碳汇目标下森林经营决策
——以江西省杉木林为例

朱玮强,顾 蕾,2,3

(1.浙江农林大学 经济管理学院,浙江 临安 311300；2.浙江省农民发展研究中心,浙江 临安 311300；3.浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室,浙江 临安 311300)

碳汇目标下森林经营决策
——以江西省杉木林为例

朱玮强1,顾 蕾1,2,3

(1.浙江农林大学 经济管理学院,浙江 临安 311300；2.浙江省农民发展研究中心,浙江 临安 311300；3.浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室,浙江 临安 311300)

基于杉木生长模型和改进的Faustmann-Hartman模型,以江西省杉木林为研究对象,比较在不同立地、不同碳价格、不同利率下单一与复合目标下杉木经营的土地期望值和最优轮伐期。结果表明,由于目前木材价格远高于碳汇价格,复合目标下的碳汇林经营并不会改变杉木的最优轮伐期,碳价格对于杉木的最优轮伐期影响不明显,利率与杉木的最优轮伐期成负相关。同时,基于碳汇经营的杉木林地期望值均大于单一目标,且林地期望值增长迅速,也意味着农户在森林经营过程中可以更多地考虑碳汇林的投资经营。

最优轮伐期；林地期望值；森林碳汇；杉木

随着全球气候变暖的趋势不断加强,“温室效应”越来越得到社会各界的广泛关注。森林作为陆地生物圈的主体,在平衡全球碳循环有着突出的作用。在最新的《巴黎协定》中,我国提出自主贡献目标——到2030年左右碳排放将达到峰值,单位GDP碳排放比2005年下降60%～65%。为了实现这个承诺,工业减排的同时,通过造林再造林来增加森林碳汇是减少CO2总量和应对气候变化的有效措施之一。南方集体林区作为我国主要的林区之一,根据第八次全国林业资源清查数据统计,10个省份的森林总面积为7 600万hm2,森林蓄积量达到328 734万m3,森林总面积和活立木总蓄积量分别为全国的36.6%和21.7%[1],为我国林业碳汇的发展做出了突出的贡献。而个体农户对于森林碳汇知识的不了解和我国碳汇交易市场的不完善,大部分农户依旧以木材的经济效益为主要目标。但随着我国碳汇交易市场的建立和国内碳汇需求的增加,农户森林经营决策是否会受影响？是否会从追求经济效益转向为经济、社会、生态效益同时兼顾？回答这些问题,有利于帮助农户在我国碳交易市场开放的情况下做出合理的森林经营决策。

基于森林碳汇的经营决策的研究,国内外已经有了不同程度的进展。如,Shimamoto[2]等评估了10个树种的地上生物量,发现碳汇受林龄和生态群落的影响；Skutsch[3]认为基于森林经营的社区应该通过碳汇交易将更多的利益带给当地人群。Richard.Newell[4]研究了管理、采伐制度、相关产品价格、折扣率等因素对于碳汇成本的影响程度。Hoen和Solberg[5]使用线性规划模型(LP)估算了改变林业经营计划对碳汇潜在收益的影响。Terhi Kaipainen[6]通过对德国、芬兰、英国森林的比较分析确定恰当的森林轮伐期来实现森林碳汇经营的最大化。Scott D.Peckham[7]通过对美国中西部森林采伐建模和生物质去除效果方法来实现美国不同地域的森林碳汇的平衡。国内而言,朱瑧等[8]学者基于浙江和江西的杉木生长数据,通过生长模型和修正的Faustmann模型,来模拟碳汇目标下农户的碳汇供给曲线和经营决策。周伟等[9]通过将林木划分多个碳库,利用Hartman模型实证分析广东省杉木碳汇收益。黄宰胜等[10]借鉴Benitez固碳模型,基于造林成本法构建林业成本收益模型,对浙江瑞安20年湿地松造林项目进行了实证分析。简盖元等[11]从林地经营者出发,分析了林地经营者在追求经济效益、环境效益、经济效益和环境效益最大化的目标下的最优轮伐期。以上研究为我国进一步研究森林碳汇经营决策提供了理论基础和实践经验。

本文选择杉木作为代表性树种,基于大样本数据调查,采用定量化的模型分析方法,估算区域内的杉木蓄积量,分析不同利率和碳价格水平下基于碳汇收益目标的杉木最优轮伐期和林地期望值,以期为农户森林经营决策提供参考。

1 研究方法

1.1 数据来源

1.1.1 有效样本分布

本文根据典型抽样原则选择江西省重点林业县为案例点,并遵循随机抽样的原则抽取了江西省贵溪市、婺源县和浮梁县的8个村的130个农户作为对象进行了调查,回收问卷130份,其中有效问卷122份,问卷有效率达93.8%。调查内容主要包括：根据立地条件(优等林地、中等林地、劣等林地)进行分类,收集农户在杉木经营过程中的投入产出情况,还包括农户对于森林碳汇的认知和对于森林碳汇的交易意愿。有效样本农户情况如表1所示。

表1 有效样本分布情况

1.1.2 杉木经营成本

根据实地调查的农户数据,得出3种立地条件下杉木的经营成本,可以看出随着经济的发展、物价水平的提高,杉木种植过程中的种苗、化肥成本和劳动力成本都有了不同程度的增长,而林木的销售价格基本维持在700～1000元/m3,所以农户所获得的木材收益在一定程度上呈现下降的趋势。具体如表2所示。

表2 3种立地条件下杉木经营成本

从表2可以看出,杉木的经营成本主要出现在整个轮伐期的前4年及采伐年份,主要包括种植成本、抚育成本和采伐成本。相比较而言,优等林地的成本最低,劣等林地的成本最高,但由于优等林地长期的集约化经营,使得其产生的经营成本相对于中等林地和劣等林地而言并不会相差太多。为了数据处理的需要,在调查的过程中收集了投入品和产出品的价格。具体如表3所示。

表3 投入品和产出品的价格

1.2 模型选择

1.2.1 杉木固碳能力计量

针对于杉木生长模型的研究,国内外已经有了较为丰富的成果。如周国模等[12]的研究,但由于其研究相对较早,为了测算杉木连年蓄积量的增长情况,本文采用陈则生[13]研究的杉木生长模型,表示如下：

Q(t)=b1SIb2(1-exp(-kt))c

(1)

式中:Q(t)表示杉木第t年砍伐时的蓄积量,t为采伐年限,b1=4.53547,b2=1.60931,c=3.720004,k=0.096004,SI为立地指数。根据调查地情况将立地条件分为优等、中等、劣等3种类型,SI分别取值为16,12,8。考虑到本文是基于裸地造林的假设,并且无论在单一目标还是复合目标下农户的经营强度都是一样的,因此在复合目标下仍旧采用该林木生长模型。

1.2.2 林地期望值测算

本文主要借鉴沈月琴[14]修正的Faustmann-Hartman模型,公式具体如下:

(2)

式中：LEV为土地的期望值；Pf为林木价格,本文采用900元/m3；t为林木的轮伐期；r为利率,这里设定为4%；Q(t)为木材在第t年的采伐的蓄积量；δ为杉木出材率,这里设定0.7；C为每立方木材的采运成本；R为造林成本和历年管护成本的现值；Pc为碳汇价格,本文采用的为11美元/t,汇率为1∶6,故碳价格为66元/t；α为杉木碳储量的转换系数,这里设定0.225[15]；β为木材中未腐烂且固定下来的部分,这里设定5%。

2 结果与分析

2.1 不同立地条件下的蓄积量变化

基于杉木生长模型,通过数据模拟,得出不同立地条件下杉木随林龄变化而带来的蓄积量变化图(图1)。可以看出单位面积杉木的蓄积量：优等林地>中等林地>劣等林地,且随着林龄的增加,之间的差距越来越大。

图1 单位面积杉木蓄积量变化

2.2 不同情境下农户经营决策比较

由于农户在森林经营过程中,成本主要发生在轮伐期的前4年,故获得收益最大化的关键在于确定林木的最优轮伐期。以杉木为例,一方面不同的经营目标会影响杉木的最优轮伐期；另一方面,不同的立地条件、利率和碳价格的变化也会使得杉木的最优轮伐期产生变化,且变化的程度也不尽相同,故需要深入进行研究。

2.2.1 不同立地条件下林地期望值和最优轮伐期比较

基于当前利率、碳价格和木材价格,通过改进的Faustmann-Hartman模型估算出江西省杉木基于不同立地条件下的林地期望值和最优轮伐期。从表4可以看出,不同立地条件下杉木最优轮伐期为21,22,25a,晚于陈则生[13]和朱瑧等[16]的结果(18a),这主要是因为现阶段木材价格的提升和税费减少的原因,不过这与实际调查的结果相差较大。在实际调查中了解到农户在杉木的经营中一般会选择在12～15a进行采伐,且选择了间伐的方式。就林地期望值而言,随着立地条件的改善,林地期望值呈现出增长的趋势,杉木的最优轮伐期也相应地提前。具体而言,复合目标的林地期望值是大于单一目标,且立地条件越好的林地其相差越大,但是这并不会改变杉木的最优轮伐期。产生的原因在于当前市场上杉木价格远远高于碳价格,导致了农户在经营决策中,即便存在碳汇收益,但考虑到改变轮伐期的机会成本太低,农户往往不会改变其轮伐期[16]。而由于近些年营林成本的提高,林地期望值也呈现下降的趋势,特别是对于劣等林地而言,由于经营成本与经营难度的增加,甚至出现了荒林的现象。

表4 不同立地条件和经营目标下最优轮伐期和林地期望值差异

2.2.2 碳价格变化对林地期望值和最优轮伐期的影响

为了研究不同碳价格水平下林地期望值和最优轮伐期的变动情况,本文假定碳价格在50～800/t。通过计算得出以下结果。从图2可以看出,当碳价格处于200元/t以下时,对于3种不同的立地条件下的杉木经营,碳价格的变化并不会改变其最优轮伐期。当碳价格高于200元/t,随着价格的提高,相应的劣等林地和中等林地的最优轮伐期向后推迟,当高于500元/t,优等林地的最优轮伐期也推迟了一年。因此,当碳价格位于较低水平的情况下,碳价格变化对于杉木最优轮伐期影响并不明显[16]。随着碳价格的提高,最优轮伐期下的林地期望值呈现出增加的趋向,且立地条件越好,增长的比例越大。比如优等林地,在利率4%的水平下,当碳价格增加到800元/t时,复合目标下的林地期望值为82 254.3元,相比较单一目标下的67 592.3元,增加了21.69%。随着碳汇市场的建立和完善,为了达到巴黎协定的减排要求,对于森林碳汇的需求会越来越大,伴随着碳汇价格上升趋势明显。因此对于农户而言,从事碳汇林经营将取得可观的收益。

图2 碳价格变动下不同立地条件杉木最优轮伐期变化

2.2.3 利率变化对林地期望值和最优轮伐期的影响

为了研究不同利率水平下林地期望值和最优轮伐期的变化情况,本文假定利率在3%～8%的变化区间。具体结果如表5所示。总体而言利率每提高1%,杉木的最优轮伐期提前一年。对于不同立地条件的变动幅度也存在区别,如对于优等林种来说,利率的提高能明显提前杉木的最优轮伐期；对于中等林地和劣等林地而言,当利率高于6%,最优轮伐期提前则不是很明显。主要对于劣等林地而言,由于改变其轮伐期所带来的机会成本提高并不是很明显,所以农户在中等林地和劣等林地经营决策时往往容易忽略轮伐期提前所带来的机会成本。同样,利率与林地期望值也成负相关,利率越低,林地期望值越高。尤其对于劣等林地而言,当利率低于3%的时候,其林地期望值出现正值。而当利率高于4%时,对于农户来说,无论是基于何种经营目标,劣等林地杉木经营所带来的林地期望值都为负值,因此农户不会继续杉木的投资经营。

表5 不同利率复合目标的最优轮伐期和林地期望值变化

3 结论与讨论

1) 无论基于何种立地条件下,在目前木材价格远高于碳价格的情况下,即便农户考虑林地所带来的碳汇收益,也不会改变农户在经营杉木过程中最优采伐决策。但是这也在一定程度上让农户了解到在林木经营过程中木材收益和碳汇收益是可以同时获得的,且农户并不需要为了获得碳汇收益而延长最优轮伐期,这显然有助于提高农户进行碳汇林经营和进行森林碳汇交易的意愿。

2) 杉木的最优轮伐期与利率成负相关,利率越高,最优轮伐期越短。主要是因为随着利率的上升,农户的营林成本或者机会成本也会随之增加,从而农户长期杉木的经营的积极性就会降低,使得杉木的采伐期也提前。而目前利率一直徘徊在较低水平,且这些年一直保持降息的态势,基于该利率水平下的杉木林地期望值增长趋势明显,对于农户而言,碳汇林经营将实现更大的收益。而对于大多数劣等林地而言,单一目标下进行投资已经被证明是不适应,故大部分立地条件差的农、林地转化为碳汇造林项目的推行势在必行。

3) 鉴于本文是基于裸地造林的假设,结论多来自于不同情境下的预测,是否与立地造林下的林地期望值和最优轮伐期一致还有待进一步检验；同时,在我国碳汇交易市场即将建立的情况下,以森林为主的CCER碳汇项目将在减排过程中发挥着更大的作用,而在此基础上来估计的林地期望值和最优轮伐期则会更有意义。

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Decision Making of Forest Management under Carbon Sink —a Case Study of Chinese Fir Forest in Jiangxi

ZHU Weiqiang1,GU Lei1,2,3

(1.SchoolofEconomicsandManagement,ZhejiangAgricultureandForestryUniversity,Lin′an,Zhejiang31300,China；2.ZhejiangProvinceFarmerDevelopmentResearchCenter,Lin′an,Zhejiang311300,China；3.ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofCarbonCyclinginForestEcosystemCarbonSequestration,Lin′an,Zhejiang311300,China)

Based on Chinese Fir Growth Model and the improved model of Faustmann-Hartman,Chinese fir in Jiangxi Province was taken for the research object to compare LEV and optimal rotation period of Chinese fir under different sites,different carbon prices and different interest rates.The results show that due to the current wood prices far higher than the price of carbon sinks,composite target under the carbon sink forest management does not change the Chinese fir optimal rotation period and the carbon price does not affect Chinese fir optimal rotation obviously,and the interest rates and Cunninghamialanceolata optimal rotation turn into negative correlation.At the same time,the expected value of Chinese fir forest based on carbon sink management is larger than that of single objective,and the expected value of forest land is increasing rapidly,which means that the investment management of carbon sink forest can be considered in the process of forest management.

optimal rotation period,forestland expected value,forest carbon sinks,Chinese fir

2017-03-08；

2017-04-19

朱玮强(1994-),男,江西吉安人,在读硕士,主要研究方向为林业经济管理。Email:1278342448@qq.com

顾蕾(1967-),女,浙江平湖人,副教授,主要研究方向：林业经济管理。Email:gulei@zafu.edu.cn

F307.2;F326.2

A

1002-6622(2017)03-0041-05

10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.03.009