防护林固碳释氧效益

二、防护林固碳释氧效益

（一）防护林植物固碳效应

森林与大气中的物质交换主要是CO₂和O₂的交换，即森林固定并减少大气中的CO₂，同时提供并增加大气中的O₂，这对维持地球大气中的CO₂和O₂的动态平衡，减少温室效应以及提供人类的生存基础来说，有着巨大的不可替代的作用和地位。

为了研究计算植被固定CO₂的价值，可根据植物光合作用方程式，求出每生产1g干物质所需吸收的CO₂的量，并根据森林生物量（地上部分与地下部分总和）算出其固定的CO₂量，在计算得到固定CO₂的总量后，再与C税率[美元·t^-1（CO₂）]或造林成本（元.m^-3）的替代标准相乘得到。

1.森林吸收和固定CO₂实物量的计算

根据植物每生产1g干物质需要1.63gCO₂的原理，用森林生物量乘以1.63就得到所对应的林木所吸收和固定CO₂的实物量。

根据CO₂的分子式和分子结构，用C的原子量与CO₂分子量的比值，即可求得一个CO₂分子中C元素的含量，以此作为转换系数。C/CO₂=12/44=0.273。

2.森林吸收和固定CO₂价值量的计算

森林固定CO₂效益的价值量的计算，目前主要有4种有代表性的货币化转换参数。第一种是根据人工固定CO₂的成本来计算。森林固定CO₂的经济价值可以用工艺固定等量CO₂的成本来计算，但是成本高。第二种是根据造林成本来计算。既然植树造林是为了固定大气中的CO₂，那么森林固定CO₂的货币化转换参数就应该根据造林的费用进行计量。第三种是据碳税标准来计算。欧洲共同体、挪威、丹麦和瑞典等都曾向联合国提议对化石燃料征收碳税，以减缓温室效应，如瑞典政府提议的碳税收额为每千克0.15美元，美国的碳税金是每吨20美元。第四种是根据变化的碳税标准来计算。测量并计算出化石燃料（征收碳税）转化为无碳燃料（不征收碳税）的资金花费，并以此金额作为税金。根据这种法，1990年英国的Anderson测量并计算出每立方米木材固定CO₂的经济价值为43英镑。本研究参考《森林生态系统服务功能评估规范（LY/T1721-2008）》，即以瑞典政府提议的碳税收额为每千克0.15美元（1200元人民币/t）作为森林吸收和固定CO₂的价值量的转换参数（C_碳）。

2.防护林固碳效应计算

植物固碳价值量的计算公式为：U_碳=1.63·A·C_碳·R_碳·B，式中，A为林地面积，C_碳为固碳价格，R_碳为CO₂中的含碳量；B为林分生物量。

以木麻黄为例，它吸收和固定的CO₂的实物量为：4479.2493×1.63=7301.176t，折合纯碳量：7301.176×0.273=1993.221t。这样，木麻黄吸收并固碳的价值量就为：1200元/t×1993.221=2391865元。

根据林木生物量计算结果，杭州湾沿海防护林年均生物量增加2.6865吨/亩，固定CO₂量4.3790t/（亩·a），折合纯碳量1.1955t/（亩·a），林分年固碳价值1434.5588元/（亩·a）。

（二）防护林土壤固碳效应

全球陆地约有1500PgC以有机质形态贮存于土壤中，约是陆地植被总碳储量的3倍和大气碳库的2倍，而森林生态系统土壤碳库占陆地生态系统土壤碳库的70%以上，是森林植物碳库的2-3倍，是森林生态系统碳库的主要组成部分。因此森林土壤碳库对于大气圈、水圈、生物圈以及岩石圈间碳交换具有重要作用，其碳库的变化被认为是导致大气碳库和全球气候变化主要原因。但由于土壤在时间和空间上复杂性，使得土壤碳循环的研究仍面临着大量需要解决的问题，对土壤碳库的估计误差也很大。

森林生态系统土壤碳包括无机碳和有机碳两部分，无机碳储量相对较小且变动不大，有机碳主要分布于土壤层1m深度以内，lm深度内有机碳总储量为1220PgC，是现阶段土壤碳库研究的重点。土壤有机碳主要来源于植物产生的凋落物和死亡的树木经腐殖化在土壤中的积累，故在土壤垂直分布上，土壤含碳率、碳密度和碳储量均随土壤深度增加而减少，碳储量主要集中于土壤表层。

1.土壤有机碳密度估算方法

根据土壤有机碳含量、土壤容重和土层深度计算土壤有机碳密度（kg·m^-2）。

某一土层SOC密度＝C_i×D_i×E_i×（1－G_i）/100

式中，C_i为土壤有机碳含量（g·kg^-1），D_i为容重（g·cm^-3），E_i为土层厚度（cm），G_i为直径≥2mm的石砾所占的质量百分比（%）。

2.防护林土壤有机碳密度估算结果

2008年9-10月，在2005—2006年营建的慈溪十塘江南岸防护林带，从东到西共设置了8块标准样地，每块样地面积为800m²（20m×40m）。每个样地内蛇形多点采样（不少于5个样点），采样后现场混合均匀。除去表面凋落物后，挖取1m的土壤剖面，按照0cm-20cm，20cm-40cm，40cm-60cm，60cm-80cm和80cm-100cm土层分层用自封袋采集土样。同时用环刀法取原状土，带回室内测定土壤含水量和容重。

根据4.2.1方法，估算了防护林土壤有机碳密度，结果表明，防护林100cm土壤有机碳密度为：6.85kg·m^-2（或4.5690吨./亩）。有机碳密度在防护林不同层次上表现为随深度增加而降低的趋势。近年来国内已有不少学者对我国森林土壤平均碳密度进行过估算，王绍强等根据第二次土壤普查数据估算的中国陆地生态系统土壤有机碳密度和总量分别为10.53kg·m^-2，李克让等（2003）利用CEVSA模型对我国陆地植被和土壤碳密度进行估算，结果显示我国森林土壤有机碳密度的变化范围为5.43（稀疏灌丛）-27kg·m^-2（落叶针叶林）。因此，慈溪沿海防护林土壤有机碳密度总体偏低，这可能同防护林的立地条件较差，造林时间较短有关。

3.防护林土壤固碳效应评价

根据前面的计算，防护林100cm土壤有机碳密度为：6.85 kg·m^-2（或4.5690吨./亩），以1200元/吨作为土壤固定碳的单位价值量，则单位面积防护林土壤固碳价值量为：U土壤碳=SOC×C碳=4.5690t./亩×1200元/吨=5482.8元/亩。

根据2007年对同块防护林的调查结果计算表明，防护林100cm土壤有机碳密度为：6.38kg/m²（或4.2555吨./亩），因此，防护林土壤年均固碳量为0.3135吨./（亩·a），固碳价值376.188元/（亩·a）。

（三）防护林释放氧气

森林在光合作用中能吸碳吐氧，堪称森林氧吧。根据光合作用方程式，植物每生产1g干物质在吸收1.63gCO₂的同时，放出1.94g氧气。即植物生成1g干物质可放出1.2gO₂。采用氧气评价价格1000元/吨来代替并计算森林的吐氧价值。计算公式为：

U_氧=1.19×C_氧×A×B，式中，A为林地面积，C氧为制氧价格；B为林分生物量。

根据林木生物量计算结果，杭州湾沿海防护林年均生物量增加2.6865吨/亩，则释放氧气3.1969吨/亩，林分年释氧价值3196.9元/(亩·a)。