薛蓓蓓 田國雙

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

我國是全球人工林最多的國家，平均每年吸收0.22億t碳(C)的CO2，且人工林的面積仍不斷增大，碳匯潛力巨大，人工林在森林碳匯中發(fā)揮著巨大貢獻(xiàn)[1-2]。為了明確林業(yè)在應(yīng)對氣候變化行動中的重要地位，國家頒布了一系列綱領(lǐng)性文件，并建立了碳交易試點省市和全國性碳交易市場，實現(xiàn)了森林碳匯生態(tài)價值的貨幣化。

國內(nèi)外學(xué)者對森林固碳成本核算進(jìn)行了研究[3-10]，為定量核算森林固碳成本奠定了研究基礎(chǔ)。但已有研究，在以下兩個方面仍存在完善空間。一是已有的研究多數(shù)將造林成本、管護(hù)成本、林地其他用途收益作為機會成本，核算森林固碳成本，在成本歸集上忽略了木材收益機會成本。事實上，機會成本又稱為擇一成本、替代性成本，是利用一定的時間或資源生產(chǎn)一種商品時，同時失去利用這些資源生產(chǎn)其他最佳替代品的機會[11]。因此，從固碳角度看，固碳的機會成本，除了林地其他用途收益以外，還包括因固碳而造成的木材收益損失。二是定量探討經(jīng)濟因素變化對森林固碳成本影響的研究相對較宏觀，缺少造林成本、木材價格、采伐成本等經(jīng)濟因素變化對森林固碳成本影響的實證分析。為此，本研究以福建順昌國有林場杉木(Cunninghamialanceolata)、馬尾松(Pinusmassoniana)人工林為例，納入固碳的機會成本，借鑒范庫滕(Van Kooten)[12]、理查德(Richards)[13]核算方法，構(gòu)建了包含造林成本、林地其他用途收益、木材收益的森林固碳成本模型，分析杉木、馬尾松人工林在林齡30 a內(nèi)的固碳成本，探討利率、造林成本、木材價格、采伐成本變動對固碳成本的影響，旨在為科學(xué)認(rèn)知森林固碳的成本結(jié)構(gòu)與成本收益、逐步完善碳匯生產(chǎn)理論、科學(xué)指導(dǎo)實踐提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為福建省順昌國有林場(以下簡稱林場)，地理坐標(biāo)：東經(jīng)117°30′～118°14′、北緯26°38′～27°4′。順昌位于福建省中部偏北，閩江上游金溪、富屯溪交匯處，東北聯(lián)建陽、建甌，東南與延平相鄰，南與沙縣接壤，西與將樂毗鄰，北與邵武交界；全境東西長74 km，南北寬61 km，面積1 985 km2。屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫19.2 ℃，無霜期289 d，年平均降水量2 144.2 mm，雨量充沛。有林地16.67萬hm2，以杉木(C.lanceolata)、馬尾松(P.massoniana)人工林分布面積最廣，林木總蓄積量1 400萬m3，森林覆蓋率79.76%。

林場于2006年11月份啟動實施森林經(jīng)營碳匯項目，項目經(jīng)營規(guī)模4 608.1 hm2，項目涉及的森林經(jīng)營主要樹種為杉木、馬尾松純林，均為人工中幼齡林。杉木平均林齡為8 a，造林密度為3 000株·hm-2；馬尾松平均林齡為9 a，造林密度為3 300株·hm-2；在20 a計入期內(nèi)不能主伐。該項目2019年產(chǎn)生的減排量，已通過福建海峽股權(quán)交易中心成交。林業(yè)用地土壤分為4個土類、7個亞類、19個土屬，紅壤土類分布最廣，約占林業(yè)用地總面積的97.7%，其次是紫色土、黃壤、石灰性土等土類。

2 研究方法

2.1 應(yīng)用生物量方程法的碳儲量核算

生長收獲模型：不同的立地條件、區(qū)域、營林措施，會有不同的生長收獲量。根據(jù)實地調(diào)查和已有數(shù)據(jù)，杉木生長模型為Vt=308.649 06(l-e-0.121 63t)4.217 72、馬尾松生長模型為Vt=0.684 0e(5.878 9-11.261 6/t)[9，14]，Vt為林齡為t時的單位面積蓄積量(單位為m3·hm-2)。

碳儲量模型：采用IPCC2006推薦的生物量方程法，計算杉木、馬尾松林分碳儲量。先借助木材密度將林木的蓄積量轉(zhuǎn)換成林木生物量，再利用地下生物量與地上生物量之比及含碳率等轉(zhuǎn)換系數(shù)得出碳儲量，碳儲量計算公式為Sc,t=Vt·Fe,b·ρ(1+R)Cc。式中：Sc,t為林齡為t時的碳儲量(單位為t·hm-2)，并以單位時間內(nèi)碳儲量變化量表示固碳速率；Fe,b為生物量擴展因子；ρ為木材密度；R為地下生物量與地上生物量之比；Cc為含碳率。依據(jù)《中華人民共和國氣候變化第二次國家信息通報》“土地利用變化與林業(yè)溫室氣體清單”(2013)，杉木、馬尾松兩種樹種具體參數(shù)見表1。

表1 杉木、馬尾松林分碳轉(zhuǎn)換系數(shù)參數(shù)

2.2 固碳成本的核算模型

奧地利學(xué)者弗里德里克在《自然價值》中首次提出“機會成本”概念。隨后，薩繆爾森等經(jīng)濟學(xué)家從不同角度詮釋了“機會成本”的內(nèi)涵[15]。機會成本，在經(jīng)濟學(xué)中被定義為“選擇一種東西而必須放棄的其他一些東西，即某種資源被用于某一用途后，所放棄的在其他用途中所能獲得的利益”[11]。作為依附于森林資源而存在的森林碳匯，其獲取屬于森林的非破壞性利用，即不以森林的破壞為前提[16]。為了提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，森林經(jīng)營主體，在特殊時期需放棄林地用于其他用途的收益、木材采伐收益。因此，森林固碳成本構(gòu)成，包括造林直接投入成本、間接投入的機會成本，前者是指經(jīng)營過程中投入的初始造林成本、經(jīng)營管護(hù)成本，后者是指林地其他用途收益和因固碳而失去的木材收益。

由于我國實際造林，多是采用荒山、荒地、沙荒地造林，在計量林地其他用途收益時，以林地租賃市場的價格作為林地機會成本[8，17]。固碳成本核算為：

CT=Ci,0+∑[Cm,t(1+r)-t]+∑[C0,t(1+r)-t]+

δ(Pt-Ch)VT(1+r)-T，t=0、1、2、…、T。

式中：CT為林齡為T時的固碳成本現(xiàn)值(單位為元·hm-2)；Ci,0為初始造林成本(單位為元·hm-2)；Cm,t為林齡為t時的經(jīng)營管護(hù)成本(單位為元·hm-2)；C0,t為林齡為t時的林地其他用途的收益(單位為元·hm-2)；δ為木材的出材率，杉木、馬尾松林分的出材率取值均為0.70[18]；Pt為木材價格(單位為元·m-3)，根據(jù)實地調(diào)查和木材市場價格數(shù)據(jù)，杉木、馬尾松木材價格的平均值分別為850、650元·m-3；Ch為采伐運輸成本(單位為元·m-3)；VT為林齡為T時的單位面積蓄積量(單位為m3·hm-2)?！芠Cm,t(1+r)-t]為林地經(jīng)營管護(hù)成本現(xiàn)值；∑[C0,t(1+r)-t]為林地其他用途的收益現(xiàn)值；δ(Pt-Ch)VT(1+r)-T為林齡為T時的木材收益現(xiàn)值(單位為元·hm-2)。r為利率，采用中國林業(yè)行業(yè)基準(zhǔn)貼現(xiàn)率5%[19-20]。

依據(jù)碳儲量計算公式、固碳成本核算公式，林齡為t時的單位固碳成本為Ct=CT/St。式中：Ct為林齡為t時的單位固碳成本(單位為元·t-1)，CT為林齡為T時每公頃固碳成本現(xiàn)值(單位為元·hm-2)；St為林齡為t時的林分碳儲量。

2.3 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)2017—2019年實地調(diào)研(包括160戶造林戶、150名林場從業(yè)人員的訪談和問卷調(diào)查)，杉木林分造林密度為3 000株·hm-2、馬尾松林分造林密度為3 300株·hm-2；從營林生產(chǎn)過程看，單一輪伐期內(nèi)，營林措施主要包括煉山、除草、割灌、幼齡林撫育、中齡林撫育等。成本投入主要發(fā)生在前4 a：在造林初始階段，主要有整地用工、挖穴用工、種植用工、種苗成本等；幼齡林撫育階段，投入主要有補植用工、除草用工、撫育管護(hù)用工以及種苗成本等；中齡林撫育階段，投入主要有除草用工、撫育性間伐用工等；撫育一般為2次/a，連續(xù)進(jìn)行4 a共8次投入，在杉木、馬尾松林分生長過程中均有管護(hù)成本發(fā)生。實踐中，杉木經(jīng)濟輪伐期的林齡為18～26 a、馬尾松經(jīng)濟輪伐期的林齡為26～35 a。由于林場使用的多是荒山荒地和邊際性土地進(jìn)行植樹造林，林地其他用途收益采用林地租賃市場的價格。林地其他用途收益為480元·hm-2·a-1，以30 a作為項目計算期，不計入折現(xiàn)，則30 a林地其他用途收益為14 400元·hm-2，杉木、馬尾松林分的營林成本投入見表2。

表2 兩種人工林營林成本的投入

3 結(jié)果與分析

3.1 杉木、馬尾松林分碳儲量和固碳速率

應(yīng)用碳儲量計算公式，計算杉木、馬尾松林分在5～30 a期內(nèi)的碳儲量和固碳速率(見圖1、圖2)。

模擬期間，杉木、馬尾松林分的碳儲量逐漸增大；杉木林分的碳儲量由3.64 t·hm-2逐漸增加到89.76 t·hm-2，馬尾松林分的碳儲量由7.85 t·hm-2逐漸增加到51.29 t·hm-2。對比兩樹種林分的碳儲量，在前11 a，杉木林分的碳儲量低于馬尾松林分的碳儲量；11 a時，杉木林分的碳儲量(27.79 t·hm-2)略高于馬尾松林分的碳儲量(26.82 t·hm-2)；11 a后，杉木、馬尾松林分的碳儲量差距，隨著林齡的延長而逐漸增大(見圖1)。

杉木、馬尾松林分的固碳速率，均隨著林齡的增加，呈先遞增后下降的趨勢，且杉木林分比馬尾松林分明顯(見圖2)。在林齡8 a之前，杉木林分的固碳速率明顯低于馬尾松林分的固碳速率，杉木林分的固碳速率(3.95 t·a-1)在林齡8 a時高于馬尾松林分的固碳速率(3.33 t·a-1)；隨著林齡的延長，兩樹種林分的固碳速率逐漸下降，到林齡為30 a時，杉木、馬尾松林分的固碳速率分別為1.31、0.65 t·a-1。杉木林分的固碳速率，在林齡為11 a時達(dá)到最大值(5.09 t·a-1)；馬尾松林分的固碳速率，在林齡6 a時即達(dá)到最大值(3.58 t·a-1)。

圖2 不同林齡時杉木、馬尾松林分的固碳速率

3.2 不同林齡時的杉木、馬尾松林分固碳成本

根據(jù)表2和單位固碳成本公式模擬計算杉木、馬尾松林分固碳成本(見表3)。包含木材收益時的杉木、馬尾松林分固碳成本，均大于不包含木材收益時的固碳成本，其差異隨林齡的增加而逐漸增大。包含木材收益時的杉木、馬尾松林分固碳成本，隨林齡增加均呈先下降后上升趨勢，分別在林齡為10、7 a時達(dá)到最低(3 364.69、2 959.37元·t-1)；在林齡為30 a時，杉木、馬尾松林分的固碳成本，分別為6 292.11、6 399.15元·t-1。不包含木材收益時的固碳成本，均隨林齡的增加而降低，當(dāng)林齡從5 a增加到30 a時，杉木林分固碳成本的變動范圍為5 314.01～313.52元·t-1、馬尾松林分固碳成本的變動范圍為2 292.43～515.67元·t-1。林齡為30 a時，包含木材收益時的杉木、馬尾松林分固碳成本，分別是不包含木材收益時的20、12倍。

表3 兩種林分不同林齡時的固碳成本

杉木、馬尾松林分在5～30 a林齡內(nèi)，包含木材收益時的固碳成本高低，隨林齡增加而變動。杉木林分固碳成本，隨林齡增加而下降的趨勢比馬尾松林分明顯，在前10 a，杉木林分的固碳成本大于馬尾松林分的固碳成本；從11～30 a杉木林分的固碳成本小于馬尾松林分的固碳成本。杉木、馬尾松林分的固碳成本差異，在林齡5 a時最大(3 301.07元·t-1)，在林齡11 a時最小(43.65元·t-1)，在林齡30 a時差異為107.04元·t-1，差異整體呈隨林齡增加先下降后增加的趨勢。

3.3 利率對杉木、馬尾松林分固碳成本的影響

參考相關(guān)研究中利率變動幅度[6-7，21]，根據(jù)單位固碳成本公式計算出在其他因素不變、利率在3%～8%之間波動時的，杉木、馬尾松林分30 a林齡的固碳成本變動趨勢(見圖3)。

由圖3可見：杉木、馬尾松林分固碳成本均與利率呈負(fù)相關(guān)。杉木林分的固碳成本，由9 240.53元·t-1下降到3 672.25元·t-1，下降了60.26%；馬尾松林分的固碳成本，從9 028.57元·t-1下降到3 993.25元·t-1，下降了55.77%；表明杉木林分的固碳成本對利率的敏感性，大于馬尾松林分的。利率從5%上升到7%，增長40%時，杉木林分的固碳成本，由6 292.11元·t-1下降到4 370.92元·t-1，下降了30.53%；馬尾松林分的固碳成本，由6 399.15元·t-1下降到4 644.96元·t-1，下降了27.41%，下降較明顯。利率從5%下降到3%，下降40%時，杉木林分的固碳成本，由6 292.11元·t-1上升到9 240.53元·t-1，增長了46.86%；馬尾松林分的固碳成本，由6 399.15元·t-1上升到9 028.57元·t-1，增長了41.09%，增長較明顯。表明固碳成本與利率呈負(fù)相關(guān)，杉木林分的固碳成本對利率的敏感性均大于馬尾松林分的。

圖3 不同利率時的固碳成本

3.4 造林成本對杉木、馬尾松林分固碳成本的影響

隨著我國城鎮(zhèn)化的加速，勞動力成本不斷上升[9]。根據(jù)2017—2019年調(diào)研，勞動力價格和土地機會成本不斷上漲，其中勞動力成本以6.8%·a-1比例增長，變動最大[22]。研究區(qū)域?qū)儆谇鹆甑貛?，機械對勞動力的替代性差，且勞動力成本占造林成本的比例達(dá)61.6%[23]。本研究模擬分析了造林成本上下浮動(-30%～30%)對固碳成本的影響(見圖4)。當(dāng)造林成本上漲30%時，杉木林分的固碳成本，由原有固碳成本6 292.11元·t-1上漲到6 360.64元·t-1，上漲1.09%；馬尾松林分的固碳成本，從6 399.15元·t-1上漲到6 513.84元·t-1，上漲1.79%。當(dāng)造林成本下降30%時，杉木林分的固碳成本，由原固碳成本6 292.11元·t-1下降到6 222.75元·t-1，下降1.11%；馬尾松林分的固碳成本，從6 399.15元·t-1下降到6 284.47元·t-1，下降1.79%。表明固碳成本與造林成本呈正相關(guān)，馬尾松林分的固碳成本對造林成本的變動更敏感，造林成本下降對杉木、馬尾松林分的固碳成本影響均較大(見圖4)。

圖4 不同造林成本變動率時的固碳成本

3.5 木材價格對杉木、馬尾松林分固碳成本的影響

根據(jù)固碳成本核算模型，木材價格與木材收益密切相關(guān)，是影響固碳成本的重要因素。本研究模擬分析了木材價格上下浮動(-30%～30%)對30 a林齡杉木、馬尾松林分的固碳成本的影響(見圖5)。在其他因素不變、木材價格上升30%時，杉木林分的固碳成本，由6 292.11元·t-1上升到9 348.75元·t-1，上升了48.59%；馬尾松林分的固碳成本，由6 399.15元·t-1上升到9 597.14元·t-1，上升了49.98%。在其他因素不變、木材價格下降30%時，杉木林分的固碳成本，由6 292.11元·t-1下降到3 235.44元·t-1，下降了48.58%；馬尾松林分的固碳成本，由6 399.15元·t-1下降到3 201.17元·t-1，下降了49.98%。表明固碳成本與木材價格之間呈正相關(guān)；木材價格下降和上漲，對固碳成本的影響幅度一致，但馬尾松林分對木材價格變動敏感性大于杉木林分。

圖5 不同木材價格變動率時的固碳成本

3.6 采伐成本對杉木、馬尾松林分固碳成本的影響

根據(jù)單位固碳成本公式，模擬分析了采伐成本上下浮動(-30%～30%)對30 a林齡杉木、馬尾松林分的固碳成本的影響(見圖6)。由圖6可見：在其他因素不變的情況下，采伐成本與固碳成本呈負(fù)相關(guān)，且兩樹種林分的固碳成本之差隨采伐成本上升而縮小。采伐成本上升30%時，杉木林分的固碳成本，由6 292.11元·t-1下降到5 029.04元·t-1，下降了20.07%；馬尾松林分的固碳成本，由6 399.15元·t-1下降到4 966.29元·t-1，下降了22.39%；其中，以采伐成本上升到20%為分界線，之前杉木林分的固碳成本低于馬尾松的，之后隨采伐成本的增加差距在不斷擴大。采伐成本下降30%時，杉木林分的固碳成本，由6 292.11元·t-1上升到7 555.27元·t-1，上升了20.07%；馬尾松林分的固碳成本，由6 399.15元·t-1上升到7 832.17元·t-1，上升了22.39%。杉木林分的固碳成本對采伐成本的敏感性大于馬尾松林分的。

4 討論

依據(jù)2017—2019年實地調(diào)研數(shù)據(jù)和杉木、馬尾松生長模型，納入森林固碳的機會成本，借鑒Van Kooten et al.[12]、Richards et al.[13]核算方法，構(gòu)建了森林固碳成本模型，以林場杉木、馬尾松林分進(jìn)行實證分析，并探索了本研究結(jié)果與國內(nèi)相關(guān)研究結(jié)果的(見表4)的異同。

表4 國內(nèi)相關(guān)研究結(jié)果與本研究結(jié)果

由表4可見：本研究結(jié)果，接近于文獻(xiàn)[6]研究結(jié)果，高于文獻(xiàn)[7]～[10]、[5]、[24]的研究結(jié)果。原因主要有以下幾個方面：①本研究計算固碳成本時，納入了木材收益，而已有研究忽略了木材收益；②研究樹種、造林密度、地理區(qū)位和木材價格、營林成本投入等方面差異，均會影響最終計算結(jié)果；③還與森林固碳量的確定方式及項目計入期長短有關(guān)。

本研究結(jié)果顯示，杉木林分的固碳成本(6 292.11元·t-1)低于馬尾松林分的固碳成本(6 399.15元·t-1)，這與文獻(xiàn)[9]的研究結(jié)果不一致。除研究區(qū)域、立地條件不同以外，已有研究在計算碳儲量時僅考慮了林木碳儲量，本研究考慮地上和地下碳儲量。而且，碳儲量計算方法的不同，也是導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)差異的原因。隨林齡延長，杉木林分的固碳速率、碳儲量均高于馬尾松林分的，表明杉木林分比馬尾松林分更具有成本效益，因此，適當(dāng)增加杉木的造林力度，不僅有助于提高森林碳儲量，也有助于提高林農(nóng)收益水平。

本研究結(jié)果較全面地核算了固碳成本，研究結(jié)果具有一定的理論意義和參考價值，但研究對象具有一定的區(qū)域局限性。森林具有多重效益，除木材以外，還提供非木質(zhì)產(chǎn)品，如油料、藥材以及固碳、涵養(yǎng)水源、生物多樣性等生態(tài)環(huán)境效益[25]，固碳和木材產(chǎn)出僅是森林多重效益的一部分，導(dǎo)致固碳成本的偏高。因此，未來需要多區(qū)域、多樹種的固碳成本核算研究，以期豐富林業(yè)固碳成本核算理論和實踐。

5 結(jié)論

包含木材收益時，杉木、馬尾松林分的固碳成本，均大于不包含木材收益時的固碳成本。杉木、馬尾松林分的固碳成本，分別在林齡10、7 a時達(dá)到最低(3 364.69、2 959.37元·t-1)；在林齡為30 a時，杉木、馬尾松林分的固碳成本，分別為6 292.11、6 399.15元·t-1，是不包含木材收益時的20、12倍。

利率、造林成本、木材價格、采伐成本等經(jīng)濟因素是影響固碳成本的重要因素。無論是杉木林分還是馬尾松林分，固碳成本，與造林成本、木材價格呈正相關(guān)，與利率、采伐成本呈負(fù)相關(guān)；但杉木林分的固碳成本，對利率、采伐成本的敏感性大于馬尾松林分的，對造林成本、木材價格變動的敏感性卻小于馬尾松林分的。