中国森林生态系统碳汇现状与潜力

      巩固和提升森林碳汇，是实现中国 “碳中和” 目标的重要路径之一。研究总结梳理了近 10 年来有关中国森林碳储量及其变化的研究文献，一方面在于探明中国森林碳汇现状和潜力以及对实现 “碳中和” 的贡献，同时分析当前森林碳汇计量与模拟预测研究的差距与不足，更好地支撑国家碳中和实施路径与行动方案。通过整合分析，1999—2018 年间中国森林生态系统碳储量年均增长量约(208.0±44.5) TgC/a或(762.0±163.2) TgCO2-eq/a，其中生物质、死有机质和土壤有机碳库的年均增长量分别约为(168.8±42.4) TgC/a、(12.5±8.1) TgC/a和(26.7±10.9) TgC/a。此外，木质林产品和森林之外的其它林木碳储量分别增长(49.0±15.1) TgC/a和(12.0±11.1) TgC/a。预计中国乔木林生物质碳储量年变化量将从 1999—2018 年间的(145.9±38.3) TgC/a增长至 2030—2039 年间的(171.9±60.5) TgC/a，到 2050—2059 年间逐渐下降至(146.9±57.7) TgC/a。2050—2059 年间中国森林生态系统碳储量年变化量有可能达到(247.0±71.2) TgC/a或(905.2±260.8) TgCO2-eq/a。但由于不同研究对森林的定义有较大的差别，再加上数据来源、方法和参数、假设条件等存在差异，中国森林碳储量及其变化的评估预测结果存在较大的不确定性。未来需要在统一土地利用分类的基础上，明确森林面积及其边界的空间变化，综合考虑土地利用变化、气候变化以及人为活动管理等的影响，全面评估森林生态系统各碳库和预测碳汇动态，有效支撑实现中国 “碳中和” 宏伟目标。

作为减缓气候变化的重要举措之一，保护和增强森林碳汇、减少毁林和森林退化造成的碳排放等相关内容被纳入多项应对气候变化国际公约。

1. 1992 年《联合国气候变化框架公约 (UNFCCC)》第四条第 1 款明确提出要促进维护和增强森林碳汇；

2. 1997 年《京都议定书》第二条第 1 款将可持续森林经营、造林再造林作为提升温室气体汇库核心手段，要求核算造林、毁林产生的碳收支；

3. 2016 年《巴黎协定》第五条要求各国保护森林碳汇，出台激励政策遏制毁林退化；

4. 2021 年格拉斯哥气候大会 141 国签署《森林和土地利用领导人宣言》，承诺 2030 年停止毁林、修复退化土地。

全球应对气候变化的核心目标是实现净零排放，即人为温室气体排放与人为碳清除达到平衡。森林碳汇核算核心难点是区分人为、自然过程碳源汇，IPCC 将土地划分为 “有管理土地” 与 “无管理土地”，仅人为干预下林地产生的碳汇 / 碳排纳入温室气体清单核算。

我国 2020 年提出 “2030 碳达峰、2060 碳中和” 战略，将扩大森林面积、提升森林蓄积、增强生态碳汇作为核心减排路径，要求完善森林碳汇监测核算体系。本文系统梳理近十年国内森林碳汇相关文献，厘清我国森林碳汇现状、碳中和贡献，识别当前计量模拟短板，为国家碳中和政策制定提供科学支撑。

1 森林碳汇的内涵

1.1 碳汇基础定义

UNFCCC 定义：碳汇是从大气清除温室气体的过程、活动与机制，碳源为向大气释放温室气体；核算常用CO2当量统一计量。IPCC 以正值代表碳排放（碳源）、负值代表碳清除（碳汇）。

森林碳汇机理：林木光合作用吸收大气CO2合成有机质，固存于生物、土壤等碳库，降低大气温室气体浓度。森林生态系统完整碳库包含：地上生物量、地下生物量、死木、凋落物、土壤有机碳；采伐后的木质林产品 (HWP) 可长期储碳，属于独立延伸碳库。

1.2 森林碳储量核算公式

1. 总碳储量变化公式

式中:ΔＣＦＬ为森林碳储量变化，ｉ 为按照气候区、森林类型等划分的层或亚类型，ΔＣＡＢ、ΔＣＢＢ、ΔＣＤＷ、ΔＣＬＩ、ΔＣＳＯ和 ΔＣＨＷＰ分别代表地上生物量、地下生物量、死木、凋落物、土壤有机碳和收获的木产品碳库的碳储量变化。

2. 储量变化法（林地面积无变动）

ΔＣ=（Ct2-Ct1）/(t2-t1) 

3. 损益法（模型模拟碳收支）

ΔＣ ＝ Ｃgain － Ｃloss

4. 含土地利用变化的综合核算（造林 / 毁林场景）

D：碳密度；A：土地利用变化面积。

1.3 森林生态系统碳循环逻辑

长期尺度森林碳汇等价于净生物群系生产力 (NBP)：总初级生产力 (GPP) 扣除林木自养呼吸、土壤异养呼吸，再减去采伐、火灾、虫害、动物啃食等人为与自然干扰碳排放。 

碳循环链条：大气CO₂→光合作用生成 GPP→净初级生产力 NPP（林木生长）→形成生物量；生物量凋落、死亡形成死有机质；有机质分解进入土壤有机碳；采伐林木转化为木质林产品；呼吸、燃烧、分解释放CO₂返回大气。

2 全球森林碳汇现状

2020 年全球森林总面积4060 Mhm²，总碳储量662 GtC，其中生物量碳 44%、死有机质 10%、土壤有机碳 45%。全球森林整体为碳汇，但热带毁林、人为高强度干扰区域会转为碳源，不同研究结论存在分歧：

1. 清查 + 模型整合研究：1990—2007 全球森林年均碳汇−4.05 PgC/a，热带毁林年均排放2.94 PgC/a，净碳汇−1.11 PgC/a；

2. 卫星 + 地面观测融合：2001—2019 年毁林排放8.1 GtCO2-eq/a，森林碳汇−15.6 GtCO2-eq/a，净碳汇−7.6 GtCO2-eq/a；

3. FAO 全球森林评估：1991—2020 年全球森林为净碳源，年均排放0.4 GtCO2-eq/a；毁林碳排放下降，但森林碳汇同步减弱。

3 中国森林碳汇现状

3.1 森林评估范围界定差异

我国《森林法》规定森林包含乔木林、竹林、国家特别规定灌木林；不同调查、遥感产品森林划分标准不一致，直接造成森林面积数据偏差，是碳汇核算不确定性核心来源：

1. 第九次森林资源清查（2014—2018）：乔木林179.89 Mhm²、竹林6.41 Mhm²、特灌林34.15 Mhm²；

2. 第三次国土调查（2019）：乔木林197.35 Mhm²、竹林7.02 Mhm²，无单独特灌林统计；

3. 遥感产品分歧：中科院遥感数据森林郁闭度 > 0.3；全球覆盖数据集标准为郁闭度≥0.1、树高≥5m。

现有全国碳汇研究多仅覆盖乔木林，竹林、特灌林碳储量研究偏少，叠加评估时段、方法差异，结果不确定性显著。

3.2 森林生物质碳库

1. 碳储量与碳密度 2014—2018 全国森林生物质总碳储量8.13PgC，地上生物量6.39PgC、地下1.73PgC；乔木林、竹林、特灌林碳密度分别为42.14MgC/hm²、32.76MgC/hm²、6.17MgC/hm²。 不同地面调查研究碳密度区间42.14∼55.91MgC/hm²，差异来源于样地覆盖范围、生物量转换模型。

2. 生物质碳年增量特征 1999—2018 全国森林生物质年均固碳(168.8±42.4)TgC/a，占森林生态系统总碳汇 81.1%；

• 林地扩张贡献 40.2% 碳储量增长，人工林面积扩张是核心驱动；

• 天然林碳增量 60.4% 来源于林分自身生长，是碳汇主要载体；

• 竹林、灌木林、四旁树 / 散生木（森林外林木 TOF）存在稳定固碳，但不同文献测算结果差异极大。

3.3 死有机质碳库（DOM）

包含死木、凋落物，占森林总碳储量约 10%，国内相关研究偏少、不确定性高。1999—2018 年均碳增量(12.5±8.1) TgC/a，整体随森林面积、生物量同步稳步提升。

3.4 土壤有机碳库（SOC）

土壤碳是森林第二大碳库，0–100cm 土层全国森林平均碳密度106.16∼144.89 MgC/hm²；表层土壤（0–20cm）易受土地利用、气候扰动，深层土壤碳稳定性强。 1999—2018 土壤有机碳年均增量(26.7±10.9) TgC/a，新增林地是土壤碳提升主要来源；不同研究因土层深度、采样范围不同，测算结果差距明显。

3.5 木质林产品碳库（HWP）

木材采伐后形成长周期储碳载体，2010 年后我国 HWP 碳储量快速上涨，进口木材储碳贡献占国产 46%；1999—2018 年均固碳(49.0±15.1) TgC/a，折合(179.7±55.5) TgCO2-eq/a。延长木制品使用寿命、提高长寿命用材比例、回收循环利用可显著提升该碳库固碳能力。

3.6 1999—2018 中国森林生态系统总碳汇综合结果

1. 森林生态系统（生物量 + 死有机质 + 土壤）年均碳增量：(208.0±44.5) TgC/a，折合(762.0±163.2) TgCO2-eq/a；

2. 分项占比：生物量 81.1%、土壤有机碳 12.8%、死有机质 6.0%；

3. 延伸碳库年均增量：木质林产品(49.0±15.1) TgC/a，森林外林木(12.0±11.1) TgC/a。

4 中国森林碳汇潜力预测

森林固碳潜力由两大核心因子决定：森林总面积扩张、单位面积碳密度提升，公式M=A×D（碳储量 = 面积 × 碳密度）。

4.1 未来森林面积潜力

国家规划目标稳步提升森林覆盖率，全国宜林荒地、迹地合计52.4 Mhm²，但西北干旱半干旱区造林成活率、生长速率偏低，新增造林难度分化：

1. 低难度适宜造林土地：5.9 Mhm²；

2. 中等适宜、中等难度造林地：29.9 Mhm²；

3. 高难度干旱立地：52.4 Mhm²。

多模型预测 2050 年全国森林总面积区间242.25∼293.56 Mhm²，相较基准年需新增林地21.80∼73.11 Mhm²，面积预测不确定性较高。

4.2 乔木林生物质碳未来变化趋势

1. 时间分阶段变化规律

• 1999—2018 基准期乔木林年均固碳：(145.9±38.3) TgC/a；

• 2030—2039 年达到峰值：(171.9±60.5) TgC/a；

• 2050—2059 年回落至：(146.9±57.7) TgC/a。 下降核心原因：未来成熟林、过熟林占比持续提升，林分自然生长速率逐步放缓。

2. 人为管理与气候影响 全国尺度气候变化对森林固碳总量影响微弱；人为精细化经营增汇效果显著：RCP4.5 气候情景下，目标导向森林经营可将 2050s 乔木林年固碳量由 189.3TgC/a 提升至 253.1TgC/a，增汇贡献 25.2%。混交林改造、优选高固碳树种、优化采伐周期均能提升林分碳密度。

4.3 土壤碳库未来潜力

现有预测显示 2050—2059 年森林土壤年均固碳区间21.1∼167.0 TgC/a，均值(64.8±36.6) TgC/a，显著高于 1999—2018 年现状。新造林前期易出现土壤碳流失，长期经营后土壤碳储量逐步恢复并提升。

4.4 2050s 全国森林生态系统整体碳汇潜力

假设竹林、特灌林、死有机质碳库固碳速率维持 1999—2018 年水平，2050—2059 年我国森林生态系统年均碳储量增量可达(247.0±71.2) TgC/a，折合清除大气二氧化碳(905.2±260.8) TgCO2-eq/a，但整体预测结果不确定性突出。

5 结论与研究展望

5.1 核心结论

1. 现状碳汇：1999—2018 年我国森林生态系统年均固碳(208.0±44.5) TgC/a，生物量碳库是绝对主体；木质林产品、四旁树等延伸碳库形成重要补充固碳渠道。

2. 未来潜力：乔木林碳汇 2030 年前后达峰值后缓慢下降；科学森林经营可大幅抵消林龄老化带来的固碳衰减；2050 年前后森林整体碳汇能力较现状进一步提升，是碳中和关键生态支撑。

3. 现存短板：森林定义、数据源、核算模型、参数不统一，造成碳汇评估、预测结果高不确定性。

5.2 现存关键科学问题

1. 森林分类与空间数据不统一清查、国土调查、遥感产品森林划分标准差异巨大，时间序列数据口径不一致，严重影响碳汇动态对比；多数研究忽略造林、征占等土地利用变化对土壤碳的扰动。

2. 碳汇核算方法存在缺陷大量研究仅采用简单储量变化法，未区分林地扩张与林分生长两类碳汇贡献；生物量转换模型、空间插值方法差异会带来 5% 以上评估误差。

3. 未来预测假设脱离林业实际现有模型普遍假定林龄随时间同步线性增长，忽略火灾、病虫害、人工采伐、自然更新干扰；对竹林、灌木林、死有机质碳库长期动态预测缺失。

4. 人为经营增汇量化不足混交改造、树种优选、抚育间伐等增汇技术仅停留在样地尺度，区域、全国尺度增汇潜力缺少定量评估；我国 60% 以上森林为幼中龄林，蓄积仅为全球均值 72%，固碳潜力未充分释放。

5.3 未来研究方向

1. 统一全国土地利用分类标准，建立时序连续、口径一致的森林空间数据库，明确新增造林空间布局；

2. 构建整合土地利用变化、气候、人为经营的多碳库耦合预测模型，同步覆盖生物量、土壤、死有机质、木质林产品；

3. 量化不同森林经营措施的全国尺度增汇潜力，建立差异化碳汇提升技术体系；

4. 完善森林碳汇长期监测网络，优化生物量、土壤碳密度实测参数，降低评估不确定性；

5. 统筹森林面积扩容、林分质量提升、木制品循环储碳三条路径，形成适配我国碳中和目标的森林增汇综合方案。

参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ):

来源：本文转在朱建华，田宇，李奇，刘华妍，郭学媛，田惠玲，刘常富，肖文发.中国森林生态系统碳汇现状与潜力.生态学报，２０２３，４３(９):３４４２￣３４５７，转在的目的在于传递更多的知识，如有侵权行为，请联系我们，我们会立即删除。