全球气候变化与森林碳汇研究概述*

周 隽,王志强,朱 臻

(浙江农林大学经济管理学院,浙江临安 311300)

1 引言

作为人类赖以生存的自然环境要素,全球气候的任何变化都会对自然生态系统及社会经济系统产生全方位、多尺度和多层次的影响。工业革命以来,由于人类活动特别是化石燃料的燃烧使大气中CO2为主的温室气体浓度不断上升,引发了以变暖为主要特征的全球气候变化 (逯非,2009)[1],严重影响了经济社会的可持续发展,成为人类面临的十大生态问题之首(何英,张小全等,2007)[2]。如何通过各方的共同努力,减缓和适应气候变化、保护环境成为国际社会关注的焦点问题。为应对全球气候变化,国际社会先后制定了《联合国气候变化框架公约》(以下简称《公约》)和《京都议定书》,以及其他一系列气候变化相关的政治协议,采取各种措施应对气候变化(李怒云,杨炎朝等,2009)[3]。

2007年,政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布了《第四次气候变化评估报告》。评估报告称,过去50年全球平均气温上升与人类大规模使用石油等化石燃料产生的温室气体有关。人类活动造成的温室气体主要来自交通、建筑、工业及森林减少这四大领域,在所有CO2排放中,森林减少占据18.2%,工业(44.5%)、交通(17.5%)及建筑(19.8%)碳排放量约占城市总的碳排放量的81.8%(世界银行,2009)[4]。因此,有效控制人类活动,减少温室气体的排放或增加温室气体的吸收,是减缓和适应气候变化的有效措施。鉴于发达国家在工业化进程中已排放大量温室气体的历史事实,遵照“共同但有区别的责任”原则,《京都议定书》要求签约的发达国家和经济转轨国家(即附件1国家)在2008～2012年的第一个承诺期内,将温室气体排放总量在1990年基础上平均减少5.2%。为帮助附件1国家实现温室气体减排目标,《京都议定书》制定了三种灵活机制,即联合履约(JI)、排放贸易(ET)和清洁发展机制(CDM),CDM是唯一与发展中国家有关的机制。这个机制既能使发达国家以低于其国内成本的方式获得减排量,又为发展中国家带来先进技术和资金,有利于促进发展中国家经济、社会的可持续发展,被认为是一种“双赢”机制(李怒云,杨炎朝等,2009)[3]。

《公约》将从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制定义为“碳汇”,反之则称为“碳源”。因此,应对气候变化的国际行动,主要是致力于减少二氧化碳的排放(源)和增加二氧化碳的吸收(汇),即增加碳汇。森林碳汇是指森林生态系统吸收大气中的CO2并将其固定在植被和土壤中,从而减少大气中CO2浓度的过程。通过林业活动增加森林碳汇(减缓碳释放)的四大策略在应对全球气候变化的国际政治和法律框架中均得到了体现,如《京都议定书》清洁发展机制同意将造林和再造林作为第一承诺期合格的CDM项目。作为陆地生态系统的最大碳库,森林生态系统在全球碳循环中扮演着源、库、汇的作用,其碳蓄积量的任何增减都可能影响到大气CO2浓度的变化。森林是全球碳循环的重要组成部分。它的固碳作用十分显著,对抑制气候变化起着重要作用(刘国华,2000)[5]。此外,森林碳汇功能还具有比其他减排方式更经济和高效的优点,成本只有直接减排的1/30左右。更主要的是这种方法不会对现有的经济发展模式、发展速度造成太大的负面影响(UNFCCC,1999)[6]。

2 森林碳汇问题研究现状

在此背景下,森林碳汇问题已成为多学科研究的热点,众多学者展开了相关研究,在自然科学领域,多集中在森林的固碳功能、森林生物量碳储量的估算分析等方面,在社会科学领域,多集中在森林碳汇价值估量、森林碳汇服务市场和森林碳汇政策等方面的研究。

2.1 森林碳汇自然科学领域相关研究

2.1.1 森林的固碳功能 绿色植物通过光合作用将大气中CO2转变为有机物储存起来,所以光合作用是降低大气CO2浓度的根本途径。作为陆地生态系统主体的森林,其面积、生物量、生产量、碳储量分别约占陆地生态系统的27%、90%、70%和47%。森林不仅在维护区域生态环境上起着重要作用,而且在全球碳平衡中也起着巨大的贡献。森林生态系统的固碳作用取决于两个对立过程,即碳素输入、输出过程。碳素输入过程主要通过植物净光合作用实现,而碳素输出过程主要指森林土壤和动物的异养呼吸过程以及凋落物的矿质化过程。此外,各种干扰也会影响系统的碳素输出。森林生态系统的固碳能力取决于碳素输入、输出速率的对比。净第一性生产力(NPP)减去因土壤、动物和凋落物的CO2排放过程所损失的有机碳后,得到净生态系统生产能力(NEP),NEP可反映森林生态系统的固碳能力。森林生态系统固碳能力受诸多因素的制约,如植被发育程度、光照、温度、水分、CO2含量和外界干扰等。森林演替过程造成了森林固碳能力和碳储量的时间差异。Bames(1998)和Chapin(2002)等人推测了植被演替与NPP,NEP和异养呼吸以及植被碳储量和土壤碳储量的关系[7-8],尽管这一推测还缺少严格而完整的事实证据,但却启发了人们对森林碳循环的认识。

2.1.2 森林生物量碳储量的估算分析 根据研究对象的时空尺度和研究手段,大体可以将森林生物量碳储量的估算分析方法分为样地清查法、模型模拟法和遥感估算法3类(何英,2005;张茂震,2009;方精云,2001;2007;郗婷婷,2006;王效科,2000;2001)[2,9-14],详见表1。样地清查法是最基本、最可靠的方法,但只能应用于小尺度的研究。要解决大尺度上森林固碳的问题,必须借助模型模拟法和遥感估测法。样地调查、模型模拟和遥感分析等方法的综合运用是未来解决尺度耦合问题和研究森林生态系统碳循环的主要趋势。

从国内外研究看,森林生物量碳储量的估算分析具有以下几个方面的特点:(l)研究的结果具有很大的不确定性,不论是在国家尺度还是在全球尺度上,不同研究人员在不同时间、利用不同方法所得到的结果差别很大;(2)研究的规模主要集中在两个方面,全球尺度和国家尺度,局部典型的森林生态系统;(3)绝大多数对森林生态系统碳源/汇关系研究为单一功能研究,缺乏包括土地利用、经济、社会评价在内的综合研究;(4)受资料和数据来源的限制,大多数研究采用静态平衡分析法,较少综合动态预测和评价。值得一提的是,在森林碳汇研究初期,许多学者认为森林特别是成熟森林的固碳净增量很低,但是最新的科学研究成果表明,森林固碳能力在以往远远被低估了,事实可能并非如此,周国逸的最新研究成果表明,在过去25年期间,成熟森林在地上部分净生产力几乎为零的情况下,土壤却能持续积累有机碳,表现出强大的固碳功能。

表1 森林生物量碳储量的估算分析方法

2.2 森林碳汇社会科学领域相关研究

2.2.1 碳汇价值估算方法 森林生物量碳储量估算与评价是碳汇经济的基础,同时也是评价森林对减缓全球气候变暖贡献的前提。常见的碳汇价值估算方法主要有:人工固定二氧化碳成本法、造林成本法、碳税法、变化的碳税法、损失估算法以及支付意愿法等(刘璨,2003)[15]。其中,支付意愿法外的方法都是从成本的角度度量森林碳汇的价值,存在着一定的局限性。测算结果仅仅是在缺乏市场机制的条件下森林碳汇价值的一种参照,是森林吸收二氧化碳时的参照成本,而各种方法的区别仅仅在于成本发生的方式不同而已。支付意愿法的设计原理契合了市场经济的价格形成、运行机制,但这种方法也存在着调查产生的偏差。尽管现有的碳汇价值量估算方法种类繁多,莫衷一是。但都或多或少地存在着一定的缺陷,很难找到一种令人完全满意和信服的方法。究其原因,主要是因为目前森林碳汇的价值还不能完全由市场来确定,从而导致以上述诸方法为依据估算的结果缺乏可验证性。另一方面,尽管近年来国际碳汇市场方兴未艾,但仍处于起步和探索阶段,且能够进入市场交易的碳汇也只占一小部分,而由森林提供的大量碳汇服务没有通过市场就已经被消费掉了。这样,由国际碳汇市场所决定的碳汇价格也就缺乏足够的普遍性。因此,对森林碳汇价值进行准确估算有赖于森林碳汇服务的完全市场化,而如何实现森林碳汇服务完全市场化,将是今后长时间内函待解决的一个重要问题。

2.2.2 森林碳汇服务市场 当前,森林碳汇服务市场的研究主要集中于要素分析尤其是供求因素、交易成本等方面。

森林碳汇服务市场的形成经历了一个漫长的过程,始于20世纪80年代末,其形成与国际气候变化政策的进程紧密联系。实质上,正是全球范围内对气候变化问题的日益重视及国际间相继展开的谈判和协定促进了森林碳汇服务市场的形成和发展(林德荣,2005)[16]。总的来说,可以将发展迄今的全球森林碳汇服务市场划分为4个阶段,即《公约》签订前阶段、《京都议定书》通过前阶段、《京都议定书》生效前阶段和《京都议定书》生效后阶段(何建坤,刘滨等,2007)。《公约》签订前阶段,主要是一些公司为了树立企业形象,创造良好的公共关系主动资助和开展林业碳汇项目,这一时期的交易既没有制度强制和约束,也不是出于获利目的,项目的投资方所要求的碳信用也是象征性的,无需第三方进行核实,尚不能称为真正的“市场交易”;《京都议定书》通过前阶段,主要是企业有意识的行动。对项目产生的碳信用要求由独立的第三方核实和认证,但核实和认证标准并不明确和统一,由于各种不确定性因素的存在,市场本身蕴藏着极大风险;《京都议定书》生效前阶段,企业对森林碳汇服务交易举棋不定,致使森林碳汇项目的投资与其它部门的减排活动(如清洁能源和能源的有效利用项目等)投资相比不积极。但也有一些政府或企业意识到森林碳汇服务市场可能蕴藏的巨大商机,希望通过开展造林、再造林和森林管护等碳汇项目预先获取已由第三方核实的减排信用,转换成京都减排单位,出售并赚取利润;《京都议定书》生效后阶段,逐步转向京都单位的森林碳汇信用交易。

森林碳汇服务市场要素分析:供求双方、交易商品是任何一个简单市场都必然包含的要素。森林碳汇服务市场还包括其它许多要素,如政府、非政府组织(NGOs)、咨询和认证等中介机构以及保险机构等其它市场利益相关者。这些要素在森林碳汇服务市场发展的不同阶段发挥着不同的作用(刘璨2002;樊根耀,2003)[15,17]。

(1)供给方及激励机制:森林碳汇服务的潜在供给者一般是森林资源的所有者或经营者,在中国,主要包括个体农户、集体林场、国有林场以及其它拥有或经营森林资源的个人、企业以及其它实体等。一般而言,影响森林碳汇供给的主要因素包括资源禀赋、造林成本、碳汇服务价格、木材价格、采伐成本、土地价格以及相关政府政策。Pablo Benitez(2004)通过敏感性分析发现,土地价格、木材价格和碳吸收率是影响碳汇供给的重要因素[18]。但Pab lo Benitez的分析没有考虑到森林及其经营的特征对森林碳汇供给的影响。这些森林及其经营的特征主要是:①森林资源经营周期长,森林碳汇供给对价格反映不太灵敏,具有“滞后”效应和刚性特征;②森林资源始终面临病虫害和火灾以及其他自然灾害风险,森林资源所有者难以做出理性选择;③碳汇服务的价格信息不完全,而碳汇提供者又往往处于边远地区,且其自身的知识和搜集信息的能力有限,这就导致其对碳汇价格预期不确定性较大,进而严重影响潜在森林碳汇供给者的选择。

为增加森林碳汇的供给,迫切需要建立一些刺激机制。一是建立集中交易市场,以提高信息的充分性;二是鼓励小型林场采用各种方式组建大型林业企业,以发挥其规模效益;三是建立碳汇期货市场,以降低价格风险;四是设立森林碳汇保险业务或设立森林碳汇服务者互助基金。

(2)需求方及激励机制:对森林碳汇的需求缘于人类社会对温室气体浓度升高引起全球气候变暖所造成后果的担忧。但是,由于森林碳汇具有准公共产品特性(非排他性),对理性个体而言,对森林碳汇的现实需求更多是一种引致需求:即森林碳汇需求者对碳汇的需求往往是制度和规则约束下的结果。除制度和规则外,决定森林碳汇需求的另一个重要因素是森林碳汇的价格。此外,企业社会责任感和公民环境意识,也会对森林碳汇需求产生较大的影响。

为增加森林碳汇需求,可以建立如下刺激机制:一是合理安排制度和规则,尤其是合理确定排放水平;二是尽可能简化交易过程,以减少交易成本;三是采取措施加强企业的社会责任感和公民的环境意识;四是发动潜在需求者,包括保护组织、“绿色”投资企业、公众等(冯亮明,2009)[19]。

交易成本问题:迄今为止,针对森林碳汇市场,关于交易成本尚缺乏统一认识,因此,对交易成本的量化研究存在很大差异,由于森林碳汇服务功能的准公共物品特征,使它难以自发形成市场交易商品,森林碳汇服务市场实际上是一个以项目投资为基础的人为市场。交易成本的许多构成要素的主要功能是为了使森林碳汇服务具有排他性和可计量性,这正是森林碳汇服务交易成本过高的主要原因。据此,森林碳汇服务市场的交易成本可以划分为市场创建和维护成本与市场运行成本。森林碳汇服务作为一种准公共物品,存在着外部性及产权界定困难等问题,并且由于碳汇交易高风险及不确定性的存在,导致碳汇价格没有按照森林碳汇商品本身的价值来成交,可以说森林碳汇服务市场还只是一个次优市场,这就需要人为确定比一般市场更为复杂的制度和规则,由此加大了森林碳汇服务市场的交易成本(Natashal,2002)[20]。目前符合《京都议定书》要求的林业碳汇项目的交易成本极高,除项目的谈判成本以外,项目需要参与国政府和主管机构批准,还需要联合国清洁发展机制执行理事会派出的审核机构进行核证,并由联合国CDM执行理事会批准,这一过程显著地提高的了交易成本。而过高的交易费用会限制碳汇市场的发展。

尽管如此,还是可以看到森林碳汇服务市场正在快速发展,主要有以下几个特点:森林碳汇服务交易数量在森林环境服务交易中占重要地位;森林碳汇交易市场正在迅猛发展;森林碳汇项目正在迅速增加;碳交易体系不断增加;森林碳汇服务机构不断涌现;碳交易额正在增加,2008年与2007年相比,交易额翻 1番,从630.07亿美元增长到1263.45亿美元,交易量从29.84亿 tCO2增长到48.11亿tCO2。

2.2.3 森林碳汇政策 森林碳汇政策是碳汇管理的核心,对具体的碳汇工作起着重要的指导作用。目前,这方面的探讨比较有限(李怒云等,2009)[3],相关分析集中在以下三个方面:(1)碳汇政策的内涵。从其本质和内涵上看,主要包括①生态经济的协调发展;②人权关系的新拓展;③林业产业的新界定;④林业发展资金的新渠道。(2)中国碳汇管理的现状。碳汇政策的制定需要从碳汇管理的实践产生又反过来指导实践。①制定宏观政策;②搭建信息平台;③确定优先发展区域;④推动非京都市场的发育。(3)碳汇政策研究趋势。①森林碳汇产权化;②森林生态功能定量化;③森林生态服务市场化。

3 中国开展森林碳汇活动的前景展望

继2009年底哥本哈根会议的召开,在“京都议定书”、“巴厘岛路线图”之后,人类关于气候问题的努力进入一个新的后京都时代。中国向国际社会承诺到2020年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。这一目标远远高于美国宣布的减排17%、欧盟提出的最高减排30%的目标。中国提出这一目标充分考虑了森林生态系统的固碳潜力。

20世纪90年代起,国内外学者对中国森林碳吸收情况进行了比较精确的计算,结果表明,中国森林表现为大气碳的净吸收汇(GEF中国林业温室气体清单课题组,2003;Fanget al.,2001;李克让等,2003)[21-22]。中国森林的固碳能力得到了显著增加,主要归因于中国是全球最大的人工造林大国,大规模的植树造林不仅保护和改善了中国的生态环境,也为减缓全球气候变暖作出了巨大贡献。而且,中国森林碳汇供给还有很大潜力可以挖掘。潜力一:森林发展空间大且固碳能力增长潜力大。到2010年,中国将新增森林面积3 668万hm2,森林覆盖率达 20.3%。到 2020年,新增森林面积 2 960万hm2,森林覆盖率达23.4%。到 2050年,新增森林面积 4 696万hm2,森林覆盖率达28%以上(中国可持续发展林业战略研究项目组,2003)[23]。其次,中国目前实施的六大林业工程生态活动大气碳储量产生很大贡献(魏殿生,2003)[24]。再次,中国正处于经济发展的高速增长期,对木材及其他林产品的需求量日益增加。适当增加木材使用量以及通过一定技术措施,延长木材使用寿命等,都会增加中国森林的整体固碳能力。还可替代不可再生和能源密集型的原材料,达到继续固碳的目的,也是森林碳汇作用的延伸。此外,中国林分生产力不及发达国家的1/4～1/3,还有较大的提升空间(世界银行,2008);潜力二:开展碳汇项目实现减排,既经济,又能吸引融资。首先,减少排放源是要减少能源和工业生产,或者进行技术改造以减少排放,这都要付出巨大的成本,而造林和再造林等措施增加吸收CO2的汇则便宜得多,后者大约是前者的1/30(陈根长,2005)[26]。由于劳动力成本低,在中国开展碳汇项目,在成本方面具备一定优势。其次,根据《京都议定书》中对碳汇项目实施要求,项目活动的资金和技术必须是额外于官方发展援助(ODA)和参与国政府计划的,因此对中国的林业发展而言,这是资金供给的一个补充,也是技术引进的一种途径。再次是国际社会已经筹资建立了“生物碳基金”,允许造林和再造林项目申请者分阶段对项目进行准备和申报,以降低风险,这都能调动中国造林者的积极性。总之,同其他国家相比,在中国实施碳汇项目具有一定优势,中国发展森林碳汇具有较大的潜力。

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