科学家解读当前林业管理与气候变化关系

无论如何，世界森林的未来不能靠扔硬币来决定。

林地采伐可以减少材料腐烂产生的碳排放。资料来源:罗伯特·卡尼斯

管理森林碳汇和减缓气候变化的最佳方式仍在讨论之中。树木可以吸收空气中的二氧化碳，木材可以替代化石燃料和碳密集型材料，如混凝土和钢铁。在过去的几十年里，世界森林吸收了全球每年人为二氧化碳排放量的30%。森林蓄积和森林砍伐的同时增加将为人们赢得更多时间来了解树木如何吸收碳。

《自然》杂志写道，人们对森林碳循环有了更好的理解，但仍有许多知识空白。新的观察结果对长期以来被接受的理论提出了质疑:例如，数据显示，未采伐的森林吸收的碳比释放的碳多，这与天然林碳流处于平衡状态的生态学原理相违背。成熟森林的碳汇行为归因于大规模的环境变化，这违反了Odem框架理论所假设的稳定条件。

无论如何，空气中较高的二氧化碳浓度正在加速全球树木的生长，而来自工业、农业和化石燃料燃烧的氮为欧洲、中国和美国东部的森林土壤提供了肥料。

全球驱动

为了更好地判断应该如何培育森林来减缓气候变化，法国农业科学院经济与社会研究中心农村经济与社会学中心的瓦伦汀·白乐桑和他的同事建议人们必须更好地理解这种原位碳封存行为的动机和未来。在获得更多信息之前，白乐桑和其他人建议，林业管理应该优先考虑双赢战略——通过保护树木免受动物侵害来增加森林蓄积和森林砍伐，以取代死亡或生产力低下的森林。

迄今为止，关于气候变化对森林影响的大多数讨论都集中在森林火灾、虫害、干旱和风暴等当地破坏性事件的增加上。在过去的10年里，欧洲的4次大风暴摧毁了4.1亿立方米的木材。2010年，俄罗斯森林大火影响了23，000平方公里。自2004年以来，在加拿大不列颠哥伦比亚省，树皮甲虫疫情已经影响了13万平方公里，杀死了4.35亿立方米的树木。

在地方一级，这些事件产生了大规模的社会经济和生态影响。例如，1999年一场风暴袭击了欧洲，摧毁了该地区三分之一的年度森林碳固存，并使法国和其他受影响国家的木材价格减半。然而，在过去几十年里，这类事件在全球范围内并不重要。即使是厄尔尼诺和拉尼娜在太平洋造成的气候冲击，也只是对全球平均大气二氧化碳记录的区域性干扰。

另一方面，大气记录和森林调查显示，在过去50年里，森林吸收了更多的二氧化碳。实验和模型研究已经确定，全球森林碳汇主要由大气二氧化碳浓度和氮沉降驱动。法国原子能和替代能源委员会气候科学与环境实验室的塞巴斯蒂安·路易斯萨尔特说，这种矛盾的解释似乎不太可能，因为亚马逊和刚果盆地等地区将同时受到影响。这种巧合会留下烟灰的痕迹，并增加冰川冰芯样本中气泡的二氧化碳浓度，但这些都没有被发现。

预测结果是模糊的。

全球森林碳汇的规模随着二氧化碳水平的增加而扩大。工业和农业活动，以及燃烧化石燃料释放的氮化合物，可以给数百公里外的森林施肥。欧洲和北美温带森林的碳固存率与它们暴露于氮沉降有关。就全球森林碳收支而言，其他气候变化因素，如温度和降水，以及森林管理战略的变化(如允许树木在伐木前生长更长时间)似乎是第二位的，尽管它们在当地非常重要。

Luyssaert等人表示，对于这些驱动因素如何影响森林碳汇，仍然缺乏定量的理解。对于它们在本世纪将如何变化，仍存在不确定性。白乐桑说:“预测结果表明，随着工业排放的下降，二氧化碳可能会超过氮沉降，成为温带地区碳汇的主要原因。这一论点有争议。”其中一个原因是生理条件，如树木生长加速和寿命缩短，以及成熟林地土壤肥力下降，通常都不在模型中。

因此，相关的研究模型非常混乱。对于2100年森林碳平衡是正还是负，不同的模型持有不同的观点，更不用说它的大小了。即使不同的模型做出相同的假设，例如当前的排放量没有变化，没有森林管理，它们也会得到完全不同的预测结果。

该模型假设温度和二氧化碳浓度的增加将增加光合作用，即二氧化碳的吸收率大于呼吸的排放率。结果表明，生物圈每年将吸收超过10帕克的碳。这个数字是目前陆地碳汇的五倍，相当于目前化石燃料燃烧和森林采伐产生的二氧化碳排放量。然而，如果呼吸占主导地位，一些人预测生物圈将成为每年6皮克碳的碳源。

三条出路

碳汇的未来轨迹将影响减缓气候变化的森林管理战略。如果世界森林保持净吸收，那么森林保护将更有吸引力。保护成熟的林地将吸收几乎和年轻林地一样多的碳。白乐桑等人说，因为收获腐烂的残渣和根茎会立即增加二氧化碳的排放，而木材产品使用的增加将需要几十年的时间来弥补，避免森林收获会产生额外的气候效益，至少在短期内是这样。

相反，如果成熟的林地成为碳源，增加收获可能是最好的缓解选择。林地采伐将减少腐烂造成的损失，并促进木材替代化石燃料。鲁伊斯萨尔和白乐桑提到，应遵循三项安全战略，以系统地加强森林碳汇的可持续性预测。

首先，相关的研究可以进行比较和不确定性处理，这样科学家就能够更清楚地陈述他们的假设。地球系统模拟界将能够定义和报告一套国际公认的性能质量标准，这些标准主要基于复制大型数据集的趋势，包括与了解森林碳汇中氮和二氧化碳的影响有关的相互作用。

为了提供这些数据集，大规模遥感技术需要与对当地监测点的频繁监测相结合，例如国家森林调查规划、国际通量观测和研究网络等监测网络，以及二氧化碳浓缩研究等控制实验。此外，许多研究假设未管理的林地处于碳平衡状态，这高估了林地采伐的气候效益。其他人则认为原地森林沉积会永远持续下去，这低估了收获带来的气候益处。

第二，将鼓励最高的碳效率使用木材。收获更多的木材将是减缓气候变化的一个好策略，但是只有这些木材被有针对性地使用，它们才会有效。例如，建筑木材可以替代钢铁或水泥，用作墙体骨骼或墙壁，然后可以回收、循环利用和燃烧。

第三，应优先考虑既能增加木材产量又能增加森林碳储量的林地管理技术。当与其他森林用途没有冲突时，无论全球碳汇如何变化，替换死亡或低生产力林地、保护新幼苗、优化肥料使用以及在造林项目中增加固氮物种将有助于缓解气候变化。

当前的森林管理更像是一次冒险，而不是科学讨论。遵循“无悔”策略，人们可以学到更多，赢得时间。无论如何，世界森林的未来不能靠扔硬币来决定。(张张)

《中国科学日报》(2014年2月27日，第三版国际版)