森林可持續(xù)經(jīng)營：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(tǒng)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)科學研究院研究員劉世榮告訴《中國科學報》。

近日，《自然-通訊》在線發(fā)表了劉世榮和南京信息工程大學教授余振合作的研究成果。他們預測了在未來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。當前可以通過樹種替代、延長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，而通過森林固碳是實現(xiàn)碳中和國家戰(zhàn)略的關鍵舉措之一。”論文通訊作者劉世榮說，準確預估森林碳匯大小及其未來變化，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提供科學參考。

論文第一作者兼通訊作者余振告訴《中國科學報》，當前已經(jīng)有很多專家和學者從不同角度、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，構建樹木生長方程。據(jù)此預測未來森林蓄積量，然后再轉換為碳儲量。但是建立的統(tǒng)計方程模型沒有考慮未來氣候變化對樹木生長的影響。

還有的研究雖然考慮了氣候變化的影響，但也是采用樹木生長方程去預測，沒有合理考慮森林采伐的影響。事實上，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、林齡動態(tài)、人為經(jīng)營管理措施和木材產(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(shù)據(jù)，結合生態(tài)系統(tǒng)過程模型和傳統(tǒng)統(tǒng)計模型模擬的方法，預測了在未來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

“樹木的生長遵循慢—快—慢的規(guī)律。”劉世榮說，幼年樹木長得慢，固碳也慢。隨著樹木逐漸長大，葉面積越來越大，根系越來越發(fā)達，生長速率也步入快車道，固碳能力逐漸達到最大。當樹木成熟，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(xiàn)實中，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(xù)經(jīng)營的原則，這部分森林可通過合理采伐保持相對年輕的狀態(tài)或年齡結構，借以維持穩(wěn)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。但是隨著森林平均年齡不斷增加，森林生物量的固碳速率將會下降。在全國水平上，這個固碳速率由快到慢的過程中有一個轉折點，即森林碳匯的峰值。”余振說。

該研究基于過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，通過人為經(jīng)營管理活動可以進一步增加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)化管理提供了科學依據(jù)。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(shù)研究預測了2100年前的碳匯，近期碳匯研究的預測開始以2100年為最后一年。“總的來說，我們的碳匯預測結果比早期研究要高，與近期研究相近，主要的不同點在于森林碳匯變化的趨勢與碳匯峰值出現(xiàn)的年份。”

劉世榮強調(diào)，他們不僅改善了模型參數(shù)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空優(yōu)化配置，特別是突出了森林經(jīng)營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(tǒng)、更全面地考慮了氣候變化、森林采伐、林齡動態(tài)、森林經(jīng)營管理措施和木材產(chǎn)品碳庫等綜合因素對森林碳匯潛力的影響。

余振說，相比而言，傳統(tǒng)的基于生物量-林齡關系的統(tǒng)計模型由于未能充分考慮采伐等過程的影響，可能造成長期的碳儲量預測偏差。此外，不論是過程模型還是統(tǒng)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(xiàn)，如果實施森林可持續(xù)經(jīng)營，通過科學合理地確定森林采伐量以及森林內(nèi)部動態(tài)對林齡增長的影響，森林碳匯峰值出現(xiàn)的年份將比之前不考慮森林采伐情況要遲。”劉世榮說。

他強調(diào)，我國當前可以通過樹種替代、延長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，從而更有效地服務于碳中和目標。

余振解釋說，由于某些區(qū)域在人工造林過程中未做到適地適樹，或者有些區(qū)域的某些樹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種需要逐步采用其他更適宜樹種來替代。

此外，延長輪伐期——適當推遲森林采伐時間，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，這部分碳并沒有立刻進入大氣，而是被慢慢分解釋放。因此，從生態(tài)學角度而言，這部分林產(chǎn)品也可以被視為森林之外的一個陸地碳庫，可以發(fā)揮與森林碳庫類似的功能。

“應該從政策上引導林產(chǎn)品的類型，減緩林產(chǎn)品碳庫的排放速率，開發(fā)木竹基的生物質(zhì)產(chǎn)品或長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。

該研究提出，需從保碳、增碳、擴碳和碳資源化利用等4個途徑對森林資源進行保護修復、科學經(jīng)營、合理利用和優(yōu)化管理。保碳是保護現(xiàn)有森林碳庫。增碳是提升現(xiàn)有森林質(zhì)量，例如，加強人工林的集約經(jīng)營、對現(xiàn)存低效林分進行改造和經(jīng)營等。擴碳是進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，開發(fā)碳替代產(chǎn)品，通過耐用木質(zhì)林產(chǎn)品替代水泥、塑料等能源密集型材料等。

中國科學院院士、中國林業(yè)科學研究院森林生態(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造林假設框架內(nèi)做出了比已有研究更加貼近實際的森林碳匯預測。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(tǒng)性。

相關論文信息：

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