綠化植物固碳量的經(jīng)濟(jì)效益分析

□栗星然，王子豪

（1.蘇州大學(xué)，江蘇 蘇州 215006；2.河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)，河南 鄭州 450000）

習(xí)近平總書記在世界經(jīng)濟(jì)論壇“達(dá)沃斯議程”對(duì)話會(huì)中提出：“中國將繼續(xù)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，確保實(shí)現(xiàn)2030 年前二氧化碳排放達(dá)到峰值、2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)?！蓖瑫r(shí)，“十四五”規(guī)劃中指出，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%。落實(shí)2030 年應(yīng)對(duì)氣候變化國家自主貢獻(xiàn)目標(biāo)，制定2030 年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案。完善能源消費(fèi)總量和強(qiáng)度雙控制度，重點(diǎn)控制化石能源消費(fèi)。實(shí)施以碳強(qiáng)度控制為主、碳排放總量控制為輔的制度，支持有條件的地方和重點(diǎn)行業(yè)、重點(diǎn)企業(yè)率先達(dá)到碳排放峰值。推動(dòng)能源清潔低碳安全高效利用，深入推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型。加大甲烷、氫氟碳化物、全氟化碳等其他溫室氣體控制力度，提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力。錨定努力，采取更加有力的政策和措施，爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

黨的十八大首次將“大力推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)”作為一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略決策提出以來，生態(tài)文明建設(shè)成為全黨、全國人民實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的一項(xiàng)重要任務(wù)。黨的十八屆五中全會(huì)更是將增強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)作為國家五年規(guī)劃提出。在黨的十九大報(bào)告中，習(xí)近平總書記指出，一是要推進(jìn)綠色發(fā)展。加快建立綠色生產(chǎn)和消費(fèi)的法律制度和政策導(dǎo)向，建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系。二是要著力解決突出環(huán)境問題。堅(jiān)持全民共治、源頭防治，持續(xù)實(shí)施大氣污染防治行動(dòng)，打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)。中國政府在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上提出：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。”在“十四五”規(guī)劃中，同樣將碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，作為未來5 年經(jīng)濟(jì)建設(shè)的一大重要目標(biāo)。

碳中和一般是指國家、企業(yè)、產(chǎn)品、活動(dòng)或個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳或溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式，以抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳或溫室氣體排放量，實(shí)現(xiàn)正負(fù)抵消，達(dá)到相對(duì)“零排放”。通過綠化植物的光合作用對(duì)二氧化碳等溫室氣體進(jìn)行吸收，從而抵消社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中不可避免出現(xiàn)的碳排放問題，實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。

文章以江蘇省為例，通過《江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒》獲知，江蘇省活立木總蓄積量與森林蓄積量只在2013—2014 年出現(xiàn)增長，而在2014 年之后幾乎保持不變，這表明江蘇省在近7 年內(nèi)無大規(guī)模植樹造林計(jì)劃，森林植物蓄積量保持在相對(duì)穩(wěn)定水平上。而2013—2014 年江蘇省林業(yè)用地面積、森林面積、人工林面積和森林覆蓋率同時(shí)出現(xiàn)了下降。同時(shí)，在2014 年后，上述指標(biāo)也幾乎保持不變，這表明江蘇省林業(yè)用地在近8 年內(nèi)無大幅度計(jì)劃增減，且伴隨著城市化進(jìn)程的進(jìn)一步擴(kuò)大，林地面積及森林覆蓋率將呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。根據(jù)中國碳核算數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可知，江蘇省1997—2019 年的碳排放量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且在2005—2010 年上升速度最快。近年來，由于我國大力發(fā)展生態(tài)文明建設(shè)的原因，江蘇省碳排放量增長幅度放緩。但基于經(jīng)濟(jì)建設(shè)與城市化進(jìn)一步發(fā)展的需要，未來江蘇省碳排放量在大趨勢(shì)下仍將繼續(xù)保持增長趨勢(shì)。

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，江蘇省的林地規(guī)劃面積在近年內(nèi)將不會(huì)出現(xiàn)明顯的增長趨勢(shì)，且存在下降的可能。綠色植物的固碳總量將不會(huì)出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，而江蘇省碳排放量在未來大趨勢(shì)上呈現(xiàn)增長趨勢(shì)，必然導(dǎo)致大量溫室氣體被排放至大氣中，顯然與生態(tài)文明建設(shè)與碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)相違背。因此，文章旨在通過優(yōu)化綠化植物，合理配置江蘇省林地面積，針對(duì)江蘇省現(xiàn)有林業(yè)用地面積，制訂合理的綠化植物種植方案。

1 基本假定

第一，每株香樟樹年固碳量大小恒定，不會(huì)因外界因素變化而變化。

第二，只考慮香樟樹種群的固碳量，且植物碳密度近似等于香樟樹種群間密度。

第三，假定香樟樹種群林齡類型為均衡型。

第四，林業(yè)用地的土地價(jià)格不隨地理位置的改變而改變，單株香樟樹的價(jià)格不會(huì)因?yàn)橘徺I數(shù)量的變化而改變。

第五，不考慮其他綠化植物群落與香樟樹種群之間出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)，而導(dǎo)致香樟樹種群固碳量出現(xiàn)大幅度降低的可能性。

第六，江蘇省政府不改變現(xiàn)有林業(yè)用地規(guī)劃面積及綠化植物維護(hù)費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)。

第七，江蘇省不發(fā)生大規(guī)模自然災(zāi)害，致使綠化植物遭到大規(guī)模破壞。

2 固碳量模型

2.1 江蘇省綠化植物分析

通過走訪調(diào)查可知，江蘇省常見的園林道路綠化植物包括喬木屬的香樟、廣玉蘭、桂花、銀杏、女貞、垂柳、日本晚櫻等，灌木屬的毛竹、石榴、楊梅、夾竹桃等。在上海交通大學(xué)趙艷玲的《上海社區(qū)綠地植物群落固碳效益分析及高固碳植物群落優(yōu)化》中，利用CITY green 分析了上海市社區(qū)綠地常見園林植物春季固碳釋氧效益。

在江蘇省常見綠化園林植物中，大喬木屬的香樟固碳釋氧效果最佳。相較于其他綠化植物而言，香樟樹不僅四季均可進(jìn)行固碳釋氧，而且其固碳量與種群數(shù)量呈正相關(guān)關(guān)系，更加適合群體種植。因此，文章以香樟樹作為主要綠化種植樹木進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

2.2 江蘇省碳排預(yù)測(cè)

2.2.1 灰色預(yù)測(cè)分析

20 世紀(jì)80 年代，我國著名學(xué)者鄧聚龍教授創(chuàng)立的灰色系統(tǒng)理論，使得大量不確定系統(tǒng)問題得到解決。而對(duì)于其中的灰色預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其原理在于通過尋找已知信息中具有高價(jià)值的信息，探究總結(jié)出隨機(jī)數(shù)組間的相對(duì)規(guī)律，并通過該規(guī)律進(jìn)一步進(jìn)行預(yù)測(cè)的系統(tǒng)性預(yù)測(cè)模型。

文章采用累加生成數(shù)列對(duì)江蘇省碳排放量數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。累加生成數(shù)列是指，將原始數(shù)據(jù)組中各時(shí)刻數(shù)據(jù)依次累加后生成的數(shù)列。通過累加生成過程，可以使得原本無序的數(shù)組出現(xiàn)明顯的規(guī)律性變化。之后定義灰導(dǎo)數(shù)，具體見公式（1）。

其中，表示發(fā)展系數(shù)，為灰作用量。此時(shí)公式（2）對(duì)應(yīng)的白微分方程，具體見公式（3）。

原始數(shù)據(jù)序列的標(biāo)準(zhǔn)差滿足，具體見公式（4）。

預(yù)測(cè)殘差序列的標(biāo)準(zhǔn)差滿足，具體見公式（5）。

后驗(yàn)差比值，具體見公式（6）。

2.2.2 碳排放量預(yù)測(cè)

將《江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒》中1997—2019 年的年碳排放量數(shù)據(jù)作為原始數(shù)列，累加生成過程得到累加生成數(shù)列λ（k），并帶入白微分方程中，利用MATLAB 求得其結(jié)果為2020—2022 年預(yù)計(jì)江蘇省年碳排放量分別為655.610 7 t，659.284 3 t 和662.979 7 t，后驗(yàn)差比值為0.275 23＜0.35，系統(tǒng)預(yù)測(cè)精度良好。

分析上述結(jié)果可知，江蘇省2022 年全年碳排放量預(yù)計(jì)將達(dá)到662.979 7 t。

2.3 郁閉度與種群密度的相關(guān)分析

《上海社區(qū)綠地植物群落固碳效益分析及高固碳植物群落優(yōu)化》的研究表明，植物的郁閉度與植物群落的碳密度存在某種相關(guān)關(guān)系，而對(duì)于單一植物種群構(gòu)成的群落而言，碳密度即為該植物種群的密度。將郁閉度和碳密度的數(shù)據(jù)利用SPSS 的曲線擬合進(jìn)行回歸分析，算出參數(shù)估計(jì)（見表1）以及擬合出郁閉度與碳密度關(guān)系曲線（見圖1）。

圖1 郁閉度與碳密度關(guān)系

由表1 可知，當(dāng)郁閉度與碳密度間滿足二次關(guān)系時(shí)，擬合后表達(dá)式的為0.999，調(diào)整后的為0.998，均為最大值，且均超過了0.9。這表明，郁閉度與碳密度之間滿足以下等式時(shí)，相較于其他關(guān)系擬合效果最佳，具體見公式（7）。

表1 郁閉度與碳密度關(guān)系的參數(shù)估計(jì)

同時(shí)，利用計(jì)算得到函數(shù)的回歸平方和為998.818，殘差平方和為1.182。同樣表明，郁閉度與碳密度在二次關(guān)系下的擬合效果較好。

2.4 不考慮財(cái)政支出下的香樟樹種植方案

根據(jù)《上海城市森林群落結(jié)構(gòu)特征與固碳能力研究》中的結(jié)論獲知，植被碳儲(chǔ)量和年碳吸收量之間存在相應(yīng)關(guān)系，具體見公式（8）。

其中，Q表示植物固碳總量，表示植物種植面積，表示碳削減系數(shù)。在不考慮政府財(cái)政支出的情況下，盡可能要求綠化植物碳吸收量最大，目標(biāo)函數(shù)具體見公式（9）。

預(yù)計(jì)江蘇省在近期內(nèi)不會(huì)擴(kuò)大現(xiàn)有綠地面積規(guī)劃，因此綠化植物的種植面積不能高于現(xiàn)有江蘇省綠地規(guī)劃總面積。

根據(jù)《江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)可知，江蘇省現(xiàn)有綠化總面積為1 071 000 hm，因此≤1 071 000。而假定種植的香樟樹的林齡均為均衡型，那么其碳削減系數(shù)=0.001 72。根據(jù)上述限制條件建立線性規(guī)劃模型，具體見模型（10）。

據(jù)上述方法在Lingo 中編程求解，整理結(jié)果為：在不考慮政府開支的情況下，種植595 614 棵香樟樹，規(guī)劃種植面積在1 071 000 hm時(shí)，綠化植物固碳量達(dá)到最大值1 172 t，種群郁閉度將達(dá)到63.622 34%。

3 固碳量優(yōu)化模型

在固碳量模型中，存在兩個(gè)嚴(yán)重的問題。一方面，綠化植物的固碳量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于江蘇省2022 年預(yù)計(jì)碳排放量值，這就導(dǎo)致過多的土地被用于種植香樟樹，同時(shí)導(dǎo)致大量不必要的政府財(cái)政支出。另一方面，由于模型中不考慮江蘇省政府的綠化開支，這就導(dǎo)致模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際嚴(yán)重不符。因此，對(duì)固碳量模型進(jìn)一步優(yōu)化，考慮政府開支對(duì)于種植的影響因素，建立了固碳量優(yōu)化模型。

本研究僅從香樟樹購買價(jià)格、土地成本和后期綠化維護(hù)費(fèi)用3 個(gè)角度出發(fā)，考慮在種植過程中可能出現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)成本。其中，表示種植總成本，p表示單株樹木種植成本，p表示每公頃土地價(jià)格，p表示每公頃土地綠化維護(hù)費(fèi)用，目標(biāo)函數(shù)具體見公式（11）。

根據(jù)《蘇州市市區(qū)綠地養(yǎng)護(hù)管理暫行辦法》的規(guī)定，將蘇州市綠地分為一級(jí)綠地、二級(jí)綠地、三級(jí)綠地3 個(gè)等級(jí)。一級(jí)綠地是指主要位于主干道或公園、街頭等人流量較大、要求標(biāo)準(zhǔn)較高的綠地，其養(yǎng)護(hù)定額為94 000 元/hm。二級(jí)綠地是指位于街頭、小游園、非主干路旁的綠化植物，其養(yǎng)護(hù)定額為78 000 元/hm。三級(jí)綠地是指位于城市外圍或近郊等較偏遠(yuǎn)的綠地，其養(yǎng)護(hù)定額為67 000 元/hm。由于城市中的綠化用地相較于郊區(qū)綠化用地而言面積較小，因此這里將綠化用地全部按照三級(jí)綠地標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，即綠化養(yǎng)護(hù)費(fèi)用為67 000 元/hm。

據(jù)江蘇省苗木價(jià)格參考表數(shù)據(jù)可知，干徑在15～15.9 cm 的香樟樹價(jià)格為1 320 元/株。據(jù)蘇州市土地價(jià)格數(shù)據(jù)得知，江蘇省平均土地價(jià)格為45 220 元/hm。在考慮財(cái)政支出的情況下，種植香樟樹的面積同樣不能超過江蘇省綠地總規(guī)劃面積。

與此同時(shí)，植物年總碳吸收量還需要超過2022 年江蘇省預(yù)計(jì)全年碳排放量，即由公式（8）可知：Q≥651.956 3，其中根據(jù)公式（7）可知：=0.127-12.038+0.018。因此，根據(jù)上述約束條件建立線性規(guī)劃模型，具體見模型（12）。

通過Lingo 編程求解，整理結(jié)果為：在考慮政府開支的情況下，種植330 329 棵香樟樹，規(guī)劃種植面積為595 778.2 hm時(shí)，綠化植物固碳量達(dá)到651.956 3 t，種群郁閉度將達(dá)到63.621 72%。此時(shí)，政府開支將達(dá)到最小值，為67 254 620 184 元。

4 模型優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 模型優(yōu)點(diǎn)

第一，創(chuàng)新性地將綠色植物固碳量與城市綠化相結(jié)合，使得在減少城市碳排放的同時(shí)，還能兼顧城市綠化。

第二，將植物的郁閉度與植物種群間密度進(jìn)行回歸分析，更加準(zhǔn)確地描述了植物郁閉度與植物種群間密度的相關(guān)關(guān)系，使得在分析植物碳吸收量時(shí)，更加簡單地得到了植物的郁閉度，而不需要再進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)，節(jié)約了研究時(shí)間。

第三，采用灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)江蘇省年碳排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)，由于灰色模型對(duì)于小樣本數(shù)據(jù)具有較好的預(yù)測(cè)效果，因此預(yù)測(cè)結(jié)果較為精確。

第四，利用Lingo、SPSS 等數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件，使得決策模型更加科學(xué)準(zhǔn)確。

4.2 模型缺點(diǎn)

第一，本研究只考慮對(duì)單一植物的固碳量進(jìn)行分析，而實(shí)際規(guī)劃中，由于不同種植物間存在相互影響效果，因此根據(jù)本模型推導(dǎo)得出的結(jié)果可能與實(shí)際產(chǎn)生一定的偏差。

第二，本研究考慮的價(jià)格是平均價(jià)格，不同地區(qū)間可能因?yàn)榇嬖谝欢ǖ膬r(jià)格差異，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)模型結(jié)果出現(xiàn)偏差。

第三，在進(jìn)行植物碳吸收量與碳密度的相關(guān)分析中，由于只考慮了一種植物，因此將碳密度簡化為種群間密度，這就導(dǎo)致了在進(jìn)行回歸分析時(shí)不可避免會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)性誤差。