夏本安，文 敏 ，任煜堃 ，陈佳楠 ，糜新宇 ，王 品 ，唐代生

（1.湖南省农林工业勘察设计研究总院， 湖南 长沙 410000；2.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

基于层次分析法的湖南省森林碳汇发展潜力评价

夏本安1，文 敏2，任煜堃2，陈佳楠2，糜新宇2，王 品2，唐代生2

（1.湖南省农林工业勘察设计研究总院， 湖南 长沙 410000；2.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

为了对湖南省各县森林碳汇发展潜力进行定量评价，运用层次分析法选取森林现有和潜在发展面积、森林结构、林木生长率、生物多样性和社会经济5个指标来构建森林碳汇发展潜力指数计算模型，确定权重值分别为0.35、0.25、0.20、0.10、0.10。基于森林碳汇发展潜力指数计算模型，将森林碳汇发展潜力等级分为高、中、一般、低，所对应的指数区间分别为(0.60，1.00]、(0.40，0.60]、(0.30，0.40]、[0，0.30]。结果表明:在湖南省124个县(区)范围内，森林碳汇发展潜力高的县(区)为沅陵县与安化县。

森林碳汇；层次分析法；森林碳汇发展潜力指数；

森林植被能通过光合作用把大气中的CO2固定到植物体和土壤中，增加温室气体吸收（碳汇），来减少温室气体的积累以应对气候变化问题，森林植被的碳汇作用越来越得到大家的广泛关注。

目前国内有不少专家学者以省为单位对森林碳汇进行了研究，例如吴胜男[1]等基于VAR模型对陕西省森林植被碳储量影响因子进行了研究；周伟[2]等基于广东省第七次森林资源连续清查资料对广东省森林碳汇潜力进行了分析；徐青乔[3]等基于层次分析法对黑龙江省森林碳汇发展潜力进行了评价研究；尹少华等[4-5]基于生物量清单理论和方法对湖南省森林碳汇进行了估算与评价。

在实践中广泛应用的碳汇发展潜力评价指标体系，一种是利用层次分析法把所选取的指标指数化，赋予权重后加总，以得分的高低排名；一种是给各指标设定不同的阈值，以是否达到阈值（目标值）为考核标准，这种方法如国家环境保护部（原国家环保总局）颁布的《生态县、生态市、生态省建设指标》。在国际上，还有一种是以是否实施了某些政策或技术为评价体系，如英国碳基金（UKCarbonTrust）为几个试点城市所做的指标体系。拟构建的碳汇发展潜力评价指标体系，使用层次分析法对湖南省各个县（市区）的森林碳汇发展潜力指数进行计算及分级，以期对湖南省森林碳汇相关研究提供理论基础与借鉴。

1 研究区概况

湖南省处我国东南腹地的长江中下游（洞庭湖）以南、南岭以北，幅员辽阔，东邻江西，南接广东和广西，西连贵州与重庆，北交湖北。地理坐 标 为 108°47′～ 114°15′E，24°39′～ 30°08′N，地貌以山地丘陵为主。区域水资源丰富，流长5 km以上的河流5341条，总长90 000 km。属亚热带季风性湿润气候，年均气温15～18 ℃，无霜期280～300 d，年降水量1 200～1 700 mm。根据《湖南省森林资源统计年报》（2013）显示：湖南省林业用地面积1 291.34万hm2，占土地总面积的60.96%，森林覆盖率57.52%，远高于全国平均水平。森林生态系统吸收二氧化碳75 400.00万t，效益价值2133.90亿元。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与处理

2.1.1 数据来源

数据来源于2013年的《湖南省森林资源统计年报》、《2013年湖南省统计年鉴》和《湖南省森林资源主要数据汇编（2013～2014）》。

2.1.2 数据处理

由于森林碳汇发展潜力评价指标量纲不统一，所以要对多源初始数据进行统一量纲，进行数据归一化处理。采用极差法，对于正向指标用公式来处理；对于逆向指标，用公式来处理。

2.2 研究方法

2.2.1 层次分析法

层次分析法（TheAnalyticHierarchyProcess）简称AHP法，是美国运筹学教授T.L.Saaty在20世纪70年代提出的一种新的系统分析方法[6]。其基本思路是把复杂问题分解为各组成因素，建立各因素之间的层次结构，通过主观判断和两两比较，以得到决策因素对于目标的重要性总排序，从而对所研究的问题做出最优的决策[7]。

2.2.2 模型的建立

2.2.2.1 森林碳汇发展潜力指数的概念

森林碳汇发展潜力指数用来定量评价森林碳汇发展潜力，是把森林现有和潜在发展面积、森林结构、林木生长率、生物多样性和社会经济5个指标同水平数量化，并根据各指标权重值建立的数学计量模型。其取值区间为[0,1.00]，取值越大，说明森林碳汇发展潜力越大。

2.2.2.2 评价指标的筛选

评价指标应具有（1）系统性原则；（2）典型性原则；（3）简明科学性原则；（4）可比较、可操作、可量化原则；（5）综合性原则。国内学者通过选用不同的变量分析森林碳汇发展潜力,如：续珊珊[8]选取林地面积、森林面积、造林面积、病虫鼠害防治面积等原有变量，采用因子分析法评价我国森林碳汇发展潜力；赵庆建等[9]通过定性分析认为造林再造林面积、森林碳密度增加、森林保护项目是CDM框架下森林碳汇潜力的主要影响因素；杨帆[10]等提出从森林面积、森林质量以及经营管理三个方面入手增加森林碳汇的潜力。在文献研究[11-16]的基础上，通过咨询相关专家意见，构建的森林碳汇发展潜力指数计算模型结构分为目标层、准则层和指标层三个层次。第一层目标层为森林碳汇发展潜力指数。第二层准则层则由森林现有和潜在发展面积、森林结构、林木生长率、生物多样性、社会经济五个方面构建指标体系。第三层指标层在上述五个方面下设若干评价目标，构成初步综合指标。

（1）森林现有和潜在发展面积指标

当前林地碳增量方式主要有造林、森林经营与森林保护。所以决定森林碳汇发展潜力的主要因子，一是“现有森林面积”——包括目前的“有林地+竹林地+灌木经济林”；二是“潜在森林增长面积”——根据固碳现状，可划分为4个层次，一是即将成林的“未成造林地面积”、二是封山育林后有望转化为森林的一部分，即“非经济林灌木林地面积”，可取其50%计算，三是可以通过人工造林措施培育为森林的“宜林荒山荒地、无林地、疏林地面积之和”，四是非林地潜在新增森林面积，包括耕地造林、城镇绿化和四旁造林面积。选取有林地、未成造林地面积、宜林荒山荒地、无林地、疏林地、非经济林灌木林地、非林地潜在造林面积七个指标，对数据归一化后，并由专家根据它们固碳的潜力不同，定义不同的权重值，最后加权求和得到森林现有和潜在发展面积指标。

（2）森林结构指标

森林结构主要筛选林龄、树种两因素进行重点研究。

林龄结构是指不同年龄的林分或林木数量的比例关系，是森林结构的重要指标之一，反映了森林经营单位内森林资源的时间秩序，是评估区域森林生态系统碳汇潜力的重要参数，合理的林龄结构，能最大程度地发挥森林碳汇潜力。其次，复层混交林在森林中所占比例越大，相比单层纯林的生态服务功能和森林碳汇潜力增长空间也越大，森林碳储能力更强。

用林龄结构指数来定量评价林龄结构，定义为幼龄林，中龄林两个龄组面积之和占总面积的比例。用混交林指数来定量评价复层混交林的比重，定义为混交林面积占总面积的比例。通过对混交林指数和林龄结构指数两个指标归一化处理后，进行加权求和得到森林结构指标。

（3）林木生长率指标

碳吸收量和碳吸收速率是衡量森林碳汇发展潜力的重要指标。在碳吸收潜力大的林地上进行造林或经营管理将产生比较明显的效果，而碳吸收速率与树种特性和立地条件等有很大关系。用中幼龄林单位面积蓄积量、近成过熟林单位面积蓄积量评价林木生长率。通过计算中幼龄林单位面积蓄积量、近成过熟林单位面积蓄积量，进行归一化处理后，加权求和得到林木生长率指标。

（4）生物多样性指标

气候变化与生物多样性呈同向互动关系。一方面，气候恶化对生物多样性构成威胁。气候变化将改变温度、降雨量，提升海平面，破坏生物栖息地。另一方面，有效地维持生物多样性将有助于缓解气候恶化。且减排的激励机制，会引起对各种林业行为不分地域、不分情况、不加区别地运用，从而损害生物多样性。所以将生物多样性指标也作为碳汇潜力评价的一个指标。

根据湖南省生物多样性评价研究[16]资料，通过对野生动物丰富度，野生植物丰富度，植被垂直层谱完整性3个指标归一化处理后，进行加权得到生物多样性指标。

（5）社会经济指标

国际上的碳汇项目中如清洁发展机制等碳汇项目要求对社会或林区经济发展有促进作用，碳汇项目实施需要一定的社会效益和经济效益。因此，同等条件下，在造林成本与人均年收入相对较低的地区开展碳汇项目产生较大的经济和生态效益。

通过农村人均年收入、造林成本两个指标归一化处理后，加权求和得到社会经济指标。

2.2.3 森林碳汇发展潜力分级

根据森林碳汇发展潜力指数计算模型，得到各县（区）森林碳汇发展潜力指数，并将森林碳汇发展潜力分为四级，即：高、中、一般和低，对应的指数区间分别为（0.60，1.00]、（0.40，0.60]、（0.30，0.40]、[0，0.30]（见表 1）。

表1 森林碳汇发展潜力分级Table 1 Forest carbon sequestration potential

3 结果分析

3.1 各指标权重

构建的森林碳汇发展潜力指数计算模型结构分为目标层、准则层和指标层三个层次。第一层目标层为森林碳汇发展潜力指数。第二层准则层则由森林潜在发展面积、森林结构、林木生长率、生物多样性、社会经济五个方面构建指标体系。第三层指标层在上述五个方面下设若干评价目标，构成初步综合指标。

森林碳汇发展潜力指数是森林现有和潜在发展面积、森林结构、林木生长率、生物多样性、社会经济五个评价指标的加权求和。先对各准则层的指标层进行加权求和，再对准则层进行加权求和，最后得到森林碳汇发展潜力指数。本研究采用专家打分法得到判断矩阵，并用方根法确定各项评价指标的权重，具体见表2。最后作一致性检验，CR＜0.1，满足一致性。

3.1.1 准则层各指标计算

森林现有和潜在发展面积指标=A现有森林面积×0.45+A未成林造林地面积×0.15+A宜林地、无林地及疏林地面积×0.25+A除经济林之外的灌木林中的约50%×0.05+A耕地造林×0.05+A城镇绿化+四旁造林×0.05，A表示各林地类型面积。（要重新计算）

表2 湖南省碳汇发展潜力指数各指标中权重Table 2 Indicators weight values of forest carbon sequestration potential index

森林结构指标=混交林指数×0.4+林龄结构指数×0.6。

林木生长率指标=近成过熟林单位面积蓄积量×0.25+中幼龄林单位面积蓄积量×0.75。

生物多样性指标=野生植物丰富度×0.6+野生动物丰富度×0.2+植被垂直层谱的完整性×0.2。

社会经济指标=造林成本×0.60+农村人均年收入×0.40。

3.1.2 森林碳汇发展潜力指数

森林碳汇发展潜力指数=森林现有和潜在发展面积指标×0.35+森林结构指标×0.25+林木生长率指标×0.2+生物多样性指标×0.1+社会经济指标×0.1。

3.2 湖南省森林碳汇发展潜力评价

3.2.1 各县（区）森林碳汇发展潜力指数

基于湖南省“十二五”森林资源二类调查、湖南省森林资源统计年报和年鉴数据等资料，运用构建的森林碳汇发展潜力指数计算模型，计算出湖南省各县森林碳汇发展潜力指数。湖南省共有124个县（区），其中沅陵县森林碳汇发展潜力指数最高为0.6329，天心区森林碳汇发展潜力指数最低为0.0955。具体见表3。

3.2.2 各县（区）森林碳汇发展潜力等级

按森林碳汇发展潜力等级类型来分，森林碳汇发展潜力高的县（区）为沅陵县与安化县，这两个县林区面积较大、森林结构碳汇潜力大、生长率较高、生物多样化良好。森林碳汇发展潜力等级为中级的县（区）为浏阳市、龙山县等39个县区。森林碳汇发展潜力等级一般的县（区）为永兴县、赫山区等45个县区；森林碳汇发展潜力等级低的县（区）为天心区、雨花区、洪江区等48个县区，这些地区主要为县域的经济发展中心或者行政中心，城市化比较高，森林可利用面积少，森林龄组结构大多为近成过熟林，生物种类比较单一。

表3 湖南省部分县森林碳汇发展潜力指数排名Table 3 Ranking of forest carbon sequestration potential index in some counties

从数量的相对比例来看。森林碳汇发展潜力高的数量较少，发展潜力中等、一般、较低的数量差不多，其中低等级的县（区）多为经济发达地域。具体见表4湖南省各县（区）森林碳汇发展潜力等级，图1湖南省各县（区）森林碳汇发展潜力分布图。

表4 湖南省各县(区)森林碳汇发展潜力等级Table 4 Forest carbon sequestration potential grade in each county of Hunan province

图1 湖南省各县(区)森林碳汇发展潜力分布图Fig.1 The distribution map of forest carbon sequestration potential

4 结论与讨论

4.1 结 论

（1）提出了森林碳汇发展潜力指数的新概念，用来定量评价森林碳汇发展潜力，其取值区间为[0,1.00]，取值越大，说明森林碳汇发展潜力越大。

（2）以湖南省森林碳汇发展潜力研究为例，构建了湖南省森林碳汇发展潜力指数计算模型，并运用层次分析法得到了森林现有潜在发展面积指标、森林结构指标、林木生长率指标、生物多样性指标、社会经济指标的权重值分别为0.35、0.25、0.20、0.10、0.10。

（3）基于湖南省森林碳汇发展潜力指数计算模型，计算出了湖南省各县森林碳汇发展潜力指数，并通过排名及分级，得到森林碳汇发展潜力高的县（区）为沅陵县与安化县，森林碳汇发展潜力等级为中级的县（区）为浏阳市、龙山县等39个县区。森林碳汇发展潜力等级为一般的县（区）为永兴县、赫山区等45个县区；森林碳汇发展潜力等级低的县（区）为天心区、雨花区、洪江区等48个县区。

4.2 讨 论

（1）从层次分析法的使用来看，评分人员的专业素质及对碳汇潜力的影响因素把握程度将对模型各指标权重有重要影响，因此模型的适用性及评价精度还有待完善。

（2）通过阅读相关文献及咨询相关专家意见，得到了模型的评价指标，但由于可选取的指标过多，以及指标的复杂程度，本文中可能选取的指标不是最优的指标，关于指标的筛选还需要进一步的研究。

（3）根据文中对湖南省森林碳汇发展潜力研究成果，沅陵县与安化县森林碳汇发展潜力高，综合条件最好，应将其列入重点森林碳汇发展县域之中，对其进行鼓励支持,为湖南省域范围内其他县建设探索出一条成功的、可行的发展道路，使湖南省域的森林碳汇整体发展水平有一个较大的提升。最终实现减排效果，同时达到经济与环境的和谐发展。

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Evaluation of forest carbon sequestration potential of Hunan province based on analytic hierarchy process

XIA Ben-an1, WEN Min2, REN Yu-kun2, CHEN Jia-nan2, MI Xin-yu2, WANG Pin2, TANG Dai-sheng2
(1.Hunan Institute of Forest Inventory and Planning, Changsha 410000, Hunan, China; 2. Central South University of Forestry &Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to assess forest carbon sequestration development potential, we propose the concept of forest carbon sequestration potential index, and screen out the potential development area of forest, forest structure, forest tree growth rate, biodiversity and social economy fi ve indicators,and get fi ve indexes weights were 0.35, 0.25, 0.20, 0.10, 0.10 by using the Analytic Hierarchy Process which shows that the index importance index of forest carbon sequestration potential is one of the largest forest area of potential development.The levels of forest carbon sequestration potential are divided into high level, medium level, general level and low level,and the corresponding index range of each forest carbon sequestration potential level is respectively (0.60, 1.00], (0.30, 0.40], (0.40, 0.60],[0,0.30].According to the result by using the forest carbon sequestration potential index,the high level of forest carbon sequestration potential counties are Yuanlin county and Anhua county in 124 counties in Hunan Pronvince.

forest carbon sequestration; Analytic Hierarchy Process; forest carbon sequestration potential index

S718.56

A

1673-923X(2016)11-0097-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.11.017

2016-05-10

国家自然科学基金项目“气候变化模式下森林结构多目标优化模型研究”（3157030678）

夏本安，高级工程师；E-mail：xba321@163.com 通讯作者：唐代生，副教授，硕士生导师

夏本安，文 敏，任煜堃，等.基于层次分析法的湖南省森林碳汇发展潜力评价[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(11):97-102.

[本文编校：吴 毅]