森林储存的碳占陆地生态系统碳库的40%，是陆地上除永冻土之外的最大储碳库。
“森林在减缓气候变化中具有双重作用：森林可吸收并固定大气中的二氧化碳；由于森林退化、毁林等，又使其成为大气二氧化碳的排放源。”中国工程院院士、中国林业科学研究院研究员刘世荣告诉《中国科学报》。
近日，《自然-通讯》在线发表了刘世荣和南京信息工程大学教授余振合作的研究成果。他们预测了在未来不同气候变化情景下我国2020—2100年的森林碳储量和碳汇变化趋势。当前可以通过树种替代、延长轮伐期和扩大木材产品碳库等方式提升陆地碳储量，从而更有效服务于碳中和目标。研究成果凸显了我国森林的巨大碳汇功能，为我国编制林业国家自主贡献（NDC）提供了重要支撑。
研究森林碳汇应综合考虑多种影响因素
“森林是陆地碳汇的主体，而通过森林固碳是实现碳中和国家战略的关键举措之一。”论文通讯作者刘世荣说，准确预估森林碳汇大小及其未来变化，可以为中国参与全球环境治理、制定气候变化应对策略和编制NDC提供科学参考。
论文第一作者兼通讯作者余振告诉《中国科学报》，当前已经有很多专家和学者从不同角度、采用不同方法测算了中国森林碳汇潜力。
比如，有的研究采用森林清查资料，构建树木生长方程。据此预测未来森林蓄积量，然后再转换为碳储量。但是建立的统计方程模型没有考虑未来气候变化对树木生长的影响。
还有的研究虽然考虑了气候变化的影响，但也是采用树木生长方程去预测，没有合理考虑森林采伐的影响。事实上，森林采伐对森林固碳的影响是非常大的。
刘世荣认为，以往研究只考虑了一部分影响森林碳汇的因素，未能全面考虑气候变化、森林采伐、林龄动态、人为经营管理措施和木材产品碳库等因素的综合影响。
因此，该研究基于全国森林清查数据，结合生态系统过程模型和传统统计模型模拟的方法，预测了在未来不同气候变化情景下，我国2020—2100年的森林碳储量和碳汇变化趋势。
储碳更多，峰值更迟
“树木的生长遵循慢—快—慢的规律。”刘世荣说，幼年树木长得慢，固碳也慢。随着树木逐渐长大，叶面积越来越大，根系越来越发达，生长速率也步入快车道，固碳能力逐渐达到最大。当树木成熟，步入老年期，大部分光合作用产物都被用于维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。
现实中，有相当一部分成熟森林被采伐后又种上新林，所以遵循森林可持续经营的原则，这部分森林可通过合理采伐保持相对年轻的状态或年龄结构，借以维持稳定的高生产力和固碳能力。
“当前我国的森林正处于比较年轻的状态，因此生物量累积的固碳速率很高。但是随着森林平均年龄不断增加，森林生物量的固碳速率将会下降。在全国水平上，这个固碳速率由快到慢的过程中有一个转折点，即森林碳汇的峰值。”余振说。
该研究基于过程模型的模拟结果表明，我国森林生物量的碳储量在2020—2100年间可以增加136±15亿吨，通过人为经营管理活动可以进一步增加23±0.3亿吨，而且木材产品库可以增加储存19±1亿吨。
该模拟结果还表明，2030年我国森林生物量的碳储量可以达到129亿吨，2060年可进一步提高至188.5亿吨。此外，2030年和2060年的年均固碳量可达2.03亿吨和1.92亿吨，分别可以抵消5.4%~7.8%和4.6%~8.5%的同期碳排放量。
这些结果为我国森林碳汇评估和优化管理提供了科学依据。刘世荣介绍，早期研究大多预测了2060年前的森林碳汇，只有少数研究预测了2100年前的碳汇，近期碳汇研究的预测开始以2100年为最后一年。“总的来说，我们的碳汇预测结果比早期研究要高，与近期研究相近，主要的不同点在于森林碳汇变化的趋势与碳汇峰值出现的年份。”
刘世荣强调，他们不仅改善了模型参数并提高了模型预测的精度，还考虑了各种森林碳汇提升途径及其时空优化配置，特别是突出了森林经营管理对提升森林碳汇的重要作用。与以往研究相比，他们更系统、更全面地考虑了气候变化、森林采伐、林龄动态、森林经营管理措施和木材产品碳库等综合因素对森林碳汇潜力的影响。
余振说，相比而言，传统的基于生物量-林龄关系的统计模型由于未能充分考虑采伐等过程的影响，可能造成长期的碳储量预测偏差。此外，不论是过程模型还是统计模型，如果不考虑采伐等对林龄的影响，森林生物量碳汇的预测峰值会提前10~30年。这表明当前大部分森林生物量碳汇的峰值预测可能存在较大偏差。
保碳、增碳、扩碳和碳资源化利用
“我们发现，如果实施森林可持续经营，通过科学合理地确定森林采伐量以及森林内部动态对林龄增长的影响，森林碳汇峰值出现的年份将比之前不考虑森林采伐情况要迟。”刘世荣说。
他强调，我国当前可以通过树种替代、延长轮伐期和扩大木材产品碳库等方式提升陆地碳储量和碳汇，从而更有效地服务于碳中和目标。
余振解释说，由于某些区域在人工造林过程中未做到适地适树，或者有些区域的某些树种由于受到气候变化胁迫而变得不适宜，导致其碳汇功能受限，因此这些不适宜的树种需要逐步采用其他更适宜树种来替代。
此外，延长轮伐期——适当推迟森林采伐时间，可以维持并增加森林碳储量和碳汇，特别是土壤碳的积累，也是一种提升森林碳储量的有效方式。森林采伐的木材可以做成家具、板材等产品，这部分碳并没有立刻进入大气，而是被慢慢分解释放。因此，从生态学角度而言，这部分林产品也可以被视为森林之外的一个陆地碳库，可以发挥与森林碳库类似的功能。
“应该从政策上引导林产品的类型，减缓林产品碳库的排放速率，开发木竹基的生物质产品或长生命周期的新材料并替代高排放的化石基产品或材料。”余振说。
该研究提出，需从保碳、增碳、扩碳和碳资源化利用等4个途径对森林资源进行保护修复、科学经营、合理利用和优化管理。保碳是保护现有森林碳库。增碳是提升现有森林质量，例如，加强人工林的集约经营、对现存低效林分进行改造和经营等。扩碳是进一步增加森林植被面积。碳资源化利用则是碳替代措施，例如，开发碳替代产品，通过耐用木质林产品替代水泥、塑料等能源密集型材料等。
中国科学院院士、中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所研究员蒋有绪认为，该研究在综合气候变化情景和未来造林假设框架内做出了比已有研究更加贴近实际的森林碳汇预测。特别是对森林采伐和林产品碳库的综合考虑，提高了碳汇峰值预测的准确性和森林碳汇核算的系统性。
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