全球变化下森林干扰的碳排放：格局、机制与碳汇功能维系挑战

《Current Forestry Reports》：Carbon Emissions from Forest Disturbances Under Global Change

本综述系统评估了2020-2025年间全球森林干扰对碳动态的影响研究。为解决森林干扰碳排放的格局、量级、持续性及变异性等关键不确定性，研究人员分析了90项研究，发现当前研究高度集中于高强度干扰（如野火、毁林）和北半球地区，而低强度干扰、复合干扰及全生态系统碳(TEC)评估仍显不足。研究揭示了干扰导致的显著碳损失，尤其强调土壤有机碳(SOC)的长期排放风险，为完善全球碳通量估算和适应性森林管理提供了科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，森林生态系统扮演着至关重要的双重角色：它们既是吸收大气二氧化碳的强大碳汇，也是因自然和人为干扰而释放碳的潜在源。然而，随着全球变化的加剧，森林火灾、毁林、森林退化、病虫害等干扰事件的频率、强度和范围正在全球范围内显著增加，严重威胁着森林的碳汇功能。这种威胁引发了一系列科学问题：不同类型的森林干扰究竟排放多少碳？这些碳排放的时空格局如何？森林生态系统在干扰后能否恢复其碳储存能力？当前的研究是否存在认知盲区？为了系统回答这些问题，由Sergio de-Miguel领衔的研究团队在《Current Forestry Reports》上发表了题为“Carbon Emissions from Forest Disturbances Under Global Change”的系统综述。该研究对2020年至2025年初发表的科学文献进行了全面梳理，旨在厘清全球不同时空和生态背景下森林干扰对碳动态的影响，识别研究空白，并为提升碳通量估算准确性和支持适应性森林管理提供证据基础。

研究人员采用系统综述方法，严格遵循PRISMA（系统综述和荟萃分析首选报告项目）指南和PICOS（人群、干预、对照、结局、研究设计）框架，对Scopus和Web of Science两大数据库进行了文献检索。通过系统筛选，从519条初始记录中最终纳入了90项符合标准的研究进行综合分析。数据提取涵盖了森林类型、碳库（如地上碳AGC、土壤有机碳SOC、地下碳BGC、全生态系统碳TEC）、干扰类型、地理位置和研究设计等多个维度。研究采用描述性叙事方法对定量结果进行综合，并定性分析了跨研究模式、干扰特异性趋势和碳通量的时间动态。

研究结果

纳入研究的特征分析

所纳入的研究呈现出明显的地理分布不均衡性。大多数研究集中在北美（美国、加拿大）和中国，而热带非洲、部分亚洲和大洋洲地区等碳储量丰富的“全球南方”森林研究严重不足。就干扰类型而言，森林火灾是研究最充分的干扰类型，其次是毁林。火灾研究主要集中于寒带和温带地区，而热带森林研究则更关注毁林和退化。在碳库评估方面，研究普遍偏重于地上碳(AGC)和土壤有机碳(SOC)，对地下碳(BGC)、枯落物碳以及全生态系统碳(TEC)的关注有限，仅有8项研究测量了TEC。

不同干扰类型的碳排放

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  森林火灾：野火是导致即时和严重碳损失的主要干扰。研究表明，火灾不仅造成显著的AGC损失，在泥炭地和永久冻土区等生态系统中，SOC的损失量甚至可能超过AGC，且排放更为持久。例如，加拿大寒带森林火灾导致土壤碳损失占总排放的90%，而俄罗斯的森林-泥炭火灾中土壤碳损失（平均98 t C ha^-1）比林木生物量损失（58.8 t C ha^-1）高出约50%。寒带火灾排放呈上升趋势，凸显了其在气候变化下的脆弱性。
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  毁林与森林退化：毁林和退化是全球森林碳排放的主要驱动因素，尤其在热带地区。尽管全球热带森林整体上近乎碳中性，但毁林和农业扩张导致湿热带森林成为净碳源。值得注意的是，在巴西亚马逊等地区，森林退化产生的长期碳排放在未来可能超过毁林，成为主导排放源。农业活动、采矿和跨境贸易体现的毁林也是不可忽视的碳排来源。土地用途转变还导致显著的SOC损失。
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  森林经营相关干扰（采伐与育林）：此类干扰的碳影响取决于经营方式和强度。高强度干预如皆伐会导致显著的、长期的碳损失。而适度的干预，如择伐、可变保留度采伐和调整树种组成，有可能在降低干扰风险的同时维持甚至增加碳储量。例如，中国的荟萃分析发现适度的森林间伐能使人工林SOC储量增加7.2%。
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  干旱：干旱对森林碳动态的影响因森林类型和立地条件而异。通常，干旱会降低生态系统的净生产力，但某些情况下可能促进碳向地下分配。长期实验表明，热带森林可能对持续干旱产生一定的结构性适应和稳定。
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  风倒/风暴：飓风等极端风事件主要通过造成冠层破坏和后续分解导致长期的延迟碳排放。模拟研究表明，一次强飓风可导致数千万至数亿吨CO₂e的AGC损失，其碳影响在百年尺度上释放。
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  生物干扰（昆虫与疾病）：昆虫爆发（如舞毒蛾、树皮甲虫）和疾病（如松材线虫病）在气候变化下日益频繁，导致树木死亡和碳损失。其影响因树种易感性和干扰相互作用（如卫生伐）而异。
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  复合干扰效应：多种干扰（如干旱-火灾、采伐-虫害）的交互作用往往产生协同效应，放大碳损失并影响森林恢复力。例如，芬兰寒带森林中，2018年严重夏季干旱与后续疏伐相结合，使生态系统从碳汇暂时转变为碳源，抵消了高达92%的气候驱动碳增益。

知识空白与未来方向

本综述识别出当前研究的几个关键空白点：

1. 1.
   地理分布不均：研究高度集中于“全球北方”，碳储量丰富的“全球南方”地区（如热带非洲）和研究基础设施薄弱的关键生态系统（如红树林、泥炭地）研究不足。
2. 2.
   低强度干扰研究不足：对选择性采伐、计划烧除、森林退化等低强度、累积性干扰的碳影响认识有限。
3. 3.
   碳库评估不全面：对深层SOC、矿物结合碳等地下碳库的关注不足，导致对干扰全碳影响的评估存在不确定性。
4. 4.
   时间尺度短：多数研究关注即时排放，对延迟通量（如分解、再生）和长期干扰-恢复周期的考量不足。
5. 5.
   复合干扰认知有限：尽管复合干扰的放大效应显著，但由于其复杂性和情境依赖性，相关研究仍很欠缺。

结论与意义

本综述系统揭示了全球变化下森林干扰碳排放的现有认知及其不平衡性。当前研究明显偏向于高强度干扰、地上碳库和北半球地区，这可能导致全球碳模型低估了低强度干扰、复合干扰以及“全球南方”关键生态系统的碳排放风险，同时可能高估了森林的恢复潜力。研究强调，土壤有机碳(SOC)的损失，特别是在泥炭地和永久冻土区，可能是长期且巨大的碳源。复合干扰的协同效应进一步增加了碳动态的复杂性和不确定性。为了更准确、全面地评估全球碳收支，未来研究需要加强国际合作以填补地理空白，推动标准化方法以增强研究可比性，并优先关注长期干扰效应、地下碳响应、代表性不足区域以及复合干扰相互作用。这些努力对于完善全球碳通量估算、制定有效的气候减缓策略以及维系森林作为基于自然的气候解决方案功能至关重要，最终为应对全球变化下的森林管理提供更坚实的科学基础。