智见｜碳中和背景下森林碳汇特征及适应性经营路径

随着全球气候变化加剧与“双碳”（碳达峰、碳中和）战略的持续推进，森林生态系统在“双碳”进程中的关键作用日益凸显。已有研究表明，我国森林碳汇能力持续增强：2018年末森林蓄积量达到175.6亿m³，较2005年增加45.0亿m³，提前完成2030年自主贡献目标；截至2024年，森林覆盖率突破25%，森林蓄积量超过200亿m³，年碳汇量逾12亿t，成为全球森林资源增长最多的国家。展望未来，21世纪中叶，我国森林覆盖率有望升至26%,蓄积量达到265亿m³。这些趋势表明，森林碳汇能力的维持与提升已从生态保护的附属目标转化为国家气候治理的量化行动，在碳中和战略中发挥着越来越关键的作用。

然而，森林碳汇功能的进一步提升仍受到多重约束。首先，土地资源刚性不足使新增造林空间极为有限（不足1%)，单纯依赖扩大造林面积的模式难以持续；其次，经营实践中存在功能认知偏差，忽视碳汇对生态系统结构与过程完整性的依赖，将其简化为孤立功能，表现为“重造林采伐、轻抚育”，甚至出现以改造或景观提升为名破坏天然林的现象，从而削弱碳汇基础并引发逆转风险；再次，过程机理认识不足，尤其对碳汇饱和性与持续性的理解不够，表现为过度选用固碳能力有限、寿命较短的景观树种或小乔木树种，或对已达碳储量饱和或进入生长停滞阶段的过熟林迟迟不进行主伐更新，错失重启碳汇周期的契机；此外，风险预估不足亦加剧其不确定性，部分研究与实践简单假设当前碳汇量水平可长期稳定，低估了气候变化及人为干扰对碳汇功能的冲击，未能有效提升系统韧性。由此可见，对森林碳汇整体性、饱和性、波动性与持续性等核心特征的系统性认知仍显不足，这不仅制约了碳汇功能的高效与稳定发挥，也成为实现碳中和长期目标的关键瓶颈。

为应对上述挑战，笔者试图回答以下科学问题：①碳中和背景下的森林碳汇有哪些关键约束特征；②如何设计基于这些约束特征导向的适应性森林经营路径，实现碳汇能力稳健持续提升。本研究旨在系统剖析森林碳汇的核心特征，并构建相应的适应性经营框架，为实现面向碳中和目标下的森林经营转型提供科学依据。

1.1 整体性

森林碳汇具有显著的整体性特征，即其形成与维持高度依赖于生态系统结构与过程的完整性，而无法被抽象为孤立的碳固定过程。作为森林生态系统服务网络中的一环，碳汇功能本质上嵌套于植被、土壤与微生物协同构建的生态基底之中，受到群落结构、物质循环与能量流动等关键生态过程的系统性制约。实质上，碳汇并非独立的生态功能，而是与水源涵养、水土保持、气候调节等生态服务协同发生、相互依存，共同构建森林生态系统的整体效能。森林碳汇通过植被的光合作用与土壤碳固存过程实现，依赖于由主林层、次林层、下木层、灌木层、草本层、更新层及根际⁃微生物系统等构成的多层次生态系统结构。一旦生态系统遭受破坏，如森林退化、火灾干扰或病虫害暴发，生态系统结构和功能受损，不仅造成植被和土壤碳汇能力下降，还会使得原本封存的有机碳通过分解或燃烧重新回归大气，迫使森林从“碳汇”转变为“碳源”。

当前林业实践中存在的抚育管理缺乏、林地转变，以及将天然林改造为人工林甚至毁林造林的行为，正是忽视整体性的典型表现。前者导致大面积林分呈现过密或过疏等不合理林分结构，后者直接破坏了碳汇所依附的原生生态系统结构和功能完整性，其结果是森林生态系统严重退化，不仅丧失碳汇功能，而且转变为碳源。

因此，森林碳汇管理应立足于生态系统整体性，避免将碳汇视为可“剥离”的资源对象。忽视其整体性将直接削弱碳汇功能的供给能力，阻碍碳中和目标的实现。

1.2 饱和性

森林碳汇的饱和性是指生态系统的碳汇量最终呈现出明显的容量限制特征。森林初期表现为碳汇，随着时间的推移，固碳速率达到一定水平后将逐渐减弱，趋近于零（达到饱和），碳库达到动态平衡，若系统遭受干扰则很容易转变为碳源。该现象清晰地揭示了森林碳汇过程受到气候条件、树种特性、土壤属性等多因素共同调控的内在生物和非生物物理限制。值得注意的是，森林碳汇的饱和阈值具有动态性，会随环境变化和管理措施而改变。准确评估这一动态阈值是科学管理碳汇的关键。“碳汇阈值”特指生态系统从碳汇状态过渡到碳平衡状态［即净生态系统碳交换量(NEE)≈0]时对应的最大碳储量。该阈值并非一个固定值，而是生态系统在特定气候、土壤和管理模式下所能达到的动态平衡点。

气候条件构成森林碳汇能力的基础边界，其中温度与降水的组合显著影响植被净初级生产力的理论上限。例如，热带雨林因具备高光合效率和长生长季，常表现出更高的碳汇潜力，而温带人工林的碳汇阈值相对较低。特定的生态系统如红树林，因其高生产力、厌氧土壤环境下的低分解速率以及强大的沉积物捕获能力，展现出极高的单位面积碳汇容量和饱和阈值。

在相似气候条件下，不同森林生态系统碳汇的饱和潜力主要受制于树种特性和土壤属性两大内因。首先，树种/品种/种源/无性系等本身的生理生态特征构成碳储能力的核心变量。寿命较长、结构稳固的顶级群落树种，往往较短周期速生树种具有更高的碳储上限和更长的封存周期。此外，混交林结构可通过种间生态位互补效应（如光能利用效率、根系深度分布和凋落物质量差异）提升资源利用效率，从而增强生态系统的碳输入与碳固定能力。其次，森林土壤作为主要的长期碳库，其碳饱和能力高度依赖于物理结构和化学性质。在其他条件相近的前提下，土层深厚、黏粒含量高、阳离子交换能力强的土壤，具有更强的有机碳稳定机制，包括团聚体保护、有机碳⁃矿物结合等过程。相比之下，浅层、砂质或强酸性土壤的碳储能力有限，主要因其生产力低、微生物分解速率高，以及酸性环境可能带来的铝毒性会抑制植物生长。

综合来看，碳汇的饱和性构成森林碳管理的重要边界条件。识别不同森林类型的碳汇阈值，并理解其结构、功能和外界干扰因素对该阈值的影响，是科学评估最大碳汇潜力的基础。

1.3 波动性

森林碳汇的波动性是指其固碳功能在时间维度上的非稳态特征，表现为年际碳吸收量的明显变化。相较理想模型中固碳速率恒定的简化假设，现实中的森林碳汇实质是受生态系统内外部因子动态调控的非线性动态过程。

气候异常（极端气候事件）是驱动碳汇呈现极不稳定性的关键外部驱动因。其中，干旱与热浪等极端事件通过双重路径削弱碳汇功能：其一，气孔关闭抑制光合作用同时维持或增强呼吸消耗；其二，叶片凋落与林木死亡直接削减碳库容量。典型案例如2003年欧洲热浪与干旱致使中欧温带森林总初级生产力降幅超30%；2005年亚马逊流域百年一遇的干旱导致雨林从碳汇［年均吸收碳(0.6±0.2)Pg]逆转为碳源［净释放碳(1.2~1.6)Pg]；以及2021年北方针叶林因极端干旱引发大规模野火，二氧化碳排放峰值达0.48Gt（北美0.17Gt、欧亚0.31Gt),较2000—2020年均值高150%(0.29Gt)。

林分年龄是驱动碳汇不稳定性的关键内部驱动因子。其固碳能力随发育阶段呈现“上升期（幼龄林碳积累加速）—峰值期（中龄林固碳效率最大化）—衰退期（成熟林净碳汇趋零）”的单峰曲线模式。在区域尺度上，若造林与主伐未得到有效统筹或林龄结构失衡，将导致年际碳汇量呈现明显的波动性。

此外，人为干扰极易放大碳汇的波动性。森林转变（如毁林）、高强度采伐、人为引发的森林火灾、病虫害等活动，不仅造成植被碳库的即时损失，更诱发土壤有机碳持续矿化与植被重建期延长，形成“干扰—碳泄漏—碳汇恢复迟滞”的正反馈循环。

全球观测研究表明，1990—2007年全球森林碳汇虽长期维持(2.4±0.4)Pg/a的稳定均值，但年际波动幅度高达±17%。长期监测显示，亚马逊雨林因干旱、火灾与采伐复合胁迫，固碳速率从20世纪90年代的0.54Pg/a衰退至21世纪10年代的0.17Pg/a。全球及区域森林碳汇的波动性成为碳中和路径中亟须应对的关键风险因素。

1.4 持续性

森林碳汇的持续性是指其碳汇和碳封存能力在时间维度上的延续性，这是衡量其对碳中和目标实际贡献的核心依据。当前实践中，碳汇评估普遍存在时间尺度混淆的问题，短周期碳吸收结果常被误判为长期减排能力，从而导致“碳汇泡沫”风险，即名义碳汇的气候减缓效益被高估。

从碳封存时效的角度来看，森林碳汇可分为2类：一类是对碳中和目标贡献有限或无实际贡献的短期碳汇；另一类则是具有实际贡献的有效碳汇。前者虽然在某一时间点能够从大气中移除二氧化碳，但由于封存时间较短，其长期减缓气候变化的效益微弱，甚至可以忽略不计。碳中和的核心要求是温室气体（或二氧化碳）在年度尺度上实现净零排放，因此，日、月或季度等短周期的碳汇监测值并不能真实反映其气候贡献。碳汇管理应以“年”为基本评估和调控单位，动态追踪碳的封存周期，避免因封存时间过短而形成名义上的、缺乏实际效益的碳汇。例如，森林火灾或林木自然死亡会导致原本储存的碳迅速释放，形成碳汇中断；又如因经济林修剪产生的大量废弃物，其形成的“临时碳汇”在处理过程中会释放碳排放，往往抵消甚至超过当年新增的碳吸收量，最终呈现出净排放效应。

后者则是指从形成之年起持续封存至碳中和目标年份的碳储存，其理想形式为碳封存周期可延续100a以上的长久碳汇。有效碳汇的持续性直接决定其对中长期气候目标的支撑能力，也是构建可靠碳会计体系和碳交易机制的基础。因此，亟须建立基于持续性的碳汇分类标准与年尺度动态监测机制，这是提升碳中和路径中碳汇真实贡献能力的关键环节。

森林碳汇的整体性、饱和性、波动性与持续性4类特征(图1)，深刻揭示了其在形成机制、时空演变与潜在约束方面的复杂本质，对碳中和目标下森林经营的科学性、稳定性和长期性提出了更高要求。面对我国土地资源有限、新增造林空间严重不足的刚性约束，亟须将森林经营的重心从外延式规模扩张转向内涵式质量提升，主动构建基于碳汇特征认知的适应性经营策略体系，实现生态效益巩固、气候目标达成与经济可行性提升的多目标协同。

图1 森林碳汇的核心特征与适应性经营管理逻辑关系图

2.1 基于整体性的启示：生态系统完整性保护与林分结构优化策略

森林碳汇的整体性深刻体现为碳汇功能与生态系统结构和过程的多维共生关系。当生态系统结构完整性受损时，碳汇功能呈现非线性衰减，且恢复成本远高于保护成本。

因此，构建面向碳中和目标的森林经营路径时应注重：①强化生态系统整体保护，严禁乱砍滥伐行为，有效防止森林的退化、破碎化和消失，这是维系森林生态碳汇的物质基础。特别是对生态公益林，应实行严格保护，维持其自然演替过程。②提升森林生态系统韧性，增强森林抵御病虫害、火灾、干旱等外界干扰的能力，全面提升森林的健康程度，以保障其碳汇功能的稳定发挥，规避因生态系统完整性受到破坏引发的碳汇功能削弱和碳排放增加风险。③科学优化林分结构，在人工林经营中，积极丰富树种多样性，构建复层异龄的森林生态系统结构，促进林下植被与土壤微生物共生网络的修复与稳定，消除因林分结构单一导致的生态功能衰退风险，确保生态碳汇功能与其他生态系统服务功能的协同增效，支撑森林生态系统的整体性保护与可持续发展。

2.2 基于饱和性的启示：碳汇容量优化与阈值响应调控策略

森林碳汇的年际波动性是其固碳功能对气候异常与人为干扰高敏感性的直接表现，构成碳中和路径中关键不确定性风险源。现有碳汇预测模型若忽略扰动反馈机制，将高估系统稳定性，进而低估2060年中国森林碳汇预算缺口。

因此，构建面向碳中和目标的森林经营路径时应注重：①增强森林抗干扰能力。具体措施包括，通过可燃物管理（如计划火烧、机械清除）降低火灾风险，尤其要加强生物防火林带建设，科学选择并种植抗火树种；在人工林经营中，优先选用抗逆性（抗旱、抗病虫害）强的树种；积极推广生物防治等生态友好的病虫害防控措施，以降低灾害发生频率和强度，维持森林健康稳定状态。此外，亦可通过林分结构优化增强对极端气候的缓冲能力。②强化全周期经营理念。针对不同林种采取差异化经营策略，对于生态公益林，应以保护为主，促进其自然演替；对于人工林，应区分林龄、森林发育/演替阶段，针对性地规划设计各阶段经营技术和处理安排，例如，通过抚育间伐维持中幼龄林持续固碳能力，通过主伐维持老龄林的碳汇平台期状态，避免因碳汇衰减而引发整体功能波动。必须摒弃以皆伐为主的简单粗放经营方式，坚决杜绝采伐未成熟林分和“拔大毛”式的取材行为，这些行为是人为放大碳汇波动性的主要因素。③优化景观尺度稳定格局。识别并保护碳汇高稳定性核心区（如老龄林斑块、深层土壤区地段），注重保护珍稀濒危物种栖息地，通过建设生态廊道等空间连接单元，维护生物多样性网络的完整性，从而提升生态系统整体韧性和稳定性。

森林碳汇的持续性是其气候效益的核心判断依据，关键在于已形成碳汇的碳封存状态能够覆盖目标时段（如至2060年）实证研究表明，碳汇功能存在显著的时间维度泄露风险：林火、林地转化、天然林采伐、替代性更新等活动，可导致历史累积碳汇重新释放回大气，形成“碳汇泡沫”。若短期碳吸收被误判为长期封存能力，将因碳汇虚增而延迟实质减排，从而削弱碳中和路径的代际连续性。

因此，构建面向碳中和目标的森林经营路径时应注重：①长周期树种主导林分重建。造林更新应优先培育长寿命乡土大乔木树种，因其碳汇期可超200a。在生态公益林建设中，应注重保护原生植被和顶级群落树种；在“美丽林相”工程中，必须坚决扭转为短期景观选择小乔木、灌木或短周期速生树种的做法，转而通过目标树经营定向培育大径材乔木，确保长期碳封存。②推动全周期森林经营。强调将森林作为一个完整的生态系统进行管理，从造林/建群伊始，就需系统规划未来数十甚至上百年的经营技术路线图（包括抚育间伐的时间、强度、方式，目标树培育，择伐更新策略等），确保各阶段经营措施有效衔接，这有助于解决抚育滞后和经营断层（“望天长”）问题，保障碳汇积累的长期连续性，避免代际断层。③协同工业碳库与生态碳库。通过适时实施科学间伐与择伐获取木材资源，并将采伐木材加工为耐久木材产品，使碳封存周期从森林中的数十年延伸至工业领域的百年以上，显著提升碳汇的持续性。④强化火灾与病虫害防控，最大限度降低因灾害导致碳汇提前释放、气候效益受损的风险。

3.1 强化基础研究与监测能力

为提升森林碳汇管理的科学性与前瞻性，应系统加强基础研究与监测能力建设。①构建一体化度碳汇动态监测网络，融合遥感、LiDAR、地面通量塔与样地监测数据，提升对碳储量与通量时空动态的精准解析能力。重点研究方向应聚焦于碳汇饱和阈值的精准识别与动态模拟、碳汇封存周期的长效验证技术，以及碳汇波动性的主导因子识别与风险边界划定。②深化生态过程机理研究。依托生态站网络开展长期定位与控制实验，深入揭示气候变化、外部干扰与经营措施等多重驱动因子耦合作用下，森林碳汇4类特征的响应机制与反馈过程，厘清碳汇向碳源转化的临界阈值及其触发条，为适应性经营提供理论依据。③系统协同研究。深入开展陆地⁃水域⁃大气多介质界面碳交换机制研究，构建区域尺度的碳循环协同图谱，阐明不同生态系统之间的协同与互馈效应，为跨生态系统的一体化碳管理与政策制定提供理论支持。

3.2 攻关森林碳汇经营优化技术

为实现森林碳汇与多元生态系统服务的协同提升，亟须研发系统集成、协同优化的技术框架。①发展多目标协同优化技术。在“山水林田湖草沙生命共同体”理念指导下，开发碳汇与生物多样性保护、水源涵养、木材生产等生态系统服务之间的多目标协同优化模型，其成果应用于支撑多功能协同提升的森林经营方案设计。②集成基于自然的解决方案(NbS)。系统研发并推广基于自然的解决方案在森林经营中的集成应用，重点发展近自然森林经营、混交林定向培育、全周期多功能森林经营及生态修复等技术体系，以增强生态系统结构稳定性与碳汇韧性。③研发智慧化管理技术。借助人工智能等技术，构建森林碳汇智能管理与决策支持系统，该系统应能整合多源遥感监测数据与生态过程模型，实现对经营措施的模拟优化、对波动性风险的智能预警与自适应调控，最终目标为辅助决策以逼近区域碳汇潜力和并保障其长效性。④探索碳移除增强技术。探索将林业剩余物的资源化利用与碳捕集与封存技术(BECCS)结合的路径，旨在推动林业生产系统在实现生物质能源利用的同时，显著增强系统净碳汇能力，形成“减排⁃增汇”双重效益的闭环。

3.3 创新政策与市场机制

为保障基于碳汇特征的森林经营得以有效实施并产生长期稳定贡献，需在政策机制层面实现系统性创新。①完善方法学与标准体系。亟须制定森林经营碳汇项目方法学或相关碳普惠方法学，或修订《温室气体自愿减排项目方法学造林碳汇》，必须将禁止天然林改造、保障生态系统完整性（整体性）作为项目开发的准入红线；强制要求项目设计必须包含科学的、符合全周期经营理念的抚育和更新方案（保障持续性、延缓饱和性、降低人为波动性），并将其长期执行与监测作为核证减排量的必要条件。②创新市场化激励机制。通过生态补偿、项目补贴、技术服务等多种方式，有效激励经营主体（尤其是林农）开展科学抚育等周期性经营活动的积极性；探索基于碳汇持续性（如100a以上的长期封存）和稳定性（低波动性）的差异化定价机制，如设立“碳汇银行”，鼓励长效稳定项目；扩大绿色金融支持范围，将绿色信贷、债券、保险等金融工具精准投向符合4类特征管理要求的森林经营项目。③健全长效产权与风险对冲机制。核心是稳定经营主体的长期预期。应推进林权制度改革，强化经营主体对森林资源的稳定处置权和收益权；推广“碳汇信托基金”等制度安排，明确要求项目业主从碳汇收益中提取一定比例，用于项目结束后长达数十年的长期管护，以应对持续性风险；同时，构建由财政补贴、巨灾保险与碳市场缓冲机制组成的多元化风险对冲体系，切实提升碳汇项目的抗风险能力与商业可持续性。

转自（林海日报）