森林固碳釋氧服務價值與異養(yǎng)呼吸損失量評估

馮 源,田 宇,朱建華,*,肖文發(fā),李 奇

1 中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所 國家林業(yè)和草原局森林生態(tài)環(huán)境重點實驗室, 北京 100091

2 南京林業(yè)大學南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京 210037

生態(tài)系統(tǒng)服務指人類從生態(tài)系統(tǒng)中得到的產(chǎn)品或惠益[1]。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體[2],森林持續(xù)地提供木材產(chǎn)品、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護及文化娛樂等多種生態(tài)系統(tǒng)服務,促進了人類生存及社會發(fā)展[3],其服務價值約占陸地生態(tài)系統(tǒng)服務總價值的38%—46%[4- 5]。我國學者已對森林生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行了大量研究[6- 8]。國家林業(yè)局頒布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》[9](以下簡稱《規(guī)范》,the “Specifications”)統(tǒng)一了評價指標并構(gòu)建了完整的評估體系,有力地促進了我國此類研究的發(fā)展。王兵等[6]、肖驍?shù)萚7]、張春華等[10]、黃龍生等[8]等基于該方法分別對全國、東北地區(qū)、山東省和濟南市的一種或多種森林生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行了評估,構(gòu)成了全國、區(qū)域、省級和市級等多尺度、多層次的評估結(jié)果。

在森林生態(tài)系統(tǒng)服務中,固碳釋氧是最重要的服務之一,其價值約占總服務價值的18.5%—32.59%[7,11]。固碳釋氧服務來源于植被通過光合作用同化大氣CO2、同時通過呼吸作用分解有機質(zhì)并釋放到大氣中的碳收支過程[12],與森林碳源/匯狀態(tài)密切相關(guān)。在碳收支過程中,植被光合作用所產(chǎn)生的有機質(zhì)總量減去自養(yǎng)呼吸消耗量后可得到凈初級生產(chǎn)力(Net primary production,NPP),而將NPP進一步減去死亡有機質(zhì)分解釋放量(即異養(yǎng)呼吸Heterotrophic respiration,Rh)后即為凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(Net ecosystem production,NEP)。NEP 可以反映無干擾條件下森林生態(tài)系統(tǒng)存留有機質(zhì)的能力,是森林碳平衡狀態(tài)的指示因子[13]；只有當NEP為正值、生態(tài)系統(tǒng)是碳匯時,森林才能提供固碳釋氧服務。近年來,在以大氣CO2濃度升高為主要標志的全球變化背景下,森林固碳釋氧服務作為應對氣候變化的有效途徑引起了國際社會的廣泛關(guān)注[14]。

現(xiàn)有評估森林固碳釋氧服務價值的方法主要分為2類：(1)將NPP作為森林最終固碳量來評估固碳釋氧服務價值[10,15- 16]；(2)基于蓄積量或生物量現(xiàn)存量估算森林年凈固碳量[17- 18]或是通過兩期清查數(shù)據(jù)推算森林碳儲量現(xiàn)存量的變化來評估固碳釋氧服務價值[19]。第1類研究未考慮碳收支過程中異養(yǎng)呼吸造成的碳排放,由于異養(yǎng)呼吸占NPP的比例可達26.3%—98.9%[20- 21],忽略異養(yǎng)呼吸可能高估森林實際提供的固碳釋氧服務價值。第2類方法應用于較大時空尺度時可能會因未考慮木材采伐量而低估生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務價值[19],而且使用該方法的研究往往未將土壤有機質(zhì)動態(tài)納入評估過程[17],造成生態(tài)系統(tǒng)組分估算不完整。由此可見,已有研究通常未考慮森林碳收支過程或?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)碳庫劃分不全,導致對固碳釋氧服務價值評估具有較高的不確定性。

近期孫濱峰[12]基于NPP和NEP兩個生產(chǎn)力指標對東北森林帶的固碳服務進行評估,分別將基于這兩個指標的估算結(jié)果作為總固碳量和凈固碳量,較為準確地估算了生態(tài)系統(tǒng)總、凈固碳服務物質(zhì)量。但由于其NEP是使用MODIS MOD17A3的NPP減去基于土壤呼吸估算的異養(yǎng)呼吸得到,無法區(qū)分出NEP中的釋氧組分(即植被凈生長部分),因此并不能有效評估森林的凈釋氧服務及價值。目前在區(qū)域尺度上,基于NPP和NEP估算的森林生態(tài)系統(tǒng)總、凈固碳釋氧服務價值如何隨著森林生長而變化以及異養(yǎng)呼吸將造成多大程度的固碳釋氧服務價值損失尚未有報道。本文應用森林碳收支模型(Operational-scale Carbon Budget Model of the Canadian Forest Sector,CBM-CFS3)嘗試將碳收支過程與生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務價值評估相結(jié)合,估算并預測2009—2030年湖北省興山縣森林總、凈固碳釋氧服務價值的時空動態(tài)以及異養(yǎng)呼吸造成的固碳釋氧服務價值損失,為降低生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估的不確定性、提高生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估能力、深刻認識物質(zhì)循環(huán)對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響機制提供數(shù)據(jù)支持及理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

興山縣位于湖北省宜昌市西部(110°25′—111°06′ E,31°04′—31°34′ N)、長江西陵峽北側(cè),地處巴山余脈、巫山和荊山之間。該縣東西橫距66 km,南北縱距54 km,面積2327 km2。其地勢東北高、南部低,海拔范圍為109.5—2426.9 m。興山縣屬亞熱帶大陸性季風氣候,年均溫為15.3℃,年均降水量為900—1200 mm,具有明顯的垂直氣候特征。興山縣森林資源豐富,2009年森林面積為1.62×105hm2,蓄積量為9.55×106m3,森林覆蓋率高達69%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

將湖北省興山縣最近一次(2009年)森林資源規(guī)劃設計調(diào)查作為主要數(shù)據(jù)源,將興山縣喬木林(包括純林和混交林,共18998個小班)作為研究對象。根據(jù)優(yōu)勢樹種組將興山縣森林劃分為8種類型(表1),分別提取各森林類型中所有小班面積、平均胸徑、樹高、起源、林齡、立地條件等數(shù)據(jù)作為CBM-CFS3模型的輸入數(shù)據(jù)。興山縣8種森林類型分別是馬尾松林(Pinusmassonianaforests,PMF)、柏木林(Cupressusfunebrisforests,CFF)、杉木林(Cunninghamialanceolataforests,CLF)、以華山松(Pinusarmandii)和巴山松(Pinustabuliformis)占優(yōu)的溫性松林(Temperate pine forests,TPF)、以栓皮櫟(Quercusvariabilis)和麻櫟(Quercusacutissima)為主的落葉闊葉林(Deciduous broadleaved forests,DBF)、以絲栗栲(Castanopsisfargesii)和青岡(Cyclobalanopsisglauca)等為主的常綠闊葉林(Evergreen broadleaved forests,EBF)、以馬尾松杉木混交林和馬尾松柏木混交林為主的針葉混交林(Coniferous mixed forests,CMF)、以馬尾松櫟類混交林和柏木櫟類混交林等為主的針闊混交林(Coniferous and broadleaved mixed forests,CBF),各森林類型分布見圖1。

表1 興山縣森林概況表

圖1 興山縣森林分布圖

1.3 CBM-CFS3模型介紹

CBM-CFS3是加拿大林務局開發(fā)的區(qū)域尺度森林碳收支模型[22]。該模型包含兩大碳庫系統(tǒng)：生物量碳庫和死亡有機質(zhì)(Dead organic matter,DOM)碳庫。DOM碳庫包含枯落物碳庫(Litter)、死木碳庫(Deadwood)和土壤有機質(zhì)碳庫(Soil organic matter)。這3個碳庫又分別由3—4個分解速率不同的子碳庫組成。受模型結(jié)構(gòu)及算法設計影響,CBM-CFS3不能估算自養(yǎng)呼吸[22],而且其異養(yǎng)呼吸僅指DOM在自然狀態(tài)下通過機械破碎和土壤微生物酶解的過程；該模型以經(jīng)驗方程描述DOM多級碳庫的分解及周轉(zhuǎn),不考慮動物采食、淋溶、分泌等途徑的碳損失[23]。DOM碳儲量及分解周轉(zhuǎn)量計算見公式(1—2)。CBM-CFS3所需的生物量估算參數(shù)和蓄積生長曲線均來自付甜[24]對三峽庫區(qū)相同森林類型的研究成果；生物量周轉(zhuǎn)參數(shù)指生物量各組分每年脫落、死亡而轉(zhuǎn)入枯落物和死木碳庫的比例[25](表2)。

表2 CBM-CFS3生物量周轉(zhuǎn)參數(shù)修正

DOMi(t,T)=100(1-ki(T))t

(1)

τri(t)=τciCi(t-1)ki(T)

(2)

式中,DOMi為第i類DOM庫的碳儲量,Mg；i指特快庫、快速庫、中速庫和慢速庫這4種分解速率不同的碳庫；t為時間,a；T為氣溫,℃；ki(T)為實際分解率,模型將根據(jù)研究區(qū)氣溫進行修正；τci為上級碳庫轉(zhuǎn)移到慢速庫的比例。

1.4 森林固碳釋氧物質(zhì)量及價值計算

《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》[9]將森林生態(tài)系統(tǒng)分為植被和土壤兩部分(圖2),固碳釋氧物質(zhì)量及價值計算見公式(3—5)。

V=VcGc+VoGo

(3)

Gc=Gv+Gs=A(1.63RcCv+Cs)

(4)

Go=1.19ACv

(5)

式中,V為森林固碳釋氧價值,元；Vc表示固碳價格,采用瑞典碳稅率1200元/Mg；Vo為氧氣價格,1000元/Mg；Gc,Go分別為固碳物質(zhì)量和釋氧物質(zhì)量,Mg；Gv、Gs分別為植被和土壤每年總固碳量,Mg/a；Cv、Cs分別為植被和土壤單位面積固碳量,Mg hm-2a-1；A為森林面積,hm2；Rc為CO2中的碳含量,27.27%。

CBM-CFS3模型除生物量碳庫(即植被部分)和土壤有機質(zhì)碳庫外,還設置了枯落物碳庫和死木碳庫作為關(guān)聯(lián)植被及土壤部分的中間碳庫。該模型所定義的NPP除包含每年植被部分碳儲量增量(ΔBioi)外,還包括每年周轉(zhuǎn)進入DOM碳庫的碳(即總周轉(zhuǎn)量Turnovertotal)(公式6)。將生態(tài)系統(tǒng)作為統(tǒng)一整體來考慮時,土壤有機質(zhì)、枯落物及死木碳庫的碳均依賴植被生物量的周轉(zhuǎn)輸入。CBM-CFS3中森林生物量通過光合作用固碳,并且通過死亡凋落周轉(zhuǎn)到枯落物碳庫和死木碳庫,隨后一部分枯落物和死木中的碳通過異養(yǎng)呼吸分解釋放到大氣中,剩余部分則轉(zhuǎn)移到下一級碳庫進行分解,最終輸入土壤有機質(zhì)碳庫進行緩慢分解釋放(圖2)。CBM-CFS3模型中每年生物量碳庫轉(zhuǎn)入枯落物和死木碳庫的那部分碳(Turnovertotal)在當年尚未分解(有機質(zhì)在轉(zhuǎn)入后的下個時間步長中才開始分解,模型時間步長為1年),因而在周轉(zhuǎn)當年具有固碳釋氧功能。碳收支和主要碳庫年碳增量的計算見公式(6—12)。

圖2 森林固碳釋氧服務評估示意圖

NPP=ΔBio+Turnovertotal=ΔBio+ΔLtotal+ΔDWtotal+ΔStotal

(6)

NEP=NPP-Rh=ΔBio+(ΔLtotal-Rl)+(ΔDWtotal-Rd)+(ΔStotal-Rs)

(7)

Rh=Rl+Rd+Rs

(8)

ΔBio=CBio,t2-CBio,t1

(9)

ΔLtotal=ΔLnet+Rl=Clitter,t2-Clitter,t1+Rl

(10)

ΔDWtotal=ΔDWnet+Rd=Cdeadwood,t2-Cdeadwood,t1+Rd

(11)

ΔStotal=ΔSnet+Rs=Csoil,t2-Csoil,t1+Rs

(12)

Cv,total=ΔBio+ΔLtotal+ΔDWtotal

(13)

Cs,total=ΔStotal

(14)

Cv,net=ΔBio+ΔLnet+ΔDWnet

(15)

Cs,net=ΔSnet

(16)

Vtotal=AVc(1.63RcCv,total+Cs,total)+1.19AVoCv,total

(17)

Vnet=AVc(1.63RcCv,net+Cs,net)+1.19AVoCv,net

(18)

Rhloss=Vtotal-Vnet

(19)

式中：NPP為凈初級生產(chǎn)力,Mg/a；NEP為凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力,Mg/a；Turnovertotal表示從生物量碳庫周轉(zhuǎn)到DOM碳庫的總碳儲量,Mg/a；ΔBio為生物量碳儲量的年增量,Mg/a；ΔLtotal、ΔLnet分別為枯落物碳儲量每年總、凈增量,Mg/a；ΔDWtotal、ΔDWnet分別為死木碳儲量每年總、凈增量,Mg/a；ΔStotal、ΔSnet分別為土壤碳儲量每年總、凈增量,Mg/a；Rh為生態(tài)系統(tǒng)異養(yǎng)呼吸(即為DOM分解釋放量),Mg/a；Rl、Rd、Rs分別為枯落物、死木和土壤有機質(zhì)碳庫每年的異養(yǎng)呼吸量,Mg/a；Cv,total、Cs,total分別為植被、土壤每年總固碳量,Mg/a；Cv,net、Cs,net分別為植被、土壤每年凈固碳量,Mg/a；Vtotal、Vnet分別為生態(tài)系統(tǒng)總、凈固碳釋氧價值,元/a；Rhloss為異養(yǎng)呼吸導致的價值損失,元/a。

將上述碳庫每年總、凈增量的計算公式與《規(guī)范》中固碳釋氧物質(zhì)量公式結(jié)合,分別得到植被及土壤的總固碳量(公式13—14)和凈固碳量(公式15—16),代入公式(17—19)即可得到生態(tài)系統(tǒng)總、凈固碳釋氧價值和異養(yǎng)呼吸導致的價值損失。將2009年興山縣森林資源規(guī)劃設計調(diào)查數(shù)據(jù)輸入CBM-CFS3模型,并且假設2009—2030年興山縣森林在無任何干擾條件下自然生長、所有森林類型面積均無變化,基于上述公式估算該時段內(nèi)興山縣森林總、凈固碳釋氧服務價值動態(tài)。

1.5 CBM-CFS3模擬NPP結(jié)果驗證

由于興山縣缺乏森林生產(chǎn)力的相關(guān)研究,因此將本文估算結(jié)果與具有相同森林類型、氣候條件相似的三峽庫區(qū)樣地實測NPP結(jié)果[26- 28]進行比較。由表3可知,除針闊混交林外,興山縣其他森林類型與三峽庫區(qū)對應森林類型的實測NPP較為吻合。興山縣針闊混交林與三峽庫區(qū)該森林類型的林齡結(jié)構(gòu)差異是導致其NPP模擬值高于實測值的主要原因?？傮w而言,興山縣森林NPP模擬結(jié)果較為合理。

表3 CBM-CFS3模擬NPP與樣地實測值比較

2 結(jié)果分析

2.1 興山縣森林碳收支及固碳釋氧服務價值

2009—2030年興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)NPP和異養(yǎng)呼吸均逐漸增加(圖3),變化范圍分別是0.46—0.70 Tg/a和0.33—0.50 Tg/a。在NPP和異養(yǎng)呼吸變化趨勢的共同作用下,NEP先由0.12 Tg/a(2005年)逐漸增長到0.21 Tg/a(2017年),之后又逐漸下降至0.18 Tg/a(2030年)。模擬期間興山縣表現(xiàn)為碳匯,NEP平均值為0.19 Tg/a,僅占NPP的29.9%,而異養(yǎng)呼吸平均值為0.45 Tg/a,占比為70.1%。

圖3 興山縣森林碳收支及固碳釋氧價值動態(tài)

興山縣生物量碳儲量的年增量先由0.21 Tg/a(2009年)增加至0.25 Tg/a(2012年),隨后逐漸減少至0.18 Tg/a(2030年),模擬期間生物量碳儲量平均每年增長0.22 Tg/a。DOM碳庫中枯落物碳儲量的年增量最高(范圍為0.17—0.35 Tg/a)；其次為土壤有機質(zhì)碳庫和死木碳庫,二者碳儲量的年增量范圍分別是0.06—0.10 Tg/a和0.02—0.06 Tg/a。DOM碳庫中枯落物碳庫的異養(yǎng)呼吸最高(模擬期間平均值為0.31 Tg/a),其次為土壤有機質(zhì)碳庫(0.09 Tg/a),死木碳庫的異養(yǎng)呼吸最低(0.05 Tg/a)。

2009—2030年興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)總釋氧物質(zhì)量的平均值為6.64×105Mg(或4.11 Mg/hm2),約為總固碳物質(zhì)量3.33×105Mg(或2.06 Mg/hm2)的2倍(圖4)；去除異養(yǎng)呼吸消耗后,森林凈釋氧物質(zhì)量平均值(2.36×105Mg或1.46 Mg/hm2)接近凈固碳物質(zhì)量(8.19×104Mg或0.51 Mg/hm2)的3倍。與興山縣森林碳收支變化趨勢高度相似,2009—2030年興山縣森林總、凈固碳釋氧價值變化范圍分別為7.59—11.53億元/a和2.21—3.70億元/a,二者平均值分別為10.63億元/a或6577元 hm-2a-1、3.34億元/a或2067元 hm-2a-1(圖4)。異養(yǎng)呼吸造成的價值損失逐年增加(5.39—8.13 億元/a),年均損失量為7.29億元/a或4509元 hm-2a-1,約占總價值的68.6%,導致興山縣凈固碳釋氧價值在模擬后期呈下降趨勢。

2.2 主要森林類型的總、凈固碳釋氧服務價值

興山縣單位面積總固碳釋氧價值及異養(yǎng)呼吸價值損失在針闊混交林中最高(圖4),平均值分別為11420元 hm-2a-1和9835元 hm-2a-1,而在柏木林中最低(分別為 3162元 hm-2a-1和1307元 hm-2a-1)。單位面積凈固碳釋氧價值在落葉闊葉林中最高(2653元 hm-2a-1),在溫性松林中最低(360元 hm-2a-1)。

圖4 興山縣主要森林類型單位面積固碳釋氧物質(zhì)量與價值

就總量而言,興山縣森林總、凈固碳釋氧價值以及異養(yǎng)呼吸損失在面積最大的落葉闊葉林中值最高(表4),三者平均值分別為5.24億元/a、2.05億元/a和3.19億元/a；而在面積最小的杉木林中值最低,分別為0.04億元/a、0.02億元/a和0.02億元/a。模擬期間常綠闊葉林、溫性松林和針闊混交林的總、凈固碳釋氧價值均表現(xiàn)為逐漸減小趨勢,而其他森林類型的總、凈價值則逐漸增大。溫性松林異養(yǎng)呼吸損失占總價值的比例最高(91.5%),而柏木林的異養(yǎng)呼吸損失比例最低(41.3%),說明柏木林可相對有效地將總固碳釋氧價值轉(zhuǎn)化為凈價值。

表4 興山縣主要森林類型總、凈固碳釋氧價值

2.3 森林固碳釋氧價值的空間分布

興山縣中部森林較少,而東部和西部森林分布相對集中(圖5)?？偂艄烫坚屟鮾r值的低值區(qū)主要分布在興山縣西北邊緣、東北部和東南部；而高值區(qū)則分布在中東部和西南部。與之對應,異養(yǎng)呼吸造成的價值損失在興山縣東南部較高,在中部和西南部較低。

圖5 興山縣森林異養(yǎng)呼吸價值損失、凈固碳釋氧價值與總固碳釋氧價值空間分布格局

3 討論

2009—2030年間興山縣森林NPP、NEP平均值分別為3.97 Mg hm-2a-1和1.19 Mg hm-2a-1,異養(yǎng)呼吸占NPP比例約為70.1%,與付甜[24]對三峽庫區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)碳收支估算結(jié)果極為接近,說明興山縣森林與三峽庫區(qū)森林整體狀況相似。對比國內(nèi)碳收支研究結(jié)果可知,興山縣森林異養(yǎng)呼吸占NPP的比例符合前人研究結(jié)果范圍(47.5%—98.9%)[21, 24, 29- 32],說明CBM-CFS3模型對森林生態(tài)系統(tǒng)碳收支的評估合理可信,基于該模型估算結(jié)果能夠較為準確地評估固碳釋氧服務價值。本文結(jié)果顯示異養(yǎng)呼吸將導致固碳釋氧服務價值年均損失7.29億元/a或4509元 hm-2a-1,約占總價值的68.6%,因此若忽略異養(yǎng)呼吸將會高估森林實際提供的固碳釋氧服務價值。本文結(jié)果有助于降低固碳釋氧服務評估的不確定性,但在計算過程中未考慮固碳價格和氧氣價格的波動,未來仍需加強對森林總、凈固碳釋氧服務價值的研究,以提高對生態(tài)系統(tǒng)服務時空變化規(guī)律的認識、增強森林應對氣候變化的潛力和維持區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

現(xiàn)有研究在估算固碳釋氧服務時均未考慮植被與土壤的聯(lián)系。土壤之所以表現(xiàn)出固碳特征是由于生物量持續(xù)轉(zhuǎn)入土壤有機質(zhì)碳庫的碳多于土壤異養(yǎng)呼吸的釋放量。后者能抵消相當一部分固碳釋氧服務卻并未計入在內(nèi)。相比之下CBM-CFS3可通過枯落物與死木碳庫將生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部碳庫關(guān)聯(lián)起來,對生態(tài)系統(tǒng)的描述較為完整。通過量化各組分碳儲量的年增量與異養(yǎng)呼吸,可得到森林每年總、凈固碳釋氧物質(zhì)量及價值動態(tài)。DOM分解是生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的重要組成部分,受溫度、濕度等多種因素的影響[33]。CBM-CFS3能夠根據(jù)研究區(qū)的氣溫和降水修正分解速率[22, 33],可相對準確地計算研究區(qū)氣候條件下的DOM分解釋放量。加拿大自20世紀90年代即開展了長期的樣地間分解實驗(CIDET),測量不同森林類型及立地條件下枯落物和粗木質(zhì)殘體的分解過程,旨在持續(xù)改進CBM-CFS3模型的DOM分解參數(shù)[23]。

模型是對客觀世界的抽象,不同模型對生態(tài)系統(tǒng)的簡化方式存在差異,因而對固碳釋氧過程的描述也不盡相同。本文認為枯落物和死木碳庫中每年轉(zhuǎn)入的新碳是當年植被生物量的一部分,具有固碳釋氧能力；土壤碳則由枯落物和死木經(jīng)過多年分解和逐級周轉(zhuǎn)而來,只能進行異養(yǎng)呼吸分解釋放。但實際上土壤碳庫也包含直接從生物量碳庫周轉(zhuǎn)而來的碳,例如細根脫落后大部分轉(zhuǎn)入枯落物碳庫,但也有少量直接進入土壤有機質(zhì)碳庫。由于這部分碳量較少且不易測量,因而未計算該部分的釋氧價值。受DOM分解過程復雜性及野外測量的困難性影響,在森林為碳匯的前提下,如果不考慮枯落物和死木碳庫中新碳的釋氧作用、并將所有DOM碳庫均視為僅有具分解釋放功能時,計算出的凈固碳釋氧價值將低于本文結(jié)果。本文未考慮任何森林干擾,例如病蟲害、風擾和冰雪災害,這些干擾可能會降低森林NPP并產(chǎn)生大量DOM,導致異養(yǎng)呼吸釋放量增大[34-35]。除此之外,火災不僅會在短時間內(nèi)造成生物量和DOM碳庫的大量排放,還會在未來持續(xù)影響DOM分解[36],因此未來需要深入研究干擾對森林固碳釋氧服務的影響。

除研究方法的不確定外,CBM-CFS3的模型設計、算法及模型參數(shù)也會導致結(jié)果的不確定性,其中生物量周轉(zhuǎn)參數(shù)僅有極少文獻提及[25],而它對結(jié)果具有直接影響且不確定性較高。未來對異養(yǎng)呼吸及生態(tài)系統(tǒng)呼吸的研究需要建立長期觀測體系,發(fā)展出符合我國森林類型和立地特征的關(guān)鍵參數(shù)[37-38]；同時需積極開發(fā)半機理或過程模型,以求更詳細地描述生態(tài)系統(tǒng)碳平衡過程和開展生態(tài)系統(tǒng)服務評估。

為提高興山縣森林固碳釋氧服務的供給能力,未來可以從兩方面加強森林管理：(1)通過撫育和造林調(diào)整林齡結(jié)構(gòu)、提高森林質(zhì)量、營造混交林,在維持生物多樣性的同時選擇固碳能力較強的樹種,以增強森林固碳能力；(2)加強林下管理、減弱森林遭受火和病蟲害等干擾的風險,以避免劇烈的森林碳排放。未來需要利用其他模型估算森林固碳釋氧服務價值并進行多模型結(jié)果對比,以降低結(jié)果的不確定性；同時需要進一步發(fā)展和豐富生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務價值的評估方法、提高對區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)的認識以促進森林可持續(xù)發(fā)展和保障生態(tài)安全。

4 結(jié)論

本文基于CBM-CFS3模型評估了興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)總、凈固碳釋氧服務價值時空動態(tài)及異養(yǎng)呼吸造成的價值損失。2009—2030年興山縣森林生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為碳匯,總固碳釋氧服務價值變化范圍是7.59—11.53億元/a,模擬期間平均值為10.63億元/a或6577元 hm-2a-1,其中凈固碳釋氧價值和異養(yǎng)呼吸損失分別占比31.4%和68.6%。由此可見,若忽略異養(yǎng)呼吸將嚴重高估森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務價值,以NEP估算森林實際提供的固碳釋氧服務更為合理。因此在進行區(qū)域尺度森林生態(tài)系統(tǒng)服務評估時必須與物質(zhì)循環(huán)過程相結(jié)合,以降低評估結(jié)果的不確定性。