○浙江農(nóng)林大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 張?jiān)娫?/p>

一、引言

隨著工業(yè)化的發(fā)展，以溫室效應(yīng)為主要特征的全球氣候變化問題十分嚴(yán)峻，降低大氣中二氧化碳濃度刻不容緩。相對于減少工業(yè)排放這一舉措可能導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行減緩，森林碳匯通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳并將其固定在植被或土壤中，有效減少二氧化碳在大氣中的濃度，被視為解決氣候變化的一種有益嘗試。

在所有的森林資源中，毛竹因?yàn)槠渖L速度快、成材時(shí)間短、固碳能力強(qiáng)的特點(diǎn)，成為嘗試重點(diǎn)[1]。且在全球森林資源面積大幅下降的背景下，竹林的分布面積卻以3%的速度持續(xù)增長。其中，我國竹林面積有近538.10萬hm2，為毛竹碳匯研究提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[2]。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境變化，毛竹林的經(jīng)營類型不僅有普通的材用林、筍用林及筍竹兩用林，還出現(xiàn)了以生態(tài)效益為主要目標(biāo)的毛竹碳匯林，因此相應(yīng)的科學(xué)研究也就需進(jìn)一步跟進(jìn)。且現(xiàn)有研究多使用計(jì)量模型對竹林固碳能力進(jìn)行單一因素的實(shí)證研究[3-4]，但竹林生長是個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，同時(shí)受自然生長、人為管理與經(jīng)濟(jì)的影響[5-7]，需要我們?nèi)娴乜紤]各個(gè)因素之間地相互影響，以系統(tǒng)動態(tài)的方法去思考。

二、研究方法與理論機(jī)制

(一)系統(tǒng)思考方法及模型設(shè)計(jì)

系統(tǒng)思考方法，是一種系統(tǒng)仿真方法，是基于系統(tǒng)行為與內(nèi)在機(jī)制之間的相互聯(lián)系構(gòu)建變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系或邏輯關(guān)系。這種對整體運(yùn)作本質(zhì)的思考方式，是把結(jié)構(gòu)的方法、功能的方法與歷史的方法融為一個(gè)整體，從整體出發(fā)尋求改善系統(tǒng)行為的途徑[8]。

模型基本元素包括流量、存量與輔助變量。模型設(shè)計(jì)并非依據(jù)抽象假設(shè)，而是秉持“凡系統(tǒng)必有結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)功能”的系統(tǒng)科學(xué)思想，以現(xiàn)實(shí)存在為前提，依據(jù)社會系統(tǒng)動態(tài)行為，綜合考量各個(gè)因素之間的相互影響關(guān)系構(gòu)建仿真模型，對系統(tǒng)未來的行為做出模擬預(yù)測，形成信息負(fù)反饋鏈，對發(fā)展決策提供建議。

竹林生長是一個(gè)自然生長過程、人為管理過程與經(jīng)濟(jì)過程相互影響的綜合系統(tǒng)。竹材市場的毛竹價(jià)格會影響竹林經(jīng)營者的管理積極性與管理水平。竹林管理模式與投入又將作用于竹林的生長，如水肥會影響毛竹的出筍率、平均胸徑、生物量與碳匯量，采伐率會影響竹林的立竹數(shù)，最終這些林分結(jié)構(gòu)影響到竹林的生物量與碳儲量。而竹材供給與碳匯供給又分別調(diào)節(jié)竹材市場與碳匯市場，如此形成一個(gè)相互影響的綜合系統(tǒng)，具體如圖1所示。

圖1 管理模式對碳匯供給的影響機(jī)制

模型構(gòu)建使用軟件STELLA9.1.3，以竹林生長系統(tǒng)為核心，受管理模式的影響，協(xié)同聯(lián)系毛竹市場與碳匯市場。竹林生長系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 竹林生長系統(tǒng)

竹林生長系統(tǒng)基于毛竹的生物學(xué)特性而建立，流量包括流入與流出，即一年生的竹筍量與八年生的老竹量。存量即各年齡段的毛竹立株數(shù)，速率變量即竹筍采伐率、竹材采伐率。毛竹自然生長周期為八年，一年生的竹筍量基于二、三、四年生的毛竹基礎(chǔ)上發(fā)筍，自然存活率設(shè)定為80%，且受到竹林立株密度的影響。四年生以上的竹子可以開始采伐，采伐量等于適齡毛竹量乘以采伐率。毛竹在第八年進(jìn)入自然死亡，生長鏈終止?？紤]到現(xiàn)實(shí)情況，設(shè)定毛竹的自然損耗率為2%。竹林總生物量根據(jù)周國模等學(xué)者的研究，基于竹齡與胸徑計(jì)算得出。碳匯量由生物量乘以碳匯量系數(shù)得到。

(二)毛竹生物量與碳匯供給量的計(jì)算方法

對于林分結(jié)構(gòu)因子與生物量之間關(guān)系，有不同的計(jì)算方法，目前精確度最高的是范葉青等[3]學(xué)者建立的單株毛竹二元生物量模型：

其中，f(D，A)為計(jì)算所得毛竹單株生物量(kg)，D表示單株毛竹胸徑(cm)，A表示單株毛竹年齡，總生物量則根據(jù)所有單株毛竹生物量求和得到[9]。

同時(shí)研究表明，毛竹的碳匯供給量又取決于毛竹的生物量，由生物量乘以碳匯量系數(shù)0.504得到[10]。

(三)不同管理模式對碳匯供給潛力的影響機(jī)制

不同的竹林管理模式所采用的管理措施不盡相同，通過施肥、除草與采伐，結(jié)合管理水平的差異，直接或間接地影響竹林林分非空間結(jié)構(gòu)，主要體現(xiàn)在竹林立竹數(shù)、平均胸徑與竹高、竹齡等因子方面[11]。而林分因子會影響竹林的生物量，繼而對碳匯量產(chǎn)生影響，形成“管理模式-林分結(jié)構(gòu)-生物量-碳匯量”的作用鏈。

但與此同時(shí)，碳匯的供給反過來也會影響管理模式，通過供給調(diào)節(jié)碳匯價(jià)格再影響竹林經(jīng)營者的經(jīng)營管理積極性導(dǎo)致管理模式與管理投入的不同，以此形成一個(gè)循環(huán)與負(fù)反饋鏈的復(fù)雜系統(tǒng)。

三、數(shù)據(jù)采集方法與調(diào)查結(jié)果

(一)數(shù)據(jù)采集方法

本文選取余杭賜璧村與臨安嚴(yán)家村的兩片毛竹林作為研究對象，進(jìn)行實(shí)地測量與問卷訪談，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬與對比分析。臨安嚴(yán)家村的毛竹林為碳匯林，采用“桃花作”[12]管理模式，即竹林年年出筍但不挖筍，砍老竹后任其在山上腐爛，隔年人工除草。余杭賜璧村的毛竹林則是傳統(tǒng)的材用林，采用“大小年”[13]管理模式，即大年留筍養(yǎng)竹，小年挖筍砍竹。兩處研究點(diǎn)同樣位于浙江省杭州市，相近的地理位置有著近乎相同的自然氣候條件。在此前提下，不同的竹林管理模式對碳匯供給潛力的影響更具可比性。

1．實(shí)地測量

通過實(shí)地測量了解竹林生長狀況。在兩處毛竹林均劃定大小范圍相近的兩塊樣地，在當(dāng)?shù)赜薪?jīng)驗(yàn)的村民指導(dǎo)下，測量面積與坡度、清點(diǎn)竹筍、毛竹立株數(shù)、確定每根竹子的竹齡并測量胸徑。胸徑的測量選用軟尺，在距根部1.3米處進(jìn)行測量，數(shù)值精確到毫米。測量完成后錄入原始數(shù)據(jù)，并做簡單處理，可見竹林基本生長狀況。

2．關(guān)鍵信息人訪談

通過對竹林經(jīng)營者的信息訪談，詳細(xì)了解各自竹林的發(fā)展背景以及不同管理模式下的投入與產(chǎn)出。背景了解包括竹林地來源與竹林具體管護(hù)措施。投入主要包括肥料、除草劑、病蟲害防治、毛竹采伐與搬運(yùn)、人工管理維護(hù)、運(yùn)輸以及資金利息等成本，收入包括竹筍出售收入、竹材出售收入、碳匯交易收入以及政府補(bǔ)貼等。另外，就有關(guān)碳匯知識對經(jīng)營者進(jìn)行提問，以了解其對碳匯的認(rèn)知程度，反映碳匯在我國的普及狀況。

(二)調(diào)查結(jié)果

1．毛竹林生長狀況

如表1所示，臨安嚴(yán)家村2013年、2016年所選取的測量面積大致相近，分別為379.2 m2、330 m2，清點(diǎn)毛竹總立株數(shù)分別為137株、176株。三年間，基地毛竹的平均胸徑從5.02 cm長到了8.03 cm，但這更大程度上是由于新造竹林的自然生長。其中，2013年對臨安嚴(yán)家村毛竹林的測量中，由于項(xiàng)目基地毛竹造于2008年，所以只有四年生及以下的竹子。而經(jīng)過四年的經(jīng)營管理，在并沒有砍竹挖筍的前提下，其立株數(shù)并沒有明顯的增加，側(cè)面體現(xiàn)其管理的粗放。

表1 毛竹林生長狀況

余杭賜璧村的測量面積相近，但總立株數(shù)卻明顯減少。平均胸徑則變化不大，保持在8.5 cm左右。此外，由于2013年調(diào)查時(shí)毛竹林處于“大年”，2018年處于“小年”，大年留筍養(yǎng)竹，小年挖筍砍竹，所以，兩次的測量數(shù)據(jù)中，竹子年齡正好錯開分布。2013年多一年生竹筍與三年生、五年生毛竹，2018年則是二年生與四年生的毛竹。其中2018年竹齡為1年的立株數(shù)為138株，是由經(jīng)營者所估計(jì)的挖去竹筍數(shù)量。

2.價(jià)格與投入情況

從表2可以看出，兩處竹林地管理模式的不同。在化肥、農(nóng)藥的投入方面，臨安嚴(yán)家村一直為0元，這是由于碳匯造林以環(huán)境保護(hù)為目的，項(xiàng)目合同要求不能使用任何化肥、農(nóng)藥與除草劑，不能機(jī)械作業(yè)。只能采取人工除草的方式，所以這些勞動都將轉(zhuǎn)移到人工成本中。余杭賜璧村在2013年，在肥料上的投入為500元/畝，農(nóng)藥為20元/畝，是精細(xì)化的竹林管理。而到了2018年，不再使用化肥農(nóng)藥，是由于竹材價(jià)格低迷導(dǎo)致的管理積極性下降。

表2 毛竹價(jià)格、碳匯價(jià)格與毛竹林管理投入 (單位：元/畝.年，元/噸)

在人工成本方面，臨安嚴(yán)家村每年約15萬元，主要用于除草以及多年的老竹劈除，雜草留在山上，作為竹林的肥料。余杭賜璧村2013年的人工成本為280元/畝，而2018年則下降為93元/畝，是由于后者對竹林管護(hù)的投入意愿低，管理相對粗放，人工費(fèi)用只用于劈山。

在運(yùn)輸成本方面，兩地均為0元，但原由不同。臨安嚴(yán)家村由于前期是新造竹林，無竹可砍，所以沒有運(yùn)輸需求。后期則是因?yàn)橹癫膬r(jià)格一路下跌，經(jīng)營者不愿砍竹售賣。所以項(xiàng)目至今，未出售過竹材，也就沒有相應(yīng)的運(yùn)輸成本支出。而余杭賜璧村雖然海拔較高，但收購商是“上門收購”，經(jīng)營者只需將砍伐的毛竹運(yùn)到路口邊即可，其運(yùn)輸成本幾乎為0。

值得注意的是，臨安嚴(yán)家村由于是碳匯造林，初期投入成本大，按經(jīng)營期限20年分?jǐn)偅Y金利息按5%計(jì)算，2013年資金利息為17元/畝，2016年則是10元/畝，可見投入相對來說是在減少的。

根據(jù)訪談，近些年毛竹市場的變化非常大，尤其是毛竹價(jià)格從2013年的1000元/噸直線下降為2016、2018年的400元/噸，對竹材銷售的影響極大。而碳匯市場上，碳匯價(jià)格一直在低位徘徊，價(jià)格始終沒能上升至當(dāng)初專家所預(yù)期的100元/噸。

3.對應(yīng)的管理模式認(rèn)定

如表3所示，從實(shí)地考察的情況來看，2013年余杭賜璧村的毛竹林管護(hù)十分精細(xì)，竹林長勢非常好，毛竹粗壯，源于平均每畝投入大，是典型的集約化大小年管理模式。而到了2018年，由于竹材市場價(jià)格低迷，市場不景氣，經(jīng)營者不愿投入，管理相對粗放，立株數(shù)相對減少，且小年伐竹挖筍，有稀疏感，是粗放型大小年的管理模式。

表3 毛竹林管理模式認(rèn)定

2013年臨安嚴(yán)家村的毛竹林基地由于新造竹林不久，竹林內(nèi)雜草較少，竹子沒有倒伏現(xiàn)象。由于受碳匯林管理的限制，不可施用化肥、農(nóng)藥，不可進(jìn)行機(jī)械化操作，其本身的管理措施相對大小年而言更粗放些，是半集約型桃花作的管理模式。而2016年竹林內(nèi)雜草叢生，竹子大都營養(yǎng)不良，倒伏較多；且老竹無人砍伐，任其自然腐爛，可見平日里基本無人管理。這種情況與造林時(shí)的精細(xì)管理程度相距甚遠(yuǎn)，相對來說，管理水平明顯下降，管理強(qiáng)度低下，是粗放型桃花作的管理模式。

四、結(jié)果與分析

本文利用模型運(yùn)行導(dǎo)出數(shù)據(jù)，作圖對比不同管理模式下竹林地碳匯供給的曲線差異，并進(jìn)行分析。由于兩處竹林總面積不同，為了能實(shí)現(xiàn)有效對比，選擇指標(biāo)為每公頃碳匯供給量。設(shè)定系統(tǒng)模擬時(shí)間為20年，觀察其從2013年至2033年的碳匯供給走勢。同時(shí)，分別以2013年、2016年、2018年為起點(diǎn)，對比模擬結(jié)果的差異。最后，以集約化程度為影響因素，模擬不同集約化程度下的碳匯供給量曲線。

(一)桃花作與大小年對比

由2013年的調(diào)查得知，半集約型桃花作的碳匯供給潛力低于集約型大小年，但2013年碳匯林為新造竹林，為排除新老竹林對對比性的影響，以2016年成林后的桃花作與2018年的大小年作對比。從圖3可以看出，大小年的管理模式下竹林碳匯供給更加理想。這是由于大小年管理模式本身更加精細(xì)，施用化肥、農(nóng)藥可以為竹林減少病蟲害，提供充足養(yǎng)分；定期采伐毛竹，合理地間隔成熟竹材的年齡，有利于更好地利用自然條件與立地空間。而桃花作不采伐毛竹，毛竹對于養(yǎng)分的汲取存在競爭性，過多的毛竹不僅會影響發(fā)筍率，還會導(dǎo)致其發(fā)育不良，毛竹胸徑小影響生物量積累，從而影響碳匯量供給。但矛盾的是，大小年施用化肥、農(nóng)藥對環(huán)境的負(fù)面影響更大，具有一定的環(huán)境污染性，又與碳匯的初衷相違背。

圖3 不同模式下的碳匯供給

(二)不同集約化程度的桃花作對比

據(jù)圖4顯示，半集約桃花作與粗放桃花作的碳匯供給量均不高，大約在2024年前后，每公頃碳匯供給量在0.75～1.5噸之間達(dá)到波動平衡。這一數(shù)值與孟海月、劉強(qiáng)等人在2014年所提出的每年每公頃毛竹的固碳量在5.26～6.51噸相比，差距非常大。說明桃花作的管理模式下，林地效益不高。兩者相差不多的原因在于桃花作本身的管理是相對粗放的。

圖4 桃花作模式下的碳匯供給

而粗放桃花作的碳匯供給整體高于半集約桃花作，并不能表明粗放桃花作更加有利于碳匯供給，原因在于碳匯林基地為新造毛竹林，2013年實(shí)地調(diào)查時(shí)，只有四年生及以下的毛竹，影響了碳匯量的供給。

(三)不同集約化程度的大小年對比

如圖5所示，集約大小年的碳匯供給量明顯地優(yōu)于粗放大小年，粗放模式下碳匯整體供給量下降非常多。表明大小年模式下，管理投入的不同，對碳匯供給量的影響非常大。集約大小年的碳匯供給量非常大，是因?yàn)檫@一管理模式下，竹林地投入非常多，通過農(nóng)藥、化肥與合理采伐的精細(xì)化管理使林地毛竹生長良好，增加了碳匯供給。

圖5 大小年模式下的碳匯供給

通過上述對比可以發(fā)現(xiàn)，同一管理模式下，集約型經(jīng)營更有利于碳匯供給。為進(jìn)一步確定集約化程度對碳匯供給潛力的影響程度，本文進(jìn)行如下模擬對比。

(四)不同集約化對比模擬

假定集約化程度分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1，對桃花作與大小年模式下的碳匯供給量進(jìn)行模擬，得到圖6、圖7所示的結(jié)果。

1．大小年模式

如圖6所示，集約化程度對大小年模式下的竹林碳匯供給具有一定的影響，在集約化程度為1的情況下，對碳匯供給的最高到達(dá)了近6t/ha；即使是集約化程度為0.2，最高也有5t/ha。以集約化程度為0.6與0.8，對應(yīng)碳匯供給量分別為5.47 t/ha、5.66 t/ha，計(jì)算可得彈性系數(shù)為0.1。說明管理投入越多，大小年竹林的碳匯供給越理想。但集約化程度對大小年管理模式的影響力在5年左右，后續(xù)的影響不明顯，說明集約化程度有著上限。

圖6 集約化程度對大小年模式碳匯供給的影響

2．桃花作模式

如圖7所示，集約化程度與桃花作模式下的竹林碳匯供給也成正向相關(guān)，集約化程度越高，碳匯供給越多。以集約化程度為0.6與0.8，對應(yīng)碳匯供給量分別為2.82 t/ha、3.04 t/ha，計(jì)算可得彈性系數(shù)為0.23。管理投入的增加會對碳匯供給產(chǎn)生積極影響。且集約化程度對桃花作模式的影響持續(xù)更久，可長達(dá)20多年。

圖7 集約化程度對桃花作模式碳匯供給的影響

對比圖6與圖7可得，集約化程度對于大小年模式與桃花作模式均有影響，但對于桃花作模式的影響更大。原因在于桃花作本身相對更粗放，管理投入變動后，影響程度相對要大。大小年模式本身的管理更精細(xì)，管理投入的影響更小。

五、結(jié)論

本研究采用系統(tǒng)動態(tài)模型，研究不同管理模式對毛竹碳匯供給潛力的影響。結(jié)果表明，不同管理模式的毛竹碳匯供給潛力的差異主要源于其集約化程度，即管理投入的多少。高度集約化程度下碳匯供給預(yù)期最高達(dá)到每公頃35～38噸，而粗放模式下最高則僅有每公頃7～8噸，兩者相比，差距甚大。集約經(jīng)營相較粗放經(jīng)營更理想，有利于增加單位面積的竹林立株數(shù)，以此增加竹林生物量與碳匯供給量。大小年的管理模式比桃花作更好，從管理投入來說，大小年比桃花作更精細(xì)。從生物學(xué)角度來說，大小年更符合竹林生物學(xué)特性?？傊s經(jīng)營的大小年模式下碳匯供給最為理想，粗放經(jīng)營的桃花作模式下碳匯供給最不理想。