https://mp.weixin.qq.com/s/gvtgf3GxJGbdYfp1Vp9B8A

森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯: 概念、時間效應(yīng)與提升途徑

朱教君 高添 于立忠 楊凱 孫濤 盧德亮 劉志華

楚瀛東 張金鑫 滕德雄 朱苑 孫一榮 王緒高 王高峰

工業(yè)革命以來(1760年至今)，人類社會廣泛使用化石燃料，向大氣中大量排放以二氧化碳(CO?)為主的溫室氣體，導(dǎo)致大氣中CO?濃度顯著增加。大氣CO?濃度已從工業(yè)革命前的278ppm升高到2022年的418ppm(升高140ppm)，導(dǎo)致溫室效應(yīng)增強，造成全球氣候變暖、極端氣候事件頻發(fā)。特別是海平面持續(xù)上升、洪澇災(zāi)害、局地異常干旱、林火等極端氣候事件造成的危害，已成為跨越國界的全球性挑戰(zhàn)。為防止上述問題持續(xù)惡化，早在1992年，世界各國就達成一致，在美國紐約通過了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》;1997年，在日本京都簽署了《京都議定書》;1998年，世界氣象組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署聯(lián)合設(shè)立“政府間氣候變化專門委員會(IPCC)”;《京都議定書》于2005年生效，最終192個國家批準了這項關(guān)于溫室氣體減排目標的協(xié)議。IPCC明確了從大氣中清除CO?的過程、活動或機制是碳匯(carbon sink)，向大氣中釋放CO?的過程、活動或機制是碳源(carbon source)。為進一步應(yīng)對氣候變化，2015年在法國巴黎197個國家通過了《巴黎協(xié)定》，并于2016年正式生效。該協(xié)定旨在大幅減少全球溫室氣體排放，將21世紀全球氣溫升幅限制在2℃以內(nèi)，同時尋求將氣溫升幅進一步限制在1.5℃以內(nèi)的措施。為實現(xiàn)上述目標，需要在21世紀中葉實現(xiàn)全球溫室氣體凈零排放(碳中和)。

2020年，中國政府提出將在2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和(“雙碳”目標)。這不僅是“全球變化生態(tài)學(xué)”中的科學(xué)問題，同時，也是我國應(yīng)對世界百年之大變局、形成“倒逼機制”推動中華民族偉大復(fù)興的宏偉舉措。通過“脫碳-降碳、減排-減污、擴綠-保綠-興綠”協(xié)同增匯發(fā)展，促進雙碳目標早日實現(xiàn)。為此，我國提出實現(xiàn)雙碳目標的“三端發(fā)力”體系，即能源供應(yīng)端(非碳能源替代化石能源發(fā)電、制氫，構(gòu)建新型能源供應(yīng)系統(tǒng))、能源消費端(生活、交通、工、農(nóng)、建等非碳能源替代化石能源消費)減排，以及人為固碳端增匯(陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)吸收，以及碳捕獲與利用/封存等)。其中，以生態(tài)建設(shè)為主的陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳，是遵循自然規(guī)律、最綠色、最經(jīng)濟、最具規(guī)模效益的環(huán)境友好固碳途徑。森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體(占陸地總面積的30%以上)，在全球碳循環(huán)中發(fā)揮重要作用，對陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯貢獻超過80%;其微小變化決定了陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源和碳匯功能，是實現(xiàn)碳中和目標、抵消化石燃料碳排放的核心。至2060年碳中和時(生產(chǎn)、生活排放均達最低)，我國不得不排放的CO?約為目前排放總量的1/4，須主要由陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收。因此，森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯需要在現(xiàn)有能力的基礎(chǔ)上提升1倍以上(每年約吸收1.602～2.002PgCO?)，才能實現(xiàn)上述目標。

本文系統(tǒng)梳理了森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯概念，介紹了其形成機理，分析了依賴時間尺度的森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯變化過程及其時間效應(yīng)，探討了提升森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力的主要途徑，并提出發(fā)展以人工智能(AI)為核心技術(shù)的“氣候智慧林業(yè)(climate-smart forestry)”，以期為提升森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力和森林可持續(xù)管理提供理論與技術(shù)支撐。

1森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯

森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯(以下簡稱:森林碳匯)可理解為，森林生態(tài)系統(tǒng)從大氣中吸收或清除CO?的量，以單位時間內(nèi)碳吸收量與排放量之差表達:差值為正，即碳吸收/碳固定，為碳匯;差值為負，即碳排放，為碳源;在未知該差值正負時，稱為碳收支。在過去幾十年，全球森林碳匯呈增加趨勢，主要源于北方森林和溫帶森林碳匯的增加，以及部分區(qū)域干擾后的恢復(fù)(如:亞馬遜熱帶雨林)。在我國，1980以前的采伐和毀林導(dǎo)致森林面積銳減、碳匯能力顯著下降;在實施了三北防護林體系建設(shè)工程、天然林資源保護工程等一系列森林恢復(fù)與保護政策后，逐步從碳源轉(zhuǎn)變?yōu)樘紖R(1980—2000年)；2000年以后，碳匯增速逐漸增加。目前，全球森林碳匯估算為4.037PgCO?·a-1，其中，溫帶和寒帶森林分別為2.642和1.835PgCO?·a-1，熱帶原始林和次生林的碳匯分別為4.367和6.019PgCO?·a-1(熱帶毀林等排放10.643PgCO?·a-1)。Harris等評估發(fā)現(xiàn)，全球森林碳匯為(7.600±49.000)PgCO?·a-1(標準差是均值的6.4倍)，其中，北方森林(boreal forest)為(1.578±1.101)PgCO?·a-1，溫帶森林(temperate forest)為(3.560±47.71)PgCO?·a-1(碳匯能力最強，以15%的面積貢獻47%的碳匯)，亞熱帶森林(subtropical forest)為(0.661±0.807)PgCO?·a-1，熱帶森林(tropical forest)為(1.835±8.074)PgCO?·a-1。從中可見，目前森林碳匯估算存在極大的不確定性。雖然固碳是森林生態(tài)系統(tǒng)的主要生態(tài)功能之一，但森林生態(tài)系統(tǒng)在吸收固定CO?的同時，也在釋放CO?;釋放的主要途徑包括:植物群落呼吸、土壤微生物/動物呼吸和林火等自然干擾，以及采伐等人為干擾導(dǎo)致的碳排放。因此，森林碳匯是一個長期的復(fù)雜過程，影響因子眾多。

森林碳匯累積形成碳庫(carbon stock)的基本原理為:森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的植物(以樹木為主)通過光合作用吸收CO?、釋放氧氣，將大氣中的CO?以生物質(zhì)(碳水化合物)的形式固定在植物體中，完成碳吸收的過程。光合作用是生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝過程，不僅提供了物質(zhì)和能量來源，還維持大氣中O?和CO?含量的相對穩(wěn)定。光合作用形成葡萄糖(式1)，與N、P等養(yǎng)分元素通過化合作用，合成淀粉、纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物，形成樹木的組織或器官、木材，即樹木通過光合作用吸收CO?，形成以纖維素(半纖維素)、木質(zhì)素等碳水化合物為主的生物量碳庫(biomass carbon pool)，包括地上葉、枝、干部分，以及地下根系部分。

6CO? 12H?O (光 葉綠素)→C6H12O6(葡萄糖) 6O? 6H?O (1)

與此同時，林木在生長發(fā)育過程中，凋落物、枯死木和死亡根系等形成植物殘體物碳庫;通過微生物分解，植物殘體進入土壤形成的土壤有機碳庫。

綜上，森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫包括植被、植物殘體和土壤有機碳庫3部分。

由于森林碳匯具有時空尺度效應(yīng)，因此，單位面積、單位時間內(nèi)碳匯(收支)可由(式2)表達。

Csink=ΔCbio ΔCsoil ΔCres (2)

式中:Csink為單位時間內(nèi)森林碳匯;ΔCbio為T1～T2時段的生物量變化量，包括地上(樹木葉、枝、干)和地下生物量(根系);ΔCres為T1～T2時段的植物殘體碳庫變化量;ΔCsoil為T1～T2時段土壤有機碳庫的變化量，土壤有機碳飽和時，該項為0。

森林在生長發(fā)育過程中，樹干生物量不斷積累，同時，枝、葉等凋落、分解，少部分以有機碳形式進入土壤，而絕大部分(97%以上)分解后以CO?形式重新回到大氣中，如此循環(huán)往復(fù)(圖1)。

對于一個演替周期的天然林或一代人工林，從演替開始或人工林開始營造，至天然林演替到頂極時(如100年)或人工林達到自然成熟時(如30年)，生態(tài)系統(tǒng)一個生命周期內(nèi)的碳匯應(yīng)該包括：樹干(生物量碳的主體)、即時存在的枝、葉和凋落物(未分解的存在量)，以及土壤有機碳庫的增加量(式3)。

CsinkＲ=Bwood Bleaf Bres Broot ΔCsoilＲ (3)

式中：CsinkＲ為一個演替周期天然林或一代人工林的碳匯量；Bwood為林木100年或30年的木材(樹干和枝)生物量；Bleaf為計量當時的葉生物量；Broot為計量當時的根生物量；Bres為計量當時的植物殘體量；ΔCsoilＲ為土壤碳含量在100年或30年的增加量。

如果考慮計量當時的葉、根、凋落物未來仍然要分解，絕大部分以CO?形式重新回到大氣(尤其是土壤碳達到飽和狀態(tài)時)，式(3)可簡化為式(4)，即生物量碳匯為木材生物量。

CsinkＲ=Bwood ΔCsoilＲ (4)

2森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯的時間效應(yīng)

2.1依賴時間尺度的森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯

森林生態(tài)系統(tǒng)時刻進行著物質(zhì)循環(huán)與能量流動，因此，森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力(碳收支)在不斷變化，在不同時間尺度上表現(xiàn)不同。

1）瞬時尺度。根據(jù)渦度協(xié)方差法(eddy covariance techniques，EC法)的觀測原理，可以將森林生態(tài)系統(tǒng)看作一個“黑箱”，通過林冠上CO?高頻通量監(jiān)測(10～20Hz)，即可確定一定時間內(nèi)(一般為半小時)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳收支情況。這種瞬時尺度上的“碳匯”對于理解森林碳匯計量無實際意義。

2）日尺度。在生長季，白天森林通過光合作用固定CO?，夜間通過呼吸作用釋放CO?，同時，土壤微生物活動也在釋放CO?，該過程受日照時間、溫濕度、風(fēng)等諸多環(huán)境因子的影響；森林生態(tài)系統(tǒng)日復(fù)一日的光合-呼吸的結(jié)果，構(gòu)成了森林碳匯基礎(chǔ)。在夜間，光合作用停止，生態(tài)系統(tǒng)以呼吸排放為主，其排放速率主要受環(huán)境因子的影響。

3）年尺度。森林的年內(nèi)變化取決于其所處的氣候區(qū)。例如，溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)具有明確的季節(jié)動態(tài)，生長季，森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的植物光合能力較強，表現(xiàn)為碳匯；而在非生長季，由于光合作用停止，更多地表現(xiàn)為碳源或碳中性。在年尺度上，溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)是以碳匯為主體。在赤道附近的熱帶森林沒有明顯的四季變化，但雨季和旱季的交替仍影響其碳匯能力;然而，受毀林影響，該區(qū)域的森林生態(tài)系統(tǒng)總體處于弱碳匯狀態(tài)。綜上可知，森林碳匯具有明顯的季節(jié)動態(tài)，當年固定的部分碳可能在短時間內(nèi)返回大氣，可考慮將3～6個月作為碳匯的最小計量時間（即，當年固碳開始，同時也有葉片等當年分解返回大氣）。

4）演替階段尺度。森林在不同林齡階段，生長速率、生物量積累能力、分解能力等存在差異，進而影響森林碳匯變化。已有研究表明，樹木的固碳能力與林齡密切相關(guān)，中幼齡的長勢好，光合作用高于呼吸作用，固碳能力強;樹木在達到成熟期后，生產(chǎn)力下降且呼吸作用越來越強，固碳能力逐漸下降；進入過熟期，由于樹干心腐等原因，固碳能力大幅下降。對于某一區(qū)域的森林生態(tài)系統(tǒng)而言，不同林分類型及所處林齡階段均影響區(qū)域的森林碳匯。

5）演替周期尺度。在一個森林演替周期（森林循環(huán)）內(nèi)，隨著森林正向演替的進程，碳庫逐漸增加，特別是土壤有機碳，達到一定含量后飽和———即土壤碳量不再增加，但碳的形態(tài)或狀態(tài)一直在變化（圖2）。在森林演替的末期，生物量碳達到最大值、土壤碳可能飽和（森林土壤碳累積過程至今未明）；此時，生態(tài)系統(tǒng)的累積碳匯量達到最大值（假設(shè)演替開始時為0）（圖2）。

6）更長時間尺度。在足夠長的時間尺度上，天然林生態(tài)系統(tǒng)的碳積累與碳釋放基本平衡（碳中性）。當老齡林消失、進入下一個演替循環(huán)時，上一個演替周期固定的生物量碳排放到大氣中，如果土壤中保存的碳沒有被干擾，仍然表現(xiàn)為碳匯，即，在足夠長的時間尺度上，如果沒有對土壤進行強度干擾，森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯僅為土壤有機碳庫的增加量（此處未考慮采伐）（圖1）。對于人工林生態(tài)系統(tǒng)，樹干和枝條等被采伐后，以木質(zhì)產(chǎn)品（如：原木、紙漿材、合成板等）的形式進入人類經(jīng)濟社會，經(jīng)過幾年至上百年不等，腐爛分解，重新進入物質(zhì)循環(huán)，也可以生物炭的形式長期封存。

2.2森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯的時間效應(yīng)

森林（樹木）通過光合作用，從大氣中吸收CO?固定在樹木的葉、枝、干和根系，或進入土壤中形成碳匯（Ctotal），由于碳匯積累的時間不同，對緩解氣候變化（降溫、減少極端氣候事件等）的效應(yīng)也不同。如，第1年樹木光合作用將大氣中CO?移除、固定了1噸碳（tC），第2年同樣固定了1tC，兩者對緩解氣候變化的效應(yīng)不同;因為第1年的1tC在第2年時已經(jīng)在大氣以外存在了2年。因此，碳匯的時間效應(yīng)有以下幾種情形。

1）情形1：Ctotal僅在生態(tài)系統(tǒng)中存在1年，碳匯Ctotal的準確表達為1年時間的Ctotal碳匯（Ctotal－1yr）。

經(jīng)過1年后，如果葉、枝、干和根系全部分解，一部分釋放回歸到大氣中（Cair），另一部分以有機碳形式進入土壤（Csoil），此時，生態(tài)系統(tǒng)的碳匯為Csoil（即Ctotal－Cair）。Csoil如果在土壤中存在n年不釋放，則碳匯Csoil的準確表達為n年時間的Csoil碳匯（Csoil－nyr）。

2）情形2:在森林生態(tài)系統(tǒng)的一個生命（演替）周期內(nèi)，如果以年為單位，林木的葉、枝和細根，一直處在凋落-分解-釋放回歸大氣-進入土壤……的往復(fù)循環(huán)中;樹干、粗根不斷累積。在一個生命（演替）周期內(nèi)（0～m年），生態(tài)系統(tǒng)碳匯的準確表達如式（5）（圖3）。

Cm=NEP×（m－1） NEP×1×1/2 （5）

式中:Cm為森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)儲存了m年的碳匯;NEP為凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（無明顯干擾時可認為是生態(tài)系統(tǒng)固碳），表征森林生態(tài)系統(tǒng)0～m年的固碳速率，此處假設(shè)為2tC·a-1。

第1年: 森林生態(tài)系統(tǒng)在一年中共儲存2tC，即，森林生態(tài)系統(tǒng)中固定的碳是逐漸增加的，開始時碳匯為0，到該年結(jié)束時，碳匯量達到2tC，按照碳匯恒定線性增加計算: 2tC×1 year/2，即圖 3 中藍色三角形陰影部分。

第2年: 與第1年類似，森林生態(tài)系統(tǒng)中儲存的碳為第1年累計的 2tC×1year（第 1 年固定的2tC在第2年存放了1年，圖3中棕色陰影部分） 第 2年當年累計的2tC×1 year/2（圖 3 中藍色陰影） 。

第m年，森林生態(tài)系統(tǒng)中儲存的碳為m－1年前每年累計2tC［2 t C×（m－1）year］ 當年累計的1tC，將式（5） 各項加和，即得到森林生態(tài)系統(tǒng)中m年合計的 碳匯及對應(yīng)儲存的時間（圖3全 部 陰 影面積） 。

3）情形3: 將森林固定的碳（Ctotal） 進行徹底封存，此時，森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯可視為“持久碳匯”（“一定時間內(nèi)”不再向大氣中排放） ，如碳封存（類似煤） 、地質(zhì)封存（埋入特定地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)，可在數(shù)百年或上千年時間內(nèi)保持封存狀態(tài)） 、海洋封存（通過管道或船舶輸送至深海并儲存在海洋水中或海底）等，m年不再釋放回歸到大氣中; 該碳匯（Ctotal） 的準確表達為 m 年時間的Ctotal碳匯（Ctotal－myr ） 。與此對應(yīng)的情形1、2的碳匯則可視為“臨時碳匯”（“一定時間內(nèi)”重新排放到大氣） 。

考慮到人類對減緩氣候變化的需求，根據(jù)《巴黎協(xié)定》的階段性目標（“將本世紀全球氣溫升幅限制在2℃以內(nèi)，同時尋求將氣溫升幅進一步限制在1.5℃以內(nèi)的措施”） ，“一定時間內(nèi)”可認為是2100年，即碳匯計量的上限時間為2100年（碳匯在2100年之前又排放到大氣中的為臨時碳匯，在2100年之前未排放到大氣中的碳匯為持久碳匯） 。

基于上述3種情形，森林碳匯計量單位可采用“噸-年”（t-year），表明1tC在大氣系統(tǒng)外儲存1年。碳匯計量單位“噸-年”表達了森林碳匯的時間性，但仍然不能反映碳匯對緩解氣候變化的時間效應(yīng)。比如，A情形:森林生態(tài)系統(tǒng)從大氣中吸收了10tC（碳匯）、在大氣系統(tǒng)以外儲存了1年，即1year×10t=10t-year;B情形:森林生態(tài)系統(tǒng)從大氣中吸收了1tC（碳匯），在大氣系統(tǒng)以外儲存了10年，即10year×1t=10t-year。從碳匯計量單位“噸-年”看，A、B兩種情形的碳匯量完全相同。而實際上，由于生態(tài)系統(tǒng)對大氣CO?濃度的響應(yīng)是非線性的，同時，大氣中CO?濃度對增溫的反應(yīng)也是非線性的;因此，A、B兩種情形碳匯的緩解增溫效應(yīng)可能完全不同（缺乏相關(guān)研究）。

2.3基于計量單位“噸-年”的森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯

森林碳匯的“時間效應(yīng)”是指森林植物通過光合作用，從大氣中清除的CO?（碳匯）在大氣系統(tǒng)以外存在時間的長短不同，對緩解氣候變化的效應(yīng)也不同。雖然氣候變化涉及的情況較多，如升溫、干旱、極端天氣等，但核心效應(yīng)就是增溫;碳匯的最終目標是緩解全球增溫趨勢。

大氣中CO?濃度與全球增溫關(guān)系研究表明，向大氣中排放1000Gt（Pg=1萬億t）CO?，大氣溫度升高0.45℃;反之亦然，從大氣中清除1萬億tCO?，大氣溫度降低0.45℃，即，這種關(guān)系認為，從大氣中清除1萬億tCO?持續(xù)的時間與大氣溫度降低0.45℃始終一致（事實肯定不是這樣，但至今沒有相關(guān)研究結(jié)果）。假設(shè)1萬億tCO?均為森林碳匯，大氣溫度降低0.45℃恒定;森林碳匯持續(xù)1年，溫度降低0.45℃就持續(xù)1年;持續(xù)10年，溫度降低0.45℃就持續(xù)10年?；诖?，表征一代森林（以人工林為例）碳匯的時間效應(yīng)如圖4。

1）2020年開始造林，假設(shè)不考慮造林可能導(dǎo)致的碳排放，森林碳匯當年開始積累;在生長發(fā)育過程中，森林碳匯將抵消一部分向大氣中排放的CO?，抵消后的累積排放量為圖4中紅色虛線。此時，紅色虛線的斜率低于黑色實線（無森林碳匯時向大氣中排放的CO?量）;即，有森林碳匯時，向大氣中排放的CO?速率低于無森林碳匯時（部分抵消）。

2）到2060年，森林生態(tài)系統(tǒng)固碳達到碳飽和，即碳增加量與分解量平衡、土壤碳達到飽和，不再固碳。自此后，在某種干擾條件下，森林生態(tài)系統(tǒng)開始排碳，紅色虛線的斜率高于黑色實線;之前森林固定碳逐漸排放，最終全部釋放到大氣中。

3）至2090年，森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯全部釋放，此時，向大氣中的累計排放CO?量與沒有森林碳匯時的累計排放量完全相同。

4）圖4紅色陰影面積，即為森林生態(tài)系統(tǒng)在2020—2090年間的碳匯（臨時碳匯），以“噸-年”表明森林碳匯減緩氣候變化（增溫）程度。

上述分析可知，對于一代森林，碳匯的最大值為2060年時的碳儲量。因此，經(jīng)營一代森林碳匯的理想目標是:維持森林生態(tài)系統(tǒng)在2060年時的碳儲量保持不變，形成動態(tài)平衡:如將森林生態(tài)系統(tǒng)中的木材加以利用、將排放較高的老齡木、粗木質(zhì)殘體或凋落物等可燃物取出，進入人類經(jīng)濟社會中長期保存;同時，森林生態(tài)系統(tǒng)將繼續(xù)固碳補充上述損失的碳儲量，以此形成動態(tài)平衡。值得注意的是，取出的生物質(zhì)應(yīng)盡量減少其排放，使之永久固定下來，比如變成生物炭（相當于煤炭），只要不再燃燒，即可長期儲存（持久碳匯）。

事實上，森林碳匯持續(xù)的時間長短，對大氣溫度的降低效應(yīng)是有差別的。在Matthews等研究中，從大氣中清除1萬億tCO?持續(xù)時間的長短，對大氣溫度降低0.45℃的影響不可能是恒定的。因為太陽以短波輻射的形式進入到地球系統(tǒng)，地球系統(tǒng)再以長波形式向太空輻射，CO?可吸收長波輻射并加熱大氣，造成溫室效應(yīng)。因此，未來必須解決的核心問題:大氣CO?濃度下降（碳匯）持續(xù)的時間不同，對于阻止增溫的效應(yīng)到底有何不同，即碳匯的時間效應(yīng)。

3 提升森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力的途徑

通過對森林碳匯形成過程及森林碳匯時間效應(yīng)的分析，建議目前采用“噸-年”作為森林碳匯的計量單位。基于此，森林碳匯能力提升應(yīng)包括:1）增加森林碳匯量，如增加森林面積、提升森林質(zhì)量、減少森林生態(tài)系統(tǒng)碳排放;2）使森林生態(tài)系統(tǒng)所固定的碳停留時間更長不再排放到大氣，如木材利用、包括可燃物等生物質(zhì)生物炭化、以及其他碳封存措施等;3）發(fā)展以人工智能（AI）為核心技術(shù)的氣候智慧林業(yè)（climate-smart forestry），為森林碳匯可持續(xù)管理提供新理論與技術(shù)保障。

3.1“提質(zhì)、增綠、保綠、興綠、減排”，提高森林碳匯能力

1）加強森林經(jīng)營、提升森林質(zhì)量（提質(zhì)），提高森林碳匯能力。

目前，我國森林面積約2.31億h㎡，森林覆蓋率達24.02%，是世界上人工林最多的國家，已達8000萬h㎡，全國森林植被生物量達218.86億t，但森林結(jié)構(gòu)不合理、森林質(zhì)量不高等問題制約森林碳匯功能的充分發(fā)揮。為此，應(yīng)完善、推廣碳匯能力提升的森林經(jīng)營技術(shù)，如:結(jié)構(gòu)調(diào)整、樹種更替、補植補造、林分撫育、復(fù)壯和綜合措施等，促進森林生長，逐步提高并維持每個空間單元森林相對較高的年凈生長量，逐漸提升森林碳匯，實現(xiàn)森林固碳量動態(tài)維持在較高水平，從而提高森林碳匯。

2）擴大森林面積、增加森林數(shù)量（增綠），提升森林碳匯。

目前，我國仍有較大面積的潛在造林地，其中，優(yōu)先造林地面積達66.61萬k㎡，可通過大規(guī)模的國土綠化，開展城市綠化、村屯四旁綠化，以及農(nóng)田防護林、護岸林、護路林等防護林建設(shè)，將潛在造林地中條件較好的地段優(yōu)先造林;同時，開展困難立地科學(xué)造林、突破困難立地營造林技術(shù)瓶頸，提高困難立地造林成活率、保存率、生長率，擴大森林面積，增加森林碳匯。

3）控制不合理干擾，保護森林，減少森林碳排放（減排）。

森林火災(zāi)、病蟲害等干擾均會打破森林生態(tài)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，增加森林碳排放。其中，大型森林火災(zāi)對森林碳匯產(chǎn)生重要影響，導(dǎo)致排放大量的CO?;森林病蟲害同樣造成碳儲量減少，從而影響森林碳匯。另外，不合理的人為干擾使森林植被碳庫和土壤有機碳庫中不同子碳庫的臨時碳匯失衡，樹木和土壤沉積物中大量的碳被釋放，導(dǎo)致森林從碳匯變成碳源。因此，應(yīng)加強保護，建立森林火災(zāi)、病蟲害預(yù)警系統(tǒng)等，有效控制森林火災(zāi)和病蟲害發(fā)生頻率和影響范圍，強化對森林可燃物的管理，減少碳排放。同時，減少人為不合理干擾，科學(xué)經(jīng)營，保護林地植被和土壤，減少因人為干擾對地被物和森林土壤破壞而導(dǎo)致的碳排放，維持森林碳匯功能持續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮。

3.2轉(zhuǎn)變觀念，更新技術(shù)，科學(xué)利用林產(chǎn)品，提高碳庫持久性

1）調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，用木材（木制品）代替鋼筋、水泥、鋁材、塑料等，實現(xiàn)固碳減排。

木結(jié)構(gòu)建筑是低碳節(jié)能型建筑。與鋼筋和混凝土基準建筑相比，木結(jié)構(gòu)建筑在建材生產(chǎn)階段碳排放減少48.9%～94.7%，而在100年的使用周期中，木結(jié)構(gòu)建筑的溫室氣體排放量比鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)低20%～50%。通過轉(zhuǎn)變觀念，提倡并推廣“以木代塑”、“以木代鋼”，在建筑及其他領(lǐng)域，用木材或木制品替代高碳排放的鋼筋、水泥、鋁材、塑料等，將碳鎖定在建筑或其他材料中，起到長期固碳作用，同時，減少生產(chǎn)鋼筋、水泥、鋁材、塑料等高碳排放材料所消耗能源釋放的碳，實現(xiàn)減排固碳。

2）創(chuàng)新技術(shù)，完善工藝，科學(xué)利用木材（木制品），持續(xù)長久固碳。

木材及木制品是貯存碳的有效載體，只要其不腐爛、不燃燒，處于使用狀態(tài)就可長期作為碳庫而存在，使固定的碳能夠持久處于貯藏狀態(tài)，而不是很快回到大氣中，如板材中的碳元素需要經(jīng)過100年以上時間才會完全腐爛;可見，科學(xué)合理利用木材（木制品）就能達到長期固碳的效果。在利用木材時，創(chuàng)新加工技術(shù)與工藝，提升木材及木制品的產(chǎn)品質(zhì)量和使用耐久性，延長木材及木制品的使用壽命，從而延長木材（木制品）的儲碳周期，實現(xiàn)持續(xù)長久固碳。

3）林業(yè)生物質(zhì)制備成生物炭，增加碳貯存時間（噸-年），實現(xiàn)永久固碳。

據(jù)不完全估計，我國林業(yè)剩余物和森林枯死物等殘余生物質(zhì)年產(chǎn)量約9億t（生產(chǎn)的林業(yè)剩余物約2億t，森林枯死物總量約7億t）。目前，國內(nèi)森林采伐剩余物的利用率僅為10%，木材加工剩余物的利用率約為30%;森林枯死物多留在原位自然腐爛分解，或經(jīng)火燒以CO?形式釋放到大氣中，成為碳源。將森林枯死木，特別是高風(fēng)險的森林可燃物制備成生物炭、炭基肥等，既避免林火發(fā)生、減少碳排放，又可實現(xiàn)碳的長期貯存;同時，將林業(yè)剩余物制備成生物炭，既減少森林的碳排放，又可實現(xiàn)永久固碳。

3.3氣候智慧林業(yè)驅(qū)動森林生態(tài)系統(tǒng)（碳匯）可持續(xù)管理

森林生態(tài)系統(tǒng)由于巨大的碳匯能力，成為緩解氣候變化的核心生態(tài)系統(tǒng);與此同時，氣候變化也在深刻影響著森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與演替方向。因此，明確“森林生態(tài)系統(tǒng)與氣候變化相互影響的機制”便成為實現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)功能高效、穩(wěn)定、可持續(xù)的關(guān)鍵科學(xué)問題。但是，由于森林生態(tài)系統(tǒng)生命時間跨度長、空間分布廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，再加氣候變化的不確定性、學(xué)術(shù)上巨大的爭議性和政治的敏感性等，傳統(tǒng)林業(yè)科研范式難以明確“森林生態(tài)系統(tǒng)與氣候變化相互影響的機制”，因此，無法滿足氣候變化背景下現(xiàn)代林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求。而“氣候智慧林業(yè)”是在全球氣候變化背景下，以智能化和數(shù)字驅(qū)動為核心的新一代信息與人工智能（AI）技術(shù)為主體，通過改變傳統(tǒng)林業(yè)科研與管理范式，全面理解與揭示森林生態(tài)系統(tǒng)與氣候變化的相互影響機制;在此基礎(chǔ)上，形成AI-專家決策的氣候智慧林業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)，提出森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理方案，從而實現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)功能高效、穩(wěn)定、可持續(xù)的目標，最終達到人與自然和諧發(fā)展。因此，應(yīng)積極開展氣候智慧林業(yè)相關(guān)研究，為提升森林碳匯能力和碳匯可持續(xù)管理提供新的理論與技術(shù)支撐。

綜上，通過對森林碳匯形成過程、計量方法等討論，增匯途徑可分為增加森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力（增加總量）和延長固定的碳在生態(tài)系統(tǒng)或人類社會中并不排放到大氣中的時間（延長時間）。此外，在AI技術(shù)已正在滲透到幾乎所有科研領(lǐng)域的形勢下，期望借助氣候智慧林業(yè)研究及新一代信息化技術(shù)手段，為提升森林碳匯能力和碳匯可持續(xù)管理提供新的理論與技術(shù)支撐。

文獻來源：朱教君,高添,于立忠,等.森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯:概念、時間效應(yīng)與提升途徑[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2024,35(09):2313-2321.