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森林是陆地生态系统最大的有机碳库,在平衡全球碳收支中发挥着重要作用。森林既可以作为碳汇可以吸收固定CO2,也可以作为碳源排放CO2,进而影响着大气CO2浓度和气候变化。森林通过合理的经营管理,能够维持其稳定的碳库,发挥其持续的碳汇功能吸收和存储大气中的CO2,对应对全球气候变化具有非常重要的意义。 中国森林面积占世界森林面积的4.95%,居世界第5位,人工林保存面积居世界首位,在世界森林中具有重要地位。而中国东北林区是中国最大的林区,面积占全国森林面积的三分之一,也是中国重要的用材林基地,对中国林业应对气候变化行动至关重要。鉴于东北林区的重要地位,本文应用CBM-CFS3模型模拟估算了东北林区森林生态系统的碳储量,研究分析了森林经营管理策略对东北林区森林生态系统碳汇潜力的影响和东北林区植树造林的固碳潜力,提出了东北林区森林主要增汇管理策略。主要研究结论如下: (1)东北林区森林生态系统碳储量 东北林区森林生态系统总的碳储量为12.56PgC,其中生物量碳储量3.80PgC,DOM碳储量8.76 PgC(包括土壤碳库5.04 PgC)。落叶松、红松、樟子松、杨树和白桦五种东北林区优势树种的总碳储量为4.56 PgC,占东北林区森林生态系统总碳储量的三分之一。 (2)森林管理策略对东北林区碳汇潜力的影响 合理选择轮伐期对东北林区森林生态系统增汇效果显著,在林分达到成熟林后,采取短轮伐期经营管理策略最有利于发挥森林生态系统的碳汇功能。采伐剩余物的处理方式对森林碳汇潜力影响也很大,把剩余物保留在林地内碳汇最大,其次是把采伐剩余物移出林地,采取焚烧方式处理采伐剩余物碳汇碳汇最小。采伐剩余物保留在林地内,在240a模拟时间尺度内,轮伐期分别为40a、50a、60a、70a、80a和未轮伐情景,落叶松林年均碳汇分别为2.69 tC hm-2、2.13 tC hm-2、2.23 tC hm-2、1.86 tC hm-2、1.90 tC hm-2、0.24 tC hm-2。采伐剩余物保留在林地内,105a模拟时间尺度内,轮伐期分别为20a、25a、30a、35a和未轮伐情景,杨树林年均碳汇强度分别为1.24 tC·hm-2、1.23 tC hm-2、1.15 tC hm-2、1.07 tC hm-2、0.38 tC hm-2。疏伐管理不能直接增加森林碳汇,疏伐情景碳汇均低于未疏伐情景。60a模拟时间尺度,未疏伐落叶松林总碳汇为35.17 tC hm-2,疏伐情景落叶松林碳汇最大值为弱度疏伐情景(林龄10a疏伐10%情景),总碳汇大小为30.17 tChm-2;30a模拟时间尺度,未疏伐白桦林总碳汇为19.80 tC hm-2,疏伐管理碳汇最大情景为15a、20a分别疏伐20%,总碳汇为17.17 tC·hm-2。轻度的病虫害干扰并未降低森林的碳汇功能,而死亡面积超过20%的重度森林病虫害则会使森林由碳汇转变成碳源。病虫害危害森林致死面积达到95%时,落叶松林和杨树林的碳源强度分别为5.4 tC hm-2a-1和3.8 tC hm-2a-1。因此,加强森林病虫害防控,对维持森林碳汇潜力非常重要。 (3)东北林区造林固碳潜力 东北林区在1999-2008年第六次和第七次全国森林资源清查期间累计造林4.55×106 hm2,截至2014年共累积吸收固定了6.4×107 tC,相当于燃烧9.0×107吨标准煤的二氧化碳排放;到2050年,这些森林可以累积固碳1.91×108 tC,每年约固定3.82×106tC,相当于约5.39×106吨标准煤的二氧化碳排放量。 (4)增汇管理措施 首先,加强森林抚育管理,根据林分生长状况实施合理疏伐,改善林分结构,避免森林因发生严重病虫害而转变成为碳源。 其次,实施短轮伐期森林管理策略。短轮伐期策略不仅森林碳汇最大,也有利于发挥林木产品碳替代作用。对具体林分来说,落叶松人工林采用40a的轮伐期,杨树人工林采用20a的轮伐期最有利于发挥其固碳功能。