川西畢棚溝亞高山針葉林。余振/攝

森林儲存的碳占陸地生態系統碳庫的40%，是陸地上除永凍土之外的最大儲碳庫。

“森林在減緩氣候變化中具有雙重作用：森林可吸收并固定大氣中的二氧化碳;由于森林退化、毀林等，又使其成為大氣二氧化碳的排放源。”中國工程院院士、中國林業科學研究院研究員劉世榮告訴《中國科學報》。

近日，《自然-通訊》在線發表了劉世榮和南京信息工程大學教授余振合作的研究成果。他們預測了在未來不同氣候變化情景下我國2020—2100年的森林碳儲量和碳匯變化趨勢。當前可以通過樹種替代、延長輪伐期和擴大木材產品碳庫等方式提升陸地碳儲量，從而更有效服務于碳中和目標。研究成果凸顯了我國森林的巨大碳匯功能，為我國編制林業國家自主貢獻(NDC)提供了重要支撐。

研究森林碳匯應綜合考慮多種影響因素

“森林是陸地碳匯的主體，而通過森林固碳是實現碳中和國家戰略的關鍵舉措之一。”論文通訊作者劉世榮說，準確預估森林碳匯大小及其未來變化，可以為中國參與全球環境治理、制定氣候變化應對策略和編制NDC提供科學參考。

論文第一作者兼通訊作者余振告訴《中國科學報》，當前已經有很多專家和學者從不同角度、采用不同方法測算了中國森林碳匯潛力。

比如，有的研究采用森林清查資料，構建樹木生長方程。據此預測未來森林蓄積量，然后再轉換為碳儲量。但是建立的統計方程模型沒有考慮未來氣候變化對樹木生長的影響。

還有的研究雖然考慮了氣候變化的影響，但也是采用樹木生長方程去預測，沒有合理考慮森林采伐的影響。事實上，森林采伐對森林固碳的影響是非常大的。

劉世榮認為，以往研究只考慮了一部分影響森林碳匯的因素，未能全面考慮氣候變化、森林采伐、林齡動態、人為經營管理措施和木材產品碳庫等因素的綜合影響。

因此，該研究基于全國森林清查數據，結合生態系統過程模型和傳統統計模型模擬的方法，預測了在未來不同氣候變化情景下，我國2020—2100年的森林碳儲量和碳匯變化趨勢。

儲碳更多，峰值更遲

“樹木的生長遵循慢—快—慢的規律。”劉世榮說，幼年樹木長得慢，固碳也慢。隨著樹木逐漸長大，葉面積越來越大，根系越來越發達，生長速率也步入快車道，固碳能力逐漸達到最大。當樹木成熟，步入老年期，大部分光合作用產物都被用于維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。

現實中，有相當一部分成熟森林被采伐后又種上新林，所以遵循森林可持續經營的原則，這部分森林可通過合理采伐保持相對年輕的狀態或年齡結構，借以維持穩定的高生產力和固碳能力。

“當前我國的森林正處于比較年輕的狀態，因此生物量累積的固碳速率很高。但是隨著森林平均年齡不斷增加，森林生物量的固碳速率將會下降。在全國水平上，這個固碳速率由快到慢的過程中有一個轉折點，即森林碳匯的峰值。”余振說。

該研究基于過程模型的模擬結果表明，我國森林生物量的碳儲量在2020—2100年間可以增加136±15億噸，通過人為經營管理活動可以進一步增加23±0.3億噸，而且木材產品庫可以增加儲存19±1億噸。

該模擬結果還表明，2030年我國森林生物量的碳儲量可以達到129億噸，2060年可進一步提高至188.5億噸。此外，2030年和2060年的年均固碳量可達2.03億噸和1.92億噸，分別可以抵消5.4%~7.8%和4.6%~8.5%的同期碳排放量。

這些結果為我國森林碳匯評估和優化管理提供了科學依據。劉世榮介紹，早期研究大多預測了2060年前的森林碳匯，只有少數研究預測了2100年前的碳匯，近期碳匯研究的預測開始以2100年為最后一年。“總的來說，我們的碳匯預測結果比早期研究要高，與近期研究相近，主要的不同點在于森林碳匯變化的趨勢與碳匯峰值出現的年份。”

劉世榮強調，他們不僅改善了模型參數并提高了模型預測的精度，還考慮了各種森林碳匯提升途徑及其時空優化配置，特別是突出了森林經營管理對提升森林碳匯的重要作用。與以往研究相比，他們更系統、更全面地考慮了氣候變化、森林采伐、林齡動態、森林經營管理措施和木材產品碳庫等綜合因素對森林碳匯潛力的影響。

余振說，相比而言，傳統的基于生物量-林齡關系的統計模型由于未能充分考慮采伐等過程的影響，可能造成長期的碳儲量預測偏差。此外，不論是過程模型還是統計模型，如果不考慮采伐等對林齡的影響，森林生物量碳匯的預測峰值會提前10~30年。這表明當前大部分森林生物量碳匯的峰值預測可能存在較大偏差。

保碳、增碳、擴碳和碳資源化利用

“我們發現，如果實施森林可持續經營，通過科學合理地確定森林采伐量以及森林內部動態對林齡增長的影響，森林碳匯峰值出現的年份將比之前不考慮森林采伐情況要遲。”劉世榮說。

他強調，我國當前可以通過樹種替代、延長輪伐期和擴大木材產品碳庫等方式提升陸地碳儲量和碳匯，從而更有效地服務于碳中和目標。

余振解釋說，由于某些區域在人工造林過程中未做到適地適樹，或者有些區域的某些樹種由于受到氣候變化脅迫而變得不適宜，導致其碳匯功能受限，因此這些不適宜的樹種需要逐步采用其他更適宜樹種來替代。

此外，延長輪伐期——適當推遲森林采伐時間，可以維持并增加森林碳儲量和碳匯，特別是土壤碳的積累，也是一種提升森林碳儲量的有效方式。森林采伐的木材可以做成家具、板材等產品，這部分碳并沒有立刻進入大氣，而是被慢慢分解釋放。因此，從生態學角度而言，這部分林產品也可以被視為森林之外的一個陸地碳庫，可以發揮與森林碳庫類似的功能。

“應該從政策上引導林產品的類型，減緩林產品碳庫的排放速率，開發木竹基的生物質產品或長生命周期的新材料并替代高排放的化石基產品或材料。”余振說。

該研究提出，需從保碳、增碳、擴碳和碳資源化利用等4個途徑對森林資源進行保護修復、科學經營、合理利用和優化管理。保碳是保護現有森林碳庫。增碳是提升現有森林質量，例如，加強人工林的集約經營、對現存低效林分進行改造和經營等。擴碳是進一步增加森林植被面積。碳資源化利用則是碳替代措施，例如，開發碳替代產品，通過耐用木質林產品替代水泥、塑料等能源密集型材料等。

中國科學院院士、中國林業科學研究院森林生態環境與保護研究所研究員蔣有緒認為，該研究在綜合氣候變化情景和未來造林假設框架內做出了比已有研究更加貼近實際的森林碳匯預測。特別是對森林采伐和林產品碳庫的綜合考慮，提高了碳匯峰值預測的準確性和森林碳匯核算的系統性。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-48054-1