí)驗(yàn)形數(shù)表

1.3.2 喬木生物量的計(jì)算方法

目前材積源-生物量法被認(rèn)為是一種較好的估測森林生物量的方法（Volume biomass method）[2]。周教授等在總結(jié)前人對生物量和蓄積量研究的基礎(chǔ)之上，利用收集到的全國實(shí)地測量資料，其中包括總生物量和蓄積量，建立了生物量和蓄積量的雙曲線關(guān)系模型：

1.3.3 灌木生物量的計(jì)算方法

對沈陽地區(qū)灌木生物量的計(jì)算采用了張倩媚等建立的關(guān)于灌木生物量的一個(gè)回歸方程[3]。

W：生物量 H：灌木的高度。

1.3.4 森林固碳量的計(jì)算方法

森林的生長過程，是光合作用的過程，其化學(xué)反應(yīng)方程式：

上述方程式可見，林木生長每產(chǎn)生162g干物質(zhì)需吸收（固定）264g CO2，釋放192g O2。

則林木每形成1噸干物質(zhì)，需吸收（固定）1.63t CO2，釋放1.2t O2。

生物量含碳率的換算系數(shù)在這里我們?nèi)?.5，因?yàn)橐?.5作為轉(zhuǎn)換系數(shù)來估算全部森林喬木層的碳貯量時(shí)所產(chǎn)生的正負(fù)誤差可以部分抵消。

1.3.5 森林固碳效益的計(jì)算方法

采用碳稅法（即向大氣排放CO2的稅費(fèi)）計(jì)算固定CO2的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，國際上通用的是瑞典的碳稅率，它的碳稅率大約是每噸C為150美元，將此碳稅率換算為固定CO2率：即每噸CO2為40.94 美元，折合人民幣CO2為339.80 元/t。

目前國際上主要采用工業(yè)制氧價(jià)格來計(jì)算植物釋放O2的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，以工業(yè)氧的現(xiàn)價(jià)0.4元/kg來計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 喬木材積的計(jì)算結(jié)果

以樣方E013為例，E013內(nèi)主要的樹種有刺槐、旱柳、榆樹、加楊。這些樹種都屬于闊葉樹，以表2得到它們的平均實(shí)驗(yàn)形數(shù)為0.4。

表3 樣方E013數(shù)據(jù)

所以刺槐E0130026的材積為V=0.4×0.00385×（4+3）＝0.01078m3

從而得到樣方E013內(nèi)4個(gè)樹種的材積。

表4 樣方E013樹種材積

用同樣的方法得到不同森林類型樣方總材積。

表5 不同森林類型的樣方總材積

2.2 喬木生物量的計(jì)算

我們用周等建立的生物量和蓄積量的雙曲線關(guān)系模型B=v/（0.9399+0.0026v）。B：生物量 V：蓄積量 來計(jì)算喬木的生物量。

以樣方E013為例刺槐E0130026的材積為0.01078m3。其生物量為B=V/（0.9399+0.0026×V）=0.001078/（0.9399+0.0026×0.001078）= 0.0115t。

以同樣的方法得到樣方E013內(nèi)4個(gè)樹種的生物量。

表6 樣方E013樹種生物量

從而把得到5種不同森林類型喬木的總生物量如下表。

表7 不同森林類型的樣方生物量

喬木的總生物量為：2 723.3t。

所設(shè)置樣地的總面積為53.01 hm2。

圖1 沈陽市不同森林類型的面積（hm2）

2.3 灌木的生物量計(jì)算

根據(jù)灌木的高度，采用公式：

W：生物量 H：灌木的高度，

得出樣地內(nèi)灌木的總生物量為64.12t。單位面積灌木的生物量為64.12/53.01＝1.21t。

2.4 城市森林的固碳和釋氧量

根據(jù)不同森林類型的固碳和釋氧量從而得到沈陽市不同森林類型的固碳和釋氧效益。

通過對所得數(shù)據(jù)的整理與分析，得出沈陽市三環(huán)以內(nèi)森林固碳總量為41.3萬t，以碳稅法計(jì)算CO2成本價(jià)格339.80元/t，綠化植物固碳效益為1.41億元。沈陽市三環(huán)以內(nèi)森林釋氧總量30.4萬t，為按工業(yè)制氧價(jià)格0.4元／kg計(jì)算，綠化植物釋氧效益為1.21億元。因此沈陽市森林的固碳釋氧的總價(jià)值為2.62億元。

2.5 城市不同森林類型固碳和釋氧能力

在不同城市森林類型固碳能力中，以附屬林最高，道路林其次，生態(tài)公益林和風(fēng)景游憩林相近，生產(chǎn)經(jīng)營林最低。這主要是由于附屬林在沈陽城區(qū)，各企事業(yè)單位內(nèi)附屬的城市森林相對具有較好的管理，特別是具有較長的經(jīng)營歷史，因此，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，郁閉度較高，年齡較大，相應(yīng)樹木的胸徑以及樹冠體積等都相應(yīng)較大，具有較高的固碳能力。道路林結(jié)構(gòu)比較簡單，樹種較為單一，但道路林所選用的樹種一般為生長速度較快的樹種，在某一時(shí)期內(nèi)具有較高的固碳能力。沈陽的生態(tài)公益林大多為速生樹種，以楊、柳、榆、（刺）槐居多，高郁閉度類型多以中齡林為主，但由于林分退化嚴(yán)重在一定程度上影響了其固碳能力，低郁閉度類型中多為新近栽植的類型，種類雖有所增加，但由于年齡偏低，沒有發(fā)揮出應(yīng)有的固碳水平。風(fēng)景游憩林各郁閉度等級固碳率變化較穩(wěn)定，高郁閉度類型固碳率在各城市森林類型中居中等偏上，低郁閉度等級則為最高，這與沈陽建設(shè)森林城市大量栽植的幼樹有關(guān)。生產(chǎn)經(jīng)營林具有的高碳密度則具有獨(dú)特的表現(xiàn)，具有高郁閉度高碳密度，低郁閉度低碳密度的特征，這是由于生產(chǎn)經(jīng)營林的特點(diǎn)決定，在高郁閉度類型中主要以高密度分布為主體，樹木排列極為密集，種類單一，林齡處于中幼林，具有較高的樹高和冠幅，高碳密度主要來源于高密度；低郁閉度類型主要表現(xiàn)為低密度特征，或?yàn)楦呙芏纫浦埠筇卣?，或?yàn)楸旧碓灾驳牡兔芏龋挲g較低，多處于幼齡林或幼苗階段。因此其固碳能力較低。

表8 森林的固碳和釋氧量

表9 沈陽市不同森林類型的固碳和釋氧效益

不同森林類型的固碳和釋氧是同一個(gè)過程。因此，一個(gè)森林的固碳能力同樣也代表了這個(gè)森林的釋氧能力。而森林關(guān)于這兩方面的過程又不是不變的。因此，在研究不同森林類型的固碳釋氧能力時(shí)，我們應(yīng)以發(fā)展的觀點(diǎn)去看待它們。

3 結(jié)論

通過以上估算可知，沈陽市森林固碳總量為413 389.3 t，以碳稅法計(jì)算CO2成本價(jià)格339.80 元/t，綠化植物固碳效益為1.41億元。沈陽市森林釋氧總量為304 335.7t，為按工業(yè)制氧價(jià)格0.4元/kg計(jì)算，綠化植物釋氧效益為1.21億元。沈陽市森林的固碳釋氧所產(chǎn)生的總生態(tài)價(jià)值為2.62億元。

在不同的森林類型中，以附屬林的固碳能力最高，道路林其次，生態(tài)公益林和風(fēng)景游憩林相近，生產(chǎn)經(jīng)營林最低。而對于沈陽整個(gè)范圍來說，生態(tài)公益林所占的面積較大，因此發(fā)揮的總體效益也較大，其次是風(fēng)景游憩林。生態(tài)公益林和風(fēng)景游憩林占到了總面積的68.8%。生產(chǎn)經(jīng)營林和附屬林的面積其次。道路林雖有較高的固碳能力，但由于其面積較小。固碳效益也沒有得到充分的發(fā)揮。

森林的固碳效益及其他生態(tài)效益受多種因素的影響。森林的生態(tài)效益是一個(gè)長期發(fā)揮的過程。我們不僅要關(guān)注目前狀態(tài)下不同森林類型的效益，同時(shí)也要考慮長遠(yuǎn)效益，使森林資源效益可持續(xù)的發(fā)展。而沈陽市的森林大多以中、幼齡林居多，雖然現(xiàn)在森林整體所發(fā)揮的效益達(dá)不到最大值，但隨著時(shí)間的推移及沈陽市森林結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化和面積的不斷加大。中、幼齡林所發(fā)揮的作用越來越大，隨著他們的進(jìn)一步成熟，它們所發(fā)揮的生態(tài)效益將進(jìn)一步加大，它們將是一個(gè)潛在的巨大的碳庫。

[1] 王巨斌，趙慧珠.提高沈陽市綠化生態(tài)效益的重要途徑[J].遼寧師專學(xué)報(bào)，2004，6（8）：86-88.

[2] 唐守正，張會儒.相容性生物量模型的建立及其估計(jì)方法研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2000，36（?？?）：19-27.

[3] 張峰，上官鐵梁，李素珍.關(guān)于灌木生物量建模方法的改進(jìn)[J].生態(tài)學(xué)雜志，1993，12（6）：67-69.