美国林业碳汇发展概况

2010-06-29 16:51:02
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摘要:'撰稿:周彩贤 审稿:周彩贤 校对:邵丹\r\n\r\n 编者按:去年底,我办派人参加国家林业局气候办组织的赴美国森林碳汇培训,通过三周时间的学习,对美国林业碳汇的发展现状有了较为全面的认识。现将培训者学习'

撰稿:周彩贤    审稿:周彩贤     校对:邵丹

      编者按:去年底,我办派人参加国家林业局气候办组织的赴美国森林碳汇培训,通过三周时间的学习,对美国林业碳汇的发展现状有了较为全面的认识。现将培训者学习所得和体会分“美国林业碳汇发展概况、美国林业碳汇发展对北京的启示、对美国林业科研和科技管理的认识”三期印发,供各位领导和关心林业碳汇的人士参考。

                                     一、美国林业碳汇发展概况
      (一)保持并增加森林碳库
      美国现有森林覆盖率为33%,森林面积约3亿公顷;其中57%为私人所有,主要分布在美国东南部,43%为联邦政府、州政府或地方政府所有,主要分布在美国西部和北部。美国森林除提供足够的木材产品外,还在保障优质水源、抵消温室气体排放、减缓气候变化等方面起着重要的作用。据研究,美国森林在1700-1950年的250年间,表现为碳源,因为工业革命期间森林遭到持续大规模的破坏,到1900年,这种破坏达到顶点,当年造成29亿吨的CO2排放。经过20世纪持续的森林恢复,美国森林逐渐由碳源转变为碳汇,目前森林每年吸收的CO2量约为7亿吨,相当于当年化石燃料碳排放量的12%。鉴于历史的教训,美国在关注森林传统功能的同时,提出要尽量减少森林破坏、加快恢复森林植被、发展生物质能源、开发木材替代品、发展混农林业与城市林业等。他们重视森林的科学管理,并将森林碳库管理的理念纳入森林经营之中,在管理活动中注重碳平衡和减少对碳库的干扰,努力控制林火和病虫害的发生,让森林处于较稳定的状态,在不断增强碳汇功能的同时,也采取各种措施保持和增加森林碳库。但是,美国科学家认为,森林生态系统的碳汇潜力也是有限的,对此应做出科学评价,研究表明,如果现在要使美国的森林生态系统多吸收10%的温室气体,需要在森林碳减排和增加碳汇两个方面做出巨大努力,这意味着1/3的美国农田要转变成森林。
      (二)计量与监测森林碳汇
      美国科学家认为,遥感技术主要适用于分析碳汇时空格局变换以及因土地利用变化而产生的碳汇变化等,而难以适应IPCC提出的对森林地上生物量、地下生物量、土壤生物量的计量要求。因此,美国大尺度的碳汇计量主要采用遥感和模型相结合的方法。他们利用多期遥感数据估测植被覆盖状况,分析植被的光合作用,研究地表物候变换情况,估算森林生态系统的初级生产力(GPP)和净初级生产力(NPP)等;利用通量塔观测数据,结合遥感数据,美国科学家也估算了全国森林生态系统的碳储量和碳吸收能力,并从树木的生命周期和生长周期两个尺度研究了森林碳库的碳平衡情况。关于森林采伐后木制品碳储量的计量和估算,目前美国普遍采用如下标准:纸和纸制品以5年作为生命周期,家具以150年为生命周期。此外,美国林务局注重开展碳汇计量服务,开发了基于网络技术的决策支持系统,利用美国森林调查数据和气象数据估算森林碳储量,用户可以选择国家、州和小到几个县的空间区域,选择森林类型和立地条件估算碳储量。
      (三)研究森林生态系统碳循环机理
      美国从1991年建立第一个碳通量塔起,至今已经建立了100多个通量塔。长期积累的观测数据,为美国的碳循环和碳汇机理研究提供了翔实的数据资料。美国科学家对陆地生态系统的碳循环研究表明,地球热带区域由于植被较强的生长能力、寒带区域由于较弱的呼吸分解能力,而成为陆地生态系统的主要碳库;温带区域由于土地多用于农业以及沙漠面积较广等原因,对碳的吸收能力较低。从时间上看,陆地生物圈在上世纪80年代基本上保持碳平衡;到90年代,转变为碳汇;产生这种变化的主要原因是土地利用变化,包括大规模的植树造林(主要在弃耕农田上造林)、防止森林火灾等。此外,在小尺度上也做了大量的研究工作,如北卡州立大学对美国东南部广泛分布的火炬松林研究表明,由于采伐迹地剩余物和土壤的呼吸作用,人工栽培的火炬松林地在最初的4-5年内碳泄漏大于碳吸收,即表现为碳源,随后由于火炬松生长能力的增强而逐步转变为碳汇;2008年,惠好公司与北卡州立大学、北卡大学、杜克大学、美国林务局南方实验站等单位合作,在北卡州、佛罗里达州和密西西比河流域创建3个试验基地,用于研究林、草、农作物间作等不同的能源林栽培模式以及林地土壤肥力、理化性质、地下水位、水质等对能源作物生长及品质的影响,以尽可能避免和减少林业生物质能源生产对生态环境及碳平衡造成的负面影响。
      (四)探索森林-碳-水相互关系
      过去几十年来,美国长期坚持进行系统的水文观测和水文基础研究,美国林务局始终将提供优质水源作为森林经营管理的重要内容和主要目标之一。通过这些研究成果的应用,使得只占国土面积33%的森林为美国人民提供了超过50%的优质水源。在全球气候变化条件下,美国科学家系统研究和分析了森林-碳-氮-水-土壤的相互关系,深入研究了植被恢复、水资源、气候变化的相互作用,并对森林能否增加降雨、削弱洪水、增加干旱地区的径流等传统观点进行深入系统的研究,结果表明:植被恢复与气候变化、水资源状况之间的关系十分复杂。杜克大学与合作单位进行了开放条件下森林-碳-氮-水-土壤相互关系和相互作用的试验(FACE试验),通过长期持续的观察植被CO2供应、生长和土壤氮变化等因子后认为,陆地生态系统的碳汇潜力主要来自于植树造林、停耕、施肥、农田灌溉等方面。
      (五)确定影响森林碳库的因素
      近年来,美国科学家在影响森林碳汇的干扰因素方面进行了大量研究,结果表明,土地利用变化、森林火灾、病虫害、飓风是造成美国森林碳汇动态变化的主要因素。据估测,通过减少毁林和林地退化、再造林、提高现有碳库的储碳能力、发展林业生物质能源以及林产品减排等措施,美国每年能增加固定约16亿吨二氧化碳,未来50年内造林和森林经营管理是减缓温室气体排放的重要手段。据统计,1990-2000年间,火灾平均每年造成森林1亿吨以上的二氧化碳损失,2001-2006年间每年损失森林500万英亩以上;1990-2004年间,飓风每年造成1千万吨以上的二氧化碳损失,特别是1995年之后,这种损失稳定在1400万吨以上;1970-1990年间,经常爆发的大规模的森林病虫害,如锈病、松小蠹、天牛等,平均每年造成了4.5Tg以上的二氧化碳损失,90年代之后,病虫害造成的森林碳汇损失逐渐减少。但是,随着全球气候变暖趋势的持续,预计未来由于恶劣天气、城市化、土地破碎化、林地流转、可燃物的积累、高温、夏季干燥、虫口密度增大、寄主范围转移等原因,美国每年将损失100万英亩以上的林地和草地,森林火灾的发生频率逐渐增加,森林病虫害和飓风频发,森林碳汇的损失可能更大。
       因此,美国东部森林环境威胁评估中心和联邦政府、州政府、大学及非政府组织合作,开展了环境威胁预测、监测和评估。针对已发现的森林威胁,开发应用了林火项目分析系统 、相对风险评估框架与工具等,对林火管理进行影响评价,为联邦和州政府森林管理者制定林火管理计划、经费预算以及建立林业固碳补贴政策等提供依据。
      (六)预测气候变化对森林生态系统的影响
      根据1974年颁布的森林和牧场可再生资源规划法案的要求,美国科学家正在开展美国森林状况分析和发展趋势预测工作,并要对50年后美国森林的变化情况做出预测。分析评价的因素除了传统的森林、牧场、水源、野生动物、休憩等外,还将土地利用情况、树种组成、温度、降雨量、土壤水分蒸发等气候变化因素纳入分析预测范畴。主要分三个步骤进行:一是通过遥感数据,在大尺度范围内选出300万个点;二是在这些点内再选出12.5万个样地,进行森林资源数据调查;三是在这些样地内继续选出7800个样方,对森林健康因子进行更加详细清查和测算。通过这些预测和分析,以及对阿拉斯加黄桧和黑云杉林大量死亡、南方物种分布区向北方扩展趋势、针阔叶树种比例发生变化、国家森林公园等敏感区域植被分布变化、Hugo和Katrina飓风对森林生态系统破坏力等原因及现象的研究,美国科学家认为气候变化将对美国森林生态系统及其碳汇功能产生严重影响。
      (七)重视林业应对气候变化知识普及
      美国科学界不但注重应对气候变化和林业碳汇研究,而且重视对青少年开展这方面的知识普及教育。例如,美国林务局将普及气候变化和林业碳汇知识作为一项重要的工作,在其南方实验站成立了针对青少年教育的全球气候变化项目研究组,并持续组织了多项科普宣传活动;北卡州立大学开设了气候变化课程,向学生们介绍各国科学家在林业应对气候变化和森林碳汇方面的研究成果,让学生们分享陆地生态系统碳循环研究领域的不同观点,了解陆地生态系统的碳汇潜力和限制因素等。