森林碳汇影响因素的灰色关联分析

【摘 要】 根据森林资源清查以及生物量转换因子法计算的森林碳汇量，选取森林抚育基金、造林面积、木材产量、受火灾森林面积、受病虫害发生的面积等指标作为森林碳汇量的相关影响因素 ，开展对浙江省森林碳汇影响因素的灰色关联分析。结果表明：森林抚育投资是最主要的影响因素，与其他指标相比较，森林火灾在促进森林碳汇量增长方面的作用相对较弱。

【关键词】 森林碳汇 碳储量 灰色关联度 影响因素

森林生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用 ，为人类提供了食物、医药及其他工农业生产的原料 ，更重要的是支撑与维持地球的生命支持系统 ，维持生命物质的生物地化循环与水文循环 ，维持生物物种与遗传多样性 ，净化环境 ，维持大气化学的平衡与稳定。正是因为如此，越来越多的学者对森林碳汇问题做了大量研究，如在对森林碳汇的研究中，法国研究表明，1991年其森林固碳总量为20亿t，其中森林生物固碳8.6亿t，林地固碳11.4亿t。在我国，首先在国家层次上对森林碳汇进行计量的是康惠宁等人，其研究结果表明，我国森林每年平均净碳汇量为0.8627×108t，未来20年内增加的森林净碳汇能力约为773×108t。郗婷婷等（2006）引入森林蓄积量扩展法计算黑龙江省森林碳储量为17.38亿t。李秀娟等（2009）采用NPP增长驱动下的碳周转模型分别计算了1982—1999年森林生态系统累积碳汇量为0.862Pg，年均碳汇量为0.051Pg，其中，年均固定在森林植被中的碳汇量为0.034Pg，固定在凋落物中的碳汇量为0.013Pg，固定在森林土壤中的碳汇量为0.004Pg。综述现有的研究成果，国内很少有关于森林碳汇量影响因素的研究。

森林碳汇功能是一个十分复杂的生物学和生态学过程，其固碳放氧能力的强弱既取决于森林树种、林龄等自身因素的影响，同时又受到自然、社会等多种因素的影响，它是许多因素综合作用的结果。因此，本文在此将森林碳汇过程看作是既含有已知信息又含有未知信息的灰色动态系统，选取森林抚育基金、造林面积、木材产量、受火灾森林面积、受病虫害发生的面积等指标作为森林碳汇量的相关影响因素，从时间序列数据本身挖掘有用的信息，寻找碳汇增长的内在规律及其主要影响因素。

1 研究方法

1.1 灰色关联分析及其计算方法概述

灰色系统理论（邓聚龙，1982）是以“部分信息已知、部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象，主要通过对“部分”已知信息的生成、开发，提取有价值的信息，实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控。其中，灰色关联度分析模型是一种重要的分析方法。 它是根据因素之间发展趋势的相似或者相异程度作为衡量因素关联度的一种方法。在一个系统内，随着时间的发展，各因素变化的态势具有相同性，则可以说二者同步变化程度高，即两者关联度较高，反之，则是相反的。

灰色关联度模型的计算步骤如下：

（1）要确定反映系统行为特征的参考数列X0（t）和影响系统行为的相关因素数据数列Xi（t） （i=1，2，3，…，n）。

（2）由于系统中各个因素所表示的物理意义是不同的，使得数据的量纲在一定程度上的是不相同的而导致比较上的困难。因此在进行灰色关联度分析时，需要对原始数据进行初值化处理，即无量纲化处理。将原始数据Xi （i=0，1，2，…，n）进行初值化处理得到Zi（i=0，1，2，…，n）。其中初值化公式为：

（3）计算初值化后的特征数据与相关因素数据初值之间的差序列Δi（t）。即此时的参考数列Z0，与比较数列Zi之间的结果。其差列Δi的计算公式：

（4）求取差列中的最大值和最小值。 即差序列中的最大值M=Δmax和最小值 m=Δmax。

（5）计算关联系数。η为分辨系数通常范围在0～1之间，在这里 取分辨系数 η=0.5。关联系数计算公式：

（6）求灰色关联度。因为关联系数是系统行为特征数据与相关因素数据在各个时刻 （即曲线中的各点（即曲线中的各点）的关联程度值，所以它的数不止一个，而信息过于分散不便于进行整体性比较， 因此有必要将各个时刻（即曲线中的各点）的关联系数集中为一个值，即求其平均值， 作为系统行为特征数列与相关因素数列关联程度的数量表示，关联度公式如下：

（7）关联度排序。相关因素与系统行为特征数据的关系主要是通过关联度的大小次序来进行判断的。将各个相关因素对系统行为特征因素的关联度按大小顺序排列起来，便组成了关联序，它反映了对于系统行为特征因素来说各相关因素的“优劣”关系。 若Rf>Rf，则可以表述为{xe}对于系统行为特征因素{x0}优于{xf}，记为{xi}>{xj}。

2 林业碳汇影响因素的灰色关联分析

2.1 林业碳汇影响因子选择

林业碳汇经济价值主要取决于林业碳汇量和碳汇的价格。目前，碳汇交易市场尚且处于成长阶段且林业投资人并不能实际影响到碳汇价格。林业投资人可以影响的只有通过森林抚育基金、造林面积、木材产量、受火灾森林面积、受病虫害发生的面积来影响林业碳汇量。这些影响因素可能对是、林业碳汇量生较大的影响，从而波及林业碳汇经济价值。

为研究各个影响因素对林业碳汇经济价值的影响程度，本文通过采用灰色灰色关联度分析模型，以浙江省为例，将林业碳汇量作分析的系统行为特征数据设为X0（k），将主要影响因素：森林抚育投资、造林面积、木材产量、受火灾森林面积和受病虫害森林面积作为相关影响因素，依次设为X1（t）、X2（t）、X3（t）、X4（t）、X5（t）。

2.2 数据来源

本文选取浙江省2009～2013年的森林资源清查数据，对浙江省林业碳汇量、森林抚育投资、造林面积、木材产量、受火灾森林面积和受病虫害森林面积作灰色关联模型分析。如表1：

3 浙江省林业碳汇影响因素灰色关联模型分析

结合上文的数据和公式1-4，计算关联度系数，计算结果为：

根据公式1-5计算关联度Ri，计算可得：R1=0.9975；R2=0.6708；R3=0.7670；R4=0.6622；R5=0.7695，Ri，R2，R3，R4，R5分别表示森林抚育投资、造林面积、木材产量、受火灾森林面积、受病虫害森林面积与碳汇量的关联度。

关联度排序为>R3>R3>R2>R4>0。

即森林抚育投资与林业碳汇量的关联度>受病虫害森林面积与林业碳汇量的关联度>木材产量与林业碳汇量的关联度>造林面积与林业碳汇量的关联度>受火灾森林面积与林业碳汇量的关联度。

从中我们得知：浙江省森林抚育投资、造林面积、木材产量、受火灾森林面积、受病虫害森林面积与林业碳汇量存在着显著相关性。森林抚育投资与林业碳汇量存在着高度相关，远远高于其他四个影响因素；受火灾森林面积与林业碳汇量呈现出一定的相关性，但是关联度是五个因素最低的；造林面积、受病虫害森林面积和木材产量与林业碳汇量表现出较高的相关性。这也充分说明虽然各个影响因素与林业碳汇量的关联度是不同的，但是都与林业碳汇量呈现着一定的正关联性，并对其的影响具有稳定性和显著性。

4 结论

通过应用灰色关联度分析模型对五个影响因素分析结果来看：森林抚育投资、造林面积、木材产量、受病虫害森林面积和受火灾森林面积对林业碳汇量有着显著的关联性，这也意味着这五个因素对林业碳汇经济价值具有显著性。在浙江省林业碳汇量各影响因素中，森林抚育投资是最主要的影响因素，因此，继续加大森林抚育投资，对增加浙江省林业碳汇量及其经济价值具有显著效果。其次受病虫害森林面积是影响林业碳汇经济价值的重要因素，提高林业的碳汇潜力，浙江省对此应该加以重视，并加大对病虫害的控制和防范。另外，木材产量和造林面积对浙江省林业碳汇也有较大的影响，为提高碳汇的潜力，浙江省可以通过延长木材采伐期、适度限制木材产量和通过扩大这一途径实现。最后，森林火灾对浙江省林业碳汇的影响最弱，这说明浙江省的森林火灾防控措施得当为提高浙江省林业碳汇经济价值发挥着较大作用。

【参考文献】

[1] 李顺龙.森林碳汇问题研究[ M].哈尔滨：东北林业大学出版社，2006： 100--101.

[2] 康惠宁，马钦彦，袁嘉祖.中国森林C汇功能基本估计[J].应用生态学报，1996，7（3）：230--234.

[3] 郗婷婷，李顺龙.黑龙江省森林碳汇潜力分析[J]，林业经济问题，2006，12：519-526.

[4] 李秀娟，周涛，何学兆. NPP 增长驱动下的中国森林生态系统碳汇[ J]. 自然资源学报，2009，24（3）：491- -497.

[5] 邓聚龙.灰理论基础[M].华中科技大学出版社，2002：221～225.

作者简介：包家景（1989.12.22-）性别：男，民族：汉族；籍贯：梅州；学历：硕士；职称：研究生；院校：浙江理工大学，就职于：浙江理工大学，研究方向：产业经济学。