后京都时代：森林碳汇研究先行一步
对于发展中国家的温室气体排放限制问题，《京都议定书》中未作出具体的时间规定，但要求发展中国家在2012年《京都议定书》第一承诺期结束后（即所谓后京都时代），对其温室气体排放进行限制，以实现在全球范围内限制温室气体的排放。
后京都时代：森林碳汇研究先行一步
图为江西的一处红壤植被恢复实验地。本报记者 王莉萍/摄
在人工松树林地区，中国科学院院士赵其国正在对进行土壤检测的研究生给予现场指导。本报记者 王莉萍/摄
2007年12月15日诞生的《巴厘岛路线图》为2012年《京都议定书》第一承诺期到期后的温室气体减排谈判奠定了基础。在这种情况下，了解全球碳源（碳排放）和碳汇（碳吸收）的分布、动态及其机制就显得尤为重要。
目前，许多科学家都在致力于碳源、碳汇的研究，以期最大限度减轻履行《京都议定书》的压力。为此，《科学时报》记者采访了我国研究森林碳汇的有关专家。
成熟森林藏匿过半未知碳汇
科学家发现，原本处于平衡状态的全球二氧化碳收支，由于人类活动的影响，从生物圈释放到大气中的二氧化碳有一部分去向不明。不过，中国科学院华南植物园生态系统生态学研究方向首席科学家周国逸研究员通过一系列的研究，“至少找到了一半多‘失踪’的二氧化碳”。
周国逸的题为《成熟森林的土壤能吸收大量的碳》的文章被发表在2006年12月1日的国际期刊《科学》上，这一成果给国际科学界带来一个惊喜。
目前，国际通行的计算方法为，每年大气中增加的碳含量取决于3个部分：一是人类使用化石燃料释放出的二氧化碳，比如燃烧煤、石油；二是土地利用改变释放出的二氧化碳；三是海洋生物每年要吸收不少二氧化碳。
周国逸在接受记者采访时说：“前二者之和减去第三者，所得结果应该就是大气中每年增加的碳含量。但是，实际上，大气中每年实际新增的二氧化碳含量都比当年计算出来的结果要少。每年大约有2pgc（1pgc为10亿吨碳）的二氧化碳去向不明。”
是方法上产生的误差吗？大气、海洋和陆地生态系统是二氧化碳的3个可能的容纳库。大气和海洋生态系统中的二氧化碳的量可以较准确估算，但陆地生态系统最复杂、最不确定，因为除了类型丰富的植被外，还存在一个储量巨大的土壤碳汇。因此，寻找测算土地利用改变所产生的碳含量的方法和原因，是科学家们一直在思索的问题。
周国逸采用了什么新的研究方法和手段来破解二氧化碳的“失踪”之谜？“其实，不同研究者研究碳汇的原理都是一样的。”周国逸告诉记者：“都是基于生态系统生态学的原理，即物质循环、能量流动、生物地球化学循环。”
据周国逸介绍，他们对鼎湖山国家自然保护区内成熟森林25年的观测数据进行了研究，结果显示，该森林0～20厘米土壤层的有机碳贮量以平均每年每公顷0.61吨的速度增加。也就是说，成熟森林的土壤有巨大的吸收有机碳的能力。周国逸说：“‘失踪’的一部分二氧化碳就是被这些成熟森林的土壤吸收了。”
普遍的看法是：吸收大气中的二氧化碳，主要靠树木的光合作用以及枯枝落叶层产生的土壤有机碳。因此，当天然林大部分为成熟森林或老龄森林时，光合作用会减弱，对大气中二氧化碳的吸收和贮存能力都会随之降低，直至消失。而周国逸的研究成果将有助于人们重新评估成熟森林的价值。
周国逸表示，尽管成熟森林土壤持续积累有机碳的原因尚不清楚，目前也还不明确这一研究结果是否能代表区域或全球的普遍现象，但这仍然为寻找未知碳汇提供了新的思路。
周国逸估计，中国的成熟森林占国土面积的6%左右，2012年中国正式履行《京都议定书》的义务时，可以通过这一理论提出详细的吸收二氧化碳的数据，部分抵消工业排放量，从而为中国争得额外的二氧化碳排放份额，更有利于后期谈判。
土壤碳汇是植被的三倍
周国逸指出：“如果要充分发挥森林生态系统的碳汇功能，那么我们研究的着眼点应更集中于土壤。”
在陆地生态系统中，碳汇功能体现在碳库的贮量和积累速率，基本碳库包括植被活体、残体和土壤。其中，土壤的碳汇效应举足轻重。“相对于贮存在植被中的碳来说，贮存在土壤深层的碳较为稳定，如果没有大的地质变迁，它们将长久地保存在土壤中而形成稳定的有机碳库。”周国逸说。
“随着树木越来越成熟，即使植被积累的有机碳在减少，土壤仍在继续积累有机碳，整个生态系统积累的碳的量在增加。”周国逸说：“土壤碳库就像海洋，每年增加的有机碳的量只不过像几条汇入海洋的河流，土壤碳库完全可以接纳。我们可以算笔账，假设每年森林土壤增加的有机碳是0.1克/千克，土壤容量为1克/立方厘米，土层深度为80cm，那么每年每公顷森林土壤可以净积累有机碳0.8吨，全世界现有的森林面积每年可以存储的有机碳就有3.1pgc。”
“人类要限制大气中二氧化碳浓度升高，应主要着眼于陆地生态系统及其经营管理方式。”周国逸认为。
周国逸指出，土地利用过程是一个将自然生态系统转变为人工生态系统的人为活动过程，不合理的土地利用可使森林土壤从碳汇变成碳源。例如，森林被改造为农田后，土壤有机碳的来源减少、土壤微生物活性升高、土壤碳的释放量增加，使土壤碳储量和碳汇功能降低，土壤成为一个巨大的碳源。
如果森林经营不合理，同样会造成碳排放。周国逸说，为了追求眼前的经济利益，砍伐荒山、丘陵的灌丛来造人工用材林，虽然地上部分的有机碳损失较小，但更多地破坏了土壤有机碳，使土壤中的有机碳释放出来。即使种植了树苗后，可以积累部分有机碳，量也非常小，远远抵消不了土壤排放的碳的量。
据估计，土壤平均每年排放到大气中的二氧化碳约为化石燃料燃烧碳排放量的11倍。
化石燃料燃烧释放碳的量是最容易控制的，但是，周国逸说：“如果太多地限制，就会影响经济发展。而且，化石燃料燃烧排放的碳的量是非常少的，如果只控制这方面产生的排放量，实际上是不够的，还应从土地利用管理上想办法。例如，目前国家正在作的生态公益林项目以及采取的保护天然林的措施，对于防止大气中二氧化碳浓度的增加是非常有意义的。”
人工林碳汇最有希望减缓全球变化
实际上，人工林的碳汇功能被认为是减缓全球气候变化的一种最有希望的选择。
但是，目前缺乏对于人工林碳汇功能的年际变化的研究。另外，以往的研究大多注重森林生态系统的地上部分，忽视了对地下部分的研究。
中国科学院华南植物园恢复生态学创新研究组首席科学家傅声雷研究员正在研究人工林生长发育过程中的碳汇功能。他认为，通过长期定位定点，通过模拟不同的自然干扰和人为干扰过程，如砍伐、去除地表腐殖质、火烧、施肥等，可以研究不同的人工林经营管理措施对森林土壤温室气体排放的影响。
“需要特别指出的是，”傅声雷说，“土壤动物，可以通过改变土壤微生物群落的结构和功能来影响土壤有机质的分解和根际作用，进一步影响土壤过程的变化和温室气体排放，从而影响森林碳源、碳汇功能。这是个新的很有前景的研究领域，值得深入研究。”
科学家一直试图通过添加或剔除某些土壤动物来调整土壤食物网的结构，进而促进森林增汇减排的功能，但是目前还没有大的进展。傅声雷指出，因为土壤是个“黑箱”，研究土壤动物的生态功能比较困难，主要是研究方法还不完善，首先必须从方法上进行探索。另外，我国目前研究土壤动物分类学的人才非常缺乏。“只有把人才培养起来，把方法标准化，才能进行进一步探索、研究。”
目前，我国的人工林面积居世界第一，据国家林业局统计，我国人工造林保存面积达到5364.99万公顷。傅声雷说：“如果我国人工林的碳汇功能研究取得较大进展，可能成为我国进行碳贸易的有利砝码。”
缺乏系统全面的评估
我国陆地碳汇究竟有多大？周国逸和傅声雷均表示，因为陆地生态系统类型多而复杂，目前尚没有进行系统全面的评估，还无法进行精确的估算。
据了解，北京大学方精云院士等曾利用1949年至1998年间7次森林资源清查资料，推算了中国50年来森林碳库和平均碳密度的变化，分析了中国森林植被的碳源、碳汇功能。这一研究结果发表在2001年的《科学》杂志上，并被认为是首次对中国的碳汇作出的真正正确的评价。
“如果我们能够在森林土壤碳汇功能上进行系统的研究，将对更精确估算我国森林生态系统碳汇功能有重要意义。”傅声雷指出，在我国，非常缺乏土壤碳汇的研究，大多是对土壤碳汇功能进行一些定性的分析。我国土壤碳汇的数值有多大，不得而知。
“目前普遍认为温带森林生态系统是碳汇，而学术界对于热带亚热带森林生态系统究竟是碳源还是碳汇一直存在争论。”同在傅声雷研究组从事森林土壤碳汇研究的助理研究员刘占锋博士说：“我们有必要先解决一个理论上的问题——明确热带亚热带森林生态系统的碳的源汇关系，特别是人工林。为此，我们通过野外控制实验来研究热带亚热带人工林究竟是排放碳还是吸收碳，并量化其对碳的排放或吸收。此外，通过研究也可以明确影响人工林碳源—碳汇功能转变的因素，这也可为政府及相关部门从减排增汇角度制定合理的管理措施和政策提供理论依据。”
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