在過去的36年里，中國(guó)實(shí)施了大量造林和種植方案。那么，什么樣的造林方案能將植被的固碳能力發(fā)揮得更好？近期《英國(guó)皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B》在線發(fā)表的一項(xiàng)研究為你揭曉答案。
隨著溫室氣體效應(yīng)引起的全球變暖和氣候變遷，研究全球碳循環(huán)調(diào)控機(jī)制，并遏制溫室氣體濃度的持續(xù)升高，是生態(tài)、氣候研究領(lǐng)域的一項(xiàng)核心任務(wù)。
森林生態(tài)系統(tǒng)能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)累積大量碳，是全球碳循環(huán)非常重要的組成部分，森林碳占陸地碳庫比例可達(dá)45%之多。因此，植樹造林成了寄托人類降低溫室氣體濃度、減緩氣候變暖趨勢(shì)的希望。
在過去的幾十年時(shí)間里，我國(guó)一系列重大生態(tài)工程，如天然林保護(hù)工程、退耕還林還草工程、防護(hù)林工程等，已經(jīng)證明了人類有效干預(yù)能夠提高陸地生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力。
在區(qū)域范圍內(nèi)，中國(guó)東南部的亞熱帶森林是一個(gè)主要的潛在碳匯，在過去的36年里，中國(guó)實(shí)施了大量造林和種植方案。然而，什么樣的造林方案能將植被的固碳能力發(fā)揮得更好，又或者說，當(dāng)下的造林方式在固碳能力方面是否存在弊端，卻沒能得到很好的解答。
近期，《英國(guó)皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B》（Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences）在線發(fā)表的一項(xiàng)研究找到了答案。
樹種多樣性與碳儲(chǔ)存的關(guān)系
在19世紀(jì)，達(dá)爾文曾經(jīng)表述過這樣一個(gè)觀點(diǎn)，如果人們?cè)谝粔K土地上僅播種一個(gè)草種，同時(shí)在另一塊相像的土地上播種若干不同屬的草種，那么在后一塊土地上能夠生長(zhǎng)更多的植物收獲更大重量的干草。他的意思是說，有更高植物物種豐富度的群落會(huì)有更高的初級(jí)生產(chǎn)力。
在此后兩個(gè)世紀(jì)中，無數(shù)科學(xué)家針對(duì)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能之間的關(guān)系進(jìn)行了觀察、實(shí)驗(yàn)、研究，直到現(xiàn)在，它仍是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重大的科學(xué)問題。而固碳能力就是生態(tài)系統(tǒng)重要的服務(wù)功能之一。
過去，不同物種多樣性程度的森林之間的固碳差異以及背后的機(jī)制尚不清楚。因此，厘清物種多樣性對(duì)森林固碳能力的影響及其機(jī)制，對(duì)于森林管理和保護(hù)具有非常重要的意義。
于是，從2008年起，中科院植物研究所馬克平團(tuán)隊(duì)和德國(guó)、瑞士的生態(tài)學(xué)家組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)試圖去厘清一個(gè)未被精確計(jì)算的問題，森林中存在的樹種數(shù)量到底如何影響其碳儲(chǔ)存的能力？
中國(guó)是世界上亞熱帶常綠闊葉林最典型且分布面積最大的國(guó)家，四川、江西、浙江等都是典型的分布區(qū)。由于該地區(qū)人口密集，森林破壞比較嚴(yán)重，原始林或老齡林已經(jīng)很難找到。
這一次，為了找到答案，研究人員在浙江省開化縣古田山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)不同演替階段（林齡）的森林中，建立了27個(gè)固定樣地，每個(gè)樣地面積為（30×30）米，每個(gè)森林群落的樹種為3種到20種不等，林分年齡22～116年，共進(jìn)行了連續(xù)6年的全方位綜合監(jiān)測(cè)。
每增一樹種，總碳儲(chǔ)量加6.4％
與以往研究不同的是，這一次，生態(tài)學(xué)家在一個(gè)森林群落中的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目更為全面，共有6個(gè)碳儲(chǔ)量和4個(gè)碳通量項(xiàng)目組成。分別是通過地上木本植物碳、地上草本植物碳、地表枯落物碳、枯死木碳、根系碳和土壤碳監(jiān)測(cè)碳儲(chǔ)量；通過地上生物量碳增量、枯落物碳動(dòng)態(tài)、枯死木碳動(dòng)態(tài)和土壤呼吸監(jiān)測(cè)碳通量。
中科院植物研究所副研究員、論文第一作者劉曉娟告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，過去樹木物種豐富度對(duì)森林碳循環(huán)重要性的研究主要集中在地上林木部分，很少涉及地表枯落物、枯死木和根系部分，有關(guān)土壤碳的監(jiān)測(cè)也只是少數(shù)。因此，這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)獲取尤為珍貴。
監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，所有樣地的平均碳儲(chǔ)量為每公頃149噸，其中，地上碳為每公頃56噸，地表碳為每公頃11.5噸，地下碳（土壤和根系）為每公頃80.5噸。而在這些固存的碳中，樹種豐富度帶來的碳庫存變化的影響力為28.5％，樹木年齡的影響力為29.4％。
劉曉娟表示，物種多樣性和林齡對(duì)碳循環(huán)的影響是相互疊加的。已有的研究已經(jīng)證明了，隨著時(shí)間的推移，樹木會(huì)儲(chǔ)存更多的碳。所以，老齡林的碳儲(chǔ)量比幼齡林和中齡林更高這一結(jié)果是研究人員意料之中的。
這項(xiàng)研究更重要的數(shù)據(jù)結(jié)果由研究人員計(jì)算得到，即在研究區(qū)域每增加一個(gè)樹種，森林群落的總碳儲(chǔ)量就會(huì)增加6.4％。
為什么森林群落樹種多樣性可以改善碳儲(chǔ)存？要想回答這個(gè)問題，還必須回到物種多樣性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的作用機(jī)制的經(jīng)典討論。
生物學(xué)上有一種機(jī)制叫作“生態(tài)位互補(bǔ)假說”。它指的是，同一群落中，物種間存在著生態(tài)位的差異，因而物種數(shù)多的群落中生物所占據(jù)的“功能空間”范圍更廣。因此，有更高物種豐富度的系統(tǒng)能更有效地利用各種資源，有更高的生產(chǎn)力；而且系統(tǒng)中物種之間的生態(tài)位差異愈大，物種豐富度對(duì)系統(tǒng)功能的作用愈強(qiáng)。
對(duì)應(yīng)于這項(xiàng)研究，相關(guān)研究人員在接受英國(guó)氣候變化分析網(wǎng)站CarbonBrief的采訪時(shí)解釋，可能是不同的樹種在樹冠中占據(jù)不同的高度和空間，這意味著不同的樹冠能夠更好地捕捉進(jìn)來的陽光，通過光合作用儲(chǔ)存碳。馬克平補(bǔ)充，地下根系也會(huì)因?yàn)榉植荚诓煌瑢哟味浞值乩觅Y源。
此外，CarbonBrief在報(bào)道中還提到了一種解釋，“多樣化的森林吸引更多的動(dòng)物，其中有許多是作為傳粉者幫助植物繁殖，而較高的授粉率能使森林更快地生長(zhǎng)，從而更快地吸收二氧化碳”。馬克平表示，這是涉及物種多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能的研究中，目前比較受關(guān)注的物種相互作用和共存機(jī)制。
由單一純林變?yōu)榛旖涣?/span>
過去，中國(guó)的人工林種植的一大特點(diǎn)是單一物種種植。以南方為例，種植面積較大的優(yōu)勢(shì)樹種有杉木和馬尾松等。
研究假設(shè)中國(guó)單一樹種種植的人造林的碳儲(chǔ)量每年為30.3×106噸，初步估計(jì)價(jià)值為4億美元，按該研究推算，如果將這些人造林（0.89×106公頃）用10種樹種的混合林來代替，那么增加的碳庫存將額外產(chǎn)生3億美元的收益。
因此，這項(xiàng)研究將給人造林工程的決策和管理提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)和改進(jìn)思路。
“人工林的經(jīng)營(yíng)可以有不同的策略，一種方案不可能適合所有的情況?！瘪R克平在采訪中談到，“有些地方從木材生產(chǎn)角度考慮想快速見效，也不能說營(yíng)造速生林不對(duì)。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，我們建議，植樹造林工作能夠多采用更多物種的混交林，而非快速生長(zhǎng)的單一純林，這樣的效果會(huì)更持久、穩(wěn)定，因?yàn)榛旖涣衷诘钟∠x害方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。”
劉曉娟也表示，“與速生的純林相比，混交林在前期需要花費(fèi)的采種育苗時(shí)間更長(zhǎng)，生長(zhǎng)更慢，死亡率也相對(duì)較高。但造林工程是項(xiàng)長(zhǎng)期工程，十年以后，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，混交林的碳庫存會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前者，收益更大，而且天然林的自然景觀遠(yuǎn)遠(yuǎn)好過人工純林”。
她還提到，除了種植混交林，在保護(hù)自然林的過程中，管理者需要意識(shí)到，即便在林齡較小的森林中，也應(yīng)當(dāng)盡可能保留樹種多樣性高的部分，不要隨意砍伐。
事實(shí)上，即便不考慮固碳的因素，物種多樣性對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響也非常關(guān)鍵。已有的研究已經(jīng)證明，速生林中病蟲害的增加、抵御自然災(zāi)害能力下降、地力衰退等問題，都與多樣性不足有著密切關(guān)系。因此，保護(hù)生物多樣性，其實(shí)是在保護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)整體功能的發(fā)揮。
早在十年前，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和德國(guó)科學(xué)研究會(huì)就共同資助了由中國(guó)、德國(guó)、瑞士三國(guó)科學(xué)家聯(lián)合開展的多學(xué)科重大國(guó)際合作項(xiàng)目——中國(guó)亞熱帶森林生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能實(shí)驗(yàn)研究（BEF-China），該項(xiàng)目在江西德興市新崗山鎮(zhèn)建立了大型森林控制實(shí)驗(yàn)樣地，在全球范圍內(nèi)是包含樹種最多、涉及多樣性水平最高的。
馬克平希望，這些研究可以針對(duì)關(guān)鍵科學(xué)問題整合數(shù)據(jù)資源，發(fā)展生物多樣性理論，同時(shí)，在森林生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際決策、管理和保護(hù)中傳達(dá)和強(qiáng)調(diào)多樣性的價(jià)值。
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