森林：地球上最好的碳汇之一

五、森林与碳汇和气候变化

1.碳汇与气候公约

自21世纪以来，北半球大范围持续高温天气，使人们感受到全球气候变暖正在日益加剧。科学研究表明：全球性气候变暖是气候周期性波动和人类活动引起温室效应共同作用的结果。特别是近50年的气候变暖主要是人类使用化石燃料，排放大量CO₂等温室气体后造成了全球的增温效应。预测未来50～100年，全球气候将继续变温，这种变暖不仅会影响全球社会经济可持续发展，而且也将最终影响人类自身的生存。因此，气候变化是世界各国在谋求可持续发展过程中都必须高度重视的问题。

事实上，自1992年在巴西里约热内卢召开的世界环境与发展大会以来，全球已经有170多个国家核准了《联合国气候变化框架公约》。1997年在此《气候公约》下签订的《京都议定书》，使世界各国在减缓气候变暖的进程中又向前迈进了一步。

《京都议定书》以及后来的多项协定，包括联合履约（JI）排放贸易（ET）和清洁发展机制（CDM）三项主要内容，同意将造林、再造林和森林管理等活动作为第一承诺合格的清洁发展机制项目，允许发达国家可以通过在发展中国家实施林业碳汇项目抵消其部分温室气体的排放量。这里的碳汇（Carbon sink）是指从大气中清除CO₂的过程、活动与机制。这是一项对林业发展具有重要意义的举措，标志着林业在生态建设中的首要地位得到了全世界正式承认。随着我国六大林业重点工程的顺利开展，每年营造森林面积达1亿亩左右，森林在改善环境中的作用，特别是吸贮温室气体的重要作用受到国内外广泛关注。

《气候公约》形成和实施过程中的许多重大决定，都有着深刻的国际政策内涵，总的背景是：人类经济活动使大气CO₂浓度升高，气候变暖，灾害加重，使人们看到了地球CO₂排放空间是有限稀缺资源，稀缺必然要进行分配。这个分配只有遵循两项原则：一是公平原则，二是碳汇平衡碳源的原则。公平原则理论上好说，但实践起来困难很多。各个国家一方面都担心气候变化带来的危害，要求尽快采取行动，减少CO₂等温室气体总的排放量，另一方面也都想较多地占有减排资源，扩大本国排放空间，维持本国的综合国际竞争力，均不愿意在国内采取实质性减少措施，而是寄希望于通过排放权贸易、联合履约和清洁发展机制在境外获得减排额度。

由此可见，林业的作用就突显出来了，随着《气候公约》进程的推动，林业将成为重要的碳汇生产行业。森林和其他绿色植物都在光合作用中吸收CO₂放出氧气，但森林和其他绿色植物不同，它的生长周期很长，而且人们只要不故意将其燃烧，这种CO₂将会长期固定下来，不会返回大气。这一优良特性决定了森林是地球最大的、最优良的碳汇。一个国家的林业发展得好，通过营造林，增加碳汇，也就增强了在国际谈判中的地位，也就减轻了能源，加工业承受的减排压力。按我国林业发展规划，在今后50年我国将净增森林面积9.66×10⁴hm²，这不仅可以大大改善我国的生态状况，也由于林业碳汇的增加而扩大了我国排碳权空间，为能源工业发展创造了条件。

2.陆地生态系统碳循环研究的兴起

目前全球大气CO₂浓度以每年约1.2～1.8ppm的速度增长，按此速度，到21世纪中期大气CO₂浓度将达到500ppm，21世纪末将到650～700ppm，而大气中CH₄的浓度每年约以0.5％速度递增。如果温室气体以目前排放速率持续下去，地球表面的气温有可能每10年上升0.2℃，100年后的全球平均温度将大约增加2℃（变异范围为1.3～5.5℃）。大气CO₂和CH₄浓度的升高和全球变暖无疑是人类活动影响的结果，并引发了一系列严重的全球环境问题，亟待解决。

陆地生态系统循环及其驱动机制的研究是当今全球变化科学中的一个重要组成部分，是20世纪90年代兴起的跨学科的、综合性的、规模较大的国际合作研究热点。陆地生态系统碳循研究是预测未来大气CO₂和其他温室气体含量，认识大气环球与生物圈的相互作用等科学问题的关键，也是认识地球生态系统的水循环、养分循环和生物多样性变化的基础。

Houghton（1999）的报告提出全球碳收支状况为：大气碳库增量（3.3±0.2GtC）＝化石燃料排放（5.5±0.5GtC）＋土地利用变化净排放（2.0±0.8GtC）-海洋净吸收（0.2±0.8GtC）-残余的陆地汇（5.5±1.3GtC）。根据Houghton等（1990）的估计，北半球陆地植被的净碳吸收约为（0.8±0.8GtC），由此可以推算全球陆地生态系统中还存在一个大约1.4～1.7GtC的未知碳汇（missingsink）。科学家推测陆地生物和近海大陆架可能是这部分未知的碳吸收汇，但是缺乏直接而有力的科学观测数据支持。因此，研究全球碳循环控制机制、寻找未知的碳汇已经成为国际地球生物圈计划（1GBP）、世界气候研究计划（WCRP）和全球环境变化国际人文因素计划（1HDP）等科学计划共同关注的重大科学问题，他们已经联合提出了一个全球碳项目研究计划（The Global Carbon Project）。(www.xing528.com)

尽管《气候公约》所涉及的JI、ET和CDM三项之间在实施过程中存在不少问题，但是2001年第6次缔约方会议（COPT）上达成的《波恩政治协议》已使在CDM机制下实施造林碳汇项目成为可能。由于开展CDM碳汇项目对于发达国家和发展中国家有着各自的吸引力，因此CDM碳汇试点项目已经全面开展起来。具体项目活动包括通过造林、再造林、森林保护、森林经营管理等来促进社区林业发展，改善项目所在地的生态环境和保护生物多样性，其中包括投资前期的项目可行性分析和评估、碳汇价格的估算、碳汇项目实施方法学研究等。例如，在印度Madnya Pradesh地区进行的退化林地上再造林和森林管理碳汇项目可行性研究，旨在为当地社区林业发展开拓一条新的途径。该项目由国际林业研究中心（CIFOR）与当地林业部门共同开展。

发达国家作为全球变化科学研究的领先者，美国于2000年启动的大型“碳循环科学计划”，重点研究大陆和区域尺度的碳汇/源及碳汇/源随时间的变化。日本于2002年启动了陆地生态系统碳收支国家战略性研究计划，分别以亚洲的亚寒带、温带和热带陆地生态系统为对象进行碳收支的综合研究。欧盟发起了一个“欧洲碳循环联合项目”，其目的是监测陆地生态系统碳储/通量状况，为国家清单编写提供一个一致性的时空尺度的方法论。目前令科学家困惑的问题是已知的全球碳汇（simk）与碳源（source）不能达到平衡，存在一个很大的未知的汇。这就需要从各方面去研究方能揭示，并能掌握碳汇/碳源平衡的地球生物物理的机制。

3.中国陆地生态系统碳循研究

自20世纪80年代以来，中国开始研究森林生态系统的生物量和生产力，全国尺度的气候植被分类，自然植被初级生产力与碳储量的空间格局，土壤有机碳库所储量，以及生态系统的碳收支等问题，并取得了一些成果。2001年中国科学院启动了知识创新重大项目“中国陆地与近海生态系统碳收支研究”，其重点是支持碳通量观测网络的能力建设，着重研究典型生态系统碳循环的生物地球化学过程和动力学模型，为全面推动中国陆地生态系统碳循环方面的研究打下了良好的基础。

2002年国家启动973计划“中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究”（Carbon Cycle and Driving Mechanism in Chinese Terrestrial Ecosystems.CCDMCTE）项目。

根据CDM碳汇项目的基本实施规划，只有1990年以后的荒山造林和更新造林才有资格作为CDM项目，并从2000年开始计算此类项目引起的碳贮量变化。中国新时期实施的“三北”防护林、长江中上游防护林、京津风沙源治理工程和沿海防护林等重点林业生态工程，都是在90年代启动的。直至2001年全国人造林保存面积达到4666×10⁴hm²，居世界首位，约占世界人工林面积的26％。据2007年统计，全国人造林面积达1亿hm²，森林覆盖率由1998年的16.55％上升到18.21％。由此可见，我国具有CDM碳汇项目所需林地和森林资源的优势和保障。

在中国陆地生态系统碳循环过程中，将涉及森林、农田、草原和湿地各个典型地带与区域，由部门和研究者承担课题，建立定位站需要进行长期的动态检测，积累数据、汇总分析，并非一件易事。野外生态因子的可变性远比室内大得多，从宏观生态学到微观定量生态学，再归纳成各类有量度的生态系统类型，生态学在全球环境变化中的影响与作用。

2007年10月我有机会参观了东北林业大学建立的黑龙江帽儿山森林生态系统国家野外观测站，这是一个很有基础的定位站，原为东北林业大学帽儿山实验林场，占地2.6万hm²。该区地处于北纬45°25′，东经127°38′，属于温带大陆性季风气候，其植被是阔叶红松林经过不同程度干扰后形成的天然次林。它经过多年的实验建设，形成了有原始林—次生林—人工林的完整的群落特征、环境特征和干扰类型梯度，并具备完整的年龄系列，是开展时空比较的理想基地。同时，林地还没有本区典型的地带性和非地带植被类型的各类固定样地试验林，为研究完整的生育过程、生态过程和干扰过程奠定了良好的基础。各类最先进的野外气象、土壤、生理检测仪器的设施与布置，已能保证树木个体—种群—群落—生态系统四个尺度研究工作的开展。

近几年来，王传宽（2005）系统地研究了典型北方和温带森林生态系统的碳循环机理过程及控制因子，并构建了相应的碳循环模型。他领导的帽儿山国家森林生态系统观测站，在北方森林生态系统土壤碳贮量和碳通量方面的研究与检测已获得许多有价值的科学资料。研究工作表明北方森林面积大（仅次于热带森林群区），其植被和土壤含有约300Gt碳，相当于大气圈中储量的50％，且因高纬度地区对全球暖化敏感而可能导致北方森林中相当稳定的地下碳库向大气圈释放的CO₂量剧增。土壤呼吸和木质残体分解释放出的CO₂通量是北方森林生态系统输入大气圈的最主要的碳源。量化这个通量并深刻理解其中的机理过程，是评价和预测北方森林在全球变化中的作用必不可少的内容。

在我国南方，中国科学院华南植物园周国逸及其同事对位于广东省中部的鼎湖山国家自然保护区内成熟林，其林龄超过400年的土壤有机碳的动态变化进行了长达25年的观察。其结果显示，该森林0～20cm土壤层的有机碳贮量以平均每年610kg/hm²的速度增加（周国逸等，2006a）。这表明成熟森林可持续积累碳，因此可能是重要的碳汇，这为确认成熟森林作为一个新的碳汇奠定了理论基础。过去经典的生理学理论认为，与非成熟森林相比，成熟森林作为碳汇的功能较弱，甚至接近于零，故其作为碳汇的意义不大。如今“成熟森林可持续积累碳”这一发现有力冲击了成熟森林土壤有机碳平衡理论的传统观念，从根本上改变了学术界对现有生态系统碳循环过程的看法，并将催生生态系统碳循环非平衡理论框架的建立。