降低北方温带雨林采伐强度：实现气候效益与经济收益双赢的碳管理策略

本研究针对温带雨林高强度采伐导致的碳汇功能下降问题，通过26年长期定位试验，系统评估了不同采伐强度（皆伐、轻度与重度择伐、未采伐对照）对生态系统碳通量（Net CO2e Flux）的影响。研究发现采伐强度与碳排放呈线性正相关（R2=0.80），轻度择伐（-2.9±2.7 MgCO2e ha?1 yr?1）近乎实现碳平衡，而皆伐为显著碳源（-21±11 MgCO2e ha?1 yr?1）。经济分析表明，当碳价高于65加元/吨时，保留成熟树的收益超过采伐收益。该研究为温带雨林气候智慧型管理提供了实证依据，对实现2050年"净零"目标具有重要意义。

　　

在全球气候变化的严峻挑战下，森林作为重要的碳汇生态系统，其管理策略对实现气候目标具有关键作用。北方温带雨林作为全球碳汇的重要组成部分，却面临着木材采伐经济效益与碳储存功能之间的尖锐矛盾。传统的高强度采伐方式（如皆伐）虽然能带来短期经济利益，但会导致森林碳汇功能急剧下降，甚至转变为碳源。那么，如何在维持经济效益的同时保护森林的碳汇功能？是否存在一种既能满足木材需求又能保持碳储存的平衡方案？

为了回答这些问题，由加拿大不列颠哥伦比亚省林业碳与气候服务部的Caren C. Dymond领衔的研究团队，在加拿大西北部的Date Creek营林系统研究基地（DCSSS）开展了一项长达26年的野外控制试验。研究通过比较不同采伐强度（皆伐、重度择伐、轻度择伐和未采伐对照）对森林生态系统碳动态的影响，系统评估了温带雨林的碳管理策略。该研究成果发表在《Forest Ecology and Management》期刊上，为温带雨林的气候智慧型管理提供了重要科学依据。

研究人员采用了多学科交叉的研究方法，主要包括：基于随机完全区组设计的野外控制试验（16个20公顷样地）；生态系统全碳库监测（包括活立木、枯立木、倒木、森林地表层、矿质土壤及 harvested wood products (HWP)）；碳储量与通量模型计算（采用Carbon Budget Model (CBM)和 harvested wood products (HWP)模型）；以及经济价值评估（结合木材收益与碳定价政策）。研究还运用线性混合效应模型进行统计分析，确保了结果的可靠性。

2.3.1. 树高模型与总体积

通过建立直径与树高（DBH:H）的预测方程，准确估算了立木的生物量。研究人员发现，保留木的DBH:H关系会随时间变化，因此针对不同时期拟合了新的参数。

2.3.2. 活立木与枯立木碳储量

采用树种特异性的异速生长方程，基于树高和胸径估算生物量。研究发现，采伐后活立木碳储量立即显著下降，而枯立木和倒木碳库增加。

2.3.3. 倒地枯木（LDW）

通过样线调查和分解等级特异的木材密度估算碳储量。研究表明，采伐后倒地枯木碳库显著增加，特别是在皆伐样地中。

2.3.4. 森林地表层

通过土壤芯采样和碳氮分析仪测定碳浓度。研究发现森林地表层碳密度在采伐后发生变化，但差异不显著。

2.3.5. 矿质土壤

采用有机质含量估算容重，计算30厘米深度内的碳储量。研究表明矿质土壤碳库相对稳定，受采伐影响较小。

2.3.6. 木制品碳库（HWP）

基于采伐账单数据和BC省木制品模型，估算木制品中的碳储存和排放。研究发现木制品碳储存可以部分抵消采伐造成的碳排放。

2.3.7. 碳储量与通量

通过质量平衡方法计算总碳储量（C_T）和净CO₂e通量。研究发现采伐后碳平衡点（breakeven point）的达到时间因采伐强度而异。

3. 结果

3.1. 碳储量动态

研究发现，采伐前总碳储量为347.4±62.2 Mg ha^?1，其中活立木占64%，矿质土壤占12%，森林地表层占13%，倒木占4%，枯立木占7%。采伐后所有处理碳储量立即显著下降，即使考虑木制品碳储存后也是如此。

3.2. 碳平衡点

到26年时，轻度择伐样地尚未达到绝对碳平衡点，但与采伐前无显著差异。重度择伐和皆伐样地分别存在50和150 Mg C ha^?1的碳赤字。

3.3. 森林碳积累速率

皆伐样地的森林碳积累速率（-0.5±0.8 Mg C ha^?1 yr^?1）低于轻重度择伐样地（1.7±0.9和0.5±1.7 Mg C ha^?1 yr^?1），但差异不显著。未采伐森林仍保持碳汇功能（1.1±0.7 Mg C ha^?1 yr^?1）。

3.4. 净CO₂e通量

研究发现采伐强度与净CO₂e通量呈线性正相关，成熟林和过熟林的碳平衡点分别对应19%和14%的采伐强度。未采伐样地为碳汇（2.2±1.9 Mg CO₂e ha^?1 yr^?1），皆伐样地为碳源（-21.2±11 Mg CO₂e ha^?1 yr^?1），轻重度择伐接近碳平衡。

3.5. 剩余碳（Cr）与经济效益

研究发现剩余碳（可能代表燃烧的采伐残余物）在皆伐样地中最高（93.9±62.8 Mg C ha^?1）。经济分析表明，当不考虑碳价时，皆伐的经济价值最高（42,311加元/公顷）；但当碳价达到当地燃油税水平（65加元/吨）时，保留树木的价值超过采伐收益。

4. 讨论与结论

本研究通过26年的长期实验证明，降低采伐强度可以显著减少温带雨林的碳排放，同时保持经济效益。轻度择伐（30%采伐强度）几乎可以实现碳平衡，而皆伐则导致显著的碳损失。研究还发现，未采伐的成熟林和过熟林仍然保持碳汇功能，这挑战了传统认为老林碳汇能力下降的观点。

经济分析表明，碳定价政策可以改变采伐方式的经济效益。当碳价高于65加元/吨时，部分保留成熟树木的收益超过采伐收益。这为政策制定提供了重要依据，说明通过合理的碳定价机制，可以引导森林管理向更可持续的方向发展。

研究的创新之处在于全面考虑了生态系统各碳库（包括 harvested wood products (HWP)）的动态变化，并提供了长期的实证数据。这些发现对温带雨林的气候智慧型管理具有重要意义，为实现2050年"净零"目标提供了科学依据。

然而，研究也存在一些局限性，如未直接测量采伐残余物、未考虑替代效应（substitution effects）等。未来的研究需要进一步探讨不同森林类型的响应差异，以及更全面的经济评估。

总之，这项研究为温带雨林的可持续管理提供了重要科学依据，表明通过降低采伐强度和合理的碳定价政策，可以实现气候效益与经济收益的双赢。这不仅是森林管理的重要进步，也是应对气候变化的重要策略。