森林可持續經(jīng)營(yíng)：給陸地碳匯擴容

川西畢棚溝亞高山針葉林。余振/攝

森林儲存的碳占陸地生態(tài)系統碳庫的40%，是陸地上除永凍土之外的最大儲碳庫。

“森林在減緩氣候變化中具有雙重作用：森林可吸收并固定大氣中的二氧化碳;由于森林退化、毀林等，又使其成為大氣二氧化碳的排放源。”中國工程院院士、中國林業(yè)科學(xué)研究院研究員劉世榮告訴《中國科學(xué)報》。

近日，《自然-通訊》在線(xiàn)發(fā)表了劉世榮和南京信息工程大學(xué)教授余振合作的研究成果。他們預測了在未來(lái)不同氣候變化情景下我國2020—2100年的森林碳儲量和碳匯變化趨勢。當前可以通過(guò)樹(shù)種替代、延長(cháng)輪伐期和擴大木材產(chǎn)品碳庫等方式提升陸地碳儲量，從而更有效服務(wù)于碳中和目標。研究成果凸顯了我國森林的巨大碳匯功能，為我國編制林業(yè)國家自主貢獻(NDC)提供了重要支撐。

研究森林碳匯應綜合考慮多種影響因素

“森林是陸地碳匯的主體，而通過(guò)森林固碳是實(shí)現碳中和國家戰略的關(guān)鍵舉措之一。”論文通訊作者劉世榮說(shuō)，準確預估森林碳匯大小及其未來(lái)變化，可以為中國參與全球環(huán)境治理、制定氣候變化應對策略和編制NDC提供科學(xué)參考。

論文第一作者兼通訊作者余振告訴《中國科學(xué)報》，當前已經(jīng)有很多專(zhuān)家和學(xué)者從不同角度、采用不同方法測算了中國森林碳匯潛力。

比如，有的研究采用森林清查資料，構建樹(shù)木生長(cháng)方程。據此預測未來(lái)森林蓄積量，然后再轉換為碳儲量。但是建立的統計方程模型沒(méi)有考慮未來(lái)氣候變化對樹(shù)木生長(cháng)的影響。

還有的研究雖然考慮了氣候變化的影響，但也是采用樹(shù)木生長(cháng)方程去預測，沒(méi)有合理考慮森林采伐的影響。事實(shí)上，森林采伐對森林固碳的影響是非常大的。

劉世榮認為，以往研究只考慮了一部分影響森林碳匯的因素，未能全面考慮氣候變化、森林采伐、林齡動(dòng)態(tài)、人為經(jīng)營(yíng)管理措施和木材產(chǎn)品碳庫等因素的綜合影響。

因此，該研究基于全國森林清查數據，結合生態(tài)系統過(guò)程模型和傳統統計模型模擬的方法，預測了在未來(lái)不同氣候變化情景下，我國2020—2100年的森林碳儲量和碳匯變化趨勢。

儲碳更多，峰值更遲

“樹(shù)木的生長(cháng)遵循慢—快—慢的規律。”劉世榮說(shuō)，幼年樹(shù)木長(cháng)得慢，固碳也慢。隨著(zhù)樹(shù)木逐漸長(cháng)大，葉面積越來(lái)越大，根系越來(lái)越發(fā)達，生長(cháng)速率也步入快車(chē)道，固碳能力逐漸達到最大。當樹(shù)木成熟，步入老年期，大部分光合作用產(chǎn)物都被用于維持自身的呼吸作用或因衰老枯死而消耗了，因此固碳速率降低。

現實(shí)中，有相當一部分成熟森林被采伐后又種上新林，所以遵循森林可持續經(jīng)營(yíng)的原則，這部分森林可通過(guò)合理采伐保持相對年輕的狀態(tài)或年齡結構，借以維持穩定的高生產(chǎn)力和固碳能力。

“當前我國的森林正處于比較年輕的狀態(tài)，因此生物量累積的固碳速率很高。但是隨著(zhù)森林平均年齡不斷增加，森林生物量的固碳速率將會(huì )下降。在全國水平上，這個(gè)固碳速率由快到慢的過(guò)程中有一個(gè)轉折點(diǎn)，即森林碳匯的峰值。”余振說(shuō)。

該研究基于過(guò)程模型的模擬結果表明，我國森林生物量的碳儲量在2020—2100年間可以增加136±15億噸，通過(guò)人為經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)可以進(jìn)一步增加23±0.3億噸，而且木材產(chǎn)品庫可以增加儲存19±1億噸。

該模擬結果還表明，2030年我國森林生物量的碳儲量可以達到129億噸，2060年可進(jìn)一步提高至188.5億噸。此外，2030年和2060年的年均固碳量可達2.03億噸和1.92億噸，分別可以抵消5.4%~7.8%和4.6%~8.5%的同期碳排放量。

這些結果為我國森林碳匯評估和優(yōu)化管理提供了科學(xué)依據。劉世榮介紹，早期研究大多預測了2060年前的森林碳匯，只有少數研究預測了2100年前的碳匯，近期碳匯研究的預測開(kāi)始以2100年為最后一年。“總的來(lái)說(shuō)，我們的碳匯預測結果比早期研究要高，與近期研究相近，主要的不同點(diǎn)在于森林碳匯變化的趨勢與碳匯峰值出現的年份。”

劉世榮強調，他們不僅改善了模型參數并提高了模型預測的精度，還考慮了各種森林碳匯提升途徑及其時(shí)空優(yōu)化配置，特別是突出了森林經(jīng)營(yíng)管理對提升森林碳匯的重要作用。與以往研究相比，他們更系統、更全面地考慮了氣候變化、森林采伐、林齡動(dòng)態(tài)、森林經(jīng)營(yíng)管理措施和木材產(chǎn)品碳庫等綜合因素對森林碳匯潛力的影響。

余振說(shuō)，相比而言，傳統的基于生物量-林齡關(guān)系的統計模型由于未能充分考慮采伐等過(guò)程的影響，可能造成長(cháng)期的碳儲量預測偏差。此外，不論是過(guò)程模型還是統計模型，如果不考慮采伐等對林齡的影響，森林生物量碳匯的預測峰值會(huì )提前10~30年。這表明當前大部分森林生物量碳匯的峰值預測可能存在較大偏差。

保碳、增碳、擴碳和碳資源化利用

“我們發(fā)現，如果實(shí)施森林可持續經(jīng)營(yíng)，通過(guò)科學(xué)合理地確定森林采伐量以及森林內部動(dòng)態(tài)對林齡增長(cháng)的影響，森林碳匯峰值出現的年份將比之前不考慮森林采伐情況要遲。”劉世榮說(shuō)。

他強調，我國當前可以通過(guò)樹(shù)種替代、延長(cháng)輪伐期和擴大木材產(chǎn)品碳庫等方式提升陸地碳儲量和碳匯，從而更有效地服務(wù)于碳中和目標。

余振解釋說(shuō)，由于某些區域在人工造林過(guò)程中未做到適地適樹(shù)，或者有些區域的某些樹(shù)種由于受到氣候變化脅迫而變得不適宜，導致其碳匯功能受限，因此這些不適宜的樹(shù)種需要逐步采用其他更適宜樹(shù)種來(lái)替代。

此外，延長(cháng)輪伐期——適當推遲森林采伐時(shí)間，可以維持并增加森林碳儲量和碳匯，特別是土壤碳的積累，也是一種提升森林碳儲量的有效方式。森林采伐的木材可以做成家具、板材等產(chǎn)品，這部分碳并沒(méi)有立刻進(jìn)入大氣，而是被慢慢分解釋放。因此，從生態(tài)學(xué)角度而言，這部分林產(chǎn)品也可以被視為森林之外的一個(gè)陸地碳庫，可以發(fā)揮與森林碳庫類(lèi)似的功能。

“應該從政策上引導林產(chǎn)品的類(lèi)型，減緩林產(chǎn)品碳庫的排放速率，開(kāi)發(fā)木竹基的生物質(zhì)產(chǎn)品或長(cháng)生命周期的新材料并替代高排放的化石基產(chǎn)品或材料。”余振說(shuō)。

該研究提出，需從保碳、增碳、擴碳和碳資源化利用等4個(gè)途徑對森林資源進(jìn)行保護修復、科學(xué)經(jīng)營(yíng)、合理利用和優(yōu)化管理。保碳是保護現有森林碳庫。增碳是提升現有森林質(zhì)量，例如，加強人工林的集約經(jīng)營(yíng)、對現存低效林分進(jìn)行改造和經(jīng)營(yíng)等。擴碳是進(jìn)一步增加森林植被面積。碳資源化利用則是碳替代措施，例如，開(kāi)發(fā)碳替代產(chǎn)品，通過(guò)耐用木質(zhì)林產(chǎn)品替代水泥、塑料等能源密集型材料等。

中國科學(xué)院院士、中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所研究員蔣有緒認為，該研究在綜合氣候變化情景和未來(lái)造林假設框架內做出了比已有研究更加貼近實(shí)際的森林碳匯預測。特別是對森林采伐和林產(chǎn)品碳庫的綜合考慮，提高了碳匯峰值預測的準確性和森林碳匯核算的系統性。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-48054-1