内蒙古碳汇资源估算与碳汇产业发展潜力分析重点

内蒙古碳汇资源估算与碳汇产业发展潜力分析 碳汇产业是指以减少温室气体排放和增加吸收温室气体为资源，从事生态资源的保护和利用、节能减排和增加温室气体吸收的产品的研究、开发、生产的综合性的产业集合体。它包括退耕还林还草、农田有机肥料、牧草品种的开发、风力、太阳能和煤气发电等清洁能源生产、碳捕捉封存等。 内蒙古作为碳源大区，目前依然处于"高碳消耗"状态。2000 年以来，随着工业化和城镇化率的提高，能源需求增加了 3 倍，二氧化碳排放量也增加了近 3 倍。但是，丰富的森林、草场、荒漠资源和可再生资源，让内蒙古自治区拥有得天独厚的低碳资本。按照国家的国土功能区规划，内蒙古西部沿黄河交通干线经济带是国家重点开发的能源基地之一，而内蒙古东部的森林与草原地区是国家禁止开发的生态保护区。 因此，提高内蒙古西部地区的排放成本( 使负外部性内部化) ，通过区域转移支付，使内蒙古东部"美丽发展"的正外部性内部化，是未来内蒙古均衡发展、低碳发展的基本思路。因此，建立一套适合内蒙古区情的碳汇计量方法是落实基本思路的重要前提。 2 内蒙古碳汇资源的估算 内蒙古具有丰富的碳汇资源，包括森林、草地、荒漠和农田等。据内蒙古农业大学生态环境学院副院长韩国栋介绍，初步估计，世界范围内的生态系统碳储量，森林 39% －40%，草地 33 －34%，农田 20% －22% ，其他 4% － 7% 。文中主要估算了森林、草地和农田的碳储量。 2． 1 森林资源的碳汇估算 森林是陆地生态系统的主体，最大的碳库，它占陆地生态系统地上部分碳库的 60%，土壤碳库的45% ，陆地生态系统与空气交换二氧化碳的 90% 发生于森林。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有巨大贡献。 文中运用森林蓄积量扩展法 ［1］估算了内蒙古森林碳储量。森林蓄积量扩展法的基本思路为: 以森林蓄积( 树干材积) 为计算基础，通过蓄积扩大系数计算树木( 包括枝枒、树根) 生物量，然后通过容积密度( 干重系数) 计算生物量干重、再通过含碳率计算其固碳量。这样计算出来以立木为主体的森林生物量碳汇量。在此基础上，进一步根据树木生物量固碳量与林下植物固碳量之间的比例关系、树木生物量固碳量与林地固碳量之间的比例关系计算森林全部固碳量。森林全部固碳量计算公式为:Cf= ∑( Sij× Cij) +α∑( Sij× Cij) +β∑( Sij× Cij) ( 1)Cij= Vij× δ × ρ × γ ( 2)式中: Sij为第 i 类地区第 j 类森林的面积，Cij为第 i 类地区第 j 类森林类型的森林碳密度，Vij为第 i 类地区第 j 类森林类型的森林单位面积蓄积量，α 为林下植物碳转换系数，β 为林地碳转换系数，δ 为生物量扩大系数，ρ为容积系数，γ为含碳率。在计算内蒙古森林碳汇潜力的过程中，各种换算系数取 IPCC 的默认值:1) 森林资源蓄积扩大系数δ，该系数功能就是将树木蓄积量转换成以树木为主体的生物蓄积量，国际通用IPCC默认值为1． 90; 2) 含碳率γ，该系数是为了将生物量干重转换成固碳量的换算系数，国际通用 IPCC 默认值为 0． 5; 3) 容积密度ρ，该系数是为了将森林全部生物量蓄积转换成干重的换算系数，IPCC 默认值为 0． 5; 4) 林下植物固碳量换算系数α 为0． 195，其作用是根据森林生物量计算林下植物固碳量;5) 林地固碳量换算系数β 为 1． 244，其作用就是根据森林生物量固碳量计算林地固碳量。计算结果( 表1) 。 2． 2 草地资源的碳汇估算 表 1 内蒙古 2003 年和 2009 年森林碳储量Tab． 1 Forest carbon storage of Inner Mongoliain 2003 and 2009年份森林覆盖率( %)森林面积( 万 hm2)总蓄积( 万 m3)森林全部碳( 万 t)2003 17． 57 2078． 90 129000． 00 149472． 302009 20． 00 2366． 40 136100． 00 157699． 07注:2003，2009 年森林覆盖率，森林面积，总蓄积量来自 2003，2009 年内蒙古统计年鉴。 草原生态系统作为一种自然资源具有多功能性。长期以来，由于生产力发展的局限，人们仅仅注重草地承载牲畜和提供饲草料的功能，而忽视了她保持水土、涵养水源、防风固沙、维护生态多样性等其他功能，对草原认识和重视不够。草原生态系统是缓解全球气候变化的重要场所，是重要的碳汇资源。 文中采用碳密度方法估算了内蒙古草原碳储量。碳密度［2］方法是根据土壤的类型和面积及各种不同类型土地碳密度来测算的，公式如下:土壤碳储存量 = Σ( 土壤面积 × 土壤容重 × 土层厚度 × 土壤含碳量) ( 3)植物体有机碳储存量 = Σ( 草原面积 × 标准样地生物量 × 植物体含碳量) ( 4)第 5 期 李长青等 内蒙古碳汇资源估算与碳汇产业发展潜力分析·163·总的碳存储量 = 土壤碳储存量 + 植物体有机碳储存量 ( 5)估算植被碳储量，通常按照植物有机干物质中碳占的比重转换为碳量［3 －5］，这里采用国际上常用的转换率 0． 45 将生物量统一以碳( g/C ·m－ 2) 的形式表示。具体的计算结果( 表 2) 。 2． 3 农田资源的碳汇估算 农田生态系统碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分，而且是其中最活跃的部分。农业土壤碳储量占全球碳储存总量的 8% －10%。在人类耕种、施肥、灌溉等管理活动影响下，农业土壤中碳库的质和量迅速变化。 农田生态系统碳循环过程可分为对碳的吸收、固定、排放和转移四个部分，刘允芬［6］根据这四部分对其碳平衡进行了估计，认为当前农田是一个弱碳汇。 2． 3． 1 碳吸收的估算 表 2 内蒙古温带草地植被碳储量Tab． 2 Carbon storage in temperate grasslandin Inner Mongolia草地类型面积( 106hm2)地上碳储量( 万 t)地下碳储量( 万 t)总碳储量( 万 t)草甸草原 7． 92 704． 88 4934． 16 5639．04典型草原 25．1 1405． 60 7781． 00 9816．60荒漠草原 10． 77 280． 02 1453． 95 1733．97草甸 10． 09 686． 12 3914． 92 4601．04温带草地 53． 88 3076． 62 18084． 03 21160．65注: 草原面积数据来自内蒙古草原勘探设计院。 参照李克让 ［7］的估算方法，采用不同种类作物经济系数和碳吸收率来估算作物的生育期内对碳的吸收。具体的估算步骤如下:已知经济产量 Yw，生物产量( 总干物质) Dw，经济系数 Hi的关系如式:Dw= Yw/ Hi( 6)则作物全生育期对碳的吸收量 Cd为:Cd= CfDw= CfYw/ Hi( 7)Cf作物合成 1g 有机质( 干重) 所需要吸收的碳。式中: Hi和 Cf按照中国主要农作物经济系数 Hi和碳吸收 Cf［12］。文中根据内蒙古地区农作物种类，主要计算了小麦、玉米、马铃薯、向日葵、大豆、甜菜、油菜籽等作物的碳储量。 2． 3． 2 碳排放部分的估算 T． O． West［8］认为全碳分析包括对能源使用和初级燃料、电、肥料、石灰、杀虫剂、灌溉、种子生产和农田机械带来的碳排放估计。 ( 1) 肥料生产带来的碳排放( E f) 。生产化肥需要大量的能源，这主要包括生产部分、运输过程和使用过程中耗费的化石燃料和电能，而电能最终来自于化石燃料。而化石燃料生产过程要释放碳。这里采用如下的公式:Ef= Gf× A ( 8)式中: Ef为农田肥料生产带来的碳排放，Gf为化肥使用量，A 为系数，这里参照 T． O． West 的转换系数A = 857． 54kgCMg－ 1。 ( 2) 农用机械使用及操作带来的碳排放( Em) 。在农业生产活动中，农用机械一方面直接使用化石燃料，另一方面也可以通过用电能来间接消耗化石燃料。用公式表示如下:Em= ( Am× B) + ( Wm× C) ( 9)式中: Em为农业机械使用带来的碳排放，Am为农作物播种面积，Wm为农业机械总动力( 万千瓦) ，B、C 为转换系数，其中 B = 16． 47kgChm－ 2，C =0． 18kgCkw－ 1。 ( 3) 农村用电带来的碳释放( E p) 。文中研究中把农田当作生态系统来看待，因此也应该把农村当作系统中的一部分，把农村用电量也计算在内。可采用下式:Ep= Wp× C ( 10)式中: Ep为农村用电带来的释放，Wp为农村用电总动力( 万千瓦) ，C =0． 18kgCkwh－ 1。 ( 4) 灌溉过程带来的碳释放( E i) 。灌溉过程需要电能，从而也会因耗费化石燃料而释放碳。灌溉过程带来的碳排放可以用下式表示: Ei= Ai× D ( 11)式中: Ei为灌溉过程释放的碳，Ai为灌溉面积，D 为转换系数，这里采用 D =266． 48kgC hm－ 2。 农田生态系统总的碳排放为: E t= Ef+ Em+ Ep+ Ei( 12)2． 3． 3 农田生态系统净碳汇的估算以上两个部分内容对农田生态系统碳吸收和碳排放各自进行了估算，根据以上结果可以估算出农田生态系统的净碳汇。 · 164·干 旱 区 资 源 与 环 境 第 26 卷Nc= Cd－ Et= CfYw/ Ht－ ( Ef+ Em+ Ep+ Ei) ( 13)具体结果( 表 3) 。 2． 4 内蒙古碳汇资源总量 内蒙古碳汇资源总量 = 森林碳汇 + 草地碳汇 + 农田碳汇 ( 14)由上面的公式可得，2003 年碳汇为 172049． 1 万 t 碳，2009 年碳汇为 180948． 2 万 t 碳，2009 年比 2003年碳汇总量增加了 8899． 09 万 t 碳。这是由于近年来，自治区围绕发展清洁能源和可再生能源这一主线，以合理利用资源，提高能源利用效率为目标，开展了可再生能源利用、煤炭转化、节能减排等科技示范，大力发展生态产业，努力缩减碳源扩充碳汇。因此，内蒙古是减碳重点区域同时也是减碳潜力大区。 3 碳汇产业潜力分析 3． 1 森林产业碳汇潜力3． 1． 1 森林产业间接碳汇潜力表 3 内蒙古 2003 和 2009 年农田净碳汇(单位:万 t)Tab． 3 The net carbon sink of