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森林与全球气候变化的关系

2022-02-21 来源:汇智旅游网
西北林学院学报2010,25(4):23~28 Journal of Northwest Forestry University 森林与全球气候变化的关系 李剑泉 ,李智勇 1 易浩若。 (1.中国林业科学研究院科技信息研究所;2.资源信息研究所,北京100091) 摘要:从打破森林生态系统平衡、影响森林土壤碳氮循环、增加森林火灾发生机率、提高森林病虫 为害程度、影响林业区划布局安排和改变世界林业发展进程等方面探讨了气候变化对森林造成的 重大影响,并从森林是陆地上最大的储碳库、最经济有效的吸碳器、最持久稳定的固碳池、功能多且 固碳优势明显和森林固碳显著缓解气候变化等方面分析了森林在缓解气候变化中的重要作用,同 时强调了中国森林资源持续增长对世界的巨大贡献。 关键词:气候变化;森林作用;交互关系 中图分类号:S716.3 文献标志码:A 文章编号:1001—7461(2010)04—0023—06 Interaction Relation between Forest and Global Climate Change LI Jian—quan .LI Zhi—yongH.YI Hao-ruo (1.Research Institute of Forestry Policy and Information,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091; 2.Research Institute of Forest Resource Information Techniques,CAF,Beijing 100091,China) Abstract:Sighificant impacts of climate changes on forests were discussed from the aspects of breaking for— est ecosystem equilibrium,increasing forest conflagration frequency,influencing forest soil carbon and ni— trogen cycles,deteriorating forest pests damage confusing forestry layout arrangement,and altering the international forestry development progress.The important roles of forests in alleviating the hegative im— pacts caused by climate changes were explained in the view of the biggest carbon storage,the most eco— nomicaI and effectuaI absorber of carbon dioxide,the most persistent fixation pool of carbon dioxide,and the most multifunctional carbon fixation.Gteat contributions of the durative increase of forest resources in China were expounded. Key words:climate change;forest function;interaction relation 世界气候正在经历全球变暖的显著变化,已对 地球生态系统和社会经济发展产生明显的深远影 放;二是间接减排,即通过以森林为主体的生物吸收 二氧化碳(CO ),将温室气体固定下来,减少大气中 温室气体含量。直接减排十分重要,必须坚持;而问 接减排成本低、易施行、综合效益大,是目前应对气 候变化最经济、最有效的途径[2]。森林能够实现土 壤和大气中的碳水循环,可与气候产生交互影响[3 ; 响,并成为国际社会广泛关注的重大环境问题。全 球变暖既有自然因素,也有人为因素。联合国政府 间气候变化专门委员会(IPCC)评估认为[1],人类活 动引起的大气温室气体浓度增加是导致全球温暖化 的主要因素:一方面大规模使用化石燃料,排放了大 量温室气体;另一方面大规模破坏森林资源和土地 过度开垦,全面损害了地球森林的固碳能力。对此, 国际社会正在采取两项战略措施:一是直接减排,即 恢复和保护森林作为减排的重要措施受到国际社会 的高度重视,并被写人了《京都议定书》。因此,探讨 森林与全球气候变化的关系,了解全球气候变化对 森林造成的重大影响、分析森林在减缓气候变化中 的重要作用、阐明中国森林缓解气候变化的全球贡 通过技术改造,提高能源利用效率,减少温室气体排 收稿日期:2009—05—30修回日期:2009—12—22 基金项目:林业公益性行业科研专项“中国森林对气候变化的影响与林业适应对策研究”(200804001)。 作者简介:李剑泉,男,博士,副教授,研究生导师,主要从事生态学、林产品贸易与林业政策领域的科研工作,E—mail:jqli2002@163.corn *通讯作者:李智勇,男,博士,研究员,博士生导师,主要从事林业经济与政策、林产品贸易领域的科研LT作,E—mail:zyli@eaf.ac.en 24 西北林学院学报 25卷 献,对于指导人类应对全球变暖具有十分重要的 意义。 1 全球气候变化对森林的影响 面临气候变化威胁,森林极易受到破坏L4]。气 候变化对森林的影响具有动态性、严重性、多方面性 和不确定性L5]。 1.1打破森林生态系统平衡 1.1.1 延长森林物候期 随着全球气候变化,各种 植物的发芽、展叶、开花、叶变色、落叶等生物学特 性,以及初霜、终霜、结冰、消融、初雪、终雪等水文现 象也发生改变。气候变暖使中高纬度北部地区20 世纪后半段以来的春季提前到来,而秋季则延迟到 来,植物的生长期延长了近2个星期;欧洲、北美以 及日本过去3O~5O a植物春季和夏季的展叶、开花 平均提前了1~3 d【引。1981—1999年欧亚大陆北 部和北美洲北部的植被活力显著增长,生长期延 长[7]。1980年以来,中国东北、华北及长江下游地 区春季平均温度上升,物候期提前;渭河平原及河南 西部春季平均温度和物候期变化不明显;西南地区 东部、长江中游地区及华南地区春季平均温度下降, 物候期推迟[8]。 1.1.2 改变森林生产力 气候变化后植物生长期 延长,加上大气CO。浓度升高形成的“施肥效应”, 使得森林生态系统的生产力增加。卫星植被数据分 析表明,气候变暖使得l982—1999年间全球森林净 初级生产力(NPP)增长了约6 L9]。气温升高使寒 带或亚高山森林生态系统NPP增加,但同时也提高 了分解速率,从而降低了森林净生态系统生产力 (NEP)L1。。。不过也有研究显示,气候变化导致一些 地区森林NPP呈下降趋势,这可能主要由于温度升 高加速了夜间呼吸作用,或降雨量减少所致[u]。温 度升高导致夏季干旱、因干旱引发火灾等极端事件 的发生,也会使森林生态系统NPP下降、NEP降 低、净生物群区生产力(NBP)出现负增长n引。未来 气候变化通过改变森林的地理位置分布、提高生长 速率,尤其是大气CO。浓度升高所带来的正面效 益,从而增加全球范围内的森林生产力[1 。在热 带、亚热带地区,森林生产力将增加1 ~2 ,暖温 带将增加2 左右,温带将增加5 ~6 ,寒温带将 增加1O [1 。尽管森林NPP可能会增加,但由于 气候变化后病虫害的爆发和范围的扩大、森林火灾 的频繁发生,森林固定生物量却不一定增加L1引。 1.1.3影响森林的分布过去数十年里,许多植物 的分布都有向极地扩张的现象,而这很可能就是气 温升高的结果口引。一些极地和苔原冻土带的植物 都受到气候变化的影响,而且正在逐渐被树木和低 矮灌木所取代L1 。北半球一些山地生态系统的森 林线明显向更高海拔区域迁移[1引。 受气候变化影响,中国森林的分布也发生了较 大变化。黑龙江省1961—2003年间气候变化对生 态地理区域界限及当地森林主要树种分布的影响研 究表明,在气温升高的背景下,分布在大兴安岭的兴 安落叶松(Larix gmelinii)、和小兴安岭及东部山地 的云杉(Picea jezoensis)、冷杉(Abies nephrolepis) 和红杉(Larix potaninii)等树种的可能分布范围和 最适分布范围均发生了北移口 。 未来气候有可能向暖湿变化,造成从南向北分 布的各种类型森林带向北推进,水平分布范围扩展, 山地森林垂直带谱向上移动。但是气候变暖与森林 分布范围的扩大并不同步,后者具有长达几十年的 滞后期 。。。气候变化后的条件还有可能更适合于 区域物种的人侵,从而导致森林生态系统的结构发 生变化。在欧洲西北部、南美墨西哥等地区的森林, 都发现有喜温植物入侵而原有物种逐步退化的现 象[ 。 1.1.4增强森林固碳力 过去几十年大气CO。浓 度和气温升高导致森林生长期延长,加上氮沉降和 营林措施的改变等因素,使森林年均固碳能力呈稳 定增长趋势,森林固碳能力明显增强[2¨。气候变化 对全球陆地生态系统碳库的影响,会进一步对大气 CO。浓度水平产生压力。在CO。浓度升高条件下, 土壤有机碳库在短期内是增加的,整个土壤碳库储 量会趋于饱和_2引。 不过,森林碳储量净变化,是年问降雨量、温度、 扰动格局等变量因素综合 F扰的结果。由于极端天 气事件和其他扰动事件的不断增加,土壤有机碳库 及其稳定性存在较大的不确定性。在气候变化条件 下,气候变率也会随之增加,从而增大区域碳吸收的 年问变率。 1.1.5改变森林的质量 气候变化对森林的影响 过程中,低碳经济成为全球发展模式,将引起木基生 物质能源的普遍重视和工业人工林的大发展;同时, 在多功能林业、近自然林业和可持续发展理论指导 下,以森林可持续经营为主要目标和专业化集约化 为经营手段的现代林业,必将提高人工林的质量和 天然林的品质,从而引起森林质量的较大改变。 1.2影响森林土壤碳氮循环 气候变化影响着森林土壤碳氮循环过程,其中 温度和降雨等是直接影响土壤碳氮循环过程(特别 第4期 李剑泉等森林与全球气候变化的关系 25 是土壤碳库和氮库及碳、氮微量气体排放)的直接或 间接的关键因子。具体来说,气候变化对森林土壤 碳氮循环过程的影响主要表现在其对森林土壤碳库 和氮库、土壤呼吸以及土壤甲烷和氧化亚氮排放的 影响方面L2 。 13增加森林火灾发生机率 气候变化引起了动植物种群变化和植被组成或 树种分布区域的变化,从而影响林火发生频率和火 烧强度,林火动态的变化又会促进动植物种群改变。 温度升高和降水模式改变会增加干旱区的火险,火 烧频度加大;气候变化影响人类的活动区域,并影响 到火源的分布;气候变化还会增加一些极端天气事 件与灾害的发生频率和量级,极端干旱事件常常引 起森林火灾大爆发。未来气候变化特点是气温升 高、极端天气/气候事件增加和气候变率增大。天气 变暖会引起雷击和雷击火的发生次数增加,防火期 将延长。 L4提高森林病虫为害程度 研究显示,气候变暖使森林植被和森林病虫害 分布区系扩大,森林病虫害发生期提前,世代数增 加,发生周期缩短,发生范围和危害程度加大;年平 均温度,尤其是冬季温度的上升促进了森林病虫害 的大发生[2 。 随着气候变暖,连续多年的暖冬,以及异常气温 频繁出现,森林生态系统和生物相的均衡局面常发 生变动,中国森林病虫害种类增多,种群变动频繁发 生周期相应缩短,发生危害面积一直居高不下[2 。 气温对病虫害的影响主要在高纬度地区;同时,气候 变化也加重了病虫害的发生程度,一些次要病虫相 继成灾,促进了海拔较高地区的森林,尤其是人工林 病虫害的大发生。气候变化引起的极端气温天气逐 渐增加,严重影响苗木生长和保存率,林木抗病力下 降,高海拔人工林表现得尤为明显,增加了森林病虫 害突发成灾的频率。全球气候变化对森林病虫害发 生的可能影响主要有:使病虫害发育速度增加,繁殖 代数增加;改变病虫害的分布和危害范围,使害虫越 冬代北移,越冬基地增加,迁飞范围增加,对分布范 围广的种影响较小;使外来人侵的病虫害更容易建 立种群;对昆虫的行为发生变化;改变寄主一害虫一 天敌之间的相互关系;导致森林植被分布格局改变, 使一些气候带边缘的树种生长力和抗性减弱,导致 病虫害发生。 1.5影响林业区划布局安排 林业区划是促进林业发展和合理布局的一项重 要基础性工作。林业生产的主体——森林受外界自 然条件的制约,特别是气候、地貌、水文、土壤等自然 条件对森林生长具有决定性意义。由于不同地区具 有不同的自然环境条件,导致森林分布具有明显的 地域差异性。林业区划的任务是根据林业分布的地 域差异,划分林业的适宜区。其中自然条件的异同 是划分林业区界的基本依据。有研究认为,大气 CO 浓度增倍后寒带森林的南界有可能会向北移 动256~900 km,而北界只移动80~70 km,所以寒 带森林要大大减少;根据冰期古气候和古植被相关 研究认为,大气温度每升高1℃,树木分布区域北界 会向北推移100 km,而树木分布南界会相应退 缩 。 中国全国林业区划以气候带、大地貌单元和森 林植被类型或大树种为主要标志;省级林业区划以 地貌、水热条件和大林种为主要标志;县级林业区划 以代表性林种和树种为主要标志。 未来气候变化可能导致中国森林植被带北移, 尤其是落叶针叶林的面积减少很大,甚至可能移出 中国境内;温带落叶阔叶林面积扩大,较南的森林类 型取代较北的类型;华北地区和东北辽河流域未来 可能草原化;西部的沙漠和草原可能略有退缩,被草 原和灌丛取代;高寒草甸的分布可能略有缩小,将被 热带稀树草原和常绿针叶林取代L2 。中国目前极 端干旱区、干旱区的总面积,占国土面积的38.3 , 且干旱和半干旱趋势十分严峻。温度上升4℃时, 中国干旱区范围扩大,而湿润区范围缩小,中国北方 趋于干旱化。随着温室气体浓度的增加,各气候类 型区的面积基本上均呈增加的趋势,其中以极端干 旱区和亚湿润干旱区增加的幅度最大,半干旱区次 之,持续变干必将影响沙漠化的扩展 引。 1.6改变世界林业发展进程 全球范围内对气候变化问题的日益重视及国际 问相继展开的谈判和协定促进了森林碳汇市场的形 成和发展 。《京都议定书》的国际排污权交易 (ET)、联合履约(JI)和清洁发展机制(CDM)等3种 灵活机制是国际温室气体排放交易市场的法律基础 和理论框架,通过影响国际森林问题谈判、世界气候 变化政策进程、减少森林砍伐和退化造成的温室气 体排放(REDD)机制和世界林业理论发展来改变全 球林业生态工程实践和世界林业发展进程。 气候增暖和干暖化,将对中国六大林业工程的 建设产生重要影响,主要表现在植被恢复中的植被 种类选择和技术措施、森林灾害控制、重要野生动植 物和典型生态系统的保护措施等。根据用PRECIS 对中国未来气候情景的推测,气候变暖使中国现在 26 西北林学院学报 的气候带在2020、2050年和21世纪末,分别向北移 年。新疆的胡杨林有“活着一千年不死,死了一千年 动100、200 km和350 km左右,这将对中国野生 动、植物生境和生态系统带来很大影响。未来中国 气温升高,特别是部分地区干暖化,将使现在退耕还 林工程区内的宜林荒地和退耕地逐步转化为非宜林 地和非宜林退耕地,部分荒山造林和退耕还林形成 的森林植被有可能退化,形成功能低下的“小老树” 林。“三北”和“长江”中下游地区等重点防护林建设 工程的许多地区,属干旱半干旱气候区,水土流失严 重,土层浅薄,土壤水分缺乏,历来是中国造林最困 难的地区。未来气候增暖及干暖化趋势,将使这些 地区的立地环境变得更为恶劣,造林更为困难。一 些现在的宜林地可能需代之以灌草植被建设,特别 是在森林一草原过渡区[1]。 2 森林在减缓气候变化中的作用 森林在气候变化中的作用备受关注[2 ,森林对 于降低大气中温室气体浓度、调节气候、维护生态平 衡起着十分重要的作用。森林是最大的“储碳库”和 最经济的“吸碳器”。研究表明,林木每生长1 m。, 平均吸收1.83 t CO2、放出1.62 t氧气[2 ;因此,造 林就是固碳,绿化等于减排。植树造林不仅能够减 少大气中CO 等温室气体的浓度,而且减排成本 低,综合效益好。 2.1 陆地上最大的储碳库 森林是陆地生态系统的主体。据IPCC估算, 全球陆地生态系统中约储存了2.48万亿吨碳,其中 1.15万亿吨碳储存在森林生态系统中[3。。。全球平 均每公顷森林碳储量161.1 t[3¨,是农地的2~5 倍;全球森林植被的碳储量约占全球植被的77 , 森林土壤的碳储量约占全球土壤的39%,森林生态 系统碳储量占陆地生态系统的57 [3引。 2.2最经济有效的吸碳器 森林通过光合作用吸收CO。,并将其以生物量 的形式固定下来,这个过程被称为碳汇。全球森林 对碳的吸收和储量占全球每年大气和地表碳流动量 的9O 。国内专家研究指出,在中国种植公顷森 林,每储存1吨CO。的成本约为122元人民币,而 非碳汇措施减排每吨碳成本高达数百美元瞳],二者 形成鲜明反差。 23最持久稳定的固碳池 只要不腐烂、燃烧,森林的固碳功能就会长期、 稳定地持续下去。木材及木制品也是十分重要的碳 库,固碳的时间可达几十年、上百年。北京故宫等许 多古建筑所用的木材固碳的时间长达几百年、上千 不倒,倒了一千年不朽”的特点,固碳的时间更长。 2A功能多固碳优势明显 森林固碳有两大明显优势。一是成本低、易施 行。据测算,如果中国将煤的使用比重降低1个百 分点,尽管CO:排放量可以减少0.74 ,但同时会 造成GDP下降0.64 ,居民福利降低0.60 ,就业 岗位减少470多万个【2]。二是森林还具有生态功 能、经济功能和社会功能,对涵养水源、防风固沙、保 护物种、调节温湿度、改善小气候、维护生态平衡具 有不可替代的作用,同时还能为人类提供众多的林 产品和林副产品,增加社会就业,促进经济发展。 2.5能显著缓解气候变化 森林固碳已经成为缓解气候变化的根本措施之 一,恢复和保护森林作为减排的重要措施受到了国 际社会的高度重视,并被写入了《京都议定书》。 IPCC在2007年发布的第4次全球气候变化评估报 告中指出:与林业相关的措施,可在很大程度上以较 低成本减少温室气体排放并增加碳汇,从而缓解气 候变化。目前,许多发达国家已在实行森林间接减 排。围绕后京都议定书的国际谈判,许多国家和国 际组织都在积极推动森林问接减排政策的制定。 3 中国缓解全球气候变化的贡献 中国政府高度重视应对气候变化工作,在“十一 五”规划中提出了控制温室气体排放目标,成立了国 家应对气候变化和节能减排工作领导小组,并在发 展中国家率先编制了《应对气候变化国家方案》。特 别是长期以来,党和国家领导人带领全国人民义务 植树492亿株[3 ;2008年我国共植树26亿株,近 10 a来国家投资700多亿美元,采取天然林保护与 退耕还林防止毁林和森林退化,森林资源保持了持 续快速增长,为应对全球气候变化做出了重大贡 献m]。 3.1 中国人工林面积居世界首位受到全球高度评价 目前,中国森林面积达到1.95亿hm ,森林覆 盖率达到2O.36 ,活立木总蓄积达到147.46亿 m。。其中,人工林面积达6 200万hm ,居世界首 位l3 。1990—2005年,世界森林资源总体呈减少趋 势,而中国的森林资源由1.34亿hm 增加到1.75 亿hm 。据FAO最新发布的全球森林资源状况报 告指出,2000—2005年,在全球森林资源继续减少 了约12 950万hm 的情况下,亚洲反而新增了大约 103.6万hm 的森林资源,这主要归功于中国森林 的增长。 第4期 李剑泉等森林与全球气候变化的关系 27 3.2 中国森林吸收大量二氧化碳储碳功能持续增长 据中国公布的《应对气候变化国家方案》,2004 年中国森林净吸收了约5亿t CO。当量。专家普遍 认为这一数字比较保守。据北京大学的研究结果: 中国单位面积森林吸收固定CO。的能力显著增加, 已由20世纪8O年代初的每公顷吸收固定CO 136.42 t增加到21世纪初的I50.47 t;1981—2000 年间,以森林为主体的中国陆地植被碳汇抵消了中 国同期工业CO:排放量的14.6 ~16.1 ]。 3.3 中国重视和推进森林固碳产生了良好国际影响 根据《联合国气候变化框架公约》及《京都议定 书》的规定,工业化国家在2008—2012年的第一承 诺期内,必须将其温室气体的年排放总量在1990年 的基础上降低5.2 ]。作为发展中国家,中国目 前不承担减排义务,但中国政府以高度负责的精神, 全面加强林业建设,不断增强森林间接减排的功能, 在国际上产生了良好影响。今后,中国还要积极扩 大森林面积,增加森林固碳总量;大力提高森林质 量,增强单位面积森林固碳功能;加快更新造林,扩 大森林碳库容量;大力发展生物质能源,促进节能减 排;加大对森林火灾、病虫害和非法征占用林地行为 的防控力度,减少森林碳排放;适当增加木材使用, 延长木材使用寿命,增强林产品贮碳功能。 森林与气候之间有着十分密切的关系,林业成 为减缓气候变化的重要手段和适应气候变化的重要 领域E 35],增强碳吸收汇、保护碳贮存和碳替代方面 的林业活动在减缓和适应气候变化中具有十分重要 与不可替代的地位及作用l3 。一方面,森林能吸收 固定大量CO ,从土壤向大气传输大量水份、占总传 送量的约70 [3],森林比大部分其他地表覆盖暗、 可吸收更多辐射;森林成为区域气候的关键调节因 素,如果未来森林覆盖率发生显著变化,将会明显影 响全球气候的改变。另一方面,除了人类干扰,森林 对水、温度和其他关键环境因子非常敏感,全球变暖 导致的水文和温度变化严重影响森林健康和生物多 样性,干旱明显引起热带森林退化并释放大量COz, 从而进一步加剧气候变化口 。森林与气候之间的 关系非常复杂,全球气候变化还会影响森林为人类 提供产品和服务的功能,从而对社会经济系统产生 显著影响[3 。同时,气候关系到人类的生活、生存 和发展,世界应对全球变暖的行动使森林资源成为 国际政治博弈的重要内容。因此,进一步研究森林 与全球气候变化的关系,充分挖掘森林在应对气候 变化中的潜在作用,尽力减小气候变化对森林可持 续经营的负面影响,对于推动和促进人类社会的可 持续发展至关重要且任重而道远。 参考文献 [1]气候变化国家评估报告编写.气候变化国家评估报告[M].北 京:科学f}={版社,2007. 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