我國森林碳庫特點與森林碳匯潛力分析

楊 帆，劉金山，賀東北

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計院，長沙410014)

我國森林碳庫特點與森林碳匯潛力分析

楊 帆，劉金山，賀東北

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計院，長沙410014)

森林生態(tài)系統(tǒng)在穩(wěn)定全球碳循環(huán)和緩解全球氣候變暖方面發(fā)揮著重要的作用，合理發(fā)展林業(yè)，可以實現(xiàn)固碳增匯，是緩解全球氣候變化的重要措施。綜述了森林碳庫的重要地位、我國森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫特點，分析了通過增加森林面積和提高森林經(jīng)營水平來增加森林碳匯的潛力。

森林;碳匯;固碳;氣候變化

引言

大氣CO2濃度升高和全球變暖是不爭的事實，在科學界已經(jīng)達成共識。CO2濃度升高主要歸因于大量化石燃料的燃燒、土地利用方式的改變、森林的極度破壞等。陸地生態(tài)系統(tǒng)中的植被通過光合作用固定大氣中的CO2，轉(zhuǎn)化為有機碳，從而降低大氣中的溫室氣體濃度，通過固碳增匯，達到減緩氣候變化的目的。森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，每年固定的碳約占整個陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳量的三分之二［1，2］。森林生態(tài)系統(tǒng)在維持全球碳循環(huán)、減緩溫室氣體濃度升高速率以及調(diào)節(jié)全球氣候變化方面發(fā)揮著重要作用。森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在固碳增匯方面發(fā)揮著十分重要的作用，《京都議定書》中就把植樹造林等行為確立為“碳匯”途徑。通過適宜的林業(yè)活動，如造林再造林、森林管理、減少毀林等，可以實現(xiàn)溫室氣體減量目的，是緩解全球氣候變化的重要措施。

1 森林碳庫在全球碳庫中的重要地位

陸地生態(tài)系統(tǒng)受人類干擾劇烈，碳庫變化大、情況復雜，在全球碳循環(huán)中要考慮的因子很多。陸地生態(tài)系統(tǒng)主要包括森林、草原、荒漠、農(nóng)田和凍原生態(tài)系統(tǒng)等，碳庫分布受緯度、氣候、植被和土壤類型等多因素共同影響，不同生態(tài)系統(tǒng)其碳庫分布和碳密度有明顯差別。表1是全球植被和土壤的碳儲量。［3］

從表1中可以看出，就植被碳庫而言，面積僅占28%的森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量占陸地植被碳儲量的77%。其中面積占12%的熱帶森林碳儲量占森林系統(tǒng)碳儲量的59%，占整個植被系統(tǒng)碳儲量的45%。與植被碳庫相比，土壤貯藏了更多的有機碳，約為植被碳庫的4．3倍。在植被碳庫和土壤碳庫中，森林生態(tài)系統(tǒng)都占了很高比例。整個陸地系統(tǒng)碳庫合計約為24 770億t碳，其中森林部分碳庫為11 460億t碳，約占46%。森林生態(tài)系統(tǒng)占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的比例最大，森林植被碳庫的大小及其變化在很大程度上影響了碳庫總量和通量大小。因此，對森林碳庫的研究是碳循環(huán)研究最重要的部分。

表1 全球植被和土壤碳儲量

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生物圈的主體，作為最主要的植被類型，森林的生物量和凈生產(chǎn)力分別約占整個陸地生態(tài)系統(tǒng)的86%和70%［4］，森林碳庫是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的有機碳庫［5］。因此，森林的面積和森林植被生長狀況在很大程度上影響了陸地生物圈碳庫的大小。與其它陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，森林生態(tài)系統(tǒng)具有較高的生產(chǎn)力和單位面積生物量，碳密度也相應較高。森林生態(tài)系統(tǒng)中的平均植物碳貯存密度為86 t/hm2［5］，而草原和農(nóng)田的植物碳貯存密度分別為21 t/hm2和 5 t/hm2［6］，分別為森林生態(tài)系統(tǒng)的 24．4%和5．8%。森林土壤碳庫是土壤有機碳庫的重要組成部分，也是森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫的重要組成部分，在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。森林土壤碳庫對維持全球碳平衡和減少大氣中的CO2濃度具有顯著作用。森林植被［7］和森林土壤［8］巨大的碳庫，使得森林在全球碳平衡中發(fā)揮著重要作用，對于全球碳循環(huán)具有重要意義。

2 我國森林碳庫的特點

森林在我國陸地植被碳庫中發(fā)揮著主導作用。森林緩解氣候變化的能力取決于其現(xiàn)有碳庫的大小和固碳速率，而碳儲量在很大程度上受森林生物量的影響。方精云等［9］利用我國第三次森林資源清查成果資料，率先應用森林蓄積量推算森林生物量和凈生產(chǎn)量的方法，估算出了我國森林植被的生物生產(chǎn)力。結(jié)果表明，約占我國國土面積12．3%的森林蘊藏著中國陸地植被生態(tài)系統(tǒng)總生物量的69．5%，即91億t干物質(zhì)。周玉榮等［4］根據(jù)我國第四次森林資源清查成果資料，估算出我國主要森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量為281億t碳，其中森林植被、森林土壤和森林凋落物分別儲存了62億 t，210 億 t，8.92 億 t碳。李克讓等［10］估算出中國森林土壤碳儲量為105億t，約占中國森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫的66%。唐守正［11］等利用第七次全國森林資源清查數(shù)據(jù)研究得出，我國森林植被生物量為157．7億t，其中喬木林133．9億t(占84．91%)，單位面積生物量為86．07 t/hm2;我國森林植被碳儲量為78．1億t，其中喬木林66．6 億 t(占85．29%)，喬木林碳密度為42．82 t/hm2。從地區(qū)來看，森林植被碳儲量主要集中在東北和西南兩大區(qū)域，分別約占全國的20%和40%。

森林碳庫的大小，受森林面積和碳密度的雙重影響。我國森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度變化基本趨勢是隨緯度的增加而增加;其中植被平均碳密度隨緯度的增加而減小;土壤平均碳密度約是植被碳密度的3．4倍，其區(qū)域分布特點與植被碳密度呈相反趨勢，隨緯度升高而增加［4］。這與Dixon等［5］關(guān)于植被和土壤碳庫比例隨緯度變化趨勢的報道相一致。王效科等［12］研究了人為干擾對森林植被碳密度的影響，結(jié)果表明，中國森林植物碳密度較高的省份為黑龍江、吉林和西藏，森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳密度有從東南向東北和西部增加的趨勢，其分布規(guī)律與我國人口密度變化趨勢正好相反，兩者呈顯著的對數(shù)相關(guān)關(guān)系。隨著人類活動對森林資源的利用和森林的干擾加劇，人為干擾程度在一定程度上掩蓋了地理和氣候條件對森林植物碳密度的影響。

3 我國森林碳匯潛力分析

幾十年來，通過大力開展植樹造林、加大森林撫育和管理力度、實行森林限額采伐制度，中國森林資源實現(xiàn)了持續(xù)快速增長。第一次全國森林資源清查(1973—1976年)到第七次全國森林資源清查(2004—2008年)間，森林面積由12 186.00萬 hm2增加到19 545．22 萬 hm2，森林蓄積由 865 579．00 萬 m3增加到1 372 080．36萬 m3，森林覆蓋率由12．7%增加到20．36%，資源增長顯著［13］。方精云等［14］利用上世紀70年代中期以后各時段森林資源清查數(shù)據(jù)，分析得出全國各省(區(qū))總平均生物量與總平均蓄積量之間呈良好的線性關(guān)系。由于森林植被含碳量穩(wěn)定，碳儲量的增長與生物量的增長緊密相關(guān)，因此森林蓄積量的增長意味著碳儲量的增長。

我國森林固定CO2的能力平均為91．75 t/hm2，大大低于全球中高緯度地區(qū)157．81 t/hm2的平均水平［15］，這主要是由于森林植被的生物量密度較低造成的。我國森林植被碳密度平均為 38．05 t/hm2［16］，只有美國森林植被碳密度的62．4%［12］。主要原因是森林單位面積蓄積量低，造成森林碳積累總量不高，碳密度因此較低。造成我國森林單位面積蓄積量低的主要原因有兩個［17］:一是森林齡組結(jié)構(gòu)不合理，中幼林比例高;二是森林經(jīng)營水平不高，森林質(zhì)量低，低質(zhì)低效林面積較大。

就森林生長發(fā)育不同階段而言，幼齡林時期林木地上部分生長緩慢，碳累積速度也較慢;中齡林時期林木高生長和直徑生長都很快，材積生長量旺盛，碳累積也相應最快;近熟林和成熟林時期林木生長日趨緩慢，而過熟林時期林木開始衰老甚至出現(xiàn)負生長現(xiàn)象，此三個階段碳收支基本平衡或者碳消耗大于吸收。尚未進入成熟期的森林，其碳貯存密度尚未達到最大，隨著林木的生長，這些林木還能夠固定一定量的CO2。從第七次全國森林資源清查數(shù)據(jù)［18］分析，我國喬木林各齡組面積比例為幼齡林33.82%、中齡林33.43%、近熟林14.82%、成熟林12.03%、過熟林5.90%，中幼齡林面積比例高，達67.23%;而從單位面積蓄積量來看，幼齡林 28.27 m3/hm2、中齡林 74.24 m3/hm2、近熟林 114．94 m3/hm2、成熟林 168．80 m3/hm2、過熟林239．91 m3/hm2，很顯然，中幼齡林單位面積蓄積量低，其蓄積量的增長空間很大。也就是說，當前和今后一段時間，我國以中幼林為主的現(xiàn)有森林將保持較強的生長態(tài)勢，擁有巨大的碳累積潛力。

另一方面，我國喬木林平均蓄積僅85.88 m3/hm2，是世界平均水平(110 m3/hm2)的78%，只有發(fā)達國家林分(210 ～300 m3/hm2)［15］的 1/3，說明我國森林質(zhì)量不高。全球森林中，原生林面積占36%。我國除西南、東北等少數(shù)地區(qū)尚保有少量原生林外，多數(shù)天然林已演替為次生林，原生林和接近原生狀態(tài)的森林僅占5%，只有世界平均水平的13.9%。由于管理不善、人為干擾大以及自然災害等原因，不少森林已成為低質(zhì)低效林分。在我國的喬木林中，平均郁閉度為0．2～0．4的森林面積占30．30%，僅在中齡林和近熟林中，這部分森林面積就達2 443．98萬hm2，占喬木林面積的15．71%。這部分森林的林木蓄積量與總生物量低，單位面積碳儲量不高。通過采取撫育經(jīng)營等森林經(jīng)營措施，森林質(zhì)量尚有較大的提升空間，其固碳增匯也有很大的發(fā)展?jié)摿Α?jù)吉林臨江林業(yè)局中幼齡林撫育試驗［19］，撫育后人工林生長量比撫育前提高了65%。扣除正常生長量，僅以額外增加15%蓄積量測算，我國10 463．33萬hm2中幼林，通過撫育經(jīng)營，即具有80 237．81萬m3的林木蓄積增長空間。如按每立方米林木平均吸收 CO21．83 t［20］計算，可多吸收CO2146 835．20萬t。就是只對3 031萬hm2人工喬木林中幼林進行撫育經(jīng)營，其蓄積的額外增量也高達17 706．88 萬 m3，即可多吸收 CO232 403．59 萬 t。

據(jù)《全國造林綠化規(guī)劃綱要(2011—2020年)》統(tǒng)計，我國現(xiàn)有6 605萬hm2宜林地、疏林地、一般灌木林地可用于植樹造林;另外還有1 118萬hm2陡坡(25°以上)及嚴重沙化耕地、其它可造林地，由于糧食產(chǎn)量低且不穩(wěn)、水土流失和風沙危害嚴重等可用于恢復森林植被?？稍炝值刭Y源達到7 723萬hm2，為擴大森林面積和固碳增匯提供了豐富的土地資源?！度珖炝志G化規(guī)劃綱要(2011—2020年)》據(jù)此制定了今后10年造林5 700萬hm2的任務。據(jù)調(diào)查，我國近年人工造林成林率約為70%，考慮到現(xiàn)有可造林地大多數(shù)分布在內(nèi)蒙和西北等困難立地條件地區(qū)，造林后成林率較低，按照62%的綜合成林率(據(jù)營造林綜合核查統(tǒng)計，2006、2007年，西北五省區(qū)及內(nèi)蒙古成林率為61．83%)計算，可增加森林3 534萬hm2。10年后，按當前幼齡林平均蓄積(28．27 m3/hm2)的 70%(19.88 m3/hm2)估算，也可增加林木蓄積69 934萬m3。如按每立方米林木平均吸收 CO21．83 t［20］計算，可多吸收CO2127 979萬t。

2009年9月，國家主席胡錦濤在聯(lián)合國氣候變化峰會上莊嚴承諾，中國將大力增加森林碳匯，爭取到2020年森林面積比2005年增加4 000萬hm2，森林蓄積量比2005年增加13億m3。胡錦濤主席的承諾，明確了我國森林碳匯的發(fā)展目標，發(fā)展森林碳匯成為我國政府應對氣候變化的戰(zhàn)略選擇，為我國林業(yè)迎來了一個難得的發(fā)展機遇期?？梢灶A見，隨著造林綠化綱要的實施，森林撫育工程的開展，森林限額采伐制度的深入執(zhí)行，我國森林面積必然擴大，森林質(zhì)量將逐漸提高，我國森林蓄積和森林碳匯必將快速增加，森林作為我國最大有機碳庫的地位，將得到進一步的鞏固和發(fā)展。

4 結(jié)論

1)森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，森林碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的有機碳庫。

2)我國森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳密度從東南向東北和西部增加，受人類活動的干擾，在一定程度上掩蓋了地理和氣候條件對森林植物碳密度的影響。

3)根據(jù)我國森林資源現(xiàn)狀分析，通過加強森林經(jīng)營、提高森林質(zhì)量和開展植樹造林均可大幅度地提高森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳增匯功能。

［1］Kramer P J．Carbon dioxide concentration，Photosynthesis，and matter production［J］．BioScience，1981，31:29 －33．

［2］ Waring R H，Schlesinger W H．Forest Ecosystems:Concepts and Management［M］．Orlando，F(xiàn)lorida，USA:Academic Press，1985．

［3］ IPCC．Land use，land-use change，and forestry，A special report of the IPCC［M］．UK:Cambridge University Press，2000．

［4］周玉榮，于振良，趙士洞．我國主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量和碳平衡［J］．植物生態(tài)學報，2000，24(5):518 －522．

［5］Dixon R K，Solomon A M，Brown S，et al．Carbon pools and flux of global forest ecosystems．Science，1994，263(5144):185 －190．

［6］Ajtay，G L，Ketner P，Duvigncaud P．Terrestrial primary production and phytomass［A］．In Bobin B，Degens E T，Kempe S，and Ketner．The Global Carbon Cycle［M］．Chichester，UK:John Wiley and Sons，inc，1979:129 －181．

［7］Woodwell G M，Whittaker R H，Reiners W A，et al．The biota and the world carbon budget［J］．Science，1978，199(4325):141 －146．

［8］Schimel D S．Terrestrial ecosystems and the carbon cycle［J］．Global change Biology，1995，1:77 －91．

［9］方精云，劉國華，徐嵩齡．我國森林植被的生物量和凈生產(chǎn)量［J］．生態(tài)學報，1996，16(5):497 －508．

［10］李克讓．土地利用變化和溫室氣體凈排放與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)［M］．北京:氣象出版社，2002．

［11］馮宗煒．中國森林對全球碳循環(huán)及氣候變化做貢獻［N］．科技日報，2010－06－08(5)．

［12］王效科，馮宗煒，歐陽志云．中國森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳儲量和碳密度研究［J］．應用生態(tài)學報，2001，12(1):13 －16．

［13］國家林業(yè)局森林資源管理司．第七次全國森林資源清查及森林資源狀況［J］．林業(yè)資源管理，2010，(1):1 －8．

［14］方精云，陳安平．中國森林植被碳庫的動態(tài)變化及其意義［J］．植物學報，2001，43(9):967 －973．

［15］賈治邦．論森林在應對氣候變化中的重大作用［EB/OL］．(2007－10 －12)［2007 －11 －26］．http://www．forestry．gov．cn．

［16］方精云，陳安平，趙淑清，等．中國森林生物量的估算:對Fang等 Science一文(Science，2001，291:2320 －2322)的若干說明［J］．植物生態(tài)學報，2002，26(2):243 －249．

［17］李文華，李飛．中國森林資源研究［M］．北京:中國林業(yè)出版社，1996．

［18］賈治邦．中國森林資源報告:第七次全國森林資源清查［M］．北京:中國林業(yè)出版社，2009．

［19］柏廣新．加大森林撫育力度．［N/OL］．香港商報，(2010－03－13)［2011 －12 －10］．http://www．hkcd．com．hk/content．

［20］國家林業(yè)局．應對氣候變化林業(yè)行動計劃［M］．北京:中國林業(yè)出版社，2010．

Analysis of Forestry Carbon Pool Characteristic and Carbon Sink Potential in China

YANG Fan，LIU Jinshan，HE Dongbei

(Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration，Changsha 410014，Hunan，China)

Abstyact:Forest ecosystem plays an important role on stabling global carbon cycle and alleviating global warming．It can achieve carbon sequestration and increase forest carbon sink by rationally developing forest，it is an important measure to alleviate global climate change．The important position and its characteristic of forest carbon pool in china were reviewed，and the carbon sink potential by increasing forest area，improving forest management level was analyzed．

forest;carbon sink;carbon sequestration;climate change

S 718．55

A

1003—6075(2012)01—0001—04

2012—02—10

楊帆(1965—)，男，重慶人，高級工程師，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計工作。