计划烧除对森林碳汇的影响分析

2010-04-27高仲亮周汝良王军国杨建明瞿海斌

森林防火 2010年2期

高仲亮，周汝良，王军国，杨建明，瞿海斌

（西南林学院保护生物学学院，云南省森林灾害预警与控制重点试验室，云南昆明 650224）

1 计划烧除概念及意义

计划烧除是在能把火限制在预定区域内，同时又在可以使该火产生资源管理所需的火强度和蔓延速度的特定环境条件下，对自然状态或人工改变的野生地可燃物进行控制性用火[1]。低强度计划烧除，即在不损害优势木的树冠和树干的情况下，烧除树冠下面累积的可燃物，火强度一般为60～250 KW/m，最高强度限度为500 KW/m[2]。适当的、低强度的计划烧除，不仅不会破坏森林的整体结构和功能，而且还对森林的生长、林分质量的提高都是有益的，是森林演变更替的动力，能够促进维持森林群落的自我更新，增加生物多样性。

随着社会经济的发展，生态旅游、经济开发等人为活动的增加，引发火灾的火源条件大大增加。生物组分中的生产者绿色植被以枯枝落叶、果实等形式，源源不断地向地面土壤提供碳源，构成了土壤碳汇的基础。对于稳定的森林生态系统，由于动物、昆虫、微生物以及真菌等消费者、分解者的生物组分结构合理，森林形成的地表凋落物能被稳定的消费、分解，并稳定地向土壤碳库提供碳源。而对于人工林生态系统、次生林生态系统，由于生物组分的结构失调，消费与分解过程失衡，导致地表凋落物过多堆积，使森林发生森林火灾的可能性、发生重特大森林火灾的可能性大大增加。重特大森林火灾将摧毁森林生态系统的碳汇初级生产力，并使若干年形成的植被碳汇、土壤碳库的部分碳储量在短时间内泄漏；一般森林火灾也能产生小规模的泄漏，增加森林的CO2的排放。为减少重特大森林火灾的发生，计划烧除技术被用于生产实践中，利用弱度火烧除林间内的地表细小可燃物，目的在于减少重特大森林火灾发生的概率，这是一种以小规模泄漏换取更大植被碳汇与固碳效能的森林管理模式。

2 计划烧除促进森林发展

（1）计划烧除改善造林和林木生长条件[3]。计划烧除可以减少病虫害，清除杂草、杂木改变造林地内的杂乱条件，防止或减少与林木的竞争，起透光伐的作用，还可以抑制次生物种，维护主要树种的生长起除伐的作用，可以清除林内站杆，倒木和病腐木，变腐殖物为肥料，改善林地卫生条件，增加土壤养分，起到卫生伐的作用，对恢复森林及促进森林更新和生长大有益处。

（2）计划烧除促进种子萌发。计划烧除以一定的强度和高度进行，放出的能量加速种子释放，而一定的火焰高度使成熟后的种子及早下落，减少动物的取食。另外，火烧后形成的灰分，在有效地覆盖种子的同时，为种子的萌发以及今后幼苗的生长提供丰富的营养物质和生长空间，火烧越频繁，萌发数量越多。

（3）计划烧除提高叶子的光合效率。计划烧除一般都在林下开展，由于其有限的火强度对植物的叶子冲击最大，从某种程度上来讲，计划烧除对植物的生长不利。但是，有些树种的叶子烧后叶绿素含量增加，从而增加叶子的光合效率。樟子松火烧后叶子的叶绿素含量增加，特别是当年新萌发的叶子其叶绿素含量增加更显著。受害愈严重，叶绿素增加的量愈多，如濒死木当年新萌发叶子的叶绿素含量比正常木（未受害木）增加高达64.29%；严重受害木上一年的叶绿素含量亦增加30.70%。

（4）计划烧除促进喜光植物的生长[1，3]。火烧后植物生存环境发生了改变，其中最为主要的是火烧迹地上光照加强，土壤温度升高，有利于喜光植物的生长发育。我国东北的红松林较大面积火烧后，迹地上最先侵入和演替起来的是山杨和白桦等喜光阔叶树种。

（5）计划烧除促进森林群落进展演替[3]。火对原生演替作用不大，对森林群落的次生演替有很大的影响。在自然条件下，没有受到外界因素严重干扰的各类植物群落称为原生植被。次生演替可能开始于原生植被受到破坏而进行演替的任何一个阶段，中低强度的林火可能使森林群落产生进展演替（由较低等的森林群落演替为较高等森林群落）。

3 森林碳汇

碳汇是指自然界中碳的寄存体，一般是指从空气中清除CO2的过程、活动、机制[4]。森林碳汇就是指森林具有的吸收和储存CO2的作用。森林碳汇使森林成为自然界中碳的寄存体，森林是陆地生态系统的主体，也是陆地生态系统中生产力最高，碳储存量最大的植被类型，在陆地生态系统内部碳循环以及与其他碳库交换和碳循环过程中发挥着主导作用。森林在生长过程中，通过光合作用吸收空气中CO2，存储于植被和土壤中，形成有机碳，起到固碳作用，森林生长就代表了它所形成的碳沉降量在不断增加。同时森林植被通过呼吸作用向大气中排放CO2，枯枝落叶不断地被分解，一部分直接向大气排放CO2，一部分成为腐殖质继续起到固碳作用，森林火灾可以大量排放树木所固定的碳。

森林成熟后被采伐，采伐和加工剩余物如果被当做薪炭材，则其所固的碳会很快回归大气。但是，薪炭材对于减少CO2排放的贡献主要体现在薪炭材对化石性能源的替代作用从而形成的CO2减排，如果木材被深加工，则继续起到固碳作用，大气CO2减排→森林碳汇→木制品固碳→大气CO2的循环链被延长[4]。森林碳汇效果的发挥使其能够吸收并储存大气中的CO2，从而减少大气中CO2浓度，并起到抑制和减缓温室效应的效果。

4 计划烧除对森林碳汇的影响分析

4.1 CO2释放量与碳汇量的估算

4.1.1 计划烧除CO2释放量估算

计划烧除到底能释放出多少CO2气体，目前还没有那位学者能准确地算出，利用森林火灾释放的碳量进行估算，计算繁琐，误差太大，没有多少意义。李顺龙教授在计算森林碳汇量时引入了林下植物固碳量，而我们的计划烧除正好是烧除林下植物的。因此，提出以林下植物固碳量计算计划烧除CO2释放量。

假设：①林下植物烧除率在80%左右；②释放的碳完全以CO2气体的形式释放；

计划烧除CO2释放量估算的公式：

其中：Cij=Vij×δ×ρ×γ经过变形可得：

式中：Q CO2—计划烧除CO2释放量；Sij—第i类地区第j种森林类型的面积；Cij—第i类地区第j种森林类型的生物量碳密度；Vij—第i类地区第j种森林类型单位面积蓄积量；V—森林蓄积量；S—森林面积；A—计划烧除面积；b—计划烧除率，取0.8；α—林下植物碳转换系数，取0.195；δ—生物量扩大系数，取1.9（政府间气候变化专门委员会IPCC默认值）；ρ—容积系数，取0.5（IPCC默认值）；γ—含碳率，取0.5（IPCC默认值）。

4.1.2 森林碳汇量计算

森林碳汇的计算方法有碳密度法、碳平衡F—CARBON模型法、CO2FIX模型法等，这里只介绍李顺龙教授提出的计算方法——森林蓄积量换算因子法。

森林全部固碳量计算公式：

其中：Cij=Vij×δ×ρ×γ

式中：CF—森林全部固碳量；Sij—第i类地区第j种森林类型的面积；Cij—第i类地区第j种森林类型的生物量碳密度；Vij—第i类地区第j种森林类型单位面积蓄积量；δ—生物量扩大系数，取1.9（IPCC默认值）；α—林下植物碳转换系数，取0.195；β—林地碳转换系数，取1.244；ρ—容积系数，取 0.5（IPCC默认值）；γ—含碳率，取 0.5（IPCC默认值）。

运用李顺龙提出的森林碳汇计算方法，结合我国历次森林资源清查结果对我国森林碳汇变化情况进行测算分析。测算分以下两种情况分别进行，计算结果见表1。

第一种情况：森林碳汇量只计算林木生物量固碳量

林木生物量碳储量=森林蓄积×扩大系数×容积系数×含碳率=V×1.9×0.5×0.5

第二种情况：森林碳汇量包括林木生物量碳储量、林下植物碳储量和林地碳储量。

第六次森林资源清查结果表明，我国现在每年消耗资源3.6亿m3，而林木蓄积生长量每年大约都在4.97亿m3，有的年份要超过5亿m3，每年森林净增长大约1.78亿m3，消耗量只有生长量的70%左右。据此计算中国每年森林碳汇净增量：

森林生物量碳汇净增量=1.78×1.9×0.5×0.5=0.85亿 t碳

森林全部碳汇净增量 =1.78×1.9×0.5×0.5×2.439=2.06亿 t碳

4.2 计划烧除对森林碳汇的影响

假设：①森林在6年内更新恢复到火烧前的状况，且第一年恢复到10%，第二年恢复到40%，第三年恢复到60%，第四年恢复到80%，第五年恢复到95%，第六年恢复到100%，其他条件与上面的假设相同。根据上面提到的林下植物固碳量公式进行计算，结果见表2。

计算结果表明：烧除后，林下植物在第四年完成对计划烧除所释放的CO2的吸收固定，之后将发挥碳汇的功能。

计划烧除不仅在预防森林火灾方面发挥着重要而不可替代的作用，还可以改善森林环境，提高光合效率，促进林木的更新和生长，尤其以低强度的计划烧除最为显著。林木在更新和生长过程中，必定通过光合作用从大气中吸收固定大量的CO2。根据有关的研究表明：树木通过光合作用每生长1 t立木蓄积就要吸收1.6 tCO2，或者说森林每增加1 m3立木蓄积净吸收CO2量为1 t，同时释放730 kg氧气，储存270 kg碳；陆地植被通过光合作用每年从大气中吸收1200亿t碳，其中植被呼吸返回大气约600亿t碳，土地有机质分解返回500亿t碳，干扰返回90亿t碳，陆地植被净碳吸收量10～15亿t碳。

表1 我国森林资源碳储量计算

计划烧除作为一种营林手段，不会破坏生态系统的结构，而加速有机物转化为矿物质的过程，可以尽快地恢复森林群落多物种、多种群、多结构，在最短的时间内恢复森林生态系统的功能，一定程度上可以促进森林对碳的吸收固定，提高森林碳汇的能力，对森林碳汇是有好处的。

5 结语

根据我国森林资源现状，提出加强森林管理和增加森林碳吸收的措施和建议：建议在我国大面积开展计划烧除特别是低强度的计划烧除来减少林下可燃物，降低森林火险，预防森林火灾的发生，同时增加森林碳库容积；采取有效措施提高森林碳汇的能力，减少碳源排放。森林吸收温室气体，稳定和减缓大气CO2浓度，主要从以下几方面体现：一是保护好现有的森林碳储量，防止毁林和森林火灾，使得现有森林所固定的碳不会释放到大气中；二是增加森林碳库容积。通过合理经营管理，提高森林固碳速度和固碳能力，提高森林固碳总量；三是能源替代。木材作为能源，考察其生产和使用全过程，可以认为CO2排放为零；四是原材料替代。钢铁、水泥、铝材、塑料等都属于能耗密集型产品，在生产过程中产生大量CO2。这些材料一定程度上都有可能被木材替代，从而大量减少这些原材料在生产过程中向大气排放CO2等温室气体；五是加强木材综合利用，延长木材固碳时间。