于天飞 夏恩龙
(1. 中国林业科学研究院林业科技信息研究所,北京 100091;2. 国际竹藤中心,北京 100102)
气候变化所造成的环境破坏是显著而深远的。气候异常所带来的不仅仅是海平面的大幅抬升,一些潜在的人类无法认识的危害已不经意间来到普通人身边[1]。为了应对气候危机,《巴黎气候协定》提出2 ℃的全球温升控制目标,并要努力实现1.5 ℃的目标[2]。中国政府对此高瞻远瞩,习近平主席于2020年9月在联合国大会一般性辩论上的讲话中首次做出承诺“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,争取在2060年前实现碳中和”[3]。该承诺被大家习惯性地称为“双碳”承诺,这体现了中国政府在应对气候变化领域的大国担当,分解落实“双碳”任务将成为今后中国政府的一项重点工作任务。
根据联合国政府间气候变化专门委员会对碳中和做出的定义,碳中和是指与某一主体相关的人为二氧化碳排放与人为二氧化碳清除量相平衡的状态。而碳达峰则是指在某一个时间边界,碳排放峰值不再增长,经过一段时间的盘整期后逐步稳定,此后逐步回落的过程。实现国家“双碳”战略是一项严谨的系统工程,其将给我国的经济社会发展带来深刻的系统性变革。而在这场变革中,森林碳汇在减缓适应气候变化和实现“双碳”战略过程中扮演着重要角色。
根据清华大学的最新研究成果[4],中国碳排放数值将于2027年左右达到106亿t峰值。随后经历5~7年的平台期,2030年中国碳排放量为105亿t,并且碳排放将逐级下降;至2060年,在实施节能提效、零碳能源等技术措施后,仍有25亿t的碳排放不能彻底消除。这部分碳清除目标将需要通过植树、零碳技术等技术路径完成。
1997年在日本东京的联合国气候大会上通过了《联合国气候变化框架公约的京都议定书》(以下简称《京都议定书》),首次认可了“促进可持续森林管理的做法、造林和再造林”的做法,为奠定林业碳汇的技术体系框架打下了良好的基础。随后联合国气候变化框架公约体系内签署的《波恩政治协议》和《马拉喀什协定》均赋予了森林汇吸收功能以特殊的技术地位。在《京都议定书》第二个承诺期结束后,2015年12月联合国巴黎气候大会将林业作为单独条款列入《巴黎协定》。为《京都议定书》第二承诺期结束后的林业碳汇的发展夯实了法理基础。《巴黎协定》所强调的森林的汇吸收功能中就包含了城市绿地生态系统所具有绿地碳汇功能。2021年年底,在格拉斯哥结束的第26届联合国气候变化大会上,确立了可持续发展机制(Sustainable Development Mechanism,SDM)。该机制作为《巴黎协定》的第6.4条款将逐步取代现有的清洁发展机制(Clean Development Mechanism,CDM)。2013年,联合国气候变化框架公约(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)各缔约方在华沙气候大会上,提出国家自主贡献(The Intended Nationally Determined Contributions,INDCs)方案[5],这是一项“自下而上”的减排承诺机制,目前全球已有200多个国家向UNFCCC秘书处提交了“国家自主贡献”文件,这些国家碳排放量达到全球排放量的90%[6]。2015年,中国向UNFCCC秘书处提交了国家自主贡献文件,INDCs成为巴黎协定实现的重要内容,2020年美国重返了《巴黎协定》。
在2020年12月12日气候雄心峰会上,中国政府提出森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米的林业碳中和新举措。为实现国家自主贡献的减排承诺,2021年“双碳”战略第一次被写入了政府工作报告。为了落实INDCs目标,中国政府提出了碳中和实现的六个重点方向中,生态碳汇被重点提及。在实现森林碳汇固碳潜力的过程中,林业碳汇项目作为合格的中国核证自愿减排量(China Certified Emission Reduction,CCER)抵减项目被政府认可。
本文在对文献整理分类的基础上,通过对基于碳中和愿景实现的绿地碳汇概念进行分析界定,从绿地碳汇价值实现途径和计量监测手段的角度进行研究。对绿地碳汇价值实现过程中存在的问题进行顺理,提出适合中国国情的绿地碳汇价值实现的技术建议。
绿地碳汇是指散落在城市各处的绿色植被通过光合作用将空气中二氧化碳固定在植物体内或者通过城市水域固碳,实现对二氧化碳的汇吸收和碳封存的过程。其体现的是一种静态碳储量和固碳潜力的范畴,由于城市绿化本身就是一项重要的人为活动,因此绿地碳汇也具有先天的额外性与增量性质,具有林业碳汇项目交易的先决条件。
绿地碳汇功能主要包含以下三个方面:一是植被的光合作用,城市植被在降低大气中的二氧化碳浓度方面起着非常重要的作用;二是城市土壤碳汇,城区绿化土壤具有较为明显的汇吸收功能;三是城市水域固碳,其主要形式包括水生植物光合作用、水体底泥有机物沉积、碳沉降等功能。
发展绿地碳汇,是与城市人群交集最多的一种方式。利用绿地碳汇吸收二氧化碳、降低二氧化碳浓度,是一种成本低廉、固碳效果显著的生态固碳手段,通过修建生态廊道、森林公园、湿地保护等措施,将极大地改善城市人群的生活居住环境。通过对绿地碳汇的分析,本文得出绿地碳汇具有以下三个基本属性。
1.2.1 绿地碳汇是一种复合生态系统碳汇
马世骏曾指出“城市生态系统是一个以人为中心的自然界与社会的复合人工生态系统”[7]。城市本身就是一个社会、经济、自然复合生态系统,其碳排放遵循生态系统规律。绿地碳汇作为城市生态系统碳汇的重要表现形式,不仅包括乔木、灌木、草地等多种复合植被碳汇,还具有湿地、公园等独立生态系统群落的碳封存功能。
1.2.2 绿地碳汇具有减排、增汇、封存的三重低碳属性
作为绿地碳汇的载体,城市本身就是人类碳排放的发源地。城市生态系统减排、增汇、碳封存是城市温室气体碳源控制的重要手段,包括:利用城市国土空间规划等技术措施控制城市碳源排放;利用森林汇吸收功能实现绿地可持续增汇;利用公园、湿地碳汇实现城市生态系统的碳封存等。
1.2.3 绿地碳汇具有多重价值
绿地碳汇的生态系统服务价值不仅具有美化环境服务的功能,也有固碳释氧、涵养水源、调节气候、防疫消声、除尘栖息、游憩健身、接近自然等多重价值。
目前,绿地碳汇价值实现的一种方式是通过碳排放权交易来实现的。作为解决环境问题的一种手段,碳排放权交易成为世界各国的政界与学界均非常关注的重要问题。改善环境的政策手段,最初是从利用市场化交易机制解决环境污染外部性这一问题开始的。
政府干预环境问题的重要性在于可以解决市场失灵问题,目前世界各国解决环境污染问题的主要措施也是用命令控制的政策手段来实现。行政命令手段是世界各国通行的环境政策工具。利用命令控制手段来控制环境污染,其本身就是一种强制管理方法,通过政府发布强制性命令来减少污染。例如,通过关停高污染、高排放企业,控制温室气体的进一步增加,这些措施对于控制气温升高限制在1.5 ℃内是有极大帮助的。这对于各国的实现各自的INDCs的减排承诺发挥着重要的作用。但人们会发现利用命令控制手段的成本是令人难以接受的,其不仅限制了经济的发展,而且对某些不发达地区的经济破坏是致命的。因此,人们开始寻找替代解决方案,希望利用市场化交易机制来优化环境资源的配置,以碳贸易的形式来解决气候问题的方式被更多的人所接受。当然,有部分人认为碳排放权交易其实并没有进行实质性的减排。
碳排放权交易的理论得益于“科斯定理”。该定理认为只要碳排放产权得以确定,自发的市场化碳信用交易可保证环境资源的最优配置。在碳排放权界定清晰的情况下,可通过在企业间自发的碳交易行为实现温室气体减排量在企业间的最优分配[8]。生态经济学者赫尔曼·戴利、生态马克思主义学者约翰·贝拉米·福斯特对排污权交易进行了批判。学者把这归纳为罗德戴尔悖论(The Lauderdale Paradox)的回归[9],即以牺牲公共财富为代价来增加私人财富。
碳排放权交易的实质是环境承载权的交易,其目的是促进经济增长的同时减少二氧化碳排放量。随着资本的大规模进入,全球变暖为增加私人财富扩张带来了可能性,为了增加财富,故意造成碳排放配额的短缺,而借由碳排放权交易增加个人财富的数量,这体现了罗德戴尔悖论的回归[9]。西方国家通过罗德戴尔悖论的回归,用自己资本优势和碳排放优势挤压中国的发展空间。对于碳交易是否为陷阱,在丁仲礼和柴静的“发展权对话”中体现尤为明显,“中国人也是人”、要遵守“共同但有区别的原则”等观点被广大中国民众支持。
2021年,丁仲礼院士在中国科学院学部第七届学术年会上做了《中国“碳中和”框架路线图研究》的专题报告,提出“三端发力”的战略构想,希望从能源供应端用非碳能源替代化石能源发电、制氢;从能源消费端实现非碳能源对化石能源消费的替代;从人为固碳端通过生态修复、碳封存利用与捕获等负碳排放技术去除不得不排放的二氧化碳,其中城市绿地也将是其中一项重要的技术举措。绿地碳汇的三重低碳属性,决定了其基于碳中和愿景的价值实现也是多角度的。绿地碳汇的负碳排放技术措施主要包括增汇、减排、封存三个技术维度。
增加绿地碳汇是实现绿地碳汇的主要方向,其主要途径包括以下三个方面。
2.1.1 落实城市生态保护措施
落实城市生态保护措施是指通过划定永久基本农田和生态保护红线,加强城市生态管控,严控不合理城市建设用地。实施以国家公园为主体的自然保护地体系建设,发挥城市森林、草地、公园湿地的储碳固碳潜能,降低土壤扰动。
2.1.2 实施城市生态修复重点工程建设
实施城市生态修复重点工程建设是指通过开展预防城市水土流失,城郊退耕还林、还草、还湖等生态修复工作,增加城市林地和草地碳汇、调整农用耕地比例,提高城市植被、土壤、湿地、湖泊的碳汇功能。
2.1.3 加强已有的城市绿地系统建设
加强已有的城市绿地系统建设是指通过城市绿色生态廊道建设,优化城市绿地生态系统类型更替,提升现有的城市绿地碳汇能力,城市植被的固碳潜能将进一步发挥。
加强城乡生态绿地空间系统规划对控制城乡区域的碳排放量具有重要作用,其是城市生态系统应对气候变化的重要策略[10]。实施城乡生态绿地空间规划,将使绿地碳贮存量增加而产生减排效果,对推动城市低碳发展有极大意义。
城乡生态绿地空间系统规划是指对生态绿地空间的内涵、类别、布局规模、结构内容和相关土地利用变化-土地利用、土地利用变化和林业(Land Use, Land Use Change and Forestry,LULUCF)活动进行系统规划。其主要措施包括:1)采取设置低碳红线标准来限制高碳土地利用类型的供应,盘活低效、闲置土地,加强建设用地复垦工作;2)优化用地结构。对在碳排放总量和排放强度类型中占比较高的工矿、交通用地加强管控。细化产业结构、规模和布局,减少低效建设造成的土地浪费和碳排放;3)优化城市空间布局。通过完善城市功能区布局,加强土地利用和城市功能空间平衡,减少因交通出行产生的碳排放。
在城市的诸多生态碳封存手段中,除了城市土地利用变化(LULUCF)活动以外,加强城市湿地碳汇和自然保护区碳排放的管理,也是一项重要的碳封存措施。湿地和自然保护区的绿地碳汇区别于其他的单一陆地生态系统碳汇,其具有复合生态系统碳汇的特征,对复杂系统的碳封存管理措施需要区别于传统的单一汇吸收措施,要实行立体的、全方位的系统管控才能达到绿地碳汇的可持续封存功能。加大湿地、自然保护区系统的生态保护力度,将碳封存在城市湿地、自然保护区生态系统中,其本身就是减少复杂城市生态系统的碳排放。
生物能源与碳捕获和储存(bio-energy with carbon capture and storage, BECCS)是另一种非常重要的负碳排放技术。在原有碳捕获与封存(carbon capture and storage, CCS)和生物质能源利用的技术基础上,BECCS能够发挥负减排技术的优势实现生态封存技术领域的拓展。联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)第四次评估报告认为,BECCS是一个实现降低大气中CO2浓度x的关键技术。BECCS通过把CCS技术与生物质发电相结合,实现碳中和愿景下的负碳排放功能。
绿地碳汇的计量监测方法是为了实现碳中和价值目的服务的。在绿地碳汇价值实现的路径选择过程中,选择正确的规则体系是技术关键,而规则对应的碳计量监测方法,又是碳汇价值实现的重要依据。
作为生态碳汇的一项技术措施,绿地碳汇在“碳中和”愿景实现过程中选择哪种计量方法还没有定论。国外对城市生态系统的碳计量相关研究较早,Nowak[11]对城市森林在减缓城市污染、景观固碳等方面的作用进行研究,Brack等[12]学者从城市绿地生态系统碳计量、碳固存的视角开展学术探讨。中国学者对绿地核算方法有自己的理解,谢军飞[13]借鉴森林生态系统的研究方法,对绿地碳汇进行界定;苏瑞坤[14]从城市绿地生态系统空间环境特征的角度,分析了城市绿地的分布对碳汇的影响;张伟畅等[15]将关注的视角集中在绿地碳库设置;李丹丹[16]则更关注城市绿地的土壤碳库的问题。绿地碳汇的技术讨论仍主要是围绕着城市森林群落的碳储量计算展开的[17],结合北京、上海、广州、南京、重庆、西安以及华北地区的绿地碳汇核算评估的实际情况[18-24],围绕城市绿地在城市建设[25]、生态文明建设过程中的作用[11],用城市草坪绿地碳通量监测[26]、生物量监测[27]等技术手段开展包括土壤碳在内的综合绿地碳汇计量监测计算研究[28]。随着绿地碳汇价值被大多数人认可,相关的碳汇能力监测、绿地碳汇效益估算方法也日趋成熟[29]。
在价值实现的过程中,选择清单编制的技术路径还是基于项目交易的技术路径,没有一个明确的技术规定来要求。因此,本文从另外一个价值实现目标的角度,依据绿地碳汇的增汇、减排、封存三种不同的技术路径,采用不同的技术准则来进行计量监测分析。
城市绿地碳汇储量的计量主要有两种技术路线,即生物量扩展因子法和生物量异速生长方程,比较适合林木、竹林以及大型灌木的计量。由于方法学比较成熟且易于应用,故经常被用于测量城市绿地碳储量。利用异速生长方程可以对城市主要绿化植物的地上、地下生物量、枯落物、枯死木及土壤碳库进行计量。通过测定植被碳密度,建立生物量回归模型,利用已有的土地利用和资源清查数据、遥感数据,在城市不同森林和绿地类型内设置长期固定样地,对城市绿地生态系统碳汇能力进行计量监测。
开展绿地碳汇储量的监测的方法主要包括样地清查法、模型反演法。其中,样地清查法主要是基于收获法构建估测模型,为了防止对所调查植的破坏性,现在都采用树木的生物量模型对样地生物量进行计算,然后用平均生物量法求得城市绿地碳汇量。模型反演法主要是利用现有的UFORE、Citygreen等模型对城市绿地碳储量进行模拟反演估算。模型法使用较为方便,但由于未考虑到树种组成的细节差异,故估算精度不高。
城市公园小区的绿地碳汇的计量通常采用叶面积-光合速率法进行。该方法能够显现出绿地碳汇能力的动态变化,若没有绿植信息统计数据支持的情况下,则可采用种植类型-面积法做绿地碳汇的近似估计。
城市绿地土地利用变化LULUCF计量监测方法主要是为了构建基于城市规划体系的碳排放核算体系服务的。其计量方法主要是在应用《国家温室气体清单指南》通用清单审计结构的基础上进行。针对城市规划中体现碳排放清单的内容,对城市不同规划方案的碳排放情景分析,进行碳排放参数的本地化选择。在碳排放清单编制的过程中,要根据城市绿地规划的特点和需求,选择合适的碳排放清单编制方法。
目前,对绿地土地利用变化LULUCF监测主要是“空天地”一体化的遥感手段应用。采用以遥感为主、地理信息系统和全球定位系统为辅的“3S”技术,利用遥感影像结合地面调查,对城市绿地进行分析。遥感技术的全方位应用解决了现有绿地碳汇计量监测的诸多问题。该方法的主要技术路线包括:一是利用“3S”技术,通过遥感信息获取城市森林、绿地的面积及分布情况,建立归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)与城市森林地上碳储量关系模型,可以估算城市森林、绿地净碳储量和增汇潜力;二是通过抽样调查、统计分析,得出森林、绿地植被的主要物种的平均直径、树高、冠幅大小等状况。采用树木的生物量模型对样地生物量进行计算,经分析比较植物各部分生物量、含碳率情况后,用平均生物量法求得城市森林及绿地植物碳汇量;三是根据城市发展趋势和规划情况,分析城市碳收支平衡状况,探讨城市森林及绿地的增汇潜力和途径。
湿地碳汇的计量监测,可采用湿地面积-碳汇速率法做近似核算。目前,国家对于湿地、自然保护区等复杂系统的绿地碳汇尚未出台相应的计算方法学规定,因此,近似估算的准确性并无法保障。目前,自然保护区的碳汇计量也存在多重路径选择,对自然保护区开展的森林生态效益评价,主要采用的方法是进行自然保护区的生态系统生产总值(Gross Ecosystem Product,GEP)核算,与国家目前提倡的生态产品价值实现路径的核算方法一致。通过对现有森林生态系统为人类社会可持续发展提供的森林生态物质产品与服务(简称“生态产品”)价值的总和进行计量,主要依据的技术规则是《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T 38582-2020)。其中,森林生态系统服务包括生态系统提供的物质产品、调节服务和文化服务的价值。
BECCS技术目前还处于技术论证阶段,其计量监测的基础是《2006年IPCC清单指南》,该指南规定人为焚烧的活动主要发生在森林转变为草地的过程中,所移除的地上木材作为薪材,在土地利用方式转换过程中没有产生瞬时非CO2温室气体的排放。由于监测不同土地利用类型转为草地时的生物质处理方式及其数量等基础数据需要区分就地燃烧量和移除量等技术界定问题,从而导致估算结果存在很大的不确定性。而在基于项目交易的方法学技术体系中,目前BECCS的方法学尚未真正形成。生物质能源的利用技术是成熟的,计量监测方法学主要集中在可再生能源联网发电(CM-001-V01)、生物质废弃物热电联产项目(CM-075-V01)、纯发电厂利用生物质废弃物发电(CM-092-V01)、用户使用的热能,可包括或不包括电能(CMS-001-V01)、联网的可再生能源发电(CMS-002-V01)。CCS技术在BECCS中的应用,也需要将CCS和各种生物质能源利用的方法学相结合,形成新的基于项目交易的 BECCS方法学。
在中国政府“双碳”战略的架构中,通过城市绿地增汇、减排、封存的技术手段可以更好地实现基于碳中和愿景的负碳排放目标,为了实现这一战略目标,需要不断完善绿地碳汇产品价值实现的技术保障机制,需要走出一条以生态修复为主要抓手的、优先发展林业负碳排放技术的创新发展的新路子。
2021年4月26日,中共中央办公厅、国务院办公厅联合印发的《关于建立健全生态产品价值实现机制的意见》,为林业的绿地碳汇产品的价值实现指明了方向。福建省三明市林权改革和碳汇交易促进生态产品价值实现案例入选了自然资源部《关于生态产品价值实现典型案例的通知》(第三批)的11个生态产品价值实现典型案例。这是中国绿地碳汇价值实现的一个鲜活的例证。
目前,绿地碳汇产品生态价值实现形式主要包括:一是在公益活动中进行的一定规模的基于碳中和的植树造林活动,用以抵减公益活动的碳排放影响,目前以国家大型会议居多;二是以蚂蚁森林项目为代表的具有碳普惠性质的碳足迹消除行动,这是企业和个人进行林业碳中和的主要渠道;三是以奥运会为代表的大型国际体育赛事的碳中和行动。在绿地碳汇产品生态价值实现过程中,本文针对存在的诸多的技术问题提出如下技术保障建议。
目前,由于绿地碳汇的开发尚处于萌芽阶段,各种技术路径计量方法如雨后春笋不断涌出,但不同的计量体系要求,决定了绿地碳汇价值实现的路径及所遵循的规则千差万别,本文一定要对绿地碳汇的实现路径进行具体研判,才能够选用恰当的计量方法。如果没有国际碳排放履约需求的区域性的碳汇价值核算,那么可以采用GEP,也称生态产品总值的核算路径进行计算。例如,北京冬奥会这样的大型活动赛事可采用生态环境部编制《大型活动碳中和实施指南(试行)》进行计量,国内的其他自愿减排的碳中和行动可对接国际标准“碳中和及相关声明实现温室气体中和的要求与原则”(ISO14068),而符合IPCC额外性技术要求的绿地碳汇项目,建议进入国家CCER项目管理体系进行碳排放配额的抵减。
目前的绿地碳汇价值核算的技术规则仍有许多可以进一步改进的空间。本文以冬奥碳中和林项目为例,其采用的核算标准是生态环境部编制的《大型活动碳中和实施指南(试行)》。其中,绿地碳汇计量方法沿用了国际通用的生物量法,由于是针对京冀大规模造林再造林项目的,因此该计量监测方法是正确的、可行的。但有关林业碳中和抵减的技术细节,需要与林业生产实际相结合。《大型活动碳中和实施指南(试行)》所规定的6年的碳中和项目期限与林业碳汇项目国际通行的20年计入期存在矛盾,项目前6年的植被生长是非常缓慢的,根据北京树种的普遍生长情况,前6年是绿地碳汇的初长期,绿地碳汇量普遍较小。
该指南要求项目需要出具的唯一性证明,是只能用于奥运碳中和抵减,存在明显的公平失衡。一个良好的碳汇项目只用了最初的6年生长初期绿地碳汇,剩余的14年还不能用于其他项目机制交易,这本身就是对项目价值实现的巨大浪费。因此,《大型活动碳中和实施指南(试行)》在相关林业碳汇抵减的技术修订仍有改进空间。
本文采用科学、准确的计量方法,遵循可测量、可报告与可核证的基本原则,对基线情景进行论证是开展碳中和计量监测活动的基础。无论是基于清单编制规则的统计基准点,还是基于项目交易规则的基线情景论证,基线问题在整个计量过程中都具有非常重要的作用。目前,国内包括CCER、福建自愿减排量、广东碳普惠项目在内的许多碳汇项目经常采用的基线情景为零的技术简化做法,从技术实现的角度没有问题。如果能够进行相应的绿地碳汇的基线本底调查,那么对项目级的基线情景进行论证、对绿地碳汇项目计量监测质量的提升大有好处。
中国政府提出的“双碳”目标,从政府层面为城市绿地碳汇的发展指明了方向。根据绿地碳汇具有的生态系统复合性,减排、增汇、封存三重作用以及多重效益的属性特点,在绿地碳汇的计量监测过程中,要根据其价值实现的三种不同技术路径,采用不同的计量监测方法。绿地增汇的技术手段作为最常用技术手段,在城市复杂生态系统的汇吸收过程中发挥重要作用。目前的城乡生态绿地空间系统规划中没有绿地碳汇专项规划,为了促进绿地碳贮存量增加而产生减排效果,需要对原有的城乡生态绿地空间系统规划内容进行碳专项扩展。作为湿地碳汇和自然保护区碳管理措施在绿地碳封存的过程中也能够发挥不可替代的作用。在总结和分析绿地碳汇的计量监测的三种不同技术体系的基础上,本文通过对绿地碳汇价值实现存在的技术问题,提出选择合适的技术评价体系,完善绿地碳汇核算的技术规则、重视碳汇基线调查三项技术建议,对落实碳中和愿景,制定符合中国发展实际的绿地碳汇政策具有指导作用。