木材知识丨森林碳汇 【批木网】

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   碳汇，一般是指从空气中清除二氧化碳的过程、活动和机制。森林碳汇(ForestryCarbonSequestration)是指通过实施造林、再造林和森林管理，吸收空气中的二氧化碳，从而减少大气中二氧化碳浓度的过程和活动。植物通过光合作用，利用太阳能将空气中的二氧化碳固定成碳水化合物，是碳输入森林生态系中的主要途径。在生态系中，以总初级生产力来表示单位时间与面积中，植物的光合作用产量。

  与森林碳汇非常相近的一个概念是森林碳库，碳汇是动态的概念，而碳库是静态的概念，碳汇指的是每年森林从大气中吸收的二氧化碳量，而碳库是指森林中储存的碳量。碳库量大，并不一定代表碳汇能力大，反之亦然。然而，碳库依然是一个非常重要的概念，因为，碳库水平高的地区，意味着如果管理不善或者砍伐开垦，则会将其中碳储量释放出来而成为二氧化碳，成为非常重要的碳源。

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  通过全球碳循环示意图（图1），可以清晰看出森林碳汇和碳库对于全球碳循环的作用。在没有人类干扰的时候，大气中的二氧化碳总量是5970亿吨碳，相当于2.2万亿吨二氧化碳。每年平均有1200亿吨碳通过光合作用被植被固定下来。光合作用把二氧化碳转变成有机物。植物自身有呼吸作用，把一部分有机物转变成二氧化碳释放进入大气，而动物吃了植物，也会把部分有机物通过自身的呼吸作用转变成二氧化碳释放入大气。由于动植物的呼吸作用，每年会有1196亿吨碳释放回大气。所以说，植被的净碳汇功能是其光合作用的固碳能力减掉其呼吸作用释放的碳，即每年可以固定4亿吨。但是，由于人类活动的影响，尤其是人类活动导致的森林减少，将森林碳库中的碳释放出来，每年造成约16亿吨的碳排放，当然这个数据不确定性很高，变化范围在5亿～27亿吨之间。
  所以，如果考虑人类活动的影响，总体而言，森林仍然是一个非常重要的碳源而不是碳汇（图2），约贡献全球温室气体排放的17.4%，主要原因就是因为森林砍伐、森林生态系统退化以及森林转化为其它类型土地导致的森林碳库的大量碳释放。

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        注：黑色线条和数字是自然碳循环，红色线条和数字是人类活动影响造成的碳循环。

  

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  所以，森林碳库的变化是衡量森林碳汇功能的非常重要的一种手段，一个地区森林碳库的时间变化，意味着该地区森林对于大气的碳源（碳库减少）和碳汇（碳库增加）关系。

  森林生态系统是陆地生态系统中最大的碳库，根据《2010年世界森林资源评价》，全世界森林的碳储量为6500亿吨，仅世界森林生物质中就储存了2890亿吨的碳（图3），占世界森林碳储量的44%，其它11%在枯死木和枯枝落叶中，45%在土壤层。尽管森林的可持续管理、植树造林和生态恢复可以保护或增加森林碳储量，但森林砍伐、退化和不良管理导致碳储量下降形势却非常严重。就全球范围而言，在2005-2010年期间，每年森林生物量中的碳储量约减少5亿吨，这主要是由于全球森林面积的减少（图3）。森林碳汇

  

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  因而，对于森林的有效管理和保育，提高其碳储量，增加和改善其碳汇能力是非常重要的，这也是世界公认的最经济有效的减缓二氧化碳浓度上升的方法。IPCC（政府间气候变化专门委员会）第四次报告(2007)指出，到2030年，全球碳汇能力将达到27.50亿吨二氧化碳/年(12.70～42.30亿吨二氧化碳/年)，森林碳汇将在减缓温室气体排放和应对气候变化方面发挥越来越重要的作用。同时，随着减少发展中国家毁林及森林退化排放（REDD）越来越受重视，碳汇将会以更加灵活的形式进入碳交易市场，并且同时获得生态补偿等其他渠道的资金支持。

  森林碳汇在全球碳循环和温室气体减排中都具有非常重要的作用，因而准确计量与核算森林碳汇量非常关键。IPCC认为，完整、准确核算国家森林碳汇需要考虑森林生物量(地上生物量(林木，林下)、地下生物量)碳库、死有机物碳库、森林土壤碳库，木制品碳库、进入填埋场的木制品碳库的变化，因为森林中的碳会在这5大碳库中不断流动（图4），因而这5大碳库都属于森林碳库，所以5大碳库的净变化即是国家或地区的森林碳汇量，但前两个碳库量占森林碳库量的绝大部分。

  森林碳库中，绝大部分的碳都储存在森林生物量中，并且绝大部分碳汇功能也是森林生物量的生长产生的，所以准确度量森林生物量中的净碳变化，是森林碳汇计量的核心内容。森林生态系中碳的输出，主要是通过由自养呼吸与异养呼吸将二氧化碳释放回大气中。自养呼吸是植物将本身光合作用产生的有机物质氧化以获得能量的过程，包括维持呼吸与生长呼吸。维持呼吸用以维持植物的基本代谢，例如离子的获取、运送与修复受伤的组织。树木随着年龄的增加，累积越来越多的叶片与传导组织，维持呼吸随之提高。生长呼吸是植物利用呼吸作用产生能量，提供植物本身的各种生长所需，以增加其生物量。植物的光合作用产量通常有一半消耗于自养呼吸，剩余的部份以有机物质形式用于植物的生长和繁殖，称为净初级生产力。

  森林中的异养呼吸主要源自于微生物的分解作用。它们透过呼吸作用，把有机物质分解，碳经由二氧化碳或甲烷的形式释放离开生态系统。影响微生物分解作用的因子有土壤湿度、温度等。当森林发生扰动时，如砍伐、火烧、虫害、风灾等，对于森林的碳收支影响很大，例如在加拿大北方森林中，经由森林火灾流失的碳大约等于10%～30%的森林净初级生产力。由净初级生产力扣除系统中已移除的碳，如异养呼吸、淋溶以及因扰动而流失的碳，所得的差称之为净生态系统生产力，就是指在生态系中净累积的碳，即森林碳汇。

  因而，如果获取了森林的净初级生产力和异养呼吸量等，就可以得到森林的净碳汇量。

  植物在1年之内并不总是净吸收二氧化碳，图5中，尽管植物通过光合作用吸收二氧化碳，产生净第一生产力，但森林系统也在不断进行异养呼吸，释放二氧化碳，两者之差，即森林碳汇，很有可能是负值，即异养呼吸量很有可能会大于净第一生产力。图1中可以看出，在每年的初期（1-3月）和末期（10-12月），植被净第一生产力往往会与土壤异养呼吸持平甚至低于异养呼吸，这时候森林就成为了碳源而不是碳汇，但是全年而言，一般植物都是碳汇。这种情况在植物整个生命期内也存在，当植物幼小或者衰老时，其生长活力不是很强，光合作用能力非常有限，所以很有可能是碳源，而当植物处于生长旺盛期时，其累计的碳就会大大超过土壤异养呼吸释放的碳量。

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  尽管说绝大部分国家核算国内碳汇量都是采用“碳库变化法”的方法，即通过计算不同时间点森林碳库的差值，计算森林是碳源还是碳汇以及碳汇的大小。但是这种方法严重依赖于国家对森林的清查工作，否则无法准确掌握国家森林的蓄积量、生物量、碳储量及空间分布情况。很显然，这种方法非常消耗时间，而且成本很高。利用这种方法估算大尺度（例如全球尺度）或者某一区域连续时序（20年每年核算一次）几乎就不可能了。因此，必须考虑第二种方法，即“碳库增损法”，这是一个过程方法，是直接计算碳汇的方法，森林碳汇本身就是一个碳储量净变化。遥感和地理信息系统在这种方法中发挥了巨大作用。通过遥感获得各种植被状态参数，结合地面调查，完成植被的空间分类和时间序列分析，随后可分析森林生态系统碳的时空分布及动态，并且能够估算大面积森林生态系统的碳储量以及土地利用变化对碳储量的影响。森林碳汇能力核算的根本是计算森林干物质量，其核心是植被净第一生产力。

  遥感的好处是高时间分辨率和空间分辨率，数据质量稳定而且成本低。事实上，即使是“碳库变化法”，也都不同程度的利用遥感数据，例如土地利用覆盖数据、森林植被类型分布等，许多基础数据里面很多就是遥感的成果。

  由于森林碳汇是森林植被净第一生产力和土壤异养呼吸的差异，同时土壤异养呼吸相对比较稳定（主要受温度、降雨和土壤质地等影响），植被净第一生产力很大程度上就代表了森林碳汇的能力。图6是2007年全球植被净第一生产力的空间分布。

  还有一个很重要的概念是林业CDM项目碳汇，林业CDM项目是《京都议定书》中三大机制之一清洁发展机制（CDM）中的重要内容之一，是指发达国家和部分经济转轨国家可以利用造林、再造林抵消第一承诺期的二氧化碳减排量，相当于发达国家可以购买发展中国家的林业CDM产生的二氧化碳减排量，从而抵消其国内完不成的《京都议定书》承诺减排量。但并不是所有森林碳汇都可进行CDM项目，考虑CDM项目的额外性，只有造林和再造林活动能够作为CDM项目活动。造林是指通过栽种、播种和/或人为的增进自然种子源，将至少有50年处于无林状态的地带转变为森林地带的直接由人类引起的活动；再造林是指在曾经有林，但被改为无林的地带通过栽种、播种和/或人为的增进自然种子源，将这种无林地带改变为森林地带的直接由人类引起的活动。就第一个承诺期而言，再造林活动将限为在1989年12月31日处于无林状态的地带上的再造林。

  由于CDM项目对森林碳汇的严格要求，同时森林碳汇计量相比工业二氧化碳排放而言，存在较大的不确定性，所以国际上的林业碳汇CDM项目非常少（见图7），截止2011年9月，注册成功的仅30个（中国占3个项目），占UNFCCC（联合国气候变化框架公约）所有注册成功CDM项目的0.88%，其减排量也非常微弱，占UNFCCC所有注册成功CDM项目二氧化碳减排量的0.24%。

  中国是温室气体排放大国，也是造林大国，我国明确承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，2020年中国森林面积比2005年增加4000万公顷，森林蓄积量比2005年增加13亿立方米，说明森林碳汇将在我国实现二氧化碳强度下降方面发挥重要作用。

  通过模型可以计算出中国2007年森林碳汇量，见图4，可以看出，中国森林碳汇水平相比全球平均水平仍有差距，许多地区依然有着较大的碳汇增长潜力。通过比较中国森林碳库储量和国际水平，可以看出中国的立木蓄积量和森林生物量中的碳储量相比东亚（中国、韩国、朝鲜、日本和蒙古）、亚洲甚至是全球水平，都有较大差距，说明中国通过植树造林、森林管护和森林保育来提高碳汇能力的潜力很大。

 

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来源：批木网整理

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