川西畢棚溝亞高山針葉林。余振/攝

森林儲(chǔ)存的碳占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的40%，是陸地上除永凍土之外的最大儲(chǔ)碳庫(kù)。

“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(guó)工程院院士、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院研究員劉世榮告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

近日，《自然-通訊》在線發(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(yù)測(cè)了在未來(lái)不同氣候變化情景下我國(guó)2020—2100年的森林碳儲(chǔ)量和碳匯變化趨勢(shì)。當(dāng)前可以通過樹種替代、延長(zhǎng)輪伐期和擴(kuò)大木材產(chǎn)品碳庫(kù)等方式提升陸地碳儲(chǔ)量，從而更有效服務(wù)于碳中和目標(biāo)。研究成果凸顯了我國(guó)森林的巨大碳匯功能，為我國(guó)編制林業(yè)國(guó)家自主貢獻(xiàn)(NDC)提供了重要支撐。

研究森林碳匯應(yīng)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(shí)現(xiàn)碳中和國(guó)家戰(zhàn)略的關(guān)鍵舉措之一。”論文通訊作者劉世榮說，準(zhǔn)確預(yù)估森林碳匯大小及其未來(lái)變化，可以為中國(guó)參與全球環(huán)境治理、制定氣候變化應(yīng)對(duì)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(guó)科學(xué)報(bào)》，當(dāng)前已經(jīng)有很多專家和學(xué)者從不同角度、采用不同方法測(cè)算了中國(guó)森林碳匯潛力。

比如，有的研究采用森林清查資料，構(gòu)建樹木生長(zhǎng)方程。據(jù)此預(yù)測(cè)未來(lái)森林蓄積量，然后再轉(zhuǎn)換為碳儲(chǔ)量。但是建立的統(tǒng)計(jì)方程模型沒有考慮未來(lái)氣候變化對(duì)樹木生長(zhǎng)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(zhǎng)方程去預(yù)測(cè)，沒有合理考慮森林采伐的影響。事實(shí)上，森林采伐對(duì)森林固碳的影響是非常大的。

劉世榮認(rèn)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(kù)等因素的綜合影響。

因此，該研究基于全國(guó)森林清查數(shù)據(jù)，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)過程模型和傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型模擬的方法，預(yù)測(cè)了在未來(lái)不同氣候變化情景下，我國(guó)2020—2100年的森林碳儲(chǔ)量和碳匯變化趨勢(shì)。

儲(chǔ)碳更多，峰值更遲

“樹木的生長(zhǎng)遵循慢—快—慢的規(guī)律。”劉世榮說，幼年樹木長(zhǎng)得慢，固碳也慢。隨著樹木逐漸長(zhǎng)大，葉面積越來(lái)越大，根系越來(lái)越發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)速率也步入快車道，固碳能力逐漸達(dá)到最大。當(dāng)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(shí)中，有相當(dāng)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(yíng)的原則，這部分森林可通過合理采伐保持相對(duì)年輕的狀態(tài)或年齡結(jié)構(gòu)，借以維持穩(wěn)定的高生產(chǎn)力和固碳能力。

“當(dāng)前我國(guó)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(huì)下降。在全國(guó)水平上，這個(gè)固碳速率由快到慢的過程中有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即森林碳匯的峰值。”余振說。

該研究基于過程模型的模擬結(jié)果表明，我國(guó)森林生物量的碳儲(chǔ)量在2020—2100年間可以增加136±15億噸，通過人為經(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(kù)可以增加儲(chǔ)存19±1億噸。

該模擬結(jié)果還表明，2030年我國(guó)森林生物量的碳儲(chǔ)量可以達(dá)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(dá)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(jié)果為我國(guó)森林碳匯評(píng)估和優(yōu)化管理提供了科學(xué)依據(jù)。劉世榮介紹，早期研究大多預(yù)測(cè)了2060年前的森林碳匯，只有少數(shù)研究預(yù)測(cè)了2100年前的碳匯，近期碳匯研究的預(yù)測(cè)開始以2100年為最后一年。“總的來(lái)說，我們的碳匯預(yù)測(cè)結(jié)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(shì)與碳匯峰值出現(xiàn)的年份。”

劉世榮強(qiáng)調(diào)，他們不僅改善了模型參數(shù)并提高了模型預(yù)測(cè)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(duì)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(dòng)態(tài)、森林經(jīng)營(yíng)管理措施和木材產(chǎn)品碳庫(kù)等綜合因素對(duì)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(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型由于未能充分考慮采伐等過程的影響，可能造成長(zhǎng)期的碳儲(chǔ)量預(yù)測(cè)偏差。此外，不論是過程模型還是統(tǒng)計(jì)模型，如果不考慮采伐等對(duì)林齡的影響，森林生物量碳匯的預(yù)測(cè)峰值會(huì)提前10~30年。這表明當(dāng)前大部分森林生物量碳匯的峰值預(yù)測(cè)可能存在較大偏差。

保碳、增碳、擴(kuò)碳和碳資源化利用

“我們發(fā)現(xiàn)，如果實(shí)施森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)，通過科學(xué)合理地確定森林采伐量以及森林內(nèi)部動(dòng)態(tài)對(duì)林齡增長(zhǎng)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(qiáng)調(diào)，我國(guó)當(dāng)前可以通過樹種替代、延長(zhǎng)輪伐期和擴(kuò)大木材產(chǎn)品碳庫(kù)等方式提升陸地碳儲(chǔ)量和碳匯，從而更有效地服務(wù)于碳中和目標(biāo)。

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(dǎo)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(lái)替代。

此外，延長(zhǎng)輪伐期——適當(dāng)推遲森林采伐時(shí)間，可以維持并增加森林碳儲(chǔ)量和碳匯，特別是土壤碳的積累，也是一種提升森林碳儲(chǔ)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(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(kù)，可以發(fā)揮與森林碳庫(kù)類似的功能。

“應(yīng)該從政策上引導(dǎo)林產(chǎn)品的類型，減緩林產(chǎn)品碳庫(kù)的排放速率，開發(fā)木竹基的生物質(zhì)產(chǎn)品或長(zhǎng)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(kuò)碳和碳資源化利用等4個(gè)途徑對(duì)森林資源進(jìn)行保護(hù)修復(fù)、科學(xué)經(jīng)營(yíng)、合理利用和優(yōu)化管理。保碳是保護(hù)現(xiàn)有森林碳庫(kù)。增碳是提升現(xiàn)有森林質(zhì)量，例如，加強(qiáng)人工林的集約經(jīng)營(yíng)、對(duì)現(xiàn)存低效林分進(jìn)行改造和經(jīng)營(yíng)等。擴(kuò)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(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所研究員蔣有緒認(rèn)為，該研究在綜合氣候變化情景和未來(lái)造林假設(shè)框架內(nèi)做出了比已有研究更加貼近實(shí)際的森林碳匯預(yù)測(cè)。特別是對(duì)森林采伐和林產(chǎn)品碳庫(kù)的綜合考慮，提高了碳匯峰值預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和森林碳匯核算的系統(tǒng)性。

相關(guān)論文信息：

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