碳(CO₂)中和是指通过地球系统的自然过程吸收或者人类技术手段捕获,将人类活动排放到大气中的无机碳(或CO₂)进行回收的过程。丁仲礼(https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_13979060)将生态系统固碳从地球系统自然过程对碳的吸收中独立出来,通过如下等式表述:

人类活动排放的碳=自然过程吸收碳+生态系统碳库(木材生物量碳+土壤有机碳)积累+工程封存碳。 (1)

随着全球对碳达峰日趋广泛的认同和努力,人类工业技术进步以及土地利用改变的强度变缓,特别是人类对化石能源依赖的日益减少,在越来越多的国家和区域,由人类活动排放的碳将逐步降低,以至于当全球完全不需要化石能源的时候,只剩下土地利用改变所导致的碳收支,它既可以是净排放,也可以是净吸收。为了稳定大气中CO₂浓度并期望降低到工业文明开始前的水平,全球每年碳中和需求在总体排放量达到碳达峰水平后虽然会逐步减少但无疑是长期存在的,只有当人类不再消耗化石能源时,碳中和的需求才会终结。

根据Friedlingstein et al.(2020),现今来源于化石燃料的碳排放占86%,来源于土地利用变化的碳排放占14%;其去向中,23%被海洋吸收,46%留存于大气,剩下的31%被陆地生态系统吸收。地球上的生物质碳都是通过生态系统固定的,包括固定在生物量中(能长期保存的生物量—木材)、固定在矿物土壤中(土壤有机碳),因此在大的时空尺度上,生态系统固碳没有疑义。但特定时空尺度下的生态系统是否发挥着碳汇功能及其时间变迁规律如何却存在高度不确定性,这个命题吸引着全球大量学者的注意。自然状况下,生态系统从形成的那一刻起就处于持续发展中,由未成熟向成熟,再向顶级演替。未成熟生态系统的碳汇能力是肯定的,从促进固碳目标出发,人们努力的方向是尽可能增大其初级生产向木材和土壤有机碳转化。争议颇多的是成熟生态系统碳汇能力问题,人们更倾向于认为成熟生态系统没有碳汇能力。这个观点基于一个未经证实的理论,即随着生态系统的自然成熟,光合作用固定的有机碳将逐渐被呼吸作用释放的无机碳所平衡(Odum,1969)。

阐明成熟生态系统的碳汇能力问题有着极其重要的碳中和现实意义和生态学理论意义,表现在如下3个方面。首先,如前所述,任何生态系统都由未成熟走向成熟,该过程需要的时间尺度从几十年到数百年;在不持续造林的前提下,如果成熟生态系统没有碳汇能力,也就意味着陆地生态系统非但不能把每年排向大气的占46%的碳排放回收,连现今每年固定31%碳排放量的能力也将逐年降低,依赖陆地生态系统固碳而贡献碳中和就是一句空话。其次,人们也不能通过砍伐成熟森林与再造林的交替来为碳中和做出贡献,因为成熟生态系统的碳储量高,砍伐成熟森林将造成巨大的碳排放。第三,成熟森林生态系统比其他生态系统具有高得多的生态系统服务(Hua et al.,2022),这是人类环境可持续存在所赖以的基础,为单纯的固碳目标而舍去人类需要的其他生态系统福祉是不明智的,也是不可持续的。因此,明晰成熟生态系统的碳汇能力,寻找其碳汇途径长期以来一直是重大科学问题。

本文从生物量碳库和土壤有机碳库两个方面来论证成熟森林生态系统的碳汇潜力。

1 成熟森林生态系统生物量碳库能否起到持续碳汇作用?

为了探究成熟生态系统的碳汇能力,同时也为证实生态学理论,人们首先想到的是成熟生态系统生物量或许不是如生态学理论预计的那样处于稳定状态,而是可以继续增加起到持续碳汇的作用。生态学家们考察了全球不同气候带下几乎所有的地带性森林生态系统(指在所处气候与水热环境下,经过长期自然演替形成的与该气候带和水热状况相适应的高度成熟森林生态系统)的生物量碳库在过去几十年甚至几百年的变化趋势。例如:Phillips et al.(1998)总结了不同热带区域森林生物量的多年变化,发现近年来热带湿润性区域地带森林生物量净积累了(0.71±0.34)t·hm^-2·a^-1有机碳(以碳质量计,下同)。Luyssaert et al.(2008)通过对全球大量文献的综述,发现林龄从15a到800a森林的NEP(Net Ecosystem Productivity,生态系统净生产力)通常都为正值,异养呼吸(指非生命有机碳分解)与NPP(Net Primary Productivity,净初级生产力)的比值小于1以及NPP不随年龄下降等规律。Lewis et al.(2009)通过79块样地的连续调查,发现地带性的非洲热带森林地上部分的碳储量在1968—2007年期间的净增量为0.63t·hm^-2·a^-1。Pan et al.(2011)总结了全球各个区域的森林生物量变化情况,发现普遍存在生物量碳持续积累的现象。刘迎春等(2010)从文献发表和野外调查的中国森林生物量数据中选取了338个林龄在80a及以上的森林样点,发现以中国成熟林生物量碳密度为参考水平,未来通过自然生长过程的固碳潜力约为13.86Pg。基于这些发现,全球出现了一片近乎乐观的情绪。普遍认为20世纪90年代到21世纪初全球陆地碳汇的一半左右要归功于热带未受干扰森林的碳吸存,约占同期内人类CO₂排放的15%(Pan et al.,2011;Sitch et al.,2015;Gaubert et al.,2019)。气候植被模型(climate-driven vegetation models)预计热带森林的碳汇作用将持续数十年(Huntingford et al.,2013;Mercado et al.,2018)。

这些结果虽然因为指出全球碳平衡模型将年龄超过100a的森林当作没有碳汇能力的成熟森林生态系统处理在大多数情况下是不适当的而具有重要意义,但都缺乏坚实的机理探讨,并没有阐明为什么成熟森林甚至是地带性森林的生物量还在以较高的速度增大,是什么因素驱动着成熟森林生物量增大,等等。很显然,如果驱动因素是外部环境变化(如气温升高、CO₂的施肥效应甚至是全球氮沉降上升等)造成,则成熟森林生物量增加对缓解大气CO₂浓度和气温的上升并没有实际意义;实际上,只有由于成熟森林生态系统内部环境改变导致其生物量增加才具有真正的意义。

然而,在学术界还没有开始阐述成熟森林生物量如何积累等科学问题之前,前期的这些发现就受到普遍的质疑。随后的研究如果不是对前期有关成熟森林生物量碳汇潜力充满乐观情绪的完全否定,也至少是对过去十多年结论的严格约束。Baccini et al.(2017)基于对地上生物量消长的实际测定,得出结论为热带森林是一个净碳源。Hubau et al.(2020)通过更广泛的数据比对得出非洲和亚马孙热带森林生物量碳汇正逐步趋于饱和,并指出非洲热带森林的地上部分生物量截止到2015年就已经稳定30a了,而亚马孙森林生物量处于衰退中。Rammig(2020)认为热带森林生物量碳汇是不同步的。无独有偶,Gundersen et al.(2021)通过对前期数据的再分析,认为老龄林生物量碳汇被Luyssaert et al.(2008)高估了,从而揭开了成熟森林生物量固碳潜力的新一轮讨论。事实上,本文作者基于过去40多年对鼎湖山季风常绿阔叶林生物量的长期监测,发现成熟森林生物量总体上处于下降的趋势,年份之间有波动而已(Zhou et al.,2013);对热带亚热带常绿阔叶林13个永久样地长达30多年的监测表明,木材生物量都处于下降过程中(Zhou et al.,2014);有显著上升趋势的只是群落的枝叶等活跃生物量(active biomass;Xiao et al.,2014),而这些活跃生物量因为滞留的时间较短对热带亚热带常绿阔叶林生物量固碳是没有贡献的,虽然可能贡献了土壤有机碳的积累,后面将会提到。

综上所述,成熟森林生态系统生物量碳库能否起到持续碳汇作用至少是迄今为止尚未得到证实。而且即使得到证实,也不一定表明该碳汇对降低大气CO₂浓度并由此缓解全球气温上升有贡献,还取决于生物量碳库的积累是如何发生的。因此,我们认为不能依赖成熟森林生物量积累贡献于“碳中和”战略,这就意味着式(1)中“木材生物量碳”积累只发生在未成熟森林生态系统中。如何加速未成熟森林生长,促进初级生产力向木材转化是一个重要手段,也许,我国重新启用用材林经营战略,并在实施过程中妥善管理而不造成土壤有机碳的释放是实现“碳中和”的一个途径。

2 成熟森林生态系统土壤有机碳库能否起到持续碳汇的作用?

相比于寻找成熟森林生物量积累证据的全球热潮,寻找成熟森林土壤有机碳库增加的证据在20世纪90年代—21世纪期间显得少得多。其原因可能来自当时人们的两个普遍观念,其一,森林生物量与土壤有机碳是紧密相连的(Lajtha et al.,2014),如果证明了成熟森林生物量可以继续上升,则其土壤有机碳也会被理所当然地认为是增加的;其二,土壤有机碳积累速率很小,即使证明成熟森林土壤有机碳能继续增加也对寻找“碳失汇”的贡献不大。然而,随着研究的不断深入,越来越多的研究证明森林生物量碳库与土壤有机碳碳库之间没有必然的联系(King et al.,2005;Talhelm et al.,2009;Keiluweit et al.,2015;Zhou et al.,2019),而且土壤有机碳积累速率也不总是比森林生物量积累速率低。

Pregitzer and Euskirchen(2004)通过对120篇文献进行综合分析发现,寒带,温带,热带生物群落(包括落叶林、针叶林以及常绿树种)随着时间的推移,土壤有机碳库总体呈增加趋势。Zhou et al.(2006)根据在中国南亚热带季风常绿阔叶林土壤有机碳的长期监测结果,证明该森林0~20cm土壤层的有机碳储量以平均0.61t·hm^-2·a^-1的速度增加。Tang et al.(2009)对威斯康星州和密歇根州落叶林演替序列中的土壤碳储量研究发现,0~60cm处土壤碳从再生林阶段到幼龄林阶段减少,在中龄林阶段开始恢复,从成熟林到老龄林以平均0.036t·hm^-2·a^-1的速度不断增加。Tefs and Gleixner(2012)于2000、2004年对生长在Hainich国家公园的古老山毛榉林土壤进行成对取样分析发现,整个土壤剖面在4a内累积了6.57t·hm^-2,相当于每年1.64t·hm^-2的累积率。Cai et al.(2016)量化了中国东北地区主要森林生态系统(原始阔叶-红松混交林以及三种中龄再生林,即次生桦树林、红松人工林和落叶松人工林)的碳储量,四种森林类型中原始林储量最高(315.4t·hm^-2),其中土壤有机碳占生态系统碳的55%~70%,植被碳占生态系统碳的28%~43%。Qi et al.(2016)对东北地区10、15、21、35a林龄的4个日本落叶松人工林(这些人工林是在砍伐原始红松-落叶阔叶林后建立的)和300a林龄的原始红松落叶林碳储量动态调查发现,21a和35a生落叶松人工林土壤有机碳含量均显著低于原始林。Badalamenti et al.(2019)通过对Pantelleria岛上从葡萄园、不同演替阶段的马奎斯林(45、70和100a)到冬青栎成熟林的土壤有机碳变化进行研究后发现,土壤有机碳从葡萄园的33t·hm^-2显著增加到成熟林的69t·hm^-2。Zhu et al.(2020)对中国8个永久性森林样地(寒带(1998—2014年)、温带(1992—2012年)、亚热带(1987—2008年)和热带森林生物群落(1992—2012年))中土壤有机碳储量的20a变化进行分析发现,土壤有机碳储量从20世纪90年代到21世纪平均增加了0.13~0.91t·hm^-2·a^-1,主要集中在上部0~20cm土层。同年Bai et al.(2020)通过对中国亚热带地区森林火灾后恢复10、20、40、60和100a的马尾松林土壤进行采样,评估林分年龄对造林过程中土壤有机碳的影响,结果表明,成熟和过成熟森林的土壤仍然具有较高的碳储存和封存率。Xiong et al.(2021)通过计算同位素富集因子β来评估中国亚热带三个演替森林0~30cm土壤剖面的土壤有机碳周转率,结果表明,土壤有机碳在老龄林中具有较低的周转率,说明老龄林在全球碳汇中的具有重要价值。

综上所述,基于过去20a在全球大量的观测,发现土壤有机碳在成熟生态系统中的积累速度至少不低于其在未成熟生态系统的积累速度,这是一个普遍规律,不是个例现象(Zhou et al.,2006)。这个发现具有非凡意义,首先,成熟生态系统的碳汇能力是量化地球系统自然固碳对碳中和贡献时最不确定的一个分项;在明确成熟生态系统生物量碳难以再增加的情况下,土壤有机碳库积累是可能贡献碳中和需求的唯一途径。其次,这个发现证明生态系统固碳和自然保护之间不是权衡关系、它们之间不存在矛盾(Zhou et al.,2006;Hua et al.,2022);从而为全球自然保护提供理论支撑,为生态恢复指明了方向(Hopkin,2006)。然而,关于成熟生态系统土壤有机碳积累方面的研究工作远不能因为上述规律的发现而认为完结,相反,由它引起了一系列新的问题。诸如,第一,成熟森林生态系统土壤有机碳积累违背生态系统碳平衡理论吗?这是一个必须回答的生态学理论问题。第二,正如必须阐明成熟生态系统生物量碳库积累的驱动机制一样,我们也必须阐明成熟生态系统土壤有机碳积累的驱动机制;如果其驱动因素是外部环境变化(如气温升高、CO₂的施肥效应甚至是全球氮沉降上升等)造成,则成熟生态系统继续积累的土壤有机碳对“碳中和”也是没有贡献的。遗憾的是,至今这方面的研究在全球还基本处于方兴未艾的状态,下面,主要基于笔者的前期研究做一些介绍并对有关问题的前景进行预测。

3 成熟森林生态系统土壤有机碳积累违背生态系统碳平衡理论吗?

Tang et al.(2011)通过对中国南方一个年轻和一个古老的亚热带森林的长期(22a)观测,发现两种森林的碳积累和分配方式完全不同,幼龄林在植物活生物量中积累了大量的碳,而老龄林在土壤中积累了大量的碳。幼龄林的净初级生产力(NPP)增加,而老林的净初级生产力(NPP)没有显著变化。Huang et al.(2011)通过对中国南方一个森林演替系列土壤有机碳积累的长期测定和凋落物分解产物去向的研究,发现随着森林成熟度的增加,马尾松林、混交林、季风常绿阔叶林的凋落物C/N比值和木质素含量逐渐降低,相应的,这3种森林矿质土壤表层20cm的土壤有机碳累积速率分别为(0.26±4)、(0.33±5)和(0.67±5) t·hm^-2·a^-1。Cotrufo et al.(2013,2015)通过同位素标记实验证明,来源于C/N比低的植物残体的有机碳更容易被各种土壤质地(黏粒、粉粒、砂砾)吸附,形成大、中团粒结构,有利于土壤有机碳物理保护。Sumiyoshi et al.(2017)通过野外对比实验证明木质素含量低的牧草分解速度快,可促进土壤有机碳积累。Zhou et al.(2019)基于对中国森林生态系统2 600个样地的调查结果,发现生态系统尺度上的土壤有机碳含量与凋落物的C/N比、湿润指数(降水量/蒸散潜力)紧密相关,与凋落物量关系不大。这些研究均表明生物量碳的积累与土壤有机碳的积累并不总是同步或等效的,较高的生物量或凋落物产量并不一定意味着较高的土壤有机碳储量;随着森林成熟度增加,表征生物量或凋落物质量的C/N比、木质素的降低就足够驱动土壤有机碳的持续积累,并不一定需要持续增加的生物量和凋落物输入。这些发现为成熟森林生态系统的土壤有机碳在生物量稳定后能持续高积累提供了可能,为成熟森林生态系统土壤有机碳积累奠定了理论基础。

实际上,生态系统碳平衡理论作为生态学理论体系的一部分并不针对土壤有机碳的动态过程。土壤有机碳是一个属于地质范畴的名词,土壤有机碳的动态变化是一个地质过程,而生态系统演替和生物量碳库变化等是一个生态过程,它们在时间尺度上至少相差1个数量级以上,不可能同步,土壤有机碳积累滞后于生物量积累是必然的。同一类型的森林生态系统之间,土壤有机碳库的差异远大于生物量碳库的差异,这也从一个侧面证明土壤有机碳积累和生物量积累是不同步的。另一方面,成熟森林生态系统生物量状况、总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)状况和净初级生产力(NPP)状况为土壤有机碳的高速积累准备了充分条件,主要来源于NPP的森林凋落物随森林生态演替即使到了地带性阶段都不会下降,为土壤有机碳积累提供了足够的碳源。大量试验观测亦证明成熟森林生态系统植物根系远较非成熟森林发达(Yan et al.,2006),直接贡献不同层次的土壤有机碳积累;相比于地上碳动态变化,地下碳周转时间更慢或更稳定,并且,同一地点所容许的土壤有机碳上限比生物量上限在相对值上要大得多,土壤有机碳库具有足够大的容量。由此可见,成熟森林生态系统具备促使土壤有机碳持续积累的相关条件,成熟森林持续积累土壤有机碳并不违背生态系统碳平衡理论。

4 成熟森林土壤有机碳积累的内源和外源驱动机制

这里之所以要分清楚驱动成熟森林土壤有机碳积累的内源机制和外源机制是因为本文的目的是试图探索一条实现“碳中和”战略的途径。正如前面所提到的一样,即使成熟森林的生物量能够继续增加,但如果这个增加的动因是全球气温和大气CO₂浓度升高对初级生产者同化作用的促进和施肥作用的增强所引起的话,即:CO₂浓度升高和生物量增加互为因果关系,则这个增加的生物量对碳中和目标并没有实际意义。同样,成熟森林土壤有机碳的积累也可能存在相似的悖论。因此,我们在将成熟森林土壤有机碳可以继续积累的全球研究结果当作是一条实现碳中和战略的途径之前,必须先阐明它与全球气温和大气CO₂浓度升高之间是否存在因果关系。

基于这个考虑,将成熟森林土壤有机碳积累的驱动机制分为内源驱动机制和外源驱动机制,任何由生态系统自身演替(比如,从未成熟的生态系统向成熟的地带性生态系统发展)所引起的相关驱动因子改变从而导致土壤有机碳变化的,称为内源驱动机制;而任何由外部环境改变(如:全球气温升高,N沉降,酸沉降等)所引起的相关驱动因子改变从而导致土壤有机碳变化的,称为外源机制驱动。

Zhou et al.(2019)发现生态系统及以上尺度的土壤有机碳与植物残体质量(以C/N、木质素含量来表征)、生态系统水热状况(以湿润指数来表征)、植物残体数量、土壤质地(以砂粒、粉粒、黏粒的百分比表征)之间存在如图1、图2所示的关系。即:1)土壤有机碳决定于植物残体的质量而不是数量,与植物残体质量呈负相关;2)土壤有机碳受生态系统水热状况影响,呈正相关;3)物种多样性主要影响植物残体质量来影响土壤有机碳,对土壤有机碳的直接影响很小,仅在土壤表层;4)生态系统及以上尺度的土壤有机碳含量和土壤质地没有关系。因此,认为在植物残体数量不显著下降的前提下,任何引起植物残体C/N比下降、湿润指数上升、植物多样性指数上升的环境改变都将导致土壤有机碳的增加。这些环境改变包括来自生态系统自身演替导致的和全球气温升高、区域性N沉降与酸沉降导致的,分别为内源驱动和外源驱动,下面分开论述。

4.1 成熟森林土壤有机碳积累的内源驱动过程

周国逸研究团队过去30a集中研究了向季风常绿阔叶林演替的不同自然森林土壤有机碳积累的内源驱动机制(Zhou et al.,2004,2008,2013;Yan et al.,2006;Huang et al.,2011,2016;Wang et al.,2019;Xiong et al.,2020,2021),从先锋群落的松林(约80a)到过渡群落的混交林(约130a)再到地带性群落的季风常绿阔叶林(约大于400a),发现土壤水分和植物物种数在逐渐增加,群落植物残体的C/N比和木质素含量逐渐降低;相应地,导致植物残体分解后直接产物中CO₂的比例下降而进入土壤的可溶性有机碳与碎屑有机碳的比例上升(表1)。Xiong et al.(2020)利用同位素技术进一步显示,由于季风常绿阔叶林植物残体C/N比显著地低于松林植物残体的C/N比,前者输入到土壤的有机碳量及其在土壤中的净积累量显著高于后者(表2)。

沿着演替方向土壤水分和植物物种数增加,植物残体的C/N比和木质素含量降低的事实当然主要是由于生态系统自然演替造成,外部环境改变(如:全球气温升高,N沉降,酸沉降等)不起主导作用,否则,无法解释为什么处于同样外部环境下的3个群落会有如此大的差异,因此,我们称之为内源驱动过程。在内源驱动下,土壤有机碳的来源随着森林成熟度的增加而增加,即使到了地带性森林阶段也有比未成熟森林高得多的土壤有机碳来源。其次,沿着森林成熟度增加的方向(自然演替方向),Mo et al.(2008)和Huang et al.(2013)发现森林生态系统土壤有效氮含量增加以至饱和,Liu et al.(2012)发现土壤有效磷越来越缺乏;而过多的土壤有效氮和缺乏的土壤有效磷对凋落物和土壤有机碳的分解起着严重的抑制作用,也就是说,土壤有机碳的消耗随森林生态系统自然演替而逐渐下降。另外,Huang et al.(2016)和Xiong et al.(2021)的研究表明,成熟度高的森林生态系统土壤有机碳滞留时间相对较长。

4.2 成熟森林土壤有机碳积累的外源驱动过程

外部环境(如全球气温升高、N沉降、酸沉降等)变化既可以直接影响土壤有机碳动态,也可以通过改变生态系统水热状况、植物残体质量(如C/N比、木质素含量)、植物多样性等驱动因子而调控土壤有机碳动态。前者显然属于外源驱动过程,其基本特点应该是对未成熟和成熟生态系统都起作用,但也有例外;后者难于直接归类于外源驱动,因为生态系统的自然演替也会造成这些驱动因子的变化,这里权且称之为内外源联合驱动,这将在后面内容中阐述。

Lu et al.(2014)成功地建立了大气氮沉降上升与土壤有机碳积累之间的联系,发现大气氮沉降上升通过酸化热带森林生态系统,提升土壤阳离子代换量,从而起到了提升土壤有机碳积累的作用。Zhou et al.(2011,2013)发现过去60a来,年降水格局的改变(年降水量不变,但降水强度增加)将导致土壤变干,从而有利于土壤有机碳的积累。这是对未成熟和成熟生态系统都起作用的外源驱动土壤有机碳积累的例子。Mo et al.(2008)发现大气氮沉降对松林、混交林、季风常绿阔叶林土壤有机碳动态影响是不一样的,大气氮沉降有利于季风常绿阔叶林等成熟森林土壤有机碳的积累,却不利于松林、混交林等先锋和过渡阶段的森林群落土壤有机碳的积累。Huang et al.(2013)在Liu et al.(2012)研究结论“土壤有效磷随演替进行而变得越来越缺乏”的基础上,通过证明降雨格局的改变能够影响土壤磷的有效性从而将对成熟和非成熟森林土壤有机碳动态产生重要的非对称影响。这两个现象非常有意思,说明外部环境的改变对不同成熟度生态系统的同一个过程影响是不同的。

4.3 成熟森林土壤有机碳积累的内外源联合驱动过程

研究还发现大气降水格局的改变对松林、混交林、季风常绿阔叶林土壤水分状况所造成的影响是不一样的,对未成熟的松林、混交林的影响更大(Zhou et al.,2004),对成熟生态系统的影响较小。这虽然不是什么新鲜的结论,但对土壤有机碳积累却产生了相反的效应。由前面的分析可知,一方面,生态系统变干、水热状况变差导致植物残体分解后进入土壤的有机碳减少,减少土壤有机碳来源;另一方面,也降低土壤有机碳分解速率、延长周转时间。实际上,生态系统土壤有机碳的积累就是多种生态过程共同作用的结果。

理论上,地带性森林生态系统物种组成是相对稳定的,物种数也相对稳定。但Zhou et al.(2011,2013)指出,过去50a来,热带亚热带常绿阔叶林的植物物种数在显著增加,而且,新出现的物种数和消失的物种数也在显著增加,如图3所示。这里显示的季风常绿阔叶林植物物种数上升显然是由于生态系统的演替和外部环境改变双重作用的结果。前面的分析指出物种数的增加导致了群落植物残体的质量提高(C/N比,木质素含量下降),有利于土壤有机碳积累。

5 土壤有机碳积累潜力对碳中和贡献分析

至此,本文阐明了成熟森林生态系统固碳的困境及前景,困境在于其生物量固碳可能性小,前景在于其土壤固碳在足够长的时间里将是显著的,甚至比未成熟森林土壤固碳还要显著。这是我国在实行自然保护优先、不能提供更多土地造林的情况下,自然生态系统能贡献给碳中和战略的基本态势。

图4列出了中国历年来CO₂排放量及其同比变化。以图4中最近的一年为例,2019年中国CO₂排放量为98.26亿吨,相当于26.80亿吨碳。中国现有森林面积保守估计大若为216万平方千米,如果森林土壤有机碳每年能增加0.01%(如由x%→(x +0.01)%,这是一个不小的、但却有望达到的增量,大约是至今报道的成熟森林生态系统土壤有机碳年增量的中高值),在土壤容重为1.2Mg·m^-3,土壤深度为1m的情况下,则中国森林土壤有机碳年增加量可达到2.592亿吨碳,该值约占2019年中国CO₂排放量的10%。这个值虽然远不能令人振奋,但却是可以长期期望的。根据Tang et al.(2018)估算,现今中国森林土壤有机碳平均百分比含量比全球平均状况低1.2%左右,即使每年增加0.01%,就算只是赶上全球森林土壤有机碳的平均含量水平,还可以有120a的增长时间。

由此看来,促进土壤有机碳增加虽然达不到“立竿见影”的效果,却不乏是一条长期且百益而无一害的举措。

参考文献