樟子松生态系统碳汇过程研究结果

3.2.2.1　碳固定和碳蓄积过程

樟子松通过光合作用和呼吸作用，将大气中的碳转化为碳水化合物，储藏在各器官（树干、树枝、树叶、根系）中，并通过碳交换而影响土壤碳蓄积量。虽然土壤碳含量是陆地植被碳含量的2～3倍，土壤碳库微小的变化将会对大气中CO2浓度及全球变化产生巨大影响（苏永中和赵哈林，2002），但是，由于土壤碳库变化的复杂性以及长期性，本章仅模拟樟子松植被碳汇价值的流量过程。研究发现，樟子松植被的固碳能力随着植被的生长在不断变化，与树木的生长速度类似，呈现倒U形曲线（图3.13）。在生长早期，固碳能力迅速提升，直至第29年达到顶峰，此时碳的固定量为22kg·a-1；之后，碳固定能力迅速下降，六七十年后，下降速度变缓。此外，各器官固碳能力的变化规律与植被整体的变化规律一致，但是各器官的碳固定量占总固碳量的比例在发生变化（图3.14）。早期（0～10年）各器官的固碳量比例变化较大，10年后逐渐稳定。树干的固碳比例先迅速增加，之后趋于稳定；树枝和树叶在迅速增加后又都迅速下降，再趋于稳定；根系的固碳比例先迅速增加，在小幅度下降后趋于稳定。在各器官固碳比例达到稳定后，树干的固碳能力最大，其所固定的碳量占植被总固碳量的90%以上；树叶最低，所占比例不足1%。

图3.13　樟子松植被碳固定量的变化过程

图3.14　樟子松各器官固碳量比例的变化过程

随着樟子松植被的固碳过程，其蓄积的碳量逐年增加。樟子松植被的碳蓄积过程曲线呈近似“S”状态。随着植被生长，碳蓄积量逐年增多；到后期由于碳固定量的减少，碳蓄积量曲线逐渐趋于平缓（图3.15）。100年时，樟子松的碳蓄积量达966 kg C。各器官的含碳比例变化趋势与碳固定的变化趋势一致（图3.16）。在达到稳定后，树干的碳蓄积量最高，占植被总蓄积量的92.3%，其后依次是根系、树枝和树叶，所占比例依次是5.8%、1.6%和0.3%。

3.2.2.2　碳汇价值动态过程

图3.15　樟子松植被碳蓄积量的变化过程

图3.16　樟子松各器官含碳量的变化过程

图3.17　樟子松植被碳汇价值变化过程

在一定的碳固定单价和碳蓄积单价下，碳固定价值变化过程和碳固定量的变化过程形态一致；碳蓄积价值变化过程和碳蓄积量的变化过程形态一致。碳汇价值变化过程是碳固定价值和碳蓄积价值变化过程的叠加。碳汇年价值由碳固定价值和碳蓄积价值两部分组成（图3.17）。从种植开始到100年，樟子松的碳汇价值动态过程呈现S形曲线，随着时间推进，碳汇年价值逐渐增大，增速先变大后变小，曲线逐渐趋于平缓。碳固定的年价值先增大后减小；碳蓄积年价值呈现逐渐增大的趋势，其占碳汇年价值的比重也逐渐增大，由第一年的2.89%增加到100年的98.25%。幼龄林时期，碳固定能力逐渐增强，碳蓄积量增速较快，碳蓄积价值和碳汇价值增速都较快，每年的碳固定价值大于碳蓄积价值，直至29年，碳固定年价值达到最大值，为1.20$·a-1，此时碳蓄积价值为1.17$·a-1，占碳汇价值的49.31%。中龄林时期，碳固定能力逐渐降低，碳固定年价值开始逐年变小，碳蓄积年价值所占比例逐渐增大。成熟林时期，碳汇价值过程曲线与碳蓄积价值过程曲线逐渐趋近。100年的时候，碳固定年价值仅为0.06$·a-1，碳蓄积年价值为3.48$·a-1，碳汇价值为3.54$·a-1，碳汇价值以碳蓄积价值为主。在森林成熟阶段，虽然森林生态系统的碳固定年价值很小，但是碳蓄积价值很大，碳汇服务价值主要以碳蓄积价值形式存在，此时的森林植被每年仍然发挥着巨大的碳汇服务价值。(www.xing528.com)

由图3.17可看出，碳汇总价值（即森林碳汇方面的资产价值）由碳固定价值和碳蓄积价值两部分组成，图中斜线部分的面积为碳固定总价值，格子部分的面积代表碳蓄积总价值。初始阶段，碳汇总价值主要由碳固定价值构成；随着时间推进，碳固定总价值所占比例逐渐降低，碳蓄积总价值的比例逐年升高（表3.4）。100年生的樟子松的碳汇总价值中，碳蓄积总价值所占的比例达到65.46%。假设现在为樟子松的种植年，以3%（当前银行年利率为3.5%，考虑到社会贴现率应低于银行利率）为贴现率，计算到2111年樟子松碳汇现值和年均价值，分析樟子松未来效益的现实价值随着时间的变化趋势。很明显，樟子松种植时间越长，碳汇总价值越高。在贴现率3%下，100年内碳汇总现值逐年增加（图3.18）。100年生樟子松的碳汇总现值为54.78$，年均碳汇价值为1.73$·a-1。这从反面可以说明，100年内，年龄越大的樟子松生态系统的消失所带来的碳汇价值的损失越大，而且年均损失也越大。年均价值可以为生态补偿标准下限的制定提供参考。

表3.4　 不同年龄樟子松碳蓄积总价值占碳汇总价值的比例

以3.0%为中心，确定一个贴现率系列，分别为1%、2%、3%、4%、5%。采取收益法，分析不同贴现率下，100年生樟子松碳汇总贴现值与年均值的大小。用贴现率为0.0%的结果表示当年价格。贴现率越大，资金的时间效应越强。由图3.19和图3.20可见，贴现率越大，碳汇的总价值和年均价值越小，距离2011年当年价值的差距就越大。贴现率对总价值的影响比对年均价值的影响大。贴现率为1%、2%、3%、4%和5%时的总现价值分别为当年价值的56%、33%、21%、14%和9%；相比较而言，年均价值的变化要小得多，贴现值分别为当年值的88%、77%、66%、56%和48%。贴现率越小，贴现率的等量变化给总价值和年均价值带来的影响越大。

图3.18　樟子松碳汇总价值的贴现值变化过程（r=3%）

图3.19　100年生樟子松不同贴现率下碳汇总现值比较

图3.20　100年生樟子松不同贴现率下碳汇年均价值比较

上述研究结果刻画了樟子松在长时间尺度上碳汇价值的变化过程，在理论上验证了碳汇价值由碳固定和碳蓄积两部分组成，揭示了单株林木碳汇服务价值变化过程的普遍规律。单株树木碳汇价值变化过程的研究是进行整个林分研究的前提。由于自然和人工间伐的影响，在长时间尺度内树木的密度往往也在发生变化。这都将影响林分的碳固定价值和碳蓄积价值的大小。由于樟子松具有很强的适应性，天然更新较容易。随着樟子松的成长，密度过大导致光照的不足，严重影响树木的生长发育，导致樟子松的自伐或人工间伐。林分密度的改变必然影响樟子松的碳固定和蓄积量，因此，在研究林分的碳汇服务的年度变化时，应该采用不同的密度。在此，暂时选用根据材积确定的樟子松林最优密度（李永多和王之迹，1981），刻画樟子松林在100年内的碳固定价值、碳蓄积价值和碳汇价值的变化规律（图3.21）。与单株树木相比，三条曲线的变化趋势是一致的。不同之处有：①在林分密度基本保持固定之前，碳汇价值、碳蓄积价值和碳固定价值三条曲线并不是圆滑的，而是呈锯齿状；②碳固定价值的最大值出现的更早，峰值更趋向左侧；③碳汇价值不是逐渐增大，而是在幼龄林内出现一个最大值，曲线在左侧出现一个峰值。这里只是给出关于樟子松林分碳汇价值的一个例子。在确定樟子松林适宜种植密度时，不仅要考虑材积最大化，还应该加入碳汇价值以及其他重要生态系统服务价值。

图3.21　樟子松林分碳汇价值变化过程