中国森林碳汇的气候风险与造林策略：基于生长模型与物种分布模型的整合评估

本研究针对中国森林碳汇未来动态的不确定性，整合森林生长模型与最大熵(MaxEnt)模型，量化气候变化对森林碳汇的风险及造林策略的增效潜力。研究发现，到2070年代中国现有森林碳汇速率将下降12-17%，而新增造林可贡献37-66%的碳汇增量，为制定针对性森林政策提供了空间明确的科学依据。

　　

全球气候变化背景下，森林作为陆地生态系统最大的碳汇，吸收着近三分之一的人为CO₂排放。中国自1970年代起实施的大规模造林工程虽显著提升了碳汇能力，但未来碳汇动态仍面临森林年龄结构变化、气候条件改变和CO₂浓度升高的三重不确定性。更关键的是，造林能在多大程度上抵消气候风险尚未量化。这一科学空白直接关系到中国"2060碳中和"目标的实现路径设计。

清华大学联合福建师范大学的研究团队在《Carbon Balance and Management》发表的研究，首次将森林生长模型与物种分布模型(SDMs)耦合，通过"自然情景"和"造林情景"的双重模拟，揭示了气候变化下中国森林碳汇的脆弱性与造林策略的增效机制。研究采用1公里分辨率的多源森林覆盖与年龄数据，结合15种森林类型的生物量-年龄生长模型，整合13个CMIP6气候模型的SSP245/SSP585情景数据，并利用最大熵(MaxEnt)算法预测了32个亚类森林的未来适宜生境分布。

关键方法

1. 整合GLC_FCS30等三套30米分辨率森林覆盖数据，构建中国164.55 Mha乔木林基线分布
2. 采用Michaelis-Menten等三种生长模型拟合15类森林的生物量-年龄关系，引入MAT/MAP气候因子和CMIP6的1pctCO₂实验数据量化CO₂施肥效应
3. 基于MaxEnt模型预测2070年代森林适宜生境变化，采用MTSS阈值判定物种替代风险
4. 根据国家造林目标线性外推，模拟新增117.9-129.3 Mha造林地的碳汇潜力

研究结果

基线碳储量特征
2020年中国森林地上生物量(AGB)达11.59±4.06 PgC，空间异质性显著：北亚热带湿润区落叶阔叶林(DBF)生物量最高(150.45 Mg/ha)，而温带半湿润区常绿针叶林(ENF)仅85.99 Mg/ha。混交林(MF)虽仅占7.2%面积，但其生物量积累速率最快(R²=0.74)。

自然情景下的碳汇动态
到2070年代，SSP245情景下总AGB将增长8.11 PgC，但碳汇速率从146.03 TgC/yr降至137.80 TgC/yr。SSP585情景则呈现更严峻态势：

• 生境丧失：9.45%森林面临消失风险，特别是北亚热带湿润区DBF损失达37%
• 物种替代：30.12%森林发生类型转变，如大兴安岭DBF向ENF的转化导致AGB异常下降
• 驱动因素分析显示，干旱区森林对最干月降水(Pdm)敏感性达42.93%，而湿润区森林同时受MAT(12.23%)和等温性(9.52%)影响

造林情景的增效作用
新增造林地主要分布在北亚热带湿润区(占45%)，以ENF为主：

• 碳汇贡献：2070年代新增造林可提供6.35-8.11 PgC碳汇，相当于现有森林同期碳汇的65.6%
• 年龄优势：新造林平均年龄仅70.24年，碳汇速率(186.61 TgC/yr)显著高于成熟林
• 风险缓冲：将SSP585情景下的碳汇损失从30.12%降至9.28%

结论与意义
该研究首次量化了中国森林碳汇的双重气候风险——生境收缩与结构简化，揭示即使考虑CO₂施肥效应，2070年代碳汇速率仍将下降12-17%。研究创新性地提出"生态位最优造林"策略，证明定向造林可维持碳汇增长，但需警惕中温带半湿润区等气候敏感带的ENF生长可能被高估。成果为中国《2030年前碳达峰行动方案》中"森林覆盖率25%"的目标提供了实施路径：优先在降水稳定的北亚热带布局速生ENF，而在干旱区避免盲目造林。该空间显式评估框架也为全球类似地区的气候-森林协同管理提供了范式。