森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯： 概念、時間效應(yīng)與提升途徑
工業(yè)革命以來，化石燃料大量燃燒排放 CO?引發(fā)全球氣候變暖、極端災(zāi)害頻發(fā)。我國 2020 年提出 2030 碳達(dá)峰、2060 碳中和 “雙碳” 目標(biāo)；至 2060 年碳中和階段，即便全行業(yè)碳排放降至最低，仍有約 1/4 現(xiàn)有碳排放需依靠生態(tài)系統(tǒng)消納，工業(yè)革命以來大氣新增 140 ppm CO?也需生態(tài)系統(tǒng)清除。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯主體，貢獻(xiàn)陸地碳匯 80% 以上，但森林長周期、高復(fù)雜、動態(tài)變化特征，造成碳匯基礎(chǔ)概念模糊、時間效應(yīng)界定不清，衍生碳匯提升技術(shù)匱乏、碳匯交易市場混亂等問題。 本文系統(tǒng)梳理森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯定義與形成機(jī)理，分多時間尺度解析碳匯動態(tài)規(guī)律，闡釋碳匯時間效應(yīng)；推薦以 “噸?年（t?year）” 作為碳匯計量單位，劃定 3~6 個月為碳匯最小計量周期；從提升碳匯總量、延長固碳封存時長兩大維度提出增匯路徑：一是擴(kuò)綠、提質(zhì)、控干擾，提升森林碳匯產(chǎn)能；二是推廣木材替代高碳建材、生物質(zhì)制生物炭、防控林火病蟲害等手段，減少臨時碳匯、增加持久碳匯（依據(jù)《巴黎協(xié)定》，碳匯計量上限年份為 2100 年）；最后提出構(gòu)建以人工智能為核心的氣候智慧林業(yè)，為森林碳匯提質(zhì)增效與可持續(xù)經(jīng)營提供理論、技術(shù)支撐。
工業(yè)革命（1760 年至今）后化石能源大規(guī)模使用，大氣 CO?濃度由工業(yè)化前水平升至 2022 年 418 ppm，累計增幅 140 ppm，溫室效應(yīng)加劇，海平面上升、洪澇、干旱、林火等跨區(qū)域極端氣候災(zāi)害常態(tài)化。 全球氣候治理進(jìn)程：1992 年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》、1997 年《京都議定書》、IPCC 成立、2015 年《巴黎協(xié)定》，全球共識將本世紀(jì)升溫控制在 2℃內(nèi)，力爭 1.5℃，本世紀(jì)中葉實現(xiàn)全球凈零排放。 我國 “雙碳” 戰(zhàn)略構(gòu)建 “三端發(fā)力” 體系：能源供應(yīng)端非碳能源替代、消費端節(jié)能降碳、人為固碳端生態(tài)增匯 + 人工碳封存。陸地生態(tài)固碳具備綠色、低成本、規(guī)?；瘍?yōu)勢，森林占陸地總面積 30% 以上，碳匯貢獻(xiàn)超陸地生態(tài)系統(tǒng) 80%，是抵消化石碳排放、實現(xiàn)碳中和的核心載體。測算顯示，2060 碳中和階段我國森林碳匯需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提升 1 倍以上，年固碳規(guī)模達(dá) 1.602~2.002 Pg CO?。 當(dāng)前全球森林碳匯估算不確定性極高，加之森林固碳、釋碳同步發(fā)生（植物呼吸、土壤微生物分解、林火、采伐均釋放 CO?），森林碳匯是長期復(fù)雜動態(tài)過程。本文系統(tǒng)闡釋森林碳匯概念、形成機(jī)理、時間尺度效應(yīng)，提出碳匯提升路徑與氣候智慧林業(yè)發(fā)展方向。
1 森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯
1.1 森林碳匯定義
森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯指森林從大氣吸收、清除 CO?的總量，以單位時間碳吸收與排放差值表征：差值為正 = 碳匯，差值為負(fù) = 碳源，未知正負(fù)統(tǒng)稱碳收支。 我國森林碳匯演化：1980 年前采伐毀林導(dǎo)致碳匯衰退；1980—2000 年三北防護(hù)林、天然林保護(hù)工程實施，森林由碳源轉(zhuǎn)為碳匯；2000 年后碳匯增速持續(xù)提升。全球森林碳匯估算區(qū)間差異巨大，溫帶森林碳匯能力最強(qiáng)，僅 15% 面積貢獻(xiàn) 47% 全球森林碳匯。
1.2 碳匯形成機(jī)理與三大碳庫
樹木通過光合作用固定大氣 CO?生成碳水化合物，構(gòu)建地上（葉、枝、干）、地下根系生物量碳庫；林木凋落物、枯木、死根形成植物殘體碳庫；殘體經(jīng)微生物分解匯入土壤，形成土壤有機(jī)碳庫。三大碳庫共同構(gòu)成森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲存載體。 單位時間森林碳匯計算公式：
Csink=ΔCbio+ΔCsoil+ΔCres
Csink：單位時間碳匯；ΔCbio：生物量碳庫時段變化；ΔCres：植物殘體碳庫變化；ΔCsoil：土壤有機(jī)碳變化（土壤飽和時為 0）。
1.3 完整演替周期碳匯計量
天然林百年演替、人工林 30 年輪伐周期內(nèi)，完整碳匯包含木材、活體枝葉根系、未分解殘體、土壤有機(jī)碳增量；若考慮枝葉、細(xì)根短期分解釋放 CO?，土壤碳飽和狀態(tài)下，周期碳匯可簡化為木材生物量 + 土壤碳增量。
2 森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯的時間效應(yīng)
森林固碳強(qiáng)度隨時間尺度發(fā)生顯著分化，碳封存時長直接決定氣候緩解效益，由此區(qū)分臨時碳匯、持久碳匯，提出 “噸?年” 計量標(biāo)準(zhǔn)。
2.1 多尺度碳匯動態(tài)特征
瞬時尺度（半小時）：渦度協(xié)方差高頻通量觀測，僅反映短時碳交換，無碳匯計量實際價值；
日尺度：生長季白天光合固碳、夜間呼吸釋碳，溫濕度、光照調(diào)控晝夜碳收支；
年尺度：溫帶森林季節(jié)分化顯著，生長季碳匯、非生長季碳源 / 碳中性；熱帶無四季但干濕季影響固碳，毀林導(dǎo)致整體弱碳匯；建議3~6 個月為碳匯最小計量周期；
演替階段尺度：中幼林光合遠(yuǎn)大于呼吸，固碳能力最強(qiáng)；成熟期生產(chǎn)力下降、呼吸增強(qiáng)；過熟林心腐病害大幅削弱碳匯；
演替周期尺度：正向演替過程碳庫持續(xù)累積，土壤有機(jī)碳達(dá)到飽和后儲量不再增長，演替末期生物量碳儲量達(dá)峰值；
超長周期尺度：老齡林碳積累與釋放平衡，呈碳中性；無高強(qiáng)度土壤干擾時，長期碳匯僅來源于土壤有機(jī)碳增量；人工林采伐后木材進(jìn)入人類社會循環(huán)，短則數(shù)年、長至上百年分解，或加工為生物炭實現(xiàn)永久封存。
2.2 臨時碳匯與持久碳匯
臨時碳匯：森林固定碳在 2100 年前重新釋放至大氣（《巴黎協(xié)定》劃定計量上限 2100 年），如樹葉、細(xì)根短期分解、老齡林自然腐爛、未防護(hù)木制品自然降解；
持久碳匯：固定碳至 2100 年前不返回大氣，包括長期使用木結(jié)構(gòu)建材、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生物炭、地質(zhì) / 深海碳封存。
2.3 碳匯計量單位：噸?年（t?year）
1 噸碳在大氣外封存 1 年記為 1 t?year，該單位體現(xiàn)碳匯時間屬性。 案例對比：10 t 碳封存 1 年、1 t 碳封存 10 年，噸?年數(shù)值相等，但兩者緩解升溫的實際氣候效應(yīng)存在非線性差異，現(xiàn)有研究仍存在空白。
2.4 碳匯時間效應(yīng)氣候意義
森林固碳可階段性抵消大氣 CO?、降低升溫幅度；碳封存持續(xù)時間越長，降溫效益維持越久。若森林碳庫因干擾全部釋放，長期臨時碳匯的氣候抵消效應(yīng)將完全消失。最優(yōu)經(jīng)營模式：持續(xù)撫育維持森林穩(wěn)定固碳，采伐生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為長期儲碳產(chǎn)品，實現(xiàn)動態(tài)平衡持久固碳。
3 提升森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力的途徑
兩大核心方向：提升碳匯總量、延長碳封存時長，配套發(fā)展 AI 驅(qū)動的氣候智慧林業(yè)。
3.1 提質(zhì)、增綠、控干擾，擴(kuò)大碳匯總量
提質(zhì)：優(yōu)化森林經(jīng)營，提升林分固碳效率我國森林總面積 2.31 億 hm2，人工林 8000 萬 hm2，為全球第一人工林大國，但林分結(jié)構(gòu)單一、質(zhì)量偏低制約碳匯。通過樹種調(diào)整、補(bǔ)植、撫育復(fù)壯等措施，維持林分高年凈生長量，穩(wěn)定生物量碳積累。
增綠：拓展造林空間，擴(kuò)大森林覆蓋國內(nèi)潛在適宜造林地 66.61 萬 km2，推進(jìn)國土綠化、四旁綠化、防護(hù)林建設(shè)；攻克困難立地造林技術(shù)，提升造林成活率，新增森林碳匯載體。
減排控干擾：降低林火、病蟲害、人為破壞碳排放林火、病蟲害會大量釋放 CO?，不合理采伐、地表破壞損耗土壤有機(jī)碳庫，使森林由碳匯轉(zhuǎn)為碳源。建立火險、蟲害預(yù)警體系，管控林下可燃物，減少人為高強(qiáng)度干擾，保護(hù)植被與土壤碳庫穩(wěn)定。
3.2 延長固碳周期，提高碳庫持久性
以木代鋼、以木代塑，建材領(lǐng)域長期儲碳木結(jié)構(gòu)建筑建材生產(chǎn)階段碳排放較鋼筋混凝土低 48.9%~94.7%，百年生命周期溫室氣體排放低 20%~50%。推廣木質(zhì)建材替代高碳原材料，將碳長期鎖定在建筑產(chǎn)品中，同步削減工業(yè)生產(chǎn)碳排放。
優(yōu)化木材加工工藝，延長木制品儲碳年限優(yōu)質(zhì)木制品無腐爛、燃燒條件下可儲碳百年以上；改良加工防腐工藝，延長產(chǎn)品使用壽命，拉長碳封存周期。
林業(yè)剩余物制備生物炭，實現(xiàn)永久固碳我國林業(yè)殘余生物質(zhì)年產(chǎn)量約 9 億噸，采伐剩余物利用率僅 10%，大量枯木、枝椏自然分解釋碳。將高風(fēng)險可燃物、采伐剩余物轉(zhuǎn)化生物炭，既能降低林火風(fēng)險，又可實現(xiàn)碳長期封存，改良林地土壤。
3.3 發(fā)展 AI 驅(qū)動的氣候智慧林業(yè)
傳統(tǒng)林業(yè)難以解析森林與氣候變化長期互作機(jī)制；氣候智慧林業(yè)以人工智能、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)為核心，重構(gòu)林業(yè)科研與管理模式：
量化森林 — 氣候雙向反饋機(jī)制；
搭建 AI 專家決策數(shù)字系統(tǒng)；
輸出可持續(xù)森林經(jīng)營方案，保障碳匯長期穩(wěn)定供給，為人與自然協(xié)同生態(tài)管理提供技術(shù)支撐。
四、結(jié)論
森林碳匯由植被、殘體、土壤三大碳庫共同構(gòu)成，碳匯存在顯著多尺度時間效應(yīng)，建議采用 “噸?年” 計量，最小計量周期 3~6 個月，以 2100 年作為持久 / 臨時碳匯劃分節(jié)點；
增匯路徑分為兩類：一是通過擴(kuò)林、提質(zhì)、控干擾提升年度固碳總量；二是通過木材替代、生物炭轉(zhuǎn)化延長碳封存時間，減少臨時碳匯；
依托人工智能發(fā)展氣候智慧林業(yè)，能夠破解傳統(tǒng)林業(yè)管理短板，為雙碳目標(biāo)下森林碳匯可持續(xù)提升提供理論與數(shù)字化技術(shù)支撐。
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． 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，轉(zhuǎn)在的目的在于傳遞更多的知識，如有侵權(quán)行為，請聯(lián)系我們，我們會立即刪除。
