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森林碳循环过程

标签: 气候变化 森林生态系统

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  全球气候变化与森林生态系统一直是国内外全球变化研究的热点领域,内容主要涉及气候变化对森林群落和树种的空间分布影响、组成结构的变化、林木的生理生态响应和生物生产力的变化、森林的碳汇作用和碳平衡等。

  大气CO2浓度升高的直接作用和气候变化的间接作用表现在两个方面。一般认为,CO2浓度上升对植物起着“施肥效应”作用。因为在植物的光合作用过程中,CO2作为植物生长所必须的资源,其浓度的增加有利于植物光合作用的增强,从而促进植物和生态系统的生长和发育。目前,大部分在人工控制环境下的模拟实验结果也表明,CO2浓度上升将使植物生长的速度加快,从而对植物生长和生物量的增加起着促进作用,增益变幅为10-70%,尤其是对C3类植物,其增加的程度可能更大。但是,CO2浓度升高对植物的影响根据其所在的生物群区、光合作用和生长方式的不同而存在着较大的差异。一般认为,CO2浓度升高对森林生长和生物量的增加在短期内能起到促进作用,但是不能保证其长期持续地增加。

  森林生产力是评价森林生长状况和森林生态系统功能的主要指标之一。大气中CO2浓度上升及由此而引起的气候变化将影响森林的生产力。由于生产力与气候(水热因子)间存在着一定的关系,因此人们常用气候模型(如Miami模型等)估算大尺度生产力。对于未来气候变化对生产力的影响也常利用GCM模型对未来气候情景进行预测,再根据预测结果估算生产力,最后与当前气候情形下所模拟的结果相比较。基于全球变化的预测情景,中国森林生产力将有所增加,增加的幅度因地区而异,变化在12%~35%。由于不同的GCM模型对未来气候模拟预测的结果不同,因此对生产力变化的预测也表现出一定的差异。此外,气候变化对森林生产力影响的预测目前仅仅考虑气候与生产力的线性平衡关系,而没有考虑其它自然和人为因素的影响;在预测过程中假定森林植被的分布不随气候的变化而发生改变;预测中所选用的气候因子是其年平均值,而没有考虑其季节变化和森林的适应性变化。所以,预测的结果并不能准确地反映出未来的实际情况。

  关于森林在陆地碳汇中所起的作用,至今没有形成一致的观点。北美的实测和模型研究表明,北半球中高纬度森林植被是一个重要的汇,它在减小碳收支不平衡中起着关键作用。然而,根据加拿大、美国、欧洲、俄罗斯和中国的森林清查数据计算结果表明,北半球森林对碳的净吸收量有限,20世纪90年代初期年吸收量为0.6-0.7Pg,其中80%以上发生在温带地区,且受林火、弃耕和造林的影响,寒带地区的生长则被火和其它干扰抵消了;与大气碳量变化相比较,森林以外可能存在有其它重要的陆地碳汇。

  方精云等利用1949年至1998年间7次森林资源清查资料,结合使用森林生物量实测资料,采用改良的生物量换算因子法,推算了我国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CO2源汇功能。结果表明,70年代中期以前,中国森林碳库和碳密度年均减少约0.024Pg;之后呈增加趋势,在最近的20多年中,森林碳库年平均增加0.022Pg。这种增加主要由人工造林增加所致,自20世纪70年代中期以来,人工造林累计吸收固定0.45 Pg的碳。另外,气温上升和CO2 浓度施肥效应也可能是促进森林生长增加固碳能力的重要原因。

  目前,国际上普遍采用微气象技术测定方法开展森林植被的CO2通量观测或称涡动相关法研究森林的大空间尺度碳平衡规律。国际上已经建立的CO2通量观测网络站点有100多个,分别隶属于欧洲通量网(EUROFLUX)、美洲通量网(AmeriFlux)、加拿大北方森林通量网(BOREALS)、地中海通量网(MedeFlux)、澳洲通量网(Oznet)和亚洲通量观测网(ASIAFLUX)。从全年的CO2通量观测结果分析,无论是北方森林、温带森林还是热带森林均表现为碳汇,但是碳汇强度大小受森林类型、气候环境变化、自然与人为干扰的影响。我国于2001底开始构建了CO2通量观测网,其中大部分是开展森林生态系统CO2通量观测研究。

  全球变化相关的森林研究的未来发展趋势:加强森林土壤碳储量、土壤有机碳组分与周转、土壤呼吸及碳释放动态变化规律研究;土地利用变化对森林碳储量、组分、动态和残留的影响以及不同土地利用方式下碳的源、汇分析评价;开展不同经营措施和管理方法对森林碳储量、碳平衡过程与变化规律的研究。

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