影響森林固碳的因素

王效科 劉魏魏

森林在進(jìn)行光合作用的過(guò)程中，將二氧化碳和水分轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)并釋放出氧氣，因此可以吸收大量二氧化碳，這個(gè)作用就被稱(chēng)作森林的固碳效應(yīng)。那么，影響森林固碳效應(yīng)的因素有哪些？

森林的年齡

一般森林據(jù)其年齡可分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林，其中固碳速度在中齡林生態(tài)系統(tǒng)中最大，而成熟林/過(guò)熟林由于其生物量基本停止增長(zhǎng)，其碳素的吸收與釋放基本平衡。森林的年齡結(jié)構(gòu)除取決于森林自身的發(fā)展演化外，還極大地受到外來(lái)干擾的影響。干擾的頻度越高，幼齡林所占的成分越大，其固碳量越少。在森林發(fā)展的整個(gè)演替過(guò)程中，依據(jù)固碳的情況，可以把森林的碳動(dòng)態(tài)分為 4 個(gè)階段，即固碳速率較低的初始階段或干擾后的再生階段、固碳速率最大的生長(zhǎng)階段、固碳速率下降的成熟階段以及碳分解到土壤的森林死亡階段。由此可見(jiàn)，森林的碳動(dòng)態(tài)在很大程度上取決于其年齡級(jí)的變化。

降水

降水能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增加植物生產(chǎn)力和生物量，所以降水能夠促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳。在水熱因子組合有利于植物生長(zhǎng)的地區(qū)，植物生物量大，植被碳密度也較高。在較干旱的地區(qū)，降水是 NPP（植物凈初級(jí)生產(chǎn)力）的主要限制因子，NPP隨降水與潛在蒸發(fā)之比的減小而減小，相應(yīng)的植物的固碳能力也會(huì)隨生產(chǎn)力的減少而減少。

地形

地形通過(guò)影響溫度、降水、光照、熱量、徑流和土壤性質(zhì)等，在一定程度上能改變森林植被類(lèi)型的分布狀況和生長(zhǎng)情況（包括生物量、樹(shù)高和胸徑、立木密度等），從而影響森林生態(tài)系統(tǒng)的碳輸入。另外，不同坡度和海拔受到的人為干擾程度不同，隨著坡度或海拔的增加，森林受人為干擾的機(jī)會(huì)和程度變小，植被生物量大，固碳能力高。森林生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲(chǔ)量隨坡度的變化表現(xiàn)為陡坡>急坡>斜坡>緩坡>平坡。碳密度分布為陡坡>險(xiǎn)坡>斜坡>緩坡>平坡。森林植被碳儲(chǔ)量隨坡度等級(jí)的變化與不同坡度等級(jí)受到人為干擾程度的差異有關(guān)，平坡的森林植被比較容易受到人為干擾，碳密度低。隨著坡度的增大，受人為干擾的機(jī)會(huì)和程度減小，植被多保持自然狀態(tài)，植被生長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)，生物量大，碳儲(chǔ)量也大，碳密度也增加。坡面位置也影響森林生態(tài)系統(tǒng)固碳。由于土壤侵蝕、水分側(cè)流等原因斜坡上部森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳含量要低于斜坡底部森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳含量。

海拔

天然森林中隨著海拔的升高，受人為干擾的機(jī)會(huì)和程度越小，植被生長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)，生物量大，固碳能力高。在未受人類(lèi)影響的森林或者次生林中，隨著海拔的升高，森林地上部分生物量呈降低趨勢(shì)，相應(yīng)的森林固碳能力也會(huì)下降。

火災(zāi)

森林火災(zāi)發(fā)生的過(guò)程中，不僅直接造成森林生態(tài)系統(tǒng)的碳排放，而且還破壞了原有森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，從而改變了整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳固定、分配和循環(huán)，并影響與大氣間的氣體交換。主要表現(xiàn)在以下幾方面：火災(zāi)直接燃燒森林植被，引起林木生產(chǎn)力的降低和木材損失，直接降低了森林生態(tài)系統(tǒng)植被的固碳能力;火災(zāi)通過(guò)直接影響凋落物數(shù)量和間接影響凋落物的分解速率，減少凋落物碳庫(kù)并加速凋落物的分解;火災(zāi)對(duì)森林土壤碳庫(kù)的影響表現(xiàn)在增加土壤有機(jī)質(zhì)分解，增加土壤呼吸碳釋放、減少地上植被輸入土壤的碳素以及增加黑碳的碳匯功能。森林生態(tài)系統(tǒng) NPP 是反映森林固碳能力的一個(gè)重要指標(biāo)。火災(zāi)后，在生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的過(guò)程中，NPP 首先隨著林齡的增大而增大，直到恢復(fù)到干擾前的水平。但是，不同生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間和增長(zhǎng)模式都是不同的。北美北方針葉林火干擾跡地 NPP恢復(fù)的時(shí)間為 9 年，加拿大北方林區(qū)火災(zāi)后 15 年內(nèi) NPP 隨時(shí)間大致呈線(xiàn)性增加，20 年達(dá)到生產(chǎn)力較為穩(wěn)定的水平，在火災(zāi)后 20～30 年時(shí)增長(zhǎng)速率減慢。

氮沉降

氮沉降的氮素一方面能夠直接促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增加林木材積，從而增加森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳。另一方面氮沉降降低了腐殖質(zhì)物質(zhì)的分解速率，從而增加了土壤碳的積累速率。受氮沉降影響的森林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力高于不受氮沉降影響的森林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力。氮是歐洲森林生長(zhǎng)速率增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)因子，在只考慮氮沉降的情況下芬蘭南部的歐洲赤松林生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)增加了 11%。 但是，生態(tài)系統(tǒng)處于氮飽和狀態(tài)時(shí)卻會(huì)降低生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，會(huì)在一定程度上減少森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量，降低固碳能力。原因有以下幾方面：氮沉降會(huì)改變植物的遺傳組成和生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)循環(huán)，抑制植物生長(zhǎng);氮沉降會(huì)造成植物體內(nèi)硝酸鹽和亞硝酸鹽過(guò)高，引發(fā)植物葉損傷和變色;氮沉降會(huì)導(dǎo)致植物葉片營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，減弱植物抵抗病原體的侵蝕能力，增加葉片或芽的可口性，導(dǎo)致昆蟲(chóng)啃食增加，從而容易使森林生態(tài)系統(tǒng)遭受病蟲(chóng)害。 另外，氮沉降對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)土壤中不同組成碳的影響不同。例如，氮沉降降低了山毛櫸和云杉兩種森林類(lèi)型土壤微生物量碳，卻增加了可浸提有機(jī)碳量。氮輸入加快了科羅拉多高山苔原帶土壤中輕組碳（周轉(zhuǎn)周期 10 年左右）的分解，卻抑制了重組碳（周轉(zhuǎn)周期在幾十年到一個(gè)世紀(jì)）的分解過(guò)程。

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)，在降低大氣中溫室氣體濃度、減緩全球氣候變暖方面具有十分重要的作用。擴(kuò)大森林覆蓋面積是經(jīng)濟(jì)可行、成本較低的重要減緩措施，因此，許多國(guó)家都在積極利用森林碳匯應(yīng)對(duì)氣候變化。

（作者單位：中科院生態(tài)環(huán)境研究中心 ）