Nature Communications | 北美森林生物量固碳潜力接近饱和

以下文章来源于生态学家 ，作者JinTao.Li

 导读

北美森林是一个重要的碳汇。来自加州大学圣克鲁兹分校的朱锴及其同事利用北美森林清查数据和生物量增长模型发现，随着森林演替，气候调节了北美森林的恢复过程，但未来北美森林生物量的增长潜力非常有限，当前的生物量碳已达到其固碳潜力（2080s，RCP8.5）的78%，固碳能力接近于饱和，如果考虑干扰等因素，未来60年内北美森林固碳潜力可能所剩无几。

原文信息：

题目：Limits to growth of forest biomass carbon sink under climate change

期刊：Nature Communications

作者：一作&通讯：朱锴【 University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）】

时间：2018-7-13

研究背景

北美森林被广泛认为是一个重要的碳汇，在不断地吸收大量CO2。通常认为，北美森林持续增长的碳汇由两个过程决定：由土地利用变化（如植树造林、弃耕、减少砍伐等）主导的森林恢复过程（recovery from land-use change），和由环境变化（CO2施肥效应、氮沉降和气候变化等）调节的树木增长轨迹（growth trajectory modified by environmental change）。未来，这两个过程有可能会对北美森林碳汇产生不同的影响。如果森林恢复是其碳汇的主要机制，那么随着林龄的增长和演替的进行，预计目前的碳汇会达到饱和；而相反，如果环境变化调节的增长机制占主导地位，那么未来碳汇可能会继续增加。然而以往的研究很少同时考虑这两种机制。随着北美和世界各地土地利用和气候的快速变化，我们需要迫切了解森林生物量作为碳汇的潜在贡献机制，并对其进行预测，从而为CO2减排和森林管理提供决策支持。

研究方法

对此，为了解北美森林生物量作为碳汇的命运，研究人员利用美国和加拿大1990–2016年森林清查中140267个样方数据，结合开发的分层贝叶斯（hierarchical Bayesian）增长模型和莫诺（Monod ）增长函数，对未来（2020s、2050s、2080s）不同气候情景下（RCP4.5、RCP8.5）北美森林生物量潜力进行了预测，并量化了当前生物量接近未来生物量潜力的程度。

研究结果与讨论

气候改变了森林恢复

不同林龄（0–1000年）的地上生物量差异巨大，达30倍之多（Figure 1）。在23种森林类型中，西部森林的生物量明显大于东部森林（例如，红杉 vs. 火炬/短叶松）。地上生物量随着林龄的增加而增加，在幼龄期迅速积累但在后期逐渐饱和。研究使用的模型能很好地预测了生物量，和实测值有很好的空间相关性（r=0.888，p<0.001；Figure 2）。生物量密度最高的地区是太平洋西北森林（>300 Mg·ha-1），其次东北森林（150-250 Mg·ha-1）和东南森林（100-200 Mg·ha-1），而西南森林的生物量最低（<50 Mg·ha-1）。森林恢复轨迹由两个关键参数控制：渐近式饱和的地上生物量（asymptotic saturated aboveground biomass），以及达到半饱和状态时的林龄（stand age to reach half-saturation），而这两者都取决于气候。在森林类型中，较高的温度通常会增加饱和地上生物量，但会降低半饱和时的林龄；而降水增加将会提高饱和生物量和半饱和林龄。总之，局地气候条件能有效改变生物量的恢复轨迹。

Figure 1丨不同类型森林林龄和地上生物量的关系

Figure 2丨当前（2000–2016年）地上生物量的地理分布（左：调查数据；右：模拟数据）

有限的森林增长潜力

研究人员在理想的条件下（即假设未来森林类型不会有重大转变，也没有火灾和虫害的干扰），对未来（2020s、2050s、2080s）不同气候情景下（RCP4.5、RCP8.5）的地上生物量进行了预测。模型预测，地上生物量将会从当前值（实测：89.9±65.6 Mg·ha–1；模型：91.2±55.5 Mg·ha–1）上升到2080s的143±88.1 Mg·ha–1 (RCP4.5) 或148±99 Mg·ha–1（Figure3），其中生物量累积主要发生在东部和西北森林（Figure 4）。此外，研究人员计算了当前（2000-2016年）与未来模拟生物量的比率，从而揭示了在理想情况下（无干扰）当前生物量接近未来生物量的程度。在RCP8.5气候情景下，当前生物量与2080s的比率为0.780±0.438（图4），即当前森林生物量为20世纪80年代RCP8.5情景下生物量的78％。而如果考虑到干扰因素，未来60年内北美森林生物量的固碳潜力可能所剩无几。

Figure 3丨当前和未来地上生物量的变化

Figure 4丨左：未来（2080s，RCP8.5）地上生物量的地理分布；右：当前和未来地上生物量的比值

研究不足

不可否认的是，该研究仍有其局限之处。第一，它没有考虑气候（温度和降水）以外的环境因素，比如没有考虑到CO2和氮沉降的施肥效应。其次，该研究忽略了未来土地利用/覆盖变化的影响。第三，由于缺乏数据，该研究无法对地下碳库（根和土壤碳库）进行评估和预测。

研究结论

研究发现随着森林演替，气候对北美森林的恢复具有一定作用，但未来生物量增长潜力非常有限，当前北美森林生物量碳已达到其固碳潜力（2080s，RCP8.5）的78%，固碳能力接近于饱和，如果考虑干扰等因素，未来60年内北美森林固碳潜力可能所剩无几。

转自：“生态科研笔记”微信公众号

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