4.1 碳固定与碳排放的核算

碳是地球上储量最丰富的元素之一，它广泛地分布于大气、海洋、地壳沉积岩和生物体中，并随地球的运动循环不止。空气中CO2的浓度为什么会不断增高呢？这主要是由于人类生产生活等各种活动的结果。目前全世界每年向大气中排放的CO2高达50亿吨，CO2的来源主要是由于煤、石油、天然气等矿物燃料的燃烧，以及由于森林砍伐、湿地开发、草堆退化等土地利用变化的结果。如此大量的CO2排放到空气中，加强了全球的碳循环，成为全球气候变化的主要驱动力。

碳固定主要针对空气中的CO2而言，通常也称碳汇，是指从空气中清除CO2的过程、活动、机制。碳固定也叫碳封存，指的是增加除大气之外的碳库的碳含量的措施，包括物理固碳和生物固碳。物理固碳是将CO2长期储存在开采过的油气井、煤层和深海里。生物固碳就是利用植物的光合作用，将大气中的CO2转化为碳水化合物，并以有机碳的形式固定在植物体内或土壤中。也可分为自然固定和人工固定两种形式。自然碳固定过程通常是将自然界的碳通过全球碳循环被固定在海洋、土壤、岩石与生物体中，这个过程也包括人为的影响和干扰。人工碳固定通常被称为碳捕获或碳存储，是通过技术手段将碳储存在深海里和地下岩层中，形成人为的碳库，以减少大气中的CO2排放量。

碳汇与碳源是两个相对的概念，《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）将碳汇定义为从大气中清除CO2的过程、活动或机制，将碳源定义为向大气中释放CO2的过程、活动或机制。碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称。温室气体中最主要的气体是CO2，因此用碳（Carbon）一词作为代表。多数科学家和政府承认过多的温室气体排放已经并将继续给地球和人类带来灾难，所以强化碳固定、减少碳排放成为国际社会共同承担的一项重要责任。

4.1.1 碳固定核算

这里主要讨论人为干扰和影响下的自然碳固定，不包含碳封存方面的核算，主要包括森林碳汇、湿地碳汇、农田碳汇等。

1．森林碳汇能力估算

森林碳汇是指森林植物通过光合作用将大气中的CO2吸收并固定在植被与土壤中，从而减少大气中CO2浓度的过程。林业碳汇是指利用森林的储碳功能，通过植树造林、加强森林经营管理、减少毁林、保护和恢复森林植被等活动，吸收和固定大气中的CO2，并按照相关规则与碳汇交易相结合的过程、活动或机制。森林是地球陆地生态系统的主体，在陆地植物与大气CO2的交换中，90%以上是由森林植被完成的，在控制大气CO2浓度上扮演着十分重要的角色。森林是陆地生态系统中最大的碳库，在降低大气中温室气体浓度、减缓全球气候变暖中，具有十分重要的独特作用。有关资料表明，森林面积虽然只占陆地总面积的1/3，但森林植被区的碳储量几乎占到了陆地碳库总量的一半。森林碳汇的计量方法很多，依据计量方法不同，核算结果也不尽相同。计量方法主要有生物量法、蓄积量法和生物量法、蓄积量法的生物清单法、以植被和大气间CO2通量为测算基础的涡度相关法、弛豫涡旋积累法等。下面简单介绍。

1）生物量法

森林生物量包括在单位面积上全部植物、动物和微生物现存的有机质总量，由于微生物所占的比例极小，动物生物量也不足植物生物量的10%，所以通常以植物生物量为代表。生物量法是以森林生物量数据为基础的碳估算方法，主要可分为平均生物量法、生物量转换因子法和生物量转换因子连续函数法。

（1）平均生物量法。它是指基于野外实测样地的平均生物量与该类型森林面积来求取森林生物量的方法。推算林分生物量有两种途径：一是相关曲线法，即在研究区域内选取样木，伐倒后按器官称重，然后根据各器官生物量与某一测树指标间的相关关系进行回归拟合，建立回归曲线方程，以实测的胸径树高推算林分的生物量；二是根据每一块标准地标准木推算林分生物量，用样木各组成（干、枝、叶、根）的生物量乘以该标准地的树木株数。

（2）生物量转换因子法。生物量转换因子法（Biomass Expansion Factor, BEF）又叫作材积源生物量法（Volume-derived Biomass），是利用林分生物量与木材材积比值的平均值乘以该森林类型的总蓄积量得到该类型森林的总生物量的方法；或利用木材密度（一定鲜材积的烘干量）乘以总的蓄积量和总生物量与地上生物量的转换系数。森林资源清查资料包括各种树种的总面积和总蓄积量以及在全国各省的面积和蓄积量，但是却无法给出它们的生物量值。因此，为了推算某一树种的生物量，就必须知道树干占总生物量的比例，即还必须知道根、茎、枝、叶等部分的生物量。研究表明，树干的生物量与其他器官的生物量存在很强的相关关系，因此用树干材积推算森林总生物量是可行的。

（3）生物量转换因子连续函数法。客观地说，某森林类型的林分生物量与木材材积比值（BEF）不是不变的，而是随着林龄、立地、个体密度、林分状况等不同而变化的。为了克服生物量转换因子法中转换因子的不足，生物量转换因子连续函数法将单一不变的生物量平均转换因子改为分龄级的转换因子，以更加准确地估算区域或国家的森林生物量。进一步的研究表明，林分材积综合反映了林龄、立地、个体密度和林分状况等因素的变化，因此，可以作为换算因子的函数，以表示BEF的连续变化。不过，这种方法的普遍性仍有待进一步研究。

2）蓄积量法

蓄积量法是以森林蓄积量数据为基础的碳估算方法。根据对森林主要树种抽样实测，计算出森林中主要树种的平均容重，根据森林的总蓄积量求出生物量，再根据生物量与碳量的转换系数求森林的碳储量。树木的生物量分为树干、树皮、树枝、树叶、果实和树根生物量。确定树干生物量占树木总生物量的比例，就可以由树干生物量推算出树木总的生物量。不同树种中的碳密度与生物量相乘可以得到不同树种的碳含量，再根据碳元素分子质量在CO2分子质量中的比例就可以得到不同树种的碳汇量。将各树种的碳汇量汇总就可以得到森林碳汇的估算结果。根据相关研究，森林碳汇计算式为

式中，C为碳汇量，V为某一森林类型的森林蓄积量；D为树干密度；R为树干生物量占乔木层生物量的比例；Cc为植物中的含碳率；Tc为碳元素分子质量在CO2分子质量中所占的比例；i为树种。

不同树种的碳含率见表4-1。

有些研究对上述方法进行了改进，进一步考虑了森林立地条件和其他植被情况，提出了以森林碳汇自然科学计算方法为基础的森林蓄积量扩展法。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（包括树枝、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，最后计算出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（CF）计算式为

CF=D（1+α+β）∑（SijVij δρCc）

式中，Sij为第i类地区第j类森林的面积；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；Cc为含碳率。

在计算过程中，各种换算系数取IPCC的默认值：①森林资源蓄积扩大系数，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，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，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。

3）生物量清单法

生物量清单法是建立在生物量与蓄积量关系为基础的植物碳储量估算方法。王效科等采用生物量与蓄积量关系为基础的植物碳储量估算方法，估算了中国森林生态系统的实际碳储量和潜在碳储量及两者的差异。采用的方法是，将生态学调查资料和森林普查资料结合起来进行，收集了1978—1994年的157篇关于中国生物量的文献和我国第3次森林资源普查中的按省市和按各优势树种调查统计的森林面积和蓄积量资料。首先，根据各树种的蓄积量和树干密度，计算出各树种的生物量；其次，根据树干生物量占乔木层生物量的比例，计算出乔木层的生物量；再次，根据树种的碳密度计算出树种的碳储量；最后，根据乔木层生物量与总生物量的比值，估算出各森林类型的单位面积总生物质碳储量。

C F=VD/RCc

式中，V为森林蓄积量；D为树干密度；R为树干生物量占乔木层生物量的比例；Cc为树木的碳密度。

4）涡度相关法

涡度相关是指某种物质的垂直通量，即这种物质的浓度与其垂直速度的协方差。涡度相关法提供了一种直接测定植被与大气间CO2通量的方法，主要是在林冠上方直接测定CO2的涡流传递速率，从而计算出森林生态系统吸收固定CO2量。涡度相关法是目前测定地-气交换最好的方法之一，也是世界上CO2和水热通量测定的标准方法，已经越来越被广泛地应用于估算陆地生态系统中物质和能量的交换。据全球通量研究网络（Fluxnet）的统计，截至2005年8月，全世界有超过300个涡度通量塔在连续工作。涡度相关法可测得生态系统长期或短期的环境变量，使人类可以定量理解生态系统中CO2的交换过程，能更深入地了解气候变化对生态系统所造成的影响。涡度相关法可以为“土壤-植被-大气”之间的物质、能量交换模式提供一种直接验证手段，可以通过涡度相关技术所测得的碳通量来推算某一地区的净初级生产力和蒸发量。涡旋相关法以其能够直接长期对森林生态系统进行CO2通量测定，同时又能为其他模型的建立和校准提供基础数据而被大家所认可，但在使用过程中仍受到地形、气流及CO2通量漏流的影响。该方法的分析原理是：大气中物质的垂直交换往往是通过空气的涡旋状流动来进行的，这种涡旋带动空气中不同物质，包括CO2向上或者向下通过某一参考面，二者之差就是所研究的生态系统固定或放出的CO2量。其计算式为

F C=ρ′w′-

式中，FC为CO2通量；ρ为CO2的浓度；w为垂直方向上的风速；字母的右上标（小撇）是指各自平均值在垂直方向上的波动，即涡旋波动；横是指一段时间（15～30min）的平均值。

5）弛豫涡旋积累法

弛豫涡旋积累法（Relaxed Eddy Aceumulation, REA）起源于涡旋积累法。Desjardin首先应用这一技术，其基本思想是根据垂直风速的大小和方向采集两组气体样本进行测量。然而，这一技术在当时并没有获得成功，因为很难根据垂直风速的大小和方向进行不等时瞬时采样。这一技术的实用型直到在涡旋积累的思想中引入弛豫的思想，使得不定时采样转换为定时采样，这一实用型被定名为弛豫涡旋积累法。近年来，这一方法已应用到森林CO2通量的计算中。这一方法需要一维声速风速仪、红外线CO2分析仪、快速反应螺旋管阀门、数据比较器、数据记录仪、导管系统及空气泵等。数据比较器用于比较从声速风速仪所得到的即时垂直风速信号与数据记录仪所得到的一定时间（200s）的平均值。通过这种比较，数据记录仪就可以估计涡旋是上行还是下行，继而开通或关闭连接两个空气收集袋的阀门。通过数据记录仪的程序化设计，红外线CO2分析仪间隔一定时间（3min）开启或关闭其通道即可以连续监测两个收集袋内CO2的浓度。林冠层的CO2通量可以通过下式计算，即

式中，为CO2通量；β为一个半经验常数（0.56）; σw为垂直风速的标准差；ρAIR为空气的浓度；CUP-CDOWN为两个收集袋的30min的CO2浓度平均值之差。

6） “3S”技术模型模拟法

模型模拟法是通过数学模型估算森林生态系统的生产力和碳储量的方法。目前，已经存在很多种模型，可归为三大类：①MIAMI模型等经验模型；②CENTURY模型、BIOME-BGC模型以及TEM模型等过程模型；③TRIP-LEX模型和CASTANEA模型等经验过程模型。模型模拟法适于推算在一个理想条件下的区域生物量及碳储量的变化情况，但对数据采集和外界条件要求非常高，影响应用效果。近年来，随着遥感（RS）、地理信息系统（GIS）及全球定位系统（GPS）等新技术的发展和应用，为模型模拟法提供了非常重要的技术支撑。模型模拟法应用最多的遥感数据是植被指数（VI）、叶面积指数（LAI）和植被吸收的光合有效辐射分量（FPAR）。不同于常规地面的观测，应用遥感等新技术在大尺度上观测这些地面指标时具有明显的优势。目前，作为大尺度碳通量的过程（机制）模型比较成功的有GLO-PEM（the global production efficiency model）、简单的生物圈模型SiB2（Simple Biosphere Model, version 2）、CASA（Carnegie Ames Stanford Approach）模型等。尽管如此，该方法仍面临着技术精度、尺度转换、天气因素等问题，进一步推广应用存在许多障碍。

2．湿地碳汇能力估算

湿地生态系统是地球上重要的有机碳储库，具有丰富的生物多样性，不但能够直接或间接地为人类提供多种产品和服务，而且具有均化洪水、降解污染、调节局部气候、控制侵蚀等多种环境功能。湿地影响着重要温室气体CO2和CH4的全球平衡。一方面，湿地是CO2的汇，即通过湿地植物的光合作用吸收大气中的CO2将其转化为有机质，植物死亡后的残体经腐殖化作用和泥炭化作用形成腐殖质和泥炭，储存在湿地土壤中；另一方面，湿地也是温室气体的源，土壤中的有机质经微生物矿化分解产生的CO2和在厌氧环境下经微生物作用产生的CH4，都被直接释放到大气中。因此，保护和增强湿地的碳储存功能，对于减少温室气体排放具有十分重要的意义。由于植被类型、地下水位和气候等方面的影响，不同类型湿地的碳循环和温室气体排放存在很大差异。而且，温度和水文周期变化也可以改变植物光合作用的碳吸收与呼吸作用的碳释放之间的平衡，因而湿地生态系统的源/汇地位并非一成不变。湿地生态系统碳储量主要包括湿地植被碳储量和湿地土壤碳储量。但是湿地生态系统90%以上的碳储量都储存在土壤中。

1）湿地植被碳储量

湿地生态系统是目前已知陆地生态系统中仅次于森林的重要碳汇，具有巨大的能量与物质循环功能，对全球范围的碳循环有着显著影响。湿地是陆地生态系统的重要组成部分。与其他陆地生态系统相比，湿地的生物生产量较高，净初级生产量（NPP）平均约为1000g/（m2·a），最高可达2000g/（m2·a）以上，仅次于热带雨林。根据湿地植物生长环境，其可分为水生、沼生、湿生三类；根据湿地植物生活类型，可分为挺水型、浮叶型、沉水型和漂浮型；根据湿地植物生长类型，可分为草本类、灌木类、乔木类。I. Aselmann、P. J. Crutzen对湿地植被碳储量进行了估算，认为天然湿地的生物量和碳密度随纬度的降低而增加，全球天然湿地植被碳储量为2450～4430Tg（C）/a（1Tg=1012g），人工湿地植被碳储量约为650Tg（C）/a，见表4-2。

2）湿地土壤碳储量

湿地植物较高的生物生产量和较低的分解率使得湿地土壤能够储存大量的有机碳。影响土壤有机碳储量的因素很多，主要包括植被（有机质输入量、物质组成）、气候因子（温度、湿度）、土壤性质（结构、黏粒含量、矿化度、酸度等）以及其他人为因素，如施肥、灌溉。影响土壤有机质矿化的速率主要取决于温度和氧气供应（排水状况）、土地利用方式、作物种类、土壤耕作管理等。不同类型的湿地碳累积或分解的速率不同，碳密度相差很大。因此，估算全球湿地土壤碳储量，必须建立在准确掌握湿地的类型、面积和动态变化数据的基础上。

国内、外对湿地土壤碳储量估算的研究很多，一般可根据其沉积速率和沉积物中SOC的含量，计算单位面积的固碳速率（CSR）。计算式为

CSR=ρ·SOC·R

式中，ρ为土壤容重（g/cm-3）; SOC为土壤的碳含量（g/kg）; R为湿地土壤的沉积速率（mm/a）。

由于湿地土壤的SOC和ρ存在一个负相关关系。所以ρ可以由下式推算，即

ρ=1.665×SOC/10-0.887

固碳潜力CSP为固碳速率（CSR）和面积潜力（A）的乘积。计算式为

CSP=CSR·A

根据刘子刚统计数据，全球天然湿地碳蓄量估算见表4-3；根据段晓男、王效科、逯非、欧阳志云等研究数据，我国湖泊湿地的固碳速率和固碳潜力见表4-4。

3．农田土壤碳汇估算

农田生态系统中的碳库是全球碳库的一个重要组成部分，农田碳汇研究日益受到关注。农田碳汇在保持农业土壤碳汇功能、提高土壤有机碳水平、缓解气候增暖趋势和保障粮食安全方面具有重要的意义。农田碳汇及与之密切联系的农田土壤有机质碳含量是衡量农业生态系统稳定性的重要指标。土壤有机碳的变化是陆地生态系统对于大气CO2的源汇效应的重要依据，而土壤固碳是应对全球气候变化的重要途径。农田碳汇估算模型是深入研究农田生态系统碳循环和全球气候变化相互作用的重要手段和工具。这类模型用数学方法定量描述农田碳循环过程及其与全球变化之间的相互关系，从而利用计算机模拟表层土有机碳的动态变化，估计土壤和植被的碳存储现状并预测未来的固碳潜力。

1）土壤有机碳动态模型

（1）微分模型。由基本假设及土壤有机碳动态概念性模型可以导出各有机碳组分分解的一级动力学模型，即

dCi/dt=Ki fTfW fSCi

式中，Ci为第i种有机碳组分在t时刻的数量；i=1,2, …, n; Ki为相应的一级动力学速率常数；fT、fW及fS分别为土壤温度、水分及质地对有机碳分解的影响函数。

取时间步长为1天，则t天内第i种有机碳组分的累积分解量Yit为

Yit=∑（K ifTfWfSC i）

（2）积分模型。基于微分模型积分，可以导出各有机碳组分分解的积分模型，即

Cit=Ci 0×EXP（K i f T f W f S t）

式中，Cit、Ci0分别为第i种有机碳组分t时刻的数量及初始数量。

由上面公式可得t时段内第i种有机碳组分的累积分解量Y'it为

Yit′=Ci 0-Cit=Ci 0×[1-EXP（Ki f T f W f S t）]

假定外源有机物料初始数量为C0，易分解比例为F，则易分解组分与难分解组分的初始量分别为

2）影响系数估算

根据不同有机物料在实验室控制条件下的培养测定结果，确定土温度、水分及质地对有机碳分解的影响系数的计算方法。

（1）温度影响系数为

fT=Q10（TS-10）/10

式中，fT为温度影响系数；TS为土壤温度（℃）; Q10为供试物料有机碳分解的温度系数。

其与培养时间t（天）的数量关系为

Q10=（3.36+0.34t）/（1+0.29t）

（2）水分影响系数为

fW=0.49 EXP（3.88W-5.40W2）

式中，fW为不同水分条件下有机碳的相对分解量，定义其为水分影响系数；W为土壤水分含量；淹水条件下，fW取值为0.65。

（3）土壤质地影响系数为

fS=Y/287=1-0.26Clay

式中，fS为土壤质地影响系数；Clay为直径小于0.005mm的黏粒含量；Y为有机碳分解量（mg），其与黏粒含量的数量关系为

Y=287-73.7 Clay

当黏粒含量趋于100%，即Clay趋于1时，fS=0.74。

3）常数确定

上述土壤有机碳分解模型共有4个待定常数，即一级动力学速率常数K1、K2、KS及外源有机物料的易分解比例 F。K1、K2、KS值的基本意义是各相应有机碳组分在砂性土壤（<0.005mm的黏粒含量趋于0, fS=1）、田间最大持水量（fW=1）及土壤温度为10℃（fT=1）时的日相对分解量。易分解比例F数值与物料的碳氮比及木质素含量有关。根据在不同温度及水分条件下对小麦秸秆、水稻秸秆和相应根系的实验室培养测定结果，利用有机碳分解的积分模型，运用非线性技术，确定出各参数值（见表4-5）。

4．农田管理土壤碳汇估算

不同农田管理措施对土壤有机碳含量变化的影响不同。作为保持的土地利用类型土壤碳排放模型，主要包括农地管理的土壤碳汇、草地管理的土壤碳汇、森林管理的土壤碳汇。总体来看，各种管理措施能不同程度地使农田土壤有机碳（SOC）含量增加，这里主要以农田管理土壤碳汇为例。从收集到的文献数据来看，在一定的时间段内，农田管理措施下SOC以比较稳定的速率增长。陈义等在浙江嘉兴为期10年的定位试验显示，SOC以每年0.63g/kg的速率线性增长，相关系数达到了0.99；刘小虎等于1978—1988年在沈阳进行了定位试验，结果表明，SOC年增长速率为0.14g/kg，相关系数也达0.99。多数研究表明，在一定时间段内SOC与时间有很好的线性关系。金琳、李玉娥等采用有机碳随时间线性增长的模式估算农田管理措施下的土壤有机碳（SOC）或农田土壤有机质（SOM）年增加量和年增长率（SOM乘以0.58可换算为SOC）。试验证明，常见的5种管理措施使SOC上升的试验比例分别为98.7%（施有机肥）、96.8%（秸秆还田）、95.5%（配施）、91.67%（免耕）、4.4%（施化肥）。主要计算公式如下：

（1）土壤碳密度。数据中的有机碳的单位为gC/kg，需转换为tC/ha，与IPCC优良做法中有机碳的单位一致。对于中国农田土壤有机碳密度（DSOC, tC/ha）的估算公式一般可采用以下的计算方法：

DSOC=SOC×γ×TH×0.1

式中，SOC为土壤有机碳量（gC/kg）; γ 为耕层土壤容重（g/cm3）; TH为土层深度（cm）。土壤容重可根据土壤质地在《中国土种志》中查得，土层深度默认为20cm。

（2）土壤有机碳年增加量和年增长率。杨景成、韩兴国等的田间管理试验表明，施有机肥、配施、秸秆还田和免耕可显著增加土壤有机碳含量，其中免耕的正效应较为明显，有66.7%的试验中SOC每年增长在0%～8%的范围内。施有机肥、配施和秸秆还田效果相当，基本都表现为正效应，均有超过60%的试验中SOC的年增长率维持在0%～4%之间。同时，使风雨对土壤的侵蚀作用降低，起到减少土壤有机碳流失的作用。施有机肥、配施和秸秆还田直接或间接将有机质加入土壤来提高土壤有机碳储量。土壤有机碳年增加量和年增长率分析公式如下：

σ=（DSOCn-DSOC0）/n

α=δ/DSOC0×100%

式中，δ为年增加量[tC/（ha·a）]; α为年增长率（%）; DSOC0为土壤有机碳初始值（tC/ha）;DSOCn为试验n年后土壤有机碳值（tC/ha）; n为试验年数。

2006年，IPCC清单指南中“农田仍为农田（Cropland remaining cropland）”土壤碳计算方法分为Tier1、Tier2、Tier3三个层次，碳储量参考值或者管理因子采用各地相应的参数。金琳、李玉娥等采用Tier2方法，以常规耕作施常量化肥为原来的耕作方式，利用中国第二次土壤普查数据中的各省碳储量参考值，以及IPCC管理因子默认值，估算不同管理情景下中国各省市、自治区土壤“农田仍为农田”的碳储量变化。公式为

SOC=SOCREF FLU FMGFI

δ=（SOC0-SOC0T）/T

式中，SOCREF为碳储量参考值（tC/ha）; FLU为土地利用或土地利用变化的碳储量变化因子，如使用方式为农田、草地或森林不同的类型，无量纲；FMG为管理方式的碳储量变化因子，如免耕或常规耕作，无量纲；FI为输入因子的碳储量变化因子，如秸秆还田、施肥等，无量纲；δ为年增加量[tC/（ha·a）]; SOC0为基准年的土壤有机碳储量（tC/ha）; SOC0-T为基准年T年之前的土壤有机碳储量（tC/ha）; T为时间长度（年）（默认为20年）。以上碳储量变化因子采用IPCC管理因子的默认值，见表4-6。

表4-6 中国农田管理情景设置及IPCC管理因子

4.1.2 碳排放核算

大量温室气体（GHG）排放引起全球气候变暖问题日趋严重，发展低碳经济已成为全球共识。低碳经济的特点为低能耗、低污染、低排放，因此针对各种社会活动的碳排放量核算成为衡量低碳经济成效的重要指标。为使核算成果具有可比性，自20世纪末以来，发达国家政府和国际组织，如国际标准化组织（ISO）、世界资源研究所（WRI）和世界可持续发展工商理事会（WBCSD）、英国标准协会（BSI）等，已通过大量调研形成了系统的碳排放核算标准，涵盖了国家、企业（组织）、产品和服务、个人等层面。根据庄智、胡琼琼、朱伟峰等研究认为，对于“低碳”有两种理解：一种是基于终端消耗的碳排放量低；另一种是基于全生命周期的碳排放量低。基于终端消耗碳排放和全生命周期碳排放两个层面，国内外都有着一些比较典型的碳排放核算标准，见表4-7。

1．基于终端消耗的企业/项目碳排放核算标准

基于终端消耗的碳排放核算标准主要面向企业（组织）或项目层面。欧盟委员会于2011年3月正式发布的《欧盟2050低碳经济路线图》。路线图针对各个行业出台硬性政策指标，包括交通、电力、建筑、工业、农业等各个行业。各个行业内的企业发展将受到“碳债务”的影响。该组织将依据路线图对企业在定义空间和时间边界内的活动所产生或引发的温室气体排放量的核算，对该项目设计减排量的“审定”和项目实施后实际减排量的“核查”。目前适用于企业/项目碳排放核算的标准有GHG议定书（2004）和ISO 14064（2006）系列标准。

1）温室气体议定书

“温室气体议定书”（GHG Protocol）是一项由世界资源研究所（WRI）和世界可持续发展工商理事会（WBCSD）经过长达10年合作，创建的一个有影响力的温室气体排放核算项目。2004年发布的议定书内容包括两部分：一部分是温室气体议定书企业核算与报告准则，为一套步骤式指南，协助公司量化及报告温室气体排放量；另一部分是温室气体议定书项目量化准则，为一份量化温室气体削减计划减量值的指南。GHG议定书一般采取以下5个步骤计算温室气体排放量：①确认温室气体排放源，包括静止燃烧、移动燃烧、工艺排放、无组织排放等。②选择温室气体排放量的计算方法，依据具体设施或工艺的物质平衡或化学当量计算排放量。③收集活动数据和选择排放系数，对于多数的公司而言，可以采用公布的排放系数并按照采购的商业燃料数量计算直接排放源的温室气体排放量。④采用计算工具，温室气体议定书主要提供两种工具：一种是跨行业工具，可用于不同行业，包括静止燃烧、移动燃烧、冷藏与空调的氢氟碳化物用量以及测量与估算的不确定性；另一种是具体行业的工具，用于计算具体行业的排放量，如铝、钢铁、水泥、石油天然气、纸浆与造纸和基于办公室的组织。多数公司需要采用一种以上的计算工具计算全部温室气体排放源的排放量。⑤将温室气体数据汇总到公司一级，为了报告公司的温室气体排放总量，公司通常采用集中法和分散法收集并处理可能处于不同国家和业务单元的多处设施的数据。

2）温室气体核查验证标准

2006年3月，国际标准化组织（ISO）公布了ISO 14064系列温室气体核查验证标准。作为一项国际标准，规定了统一的温室气体资料和数据管理、汇报和验证模式。ISO 14064由3个部分组成，包括一套GHG计算和验证准则。分别为：①ISO 14064-1，组织层面上对温室气体排放和清除的量化报告的规范和指南；②ISO 14064-2，项目层面上对温室气体排放和清除增加的量化、监测报告的规范和指南；③ISO 14064-3，温室气体声明审定与检查的规范和指南。

2．基于全生命周期的产品/服务碳排放核算标准

基于生命周期的碳排放核算标准主要面向产品或服务层面，给出了对某产品或服务在生命周期的碳排放估算方法和规则。ISO将生命周期定义为：通过确定和量化与评估对象相关的能源消耗、物质消耗和废弃物排放，来评估某一产品、过程或事件的寿命全过程，包括原材料的提取与加工、制造、运输和销售、使用再使用、维持、循环回收，直到最终的废弃。因此各个核算标准制定的关键在于收集整理产品生命周期各个阶段的碳排放数据，并采用适当方法进行碳排放估算，现今较为主流的核算标准有PAS 2050（2008）和ISO 14040/14044（2006）、WRI/WBCSD Product and Supply Chain GHG Protocol（2011）、ISO 1406（2011）等标准。

1）商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范

“商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范”简称PAS 2050，由英国标准协会（BSI）编制，旨在对产品和服务生命周期内温室气体排放的评价要求作出明确的规定。PAS 2050所采用的评价方法是根据ISO 14040/14044标准的评价方法并通过明确规定各种商品和服务在生命周期内的GHG排放评价要求而制定。因此在排放边界和排放因子的确定上两者基本一致。规范从企业到企业（B2B）和企业到消费者（B2C）两个角度对如何确定系统边界、该系统边界内的与产品有关的GHG排放源、完成分析所需的数据要求以及计算方法作了明确规定。一个功能单位的GHG排放计算方法如下：

（1）应用活动水平数据乘以该活动的排放因子，将初级活动水平数据和次级数据换算为GHG排放量。应以产品每功能单位GHG排放量的形式记录。

（2）应用具体GHG排放值乘以相应的GWP值，将GHG数据换算为CO2当量的排放。计算的排放释放的所有滞后影响应包括在这一步骤中。

（3）与产品有关的碳存储的影响应以CO2当量表示，并应从上述步骤（2）计算出的总量中扣除。

（4）各计算结果应相加以获得每个功能单位的按CO2当量表示的GHG排放量，包括“从商业到消费者”、“从商业到商业”两种途径。

（5） GHG排放应按比例放大，以计算任何次要原材料或者次要活动，而在用估算的排放量除以预期生命周期GHG排放量比例的计算分析中并未包括该次要的材料和活动。

2）环境管理生命周期评价原则与框架

由ISO于2006年公布的《环境管理生命周期评价原则与框架》ISO 14040和《环境管理生命周期评价要求与指南》ISO 4044，规定了产品生命周期碳排放核算的范围、功能边界确定、基准流的确定。目前中国采用的GB/T 24040—2008和GB/T 24044—2008生命周期评价标准即从这两项国际标准等同转化而来。ISO分别于1997年、1998年、2000年颁布了4项关于生命周期评价的标准，分别是：

① ISO 14040。1997环境管理生命周期评价原则与框架。

② ISO 14041。1998环境管理生命周期评价目的与范围的确定和清单分析。

③ ISO 14042。2000环境管理生命周期评价和生命周期影响评价。

④ ISO 14043。2000环境管理生命周期评价生命周期解释。

2006年，ISO分别对上述标准进行了修订，最终形成ISO 14040和ISO 14044两项国际标准，取消并替代了原有的4项国际标准。生命周期评价（LCA）贯穿产品生命的全过程，即从获取原材料、生产、使用、生命末期的处理、循环和最终处置的环境因素和潜在的环境影响。LCA研究主要包括4个阶段：①目的与范围的确定阶段；②生命周期评价清单分析阶段；③生命周期评价影响评价阶段；④生命周期评价解释阶段。

3）产品及供应链碳排放标准

WBCSD与WRI自2008年年底即着手规划产品及供应链碳排放标准（Product and Supply Chain Standards）;2009年11月公布草案，并开始收集相关利害关系者的意见与进行草案试行；2011年10月完成定稿版并正式发布。该标准提供了全球一致性的方法，用于量测与管理产品及企业中温室气体排放量，有利于企业进行产品创新与改善，帮助企业减少碳排放量与节省营运成本。

（1）产品标准。以生命周期评估方法为发展基础，指引企业量测个别产品的温室气体排放量，为适用于产品层级的温室气体排放量评估标准。可协助企业发展低碳化产品，找出产品生命周期中各阶段的温室效应气体排放量与设定减量目标。

（2）企业价值链标准。以《温室气体盘查议定书》（GHG Protocol）的组织标准为发展基础，为适用于组织或企业层级价值链的温室气体排放评估标准。该标准明确规定企业在进行温室气体盘查时，需将其他间接排放量纳入，并提出企业应如何报告其排放量的指导方针，可协助了解供应链的温室气体排放量，检视温室气体减排策略，找出重大环境冲击考虑面与制订温室气体减排目标。

4）产品碳排放核算标准

《产品碳排放核算标准》（ISO 14067）是为解决“碳足迹”具体计算方法，由国际标准化组织（ISO）制定的标准。该标准CD版已于2010年3月公布，2011年正式公告。标准适用于商品或服务（统称产品），主要涉及的温室气体除了《京都议定书》规定的6种气体，即二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、六氟化硫（SF6）、全氟碳化物（PFCs）及氢氟碳化物（HFCs）外，也包含《蒙特利尔议定书》中管制的气体等，共63种气体。该标准包括量化/计算（ISO 14067-1）、沟通/标识（ISO 14067-2）两部分。

专栏4.1 碳减排小知识