基于碳中和愿景的竹林生態(tài)系統(tǒng)管理思考

李德月 舒 琪

(1 國際竹藤中心 北京100102 ；2 中國林業(yè)科學(xué)研究院 北京 100091)

森林是世界上重要的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能區(qū)，其固碳能力和大量碳儲量是緩解氣候變化的關(guān)鍵[1-2]。竹林作為一種重要的森林資源，是巨大的可再生資源庫、能源庫[3]。據(jù)中國“第九次森林資源清查(2014—2018 年) ” 數(shù)據(jù)顯示，中國竹林面積已經(jīng)達(dá)到642 萬hm2，約占世界竹林總面積的19%[4]。竹子是目前世界上生長最快的植物之一，能夠有效固碳并緩解溫室效應(yīng)[5]。其中，毛竹碳匯造林見效快、收益高，是中國開發(fā)利用程度最高的竹種，約占中國竹林總面積的73.8%[6-7]。目前，竹林撫育技術(shù)并不完善，優(yōu)化竹林結(jié)構(gòu)以及經(jīng)營模式的問題亟需更深入研究，以期為竹林固碳增匯提供理論基礎(chǔ)。

碳中和是指化石燃料使用及土地利用變化導(dǎo)致的碳排放量與陸海生態(tài)系統(tǒng)吸收及其他技術(shù)方式固存的碳量之間達(dá)到平衡。為實(shí)現(xiàn)中國在2060年前達(dá)到碳中和的目標(biāo)，增強(qiáng)竹林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力尤為重要。實(shí)現(xiàn)竹林碳匯最大化，需建立最優(yōu)的空間布局、構(gòu)建最優(yōu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、實(shí)施最優(yōu)的管理[8]。在自然條件下，竹林生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能和過程上是不可持續(xù)的，可能會成為區(qū)域性入侵種，或因單優(yōu)種群一次性開花而造成生態(tài)系統(tǒng)崩潰[9]。相比于其他類型森林，竹林生物多樣性更加匱乏，長期人工經(jīng)營的竹林更趨向于發(fā)展為純林。目前，世界森林面積仍在逐漸減少，而竹林面積卻以每年3%的速率增加[10]。竹林作為一種重要的碳匯，同時(shí)也是碳源，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)后，大面積竹林的管理與利用仍面臨挑戰(zhàn)。

中國在竹林培育、資源管理與利用方面取得了許多重要成果，但有關(guān)基于碳中和目標(biāo)的竹林生態(tài)系統(tǒng)管理與經(jīng)營模式尚有許多理論和實(shí)際問題需進(jìn)一步研究論證。本文擬從竹林生態(tài)系統(tǒng)合理布局、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及綜合管理等方面探討碳中和愿景下的竹林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營模式及管理方式，旨在為充分發(fā)揮和鞏固竹林碳中和貢獻(xiàn)提供借鑒。

1 竹林生態(tài)系統(tǒng)合理布局

中國竹林主要分布在南方亞熱帶地區(qū)，包括福建、江西、浙江、湖南、四川、廣東、廣西、安徽、貴州、湖北、重慶、云南和臺灣等省份。Li 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，降水和溫度是限制竹林生長的重要?dú)夂蛞蜃?，其中在春季降水?37～794 mm、夏季降水為496～ 705 mm、秋季降水為213～929 mm、年平均相對濕度為74.3%～83.4%、秋季平均溫度為16.6～23.8 ℃、年平均溫度為2.3～10.1 ℃和年總輻射量為3.2×104～4.3×104W/m2的氣候變量區(qū)域內(nèi)更適宜竹林生長。竹林分布隨氣候變化呈現(xiàn)出顯著的時(shí)空差異，其潛在分布呈現(xiàn)向內(nèi)陸收縮和向西南擴(kuò)張的趨勢。在大空間尺度上，森林碳通量隨緯度增加而減少[12]。森林碳通量即樹木和其他初級生產(chǎn)者對碳的固定、分配和代謝，其影響著碳儲存，決定了森林與氣候變化的相互作用。理論上，在氣候條件適宜情況下，低緯度區(qū)竹林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力更好。

與其他森林生態(tài)系統(tǒng)相比，竹林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較弱，人類和自然干擾是其可持續(xù)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力[13]。在自然狀態(tài)下，竹林生態(tài)系統(tǒng)可能會擴(kuò)張入侵其他類型生態(tài)系統(tǒng)，使得區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)整體惡化。然而，竹林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育快速的機(jī)理、竹林土壤質(zhì)量變化以及對區(qū)域生物多樣性的影響尚未有定論。盡管竹林的固碳能力優(yōu)于其他森林類型，但其面積增加速率不宜過快。在統(tǒng)籌考慮竹林綜合效益的基礎(chǔ)上，選定合適的區(qū)域建造竹林是下一步的研究重點(diǎn)。

2 竹林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

人工竹林基本上由單物種或少數(shù)幾類竹種組成，群落外貌單一，垂直、水平結(jié)構(gòu)簡單，其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性物種常常也是建群種和優(yōu)勢種，形成單優(yōu)勢群落。天然竹林物種多樣性相對較豐富，群落外貌多樣，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜。竹林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能主要是由森林的生物量和生產(chǎn)力決定的，其固碳能力取決于碳素輸入速率和碳素輸出速率的比值。人工竹林與天然竹林相比，前者側(cè)重經(jīng)濟(jì)效益，后者生態(tài)效益更優(yōu)，至于固碳能力尚未有明確數(shù)據(jù)比較。在人為因素干預(yù)下，人工竹林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以向天然竹林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展，以平衡生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

竹林生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展離不開人為調(diào)控。在所有陸地生態(tài)系統(tǒng)中，地上、地下生物群落和非生物環(huán)境形成相互作用和反饋，維持著關(guān)鍵的生態(tài)功能，包括植物生產(chǎn)力、分解、營養(yǎng)循環(huán)和碳儲存[14-15]。生態(tài)學(xué)研究往往關(guān)注的是地上擾動(dòng)的響應(yīng)，而很少考慮地下擾動(dòng)以及它們之間的相互作用。然而，看似影響單個(gè)生態(tài)成分的擾動(dòng)可以通過它們的相互作用對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而傳遞間接的擾動(dòng)效應(yīng)[16]。在全球氣候和環(huán)境變化的條件下，保護(hù)竹林的功能完整性，關(guān)鍵是量化竹林對非生物和生物干擾的響應(yīng)以及相互作用機(jī)制[2，17]。對于竹林生態(tài)系統(tǒng)而言，探究竹、土壤和微生物三者之間的相互關(guān)系，以及在人為干擾下這三者相互關(guān)系的變化，有利于充分發(fā)揮其固碳能力；在達(dá)成碳中和目標(biāo)后，竹林生態(tài)系統(tǒng)的后續(xù)利用和改造，將基于這三者關(guān)系進(jìn)行。

竹林生態(tài)系統(tǒng)往往毗鄰人居環(huán)境，特別是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。邊緣效應(yīng)在很大程度上導(dǎo)致了森林碳儲量的下降；邊緣的產(chǎn)生，使森林邊緣冠層結(jié)構(gòu)和與光捕獲、生長和生產(chǎn)力相關(guān)的葉面特征發(fā)生顯著變化，這些變化與地上碳含量的下降有關(guān)[18]。隨著時(shí)間的推移，邊緣效應(yīng)會變得更加嚴(yán)重，預(yù)防這種后果的一種可能策略是在農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)之間建立緩沖區(qū)。竹林比其他森林更敏感、脆弱，在制定土地利用規(guī)劃和保護(hù)利用策略時(shí)，需考慮竹林生態(tài)系統(tǒng)對邊緣產(chǎn)生的敏感性。

3 竹林生態(tài)系統(tǒng)綜合管理

竹林固碳能力受到經(jīng)營強(qiáng)度和經(jīng)營目標(biāo)的影響。按經(jīng)營強(qiáng)度的差異分類，竹林經(jīng)營可以分為高度集約經(jīng)營、中度經(jīng)營和粗放經(jīng)營3 種類型，其中高度集約經(jīng)營中的除草、施肥、覆蓋、灌溉、墾復(fù)等經(jīng)營措施較為頻繁、經(jīng)營強(qiáng)度較大，而中度集約經(jīng)營和粗放經(jīng)營的經(jīng)營措施相對較少、經(jīng)營強(qiáng)度較低；按經(jīng)營目標(biāo)的不同分類，可以將竹林經(jīng)營分為筍用林、筍竹兩用林和材用林3 種類型。周國模[19]、漆良華[20]、Zhou[3]和李正才[21]等研究表明，集約經(jīng)營的竹林其固碳能力是粗放經(jīng)營條件下的1.14～1.69 倍。劉強(qiáng)[22]研究表明，不同經(jīng)營取向毛竹林固碳能力存在顯著差異，筍竹兩用林、適宜林地材用林和較適宜材用林的年均固碳能力分別為3.98 t C/hm2、4.69 t C/hm2和3.28 t C/hm2；筍竹兩用林、適宜林地材用林和較適宜林地材用林的年均利潤水平分別為0.28 萬元/hm2、0.24 萬元/hm2和0.19 萬元/hm2?？紤]到生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益，竹林生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)在集約經(jīng)營下向材用林發(fā)展。

在碳中和目標(biāo)下，竹林生態(tài)系統(tǒng)管理目標(biāo)更傾向于固碳。因此，在關(guān)注竹林地上部分固碳能力的同時(shí)，對竹林土壤碳儲量的變化應(yīng)更深入研究。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤碳庫是植物體碳庫的3 倍，是碳循環(huán)的重要組成部分[23]。土壤呼吸是土壤碳釋放到大氣中的主要路徑。土壤呼吸受多種因素影響，包括根系生物量、土壤有機(jī)碳、土壤養(yǎng)分含量以及微生物種群及其活性[24]。Li等[25]研究表明，施肥、收獲和施肥與收獲互作對土壤有機(jī)碳密度變化有顯著影響，但對土壤有機(jī)碳的貯藏影響不顯著；只有高施肥與高強(qiáng)度收獲的交互作用(即集約管理模式)，才會導(dǎo)致土壤碳儲量減少。在集約管理模式下，高強(qiáng)度施肥導(dǎo)致的氮沉降是影響竹林土壤呼吸的重要因素。施氮顯著增加了木質(zhì)生物量的增量和土壤有機(jī)碳分解，增加了N2O 的排放，降低了土壤對CH4的吸收[26-28]，然而這種影響對溫室氣體平衡的影響尚未有定論[29]。

優(yōu)化竹林生態(tài)系統(tǒng)管理模式是實(shí)現(xiàn)竹林碳中和目標(biāo)的前提。傳統(tǒng)的經(jīng)營模式對竹林土壤碳儲量的影響不容忽視?？茖W(xué)謀劃實(shí)現(xiàn)碳中和的路徑與方案，需貫徹綠色低碳新發(fā)展理念，統(tǒng)籌好發(fā)展與減排、整體與局部、短期與長期的關(guān)系，以科技創(chuàng)新為推動(dòng)力，形成綠色低碳的能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)組合、生產(chǎn)方式、空間布局[30]。對于竹林生態(tài)系統(tǒng)碳中和管理模式的探索，需要全面考慮生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)組分，形成新的竹林生態(tài)—經(jīng)濟(jì)發(fā)展技術(shù)體系。

4 總結(jié)與展望

作為碳排放量較大的發(fā)展中國家，中國將在2030 年前碳達(dá)峰后，用30 年的時(shí)間實(shí)現(xiàn)碳中和愿景，任務(wù)異常艱巨。竹類植物作為生態(tài)恢復(fù)中的先鋒建群種，能夠緩解森林衰退壓力，同時(shí)有效地固碳，調(diào)節(jié)溫室效應(yīng)。但竹林生態(tài)系統(tǒng)相對于其他類型森林生態(tài)系統(tǒng)更加敏感和脆弱，其可持續(xù)發(fā)展離不開人為干擾和調(diào)控。森林生態(tài)學(xué)理論是否完全適用于竹林生態(tài)系統(tǒng)尚需驗(yàn)證。

中國竹資源豐富，竹林面積逐年增加，更有“竹子王國” 之稱。竹產(chǎn)品在世界上占有重要地位，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶主要經(jīng)濟(jì)來源。除固碳能力外，竹林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效益低于其他類型森林生態(tài)系統(tǒng)；當(dāng)脆弱的竹林受到破壞時(shí)，其大量的碳儲量會轉(zhuǎn)變成碳源。這就要求對于竹林生態(tài)系統(tǒng)的管理與規(guī)劃更為嚴(yán)格?，F(xiàn)階段，竹林面積持續(xù)增長，一些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開竹林。在高強(qiáng)度集約經(jīng)營模式下，經(jīng)濟(jì)效益固然增加，但竹林土壤碳匯受到嚴(yán)重影響，甚至增加了其他溫室氣體的釋放。竹林生態(tài)系統(tǒng)管理技術(shù)體系需要統(tǒng)籌考慮長時(shí)間尺度下生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)，未來應(yīng)進(jìn)一步開展以下幾個(gè)方面的研究。

1) 為了防止在碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)后，竹林生態(tài)系統(tǒng)因退化與破壞而轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚?，?yīng)進(jìn)一步研究竹林生態(tài)系統(tǒng)向其他類型森林生態(tài)系統(tǒng)過渡的轉(zhuǎn)化機(jī)制，在不影響或較小影響碳匯的情況下完成竹林生態(tài)系統(tǒng)的更替。

2) 現(xiàn)階段開展竹林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低竹林生態(tài)系統(tǒng)的敏感性和脆弱性，促成人與自然和諧共生。

3) 更新提升傳統(tǒng)竹林管理技術(shù)體系。傳統(tǒng)技術(shù)注重于提升竹林固碳能力與竹產(chǎn)品產(chǎn)量，而忽略了竹林地下部分動(dòng)態(tài)變化。完善的竹林管理技術(shù)體系應(yīng)統(tǒng)籌考慮生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)組分，最大限度地發(fā)揮其對碳中和的貢獻(xiàn)。