克拉瑪依造林減排項(xiàng)目GHG減排量計(jì)算

克拉瑪依造林減排嵌目GHG減排量計(jì)1夏永輝【摘要】［目的］計(jì)算克拉瑪依造林減排項(xiàng)目GHG減排量。［方法］在林內(nèi)設(shè)置2個(gè)固定樣地，48個(gè)隨機(jī)樣地；在林緣外荒漠環(huán)境下設(shè)置1個(gè)固定樣地，4個(gè)隨機(jī)樣地，分別計(jì)算人工林碳儲(chǔ)量、荒漠碳儲(chǔ)量、人工林內(nèi)增加的溫室氣體排放量和泄漏，從而計(jì)算該項(xiàng)目的GHG減排量。［結(jié)果］2001-2009年，克拉瑪依造林減排項(xiàng)目GHG減排量為432751.59tCO2，年均GHG減排量為54093.95tCO2。［結(jié)論］克拉瑪依造林減排項(xiàng)目減排效果顯著，表明在干旱區(qū)實(shí)施造林減排項(xiàng)目是可行的。該研究為干旱區(qū)造林減排項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和管理提供了基礎(chǔ)資料，并為相關(guān)政策的判定提供了依據(jù)。%Objective］TheaimwastocalculatetheGHGemissionreductionsoftheKaramayafforestationemissionsproject.［Method］Setting2fixedplotsand48randomplotsintheplantedforest,1fixedplotsand4randomplotsinthedesertenvironmentwhichbeyondthefor-ests,carbonstoragebothintheplantedforestandthedesertenvironmentwerecalculated,aswellastheincreasedgreenhousegasemissionloadandleakage.TheGHGemissionreductionsoftheprojectwasobtained.［Result］From2001to2009,theGHGemissionreductionwas432751.59tCO2,theannualGHGemissionreductionwas54093.95tCO2.［Conclusion］Thereductioneffectoftheprojectisremarkable,whichshowsthatitisfeasibletocarryoutforestationemissionsprojectinaridregion.Thestudycanprovidethebasisdatafordevelopmentandmanagementofafforestationcarbonsequestrationprojectsinaridregion,alsoprovidethereferenceforrelevantpolicy-making.【期刊名稱】《安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)》【年(卷)，期】2016(044)017【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P195-198)【關(guān)鍵詞】GHG減排量;造林減排項(xiàng)目;克拉瑪依【作者】夏永輝【作者單位】中國(guó)克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆克拉瑪依834000【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】S718.5人工林是目前各國(guó)用來(lái)提高森林覆蓋率，實(shí)施碳減排計(jì)劃最主要的媒介之一，其在評(píng)價(jià)森林對(duì)陸地碳匯的貢獻(xiàn)中意義重大［1］。造林及合理的人工林經(jīng)營(yíng)都可以成為固定大氣中CO2、防止全球氣候變暖的有效途徑，人工林的碳匯作用被認(rèn)為是減緩全球氣候變化的一種可能機(jī)制。通過(guò)造林增加森林碳匯量是世界公認(rèn)的一種經(jīng)濟(jì)有效地解決CO2上升的辦法［2］，是清潔發(fā)展機(jī)制(CDM，cleandevelopmentmechanism)中主要途徑之一，其對(duì)于減緩全球變暖具有重要意義。我國(guó)一些學(xué)者對(duì)不同區(qū)域、不同造林樹(shù)種的人工林碳匯效應(yīng)、碳匯潛力以及碳匯功能進(jìn)行了相關(guān)研究［3］。但上述研究大多僅代表造林活動(dòng)形成新生植被的顯性碳匯量［4］，而未被證明具有額外性?？死斠涝炝譁p排項(xiàng)目位于我國(guó)西北內(nèi)陸干旱區(qū)，筆者以其為研究對(duì)象，參考清潔發(fā)展機(jī)制造林再造林項(xiàng)目核證減排量(CERs，certifiedemissionreductions)的計(jì)算方法，計(jì)算其溫室氣體(GHG，greenhousegas)減排量，以期為我國(guó)干旱區(qū)造林碳匯項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和管理提供基礎(chǔ)資料，為政策決策提供依據(jù)。1.1項(xiàng)目概況項(xiàng)目區(qū)距克拉瑪依市區(qū)東南約20km,地理坐標(biāo)為84°58'~85°04‘E、45°22'~45°31‘N,地處準(zhǔn)噶爾盆地西北邊緣的湖積平原。該地區(qū)屬典型的大陸性干旱荒漠氣候，年平均氣溫8°C,年平均降水量105.3mm，全年蒸發(fā)潛力3545mm,無(wú)霜期180~220d,土壤以棕漠土、灰棕漠土為主，植物種類貧乏，生長(zhǎng)稀疏，植被類型受環(huán)境影響，以旱生、超旱生、耐鹽堿的荒漠植被為主，地下水位在4~10m,地下水化學(xué)類型為Cl-SO4-Na型水和Cl-Na型水，礦化度4.71~24.04g/L,屬不可利用的咸水?？死斠涝炝譁p排項(xiàng)目于2001年開(kāi)始實(shí)施，造林活動(dòng)集中在2001~2002年，造林面積2997.77hm2，造林樹(shù)種比較單一，其中俄羅斯楊約占95%，新疆楊約占5%。林地集中在同一地塊上，地勢(shì)十分平坦，共分10個(gè)支渠，不同支渠由不同的單位經(jīng)營(yíng)管理，林地造林前為荒漠，植物種類貧乏，生長(zhǎng)稀疏。林地東側(cè)和南側(cè)林緣外目前仍為荒漠，基本未受人類活動(dòng)干擾。1.2研究方法1.2.1GHG減排量計(jì)量。在造林減排項(xiàng)目中，植被生長(zhǎng)能夠固定大氣中CO2,同時(shí)也會(huì)隱藏一些負(fù)效應(yīng)［4］,GHG減排量即是將這些負(fù)效應(yīng)給予剔除后的由于該活動(dòng)而產(chǎn)生的凈碳匯量。造林項(xiàng)目活動(dòng)涉及基線、溫室氣體源排放和泄露等問(wèn)題，因此項(xiàng)目實(shí)際產(chǎn)生的凈碳匯量等于項(xiàng)目碳儲(chǔ)量變化量減去項(xiàng)目活動(dòng)在項(xiàng)目邊界內(nèi)增加的排放量，減去基線碳儲(chǔ)量變化量，再減去泄漏（即該項(xiàng)目活動(dòng)在項(xiàng)目邊界外增加的GHG排放量）［5］。根據(jù)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際情況，將人工林外廣袤荒漠地帶作為對(duì)照，對(duì)GHG減排量進(jìn)行研究，并假設(shè)項(xiàng)目期內(nèi)荒漠碳儲(chǔ)量保持不變（即基線碳儲(chǔ)量變化量為0）。GHG減排量=人工林碳儲(chǔ)量-相同面積下荒漠碳儲(chǔ)量-人工林內(nèi)增加的溫室氣體排放量-泄漏。1.2.2碳儲(chǔ)量研究。1.2.2.1樣地設(shè)置。各碳庫(kù)碳儲(chǔ)量及其變化受氣候、立地條件（地形、坡位、坡向、土壤類型、土層厚度）、造林樹(shù)種、造林時(shí)間以及經(jīng)營(yíng)模式（種植方式、施肥情況、間伐、主伐）等多重因素的影響，而呈現(xiàn)出較大的空間變異性。在進(jìn)行碳儲(chǔ)量計(jì)量和監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)將項(xiàng)目區(qū)劃分為若干相對(duì)均一的同質(zhì)單元，分層監(jiān)測(cè)各碳庫(kù)的碳儲(chǔ)量，在達(dá)到監(jiān)測(cè)精度的同時(shí)降低監(jiān)測(cè)成本。根據(jù)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目實(shí)際情況，筆者在六支渠和八支渠各建立1個(gè)固定樣地，樣地規(guī)格為100mxlOOm;分支渠進(jìn)行隨機(jī)抽樣，建立隨機(jī)樣地，樣地規(guī)格為20mx20m,共48個(gè)；在人工林東側(cè)林緣外約1km處荒漠環(huán)境下，選出具有代表性的灌木群落，設(shè)置固定樣地1個(gè)，規(guī)格為100mx100m;在人工林南側(cè)林緣外荒漠環(huán)境約300m處選擇隨機(jī)樣地4個(gè)，規(guī)格為20mx20m;在每個(gè)樣地內(nèi)按對(duì)角線布設(shè)5個(gè)1mx1m樣方。該研究樣地調(diào)查時(shí)間為2009年8月。1.2.2.2試驗(yàn)材料采集與處理。對(duì)人工林內(nèi)每個(gè)樣地每木檢尺，根據(jù)所有樣地?cái)?shù)據(jù)，選取俄羅斯楊、新疆楊標(biāo)準(zhǔn)木各3株，采用全挖法挖根。分別對(duì)各伐倒木的器官（干、干皮、枝、葉、根）進(jìn)行取樣，其中樹(shù)干和樹(shù)皮采用分層切割法，以1m為區(qū)分段作樹(shù)干解析，稱出所有樹(shù)干分段的鮮重，每段木（大、小頭）各取5cm樣品稱鮮重，帶回實(shí)驗(yàn)室烘干后測(cè)定帶皮和去皮干重，求得含水率及樹(shù)皮占各樹(shù)干分段干重的百分率，由此推算整株標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)干及樹(shù)皮干重；分層測(cè)定所有樹(shù)枝和樹(shù)葉的濕重，分層混合后選取部分樹(shù)枝和樹(shù)葉帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，求得含水率，推算整株標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)枝及樹(shù)葉干重；挖取所有主根、側(cè)根及直徑大于2mm的細(xì)根，稱濕重，各取少量樣品帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，求得含水率，推算根系干重。在樣地中每個(gè)小樣方內(nèi)，采用收獲法收集樣方內(nèi)所有灌木（干、枝、葉、根）、草本（葉、根）和凋落物，稱濕重，選取少量樣品帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，計(jì)算含水率，推算灌木、草本和凋落物干重。在每個(gè)樣地內(nèi)按對(duì)角線布設(shè)5個(gè)土樣采樣點(diǎn)，挖掘土壤剖面分層（0~10、10~30和30~50cm）采取土壤，將土層充分混合后，用四分法分別取200~300g土壤樣品，去除全部直徑大于2mm石礫、根系和其他死有機(jī)殘?bào)w，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干、粉碎，過(guò)2mm篩，測(cè)定土壤有機(jī)碳含量。同時(shí)在每個(gè)采樣點(diǎn)，用環(huán)刀分層各取原狀土壤1個(gè)，稱土壤濕重，估計(jì)直徑大于2mm石礫、根系和其他有機(jī)殘?bào)w的體積百分比。每個(gè)采樣點(diǎn)每層取1個(gè)混合土樣，帶回室內(nèi)105°C烘干至恒重，測(cè)定土壤含水率。計(jì)算環(huán)刀內(nèi)土壤的干重和各土層平均容量。1.2.2.3樣品含碳率測(cè)定。由于植被類型的多樣性和各地區(qū)植物種類的差異，使得同一類型植被或同一區(qū)域植物碳儲(chǔ)量差異較大，存在著不一致性［6］。植被含碳率的測(cè)定方法有干燒法和濕燒法2種，其中干燒法需要特殊儀器設(shè)備，過(guò)程繁瑣；濕燒法即重鉻酸鉀-硫酸氧化法操作簡(jiǎn)便、快速［7］。該研究中樣品含碳率采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測(cè)定；植被各組分平均含碳率采用算數(shù)平均法計(jì)算；土壤含碳率采用重鉻酸鉀-稀釋熱法測(cè)定。1.2.2.4生物量估算。通過(guò)獲取的標(biāo)準(zhǔn)木數(shù)據(jù)，分別建立俄羅斯楊和新疆楊各器官生物量與胸徑、樹(shù)高的回歸方程，利用所建立的回歸方程對(duì)喬木層各器官進(jìn)行生物量估算，采用收獲法估算灌木層、草本層、調(diào)落物層生物量。1.2.2.5植被層碳儲(chǔ)量計(jì)算。根據(jù)樣地資料、植被各組分含碳率，利用公式(I)計(jì)算單株喬木碳儲(chǔ)量，累加樣地內(nèi)所有喬木得到樣地內(nèi)喬木層總碳儲(chǔ)量，再除以樣地面積即為各樣地喬木層碳密度；采用收獲法估算灌木層、草本層、凋落物層生物量，乘以相應(yīng)的含碳率即得到各樣方灌木層、草本層、凋落物層碳密度(樣方面積為1m2)。利用式(H)計(jì)算各支渠喬木層、灌木層、草本層、凋落物層平均碳密度，最后乘以各支渠面積得到喬木層、灌木層、草本層、凋落物層碳儲(chǔ)量?；哪嗄緦印⒌蚵湮飳犹純?chǔ)量計(jì)算與上述方法一致。D=，BiWi式中，D為單株喬木的碳儲(chǔ)量(kgC)；Bi為該喬木第i種器官生物量(kg)；Wi為第i種器官含碳率。式中，C為某支渠喬木層(灌木層、草本層、凋落物層)碳密度(tC/hm2);n^某支渠樣地(樣方)數(shù)量；DCK為某支渠第k樣地(樣方)喬木層(灌木層、草本層、凋落物層)碳密度(kgC/m2)。1.2.2.6土壤碳儲(chǔ)量計(jì)算。土壤碳儲(chǔ)量為土壤碳密度與面積的乘積，采用下式計(jì)算土壤碳密度：式中，C為單位面積土壤碳儲(chǔ)量(tC/hm2)；SOCCi為i土層土壤含碳率；BDi為i土層土壤容重(g/cm3)；Fi為i土層直徑大于2mm石礫、根系和其他死有機(jī)體的體積百分比；Depthi為各土層厚度。1.2.3增加的溫室氣體排放量測(cè)定。引起人工林內(nèi)溫室氣體排放量增量的活動(dòng)主要包括火災(zāi)、整地、采伐、施肥以及間種固氮灌木或農(nóng)作物等。根據(jù)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目實(shí)際情況，該項(xiàng)目2001-2009年間不存在火災(zāi)、施肥和間種固氮灌木或農(nóng)作物等引起溫室氣體排放量增量的活動(dòng)，該項(xiàng)目增加的溫室氣體排放量主要來(lái)自造林過(guò)程中涉及的整地及在對(duì)其進(jìn)行灌溉、伐木等相關(guān)經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)時(shí)使用機(jī)械設(shè)備、消耗化石燃料，從而產(chǎn)生的溫室氣體。在計(jì)量化石燃料引起的溫室氣體排放時(shí)不考慮與造林活動(dòng)間接相關(guān)的上游(如肥料生產(chǎn)等)和下游(如木材料加工等)生產(chǎn)活動(dòng)引起的化石燃料的排放，也不考慮燃燒過(guò)程中伴隨著的非CO2溫室氣體(CH4、N2O)以及其他污染氣體(CO、NMVOCs、SO2、NOx等)的排放，只考慮CO2的排放［5］。其計(jì)算采用下列方法：統(tǒng)計(jì)使用的化石燃料的種類和耗用量，根據(jù)各種化石燃料的CO2排放因子計(jì)算對(duì)應(yīng)的CO2排放量，最后累加得到總CO2排放量。計(jì)算公式如下：式中，ETFC為化石燃料燃燒引起的溫室氣體排放量(tCO2)；FCi為i類燃料消耗量(tCO2)；ECCO2i為i類燃料CO2排放因子(tCO2/GJ)；NCVi為i類燃料熱值(GJ/tCO2)。1.2.4泄漏測(cè)定。泄漏指由于該人工林活動(dòng)而引起的人工林外的溫室氣體源排放增量。林業(yè)碳匯項(xiàng)目引起泄漏的原因可以分為政策泄漏、市場(chǎng)泄漏、人為泄漏和自然泄漏。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者認(rèn)為，我國(guó)造林再造林項(xiàng)目基本上不存在政策和市場(chǎng)泄漏等問(wèn)題，同時(shí)政策泄漏、市場(chǎng)泄漏、自然泄漏不確定性較大，對(duì)其準(zhǔn)確量化需要投入大量的成本［8］。該研究對(duì)于泄漏只計(jì)量人工林林外由于該項(xiàng)目涉及的運(yùn)輸工具的使用而引起化石燃料燃燒所排放的溫室氣體量，采用公式(IV)計(jì)算。2.1碳儲(chǔ)量變化克拉瑪依造林減排項(xiàng)目人工林內(nèi)幾乎沒(méi)有灌木存在，枯死木也會(huì)被及時(shí)清除，該研究中人工林碳儲(chǔ)量只計(jì)量喬木層、草本層、凋落物層和土壤碳儲(chǔ)量?；哪袥](méi)有喬木存在，草本極少，梭梭、檉柳、白刺等灌木占99%以上，荒漠中碳儲(chǔ)量只計(jì)量灌木層、凋落物層和土壤碳儲(chǔ)量。國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤碳儲(chǔ)量的研究大多是以1m深度作為參照標(biāo)準(zhǔn)的，而大多數(shù)土壤中，人類管理活動(dòng)對(duì)深層土壤的影響要比對(duì)表層(30cm)的影響小得多［9］,考慮到該研究側(cè)重于碳儲(chǔ)量變化情況，因而只計(jì)量地表50cm深的土壤碳儲(chǔ)量。克拉瑪依造林減排項(xiàng)目人工林和荒漠碳庫(kù)碳儲(chǔ)量分布情況見(jiàn)表1、圖1,克拉瑪依造林減排項(xiàng)目碳儲(chǔ)量變化量見(jiàn)表2。由表1可知，人工林內(nèi)各支渠各層碳密度均有較大的差異，其主要原因可能是各支渠經(jīng)營(yíng)管理模式不同。如三支渠和九支渠的種植方式為單溝雙植4.50mx0.75mx0.50m,植株密度大，新疆楊和俄羅斯楊混交，林分生物量較大，此外，三支渠和九支渠大部分屬于示范園區(qū)，在經(jīng)營(yíng)管理方面較其他支渠投入更多，因此這2支渠喬木層具有較高碳密度?！W(xué)者在估算造林對(duì)陸地碳匯的影響時(shí)，認(rèn)為人工林生物量中積累的碳遠(yuǎn)比積累在土壤中的碳要多得多，而很少將土壤碳吸收包括在內(nèi)。從該研究結(jié)果看，由于造林積累在土壤中的碳與積累在生物量中的碳相比差距并不大，其原因可能與造林前土壤環(huán)境有關(guān)，造林區(qū)土壤貧瘠、有機(jī)質(zhì)含量較低(土壤平均碳密度為14.00tC/hm2)，其土壤碳積累潛力大，土壤碳儲(chǔ)量有很大的提升空間。由表2可知，克拉瑪依造林減排項(xiàng)目碳儲(chǔ)量增加量為118291.89忙，折合433736.93tCO2,表現(xiàn)出了較強(qiáng)的碳匯效應(yīng)。2.2增加的溫室氣體排放和泄漏克拉瑪依造林減排項(xiàng)目增加的溫室氣體排放和泄漏只計(jì)量由于化石燃料燃燒引起的CO2排放，燃料CO2排放因子及燃料熱值采用《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》缺省值［10］。根據(jù)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目管理方統(tǒng)計(jì)資料，按公式(IV)計(jì)算結(jié)果為：2001~2009年，由于化石燃料燃燒導(dǎo)致的CO2排放量為985.34t。2.3GHG減排量根據(jù)GHG減排量計(jì)算公式可得2001-2009年克拉瑪依造林減排項(xiàng)目GHG減排量為432751.59tCO2，年均GHG減排量為54093.95tCO2。根據(jù)克拉瑪依造林減排項(xiàng)目實(shí)際情況，該研究在選擇計(jì)量碳庫(kù)時(shí)有所取舍，對(duì)研究結(jié)果造成了一定影響。2001-2009年克拉瑪依造林減排項(xiàng)目GHG減排量為432751.59tCO2，年均GHG減排量為54093.95tCO2，對(duì)于實(shí)施區(qū)域減排效果顯著。該研究為干旱區(qū)造林碳匯項(xiàng)目開(kāi)發(fā)積累了一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究和政策決策提供參考依據(jù)。由于項(xiàng)目區(qū)特定的氣候、地理、土壤、水資源等自然環(huán)境因素，與其他學(xué)者類似研究相比，該人工林內(nèi)生物量和碳儲(chǔ)量總體較低，但是個(gè)別支渠相差不大，甚至偏高，這主要是受經(jīng)營(yíng)管理模式的影響。從碳匯角度考慮，應(yīng)該努力尋求適當(dāng)?shù)姆N植模式與經(jīng)營(yíng)管理方式，逐步使林分種類和結(jié)構(gòu)多樣化，擺脫目前樹(shù)種單一，結(jié)構(gòu)和功能不完整、不穩(wěn)定，病蟲(chóng)災(zāi)害頻發(fā)，用水方式粗放，碳匯功能得不到充分提升的狀況，最大限度地提高減排效益?？死斠涝炝譁p排項(xiàng)目位于我國(guó)西北內(nèi)陸干旱區(qū)。就該研究結(jié)果看，在干旱區(qū)實(shí)施造林減排項(xiàng)目具有較好的碳匯效益，此外造林減排項(xiàng)目的實(shí)施還兼有其他生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等效益?？紤]到我國(guó)林業(yè)生產(chǎn)力布局和六大工程的實(shí)施情況，特別是保障我國(guó)國(guó)土生態(tài)安全以及西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的需要，應(yīng)該推薦和支持發(fā)達(dá)國(guó)家投資者到我國(guó)西部生態(tài)脆弱地區(qū)實(shí)施造林減排項(xiàng)目[11]。但另一方面，由于干旱區(qū)特殊的自然環(huán)境因素，其造林成本可能更高，如何客觀評(píng)價(jià)在干旱區(qū)實(shí)施的造林減排項(xiàng)目尚是一個(gè)較為復(fù)雜的課題。⑷碳匯造林是一種動(dòng)態(tài)極強(qiáng)的系統(tǒng)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上，具有高度的時(shí)空異質(zhì)性[6]，其碳匯效應(yīng)受多方面因素的影響，全面評(píng)價(jià)造林減排項(xiàng)目需要長(zhǎng)期進(jìn)行，今后需要繼續(xù)跟蹤調(diào)查，以盡可