郭文月
(南京林業(yè)大學(xué),南京 210037)
溫室氣體增加引起的全球氣候變暖不僅會(huì)對(duì)動(dòng)植物物候產(chǎn)生不利影響,還會(huì)導(dǎo)致部分物種滅絕,極端氣候事件和自然災(zāi)害頻發(fā)[1-3]。伴隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國已成為世界上最大的CO2排放國,不僅使我國的生態(tài)環(huán)境惡化,也削弱了國際話語權(quán)。然而,森林以陸地27.6%的面積儲(chǔ)存了全球植被總碳儲(chǔ)量的77%[4],是僅次于海洋生態(tài)系統(tǒng)的第二大碳庫,國際社會(huì)一致認(rèn)為森林碳匯是目前最經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、有效的減排途徑[5]。
與此同時(shí),生物多樣性在維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、增加景觀欣賞性能、提高林產(chǎn)品供給能力等方面具有重要調(diào)節(jié)作用,其功能日益為國際社會(huì)所重視,自2001年起,聯(lián)合國將每年的5月22日定為國際生物多樣性日,旨在號(hào)召人類保護(hù)生物多樣性,在可持續(xù)前提下合理利用生物多樣性,為生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展謀福利。十九大報(bào)告明確指出我國要構(gòu)建生態(tài)廊道和生物多樣性保護(hù)網(wǎng)絡(luò)[6],持續(xù)加強(qiáng)多邊和雙邊合作。
近年來,生物多樣性、森林生產(chǎn)力和碳匯日益成為研究熱點(diǎn)。如圖1所示,論文分析了生物多樣性和森林生產(chǎn)力之間的“單峰”模式關(guān)系,生物多樣性通過生態(tài)位互補(bǔ)效應(yīng)和選擇效應(yīng)的共同作用提高了森林生產(chǎn)力;森林生產(chǎn)力的提高有助于增加碳匯;而碳匯的增加能有效緩解氣候變化,維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定,對(duì)生物多樣性產(chǎn)生正向反饋?zhàn)饔谩?/p>
圖1 生物多樣性-森林生產(chǎn)力-碳匯的正向相關(guān)性
生物多樣性主要由遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性構(gòu)成,近年來人們發(fā)現(xiàn)功能群多樣性也是生物多樣性的重要度量指標(biāo)之一,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能影響顯著[7],比樹種豐富度更能預(yù)測(cè)碳儲(chǔ)存和生產(chǎn)力[8]。
1.1.1 生態(tài)位互補(bǔ)效應(yīng)
生態(tài)位互補(bǔ)效應(yīng)是指在同一地區(qū),物種越豐富,相互之間為了爭(zhēng)奪食物、生存空間及其它資源的競(jìng)爭(zhēng)就越激烈,導(dǎo)致每一物種占有的實(shí)際生態(tài)位下降,而物種間會(huì)通過棲息地分化、領(lǐng)域地分化、生理分化或體型分化,使得生態(tài)上很接近的物種向著占不同空間、吃不同食物、不同的活動(dòng)時(shí)間進(jìn)化,以降低競(jìng)爭(zhēng)激烈度,達(dá)到平衡共存。物種在群落中的共存以生態(tài)位劃分為前提,當(dāng)生態(tài)位重疊并且共用資源供不應(yīng)求時(shí),種間會(huì)發(fā)生顯著的生態(tài)位分化,驅(qū)動(dòng)群落重新構(gòu)建,形成新的群落結(jié)構(gòu)來維持生物多樣性[9-10]。
物種多樣性的增加會(huì)使群落中物種功能特性(如根系深度、冠層高度、生長(zhǎng)速度、競(jìng)爭(zhēng)能力及對(duì)不良環(huán)境的耐受力等)的多樣性增加,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有限的資源在不同的時(shí)間、空間,以不同的方式進(jìn)行利用,使資源利用率最大化,從而提高系統(tǒng)功能水平[11]。該理論認(rèn)為,生態(tài)位互補(bǔ)效應(yīng)在生物多樣性—生產(chǎn)力關(guān)系中起主導(dǎo)作用,混合生物群落的生產(chǎn)力高于最高產(chǎn)的單一優(yōu)勢(shì)物種生產(chǎn)力。
1.1.2 選擇效應(yīng)
選擇效應(yīng)主要來自于具備特殊功能的優(yōu)勢(shì)生物物種。物種間的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)導(dǎo)致具有特定性狀的物種的優(yōu)勢(shì)(數(shù)量相對(duì)豐富)[12]。因?yàn)閺囊粋€(gè)物種的種群中隨機(jī)組合而來的高多樣性的植物混合群落,有更大的幾率包含并被那些在單獨(dú)生長(zhǎng)時(shí)達(dá)到最高生產(chǎn)力的物種所控制。該理論認(rèn)為,單一的高產(chǎn)優(yōu)勢(shì)物種對(duì)生產(chǎn)力起主導(dǎo)作用,其生產(chǎn)力高于物種較多的群落生產(chǎn)力。在不同地區(qū),選擇效應(yīng)的正負(fù)向影響不同,主要取決于不同地區(qū)的生物群落是否具有低于或高于平均水平的生物多樣性[13]。
目前普遍認(rèn)為生物多樣性和森林生產(chǎn)力之間呈“單峰”模式關(guān)系[14],森林生產(chǎn)力和生物多樣性之間的“單峰”模式關(guān)系以生態(tài)位互補(bǔ)效應(yīng)和選擇效應(yīng)為基礎(chǔ),共同作用于生物多樣性-森林生產(chǎn)力[7]。在一定范圍內(nèi),生物多樣性對(duì)森林生產(chǎn)力有積極影響[8],生物多樣性越高,越能促進(jìn)有限資源的充分利用,生態(tài)系統(tǒng)包含最高產(chǎn)物種的幾率也越大,越有利于提高森林生產(chǎn)力。
如圖2所示,生物多樣性對(duì)森林生產(chǎn)力的影響隨著時(shí)間和空間尺度的變化而變化[15],當(dāng)環(huán)境受到高度控制時(shí),在長(zhǎng)時(shí)期和大范圍空間尺度上[16],生產(chǎn)力和物種豐富度之間的正相關(guān)關(guān)系一直增加,直至達(dá)到功能冗余和生態(tài)位重疊的程度[8],不同種群不同地區(qū)的物種飽和數(shù)量各不相同。在生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定、條件惡劣的環(huán)境中,短期內(nèi),互補(bǔ)效應(yīng)發(fā)揮主要作用,物種間的有益性互補(bǔ)使得多樣性和生產(chǎn)力均呈上升趨勢(shì),達(dá)到飽和點(diǎn)后,物種數(shù)量、種群數(shù)目龐大,生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定,此時(shí)以選擇效應(yīng)為主,競(jìng)爭(zhēng)使得少數(shù)主導(dǎo)性物種發(fā)揮主要功能[13],這一機(jī)制也符合達(dá)爾文的進(jìn)化論,隨著生存環(huán)境中CO2濃度的上升,樹種間的競(jìng)爭(zhēng)淘汰很可能會(huì)使碳密度和生產(chǎn)力較高的優(yōu)勢(shì)物種保留下來。不同類型森林之間推動(dòng)生產(chǎn)力的主要因素也不同。溫帶森林的生物多樣性和生產(chǎn)力主要由選擇效應(yīng)決定,物種豐富度和氣候?qū)ιa(chǎn)力的影響不顯著,而在北方森林,物種豐富度和氣候環(huán)境對(duì)生產(chǎn)力的影響顯著增強(qiáng),選擇效應(yīng)減弱,表明在土壤肥沃、更有利的氣候條件下,選擇效應(yīng)更重要,在氣候嚴(yán)酷、資源稀少的森林中,物種間的有益互補(bǔ)效應(yīng)更重要[17]。
總體上生物多樣性效應(yīng)明顯,5個(gè)樹種相比1個(gè)樹種,其生產(chǎn)力高出41%[18]。在亞熱帶森林演替過程中,樹種豐富性對(duì)生產(chǎn)力有顯著正向影響,也有助于森林在擾動(dòng)后恢復(fù)彈性。物種豐富性和均勻度負(fù)相關(guān),多樣性的增加實(shí)質(zhì)上導(dǎo)致了稀有物種的增加,所以均勻度會(huì)下降[19]。然而,一項(xiàng)針對(duì)54個(gè)相關(guān)文獻(xiàn)的實(shí)證統(tǒng)計(jì)分析研究指出了物種均勻度在生產(chǎn)力—生物多樣性關(guān)系間的支持推動(dòng)作用,混合種植的生產(chǎn)力比單品種栽培高出23.7%,其中物種均勻度和豐富性分別貢獻(xiàn)了34%和13%的解釋變異,說明更大的均勻度能增加功能性狀的多樣性[20]?;蚨鄻有詫?duì)生產(chǎn)力的重要性也逐漸被發(fā)現(xiàn),不同類型森林對(duì)基因和物種多樣性的反應(yīng)程度不同[21],但是目前對(duì)此研究甚少。
與此同時(shí),生物多樣性對(duì)生產(chǎn)力的影響并不比氣候的影響小,控制了環(huán)境因素后,生產(chǎn)力隨著生物多樣性變化的幅度明顯大于之前人們普遍認(rèn)為的影響生產(chǎn)力的主要因素(氣候、營養(yǎng)供給)[22]。而且人為補(bǔ)充營養(yǎng)(施氮肥)雖然短期內(nèi)提高了生產(chǎn)力,但隨著時(shí)間推移,不僅會(huì)顯著減弱對(duì)生產(chǎn)力的貢獻(xiàn),還可能造成物種入侵,打破當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)平衡,減少植物物種數(shù)量。長(zhǎng)期來看,養(yǎng)分富集導(dǎo)致的物種損失多于前期的物種增加數(shù)量,并且這種人為干擾引起的非隨機(jī)物種損失導(dǎo)致的生產(chǎn)力下降是隨機(jī)物種損失的2倍[23]。所以需要通過生物多樣性來維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,確保生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù)的穩(wěn)定供應(yīng)[24],可持續(xù)提高森林生產(chǎn)力。
森林及其林產(chǎn)品的碳匯效應(yīng)顯著:一方面林木和林下植被通過光合作用吸收CO2,將太陽能轉(zhuǎn)化為生物量和生產(chǎn)力,據(jù)IPCC估測(cè),林地土壤固碳量約占全球陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳量的80%;另一方面,林產(chǎn)品固碳潛力顯著,木質(zhì)林產(chǎn)品在流通消費(fèi)過程中會(huì)繼續(xù)封存林木固定的碳,固碳時(shí)長(zhǎng)因消費(fèi)時(shí)間的長(zhǎng)短而異,而且木質(zhì)林產(chǎn)品還能代替高耗能高污染的非木質(zhì)能源[25],比如化石能源。
提高森林質(zhì)量,增加森林蓄積量是21世紀(jì)我國林業(yè)碳匯發(fā)展的兩大任務(wù)。近二十年我國森林蓄積量持續(xù)增加,森林碳匯量整體呈上升趨勢(shì),但是地區(qū)間碳匯量差異明顯,存在顯著的近鄰空間溢出效應(yīng),森林資源采伐、森林受災(zāi)程度和降水量對(duì)碳匯水平影響顯著[26]。碳匯量的空間集群特征明顯,廣東省大部分城市地區(qū)的碳匯量及其潛力處于高高集群或低低集群狀態(tài)[27],江蘇省內(nèi)各區(qū)域的碳儲(chǔ)量變化也不均衡[28]。
國內(nèi)森林碳匯市場(chǎng)仍處于初級(jí)探索階段,尚未正式運(yùn)行起來。據(jù)估測(cè),碳匯市場(chǎng)正式運(yùn)行后,森林每年的碳交易將會(huì)為林農(nóng)帶來至少300元/hm2的凈收益[29]。我國目前雖然已有北京環(huán)境交易所、上海環(huán)境能源交易所和天津排放權(quán)交易所3家全國性的森林碳交易平臺(tái),但進(jìn)行國際森林碳匯交易時(shí)大部分仍需采用國外認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),沒有定價(jià)權(quán),國內(nèi)碳匯市場(chǎng)供求失衡,總體上需求不足[30]。
碳匯量、物種密度、生產(chǎn)力和碳密度之間有如下關(guān)系式:
森林碳匯量=植物物種密度×不同物種的生物量×碳密度[31],物種密度即物種的分布面積;很多學(xué)者常常采用生物量代替生產(chǎn)力計(jì)算森林碳儲(chǔ)量;碳密度即單個(gè)物種的含碳率,每一個(gè)物種的含碳率通常不相等,但是植物相對(duì)于其它生物具有較高的碳密度。
根據(jù)上式可知:各森林類型碳儲(chǔ)量的變化與相應(yīng)面積變化呈正相關(guān)關(guān)系,即固碳量隨著森林面積的增加而增加[32];碳匯和森林生產(chǎn)力具有正相關(guān)關(guān)系,即森林生產(chǎn)力越高,碳匯量越大,并且根據(jù)第六次、第七次和第八次森林資源清查數(shù)據(jù)的分析顯示,我國現(xiàn)實(shí)森林固碳量隨著生產(chǎn)力的提高而明顯增加,因此,只要加強(qiáng)森林管理力度,增加森林面積,精準(zhǔn)提升森林質(zhì)量,提高森林生產(chǎn)力,我國森林的固碳能力仍有很大提升空間[33]。
相關(guān)分析證明我國北方森林生產(chǎn)力呈增加趨勢(shì),氣溫和生產(chǎn)力顯著負(fù)相關(guān),降水與生產(chǎn)力存在弱的正相關(guān)性,溫度對(duì)生產(chǎn)力的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水[34]。遼河源自然保護(hù)區(qū)的森林生產(chǎn)力隨著各林分因子(海拔、坡度、林分密度)的增加呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后減少趨勢(shì);森林生產(chǎn)力和林分因子的偏相關(guān)系數(shù)顯示,海拔對(duì)森林生產(chǎn)力的影響最大,其次為坡度,林分密度最小,森林生產(chǎn)力均隨著植物多樣性的增加而呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)[35]。生態(tài)公益林的生產(chǎn)力顯著小于商品林的生產(chǎn)力[36],與此同時(shí),大氣CO2濃度倍增會(huì)使興安落葉松林的凈初級(jí)生產(chǎn)力增加,提高其碳匯功能[37]。周潔敏等人利用森林蓄積、森林每公頃平均蓄積量、森林生長(zhǎng)量和木材產(chǎn)量4項(xiàng)因子計(jì)算分析了我國森林的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力級(jí)數(shù)和期望生產(chǎn)力級(jí)數(shù),認(rèn)為我國的現(xiàn)實(shí)森林生產(chǎn)力已經(jīng)下降到較低水平[38],需要利用營林技術(shù)來提高森林生產(chǎn)力。
CO2濃度升高造成的以溫度上升和極端自然災(zāi)害頻發(fā)為主的全球氣候變化會(huì)對(duì)森林生物多樣性造成深刻影響。首先,會(huì)改變植物物候,縮短一些森林植物的營養(yǎng)生長(zhǎng)期[39],使森林植物—授粉者之間的授粉時(shí)間錯(cuò)位,導(dǎo)致植物和授粉者滅絕;其次,氣候變化可能會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜食物鏈中某些重要物種的滅絕,進(jìn)而引起次生物種滅絕,導(dǎo)致種間關(guān)系發(fā)生改變,影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性;第三,氣候變暖會(huì)使生物的分布區(qū)發(fā)生改變,原本中低緯度和低海拔的物種向更高維度和海拔地區(qū)遷移,導(dǎo)致原有生物生存空間和食物供應(yīng)緊張,使物種面臨絕種威脅。據(jù)估計(jì),由于我國興安落葉松林的適宜分布區(qū)不斷減少,2100年該樹種將可能從我國滅絕[40];第四,CO2濃度倍增會(huì)導(dǎo)致C3植物比C4植物在競(jìng)爭(zhēng)能力、繁殖能力和擴(kuò)散能力上更具優(yōu)勢(shì),造成生物入侵,威脅當(dāng)?shù)厣锒鄻有?;第五,極端自然災(zāi)害頻發(fā)會(huì)直接快速的導(dǎo)致一些生物死亡甚至滅絕。
根據(jù)前面的生物多樣性-森林生產(chǎn)力—碳匯的正相關(guān)關(guān)系可知,生物多樣性通過提高森林生產(chǎn)力進(jìn)而增加碳匯,能調(diào)節(jié)全球碳平衡,有效緩解氣候變化,維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性,保護(hù)物種原有的生存環(huán)境,對(duì)生物多樣性保護(hù)產(chǎn)生正向反饋?zhàn)饔谩?/p>
綜上分析可知,生物多樣性—森林生產(chǎn)力—碳匯之間彼此存在正向相關(guān)關(guān)系,保護(hù)生物多樣性能夠提高森林生產(chǎn)力,增加碳匯和其它生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,碳匯的增加又能降低CO2濃度,緩解氣候變化,對(duì)生物多樣性產(chǎn)生正向反饋?zhàn)饔?。因此建議采取以下措施,保護(hù)森林生物多樣性,提高森林生產(chǎn)力,增加森林碳匯量。
中國履行《生物多樣性公約》已有二十多年,也制定了多部與生物多樣性保護(hù)相關(guān)的法律、行政法規(guī)及部門規(guī)章,然而迄今為止,仍未制定專門的生物多樣性保護(hù)法,且林業(yè)碳匯發(fā)展過程中與國際生物多樣保護(hù)公約存在一定沖突,監(jiān)管不力現(xiàn)象突出[41]。有必要制定一部綜合性的生物多樣性保護(hù)法規(guī),明確違法行為的民事、行政及刑事責(zé)任,加大監(jiān)管力度。
加快建立整套完善的碳匯法律體系,讓碳匯市場(chǎng)經(jīng)營行為有法可依,規(guī)范市場(chǎng)主體經(jīng)營行為。提高國內(nèi)已有的森林碳匯認(rèn)證機(jī)構(gòu)的管理效率,推動(dòng)森林碳匯認(rèn)證機(jī)構(gòu)工作的正常運(yùn)行,同時(shí)成立國際認(rèn)同的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu),推進(jìn)我國的國際碳交易進(jìn)程;提高碳匯計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性和度量方法的準(zhǔn)確性,擴(kuò)大碳匯交易規(guī)模,提高在國際市場(chǎng)上的碳交易定價(jià)權(quán);拓寬市場(chǎng)碳交易主體,刺激消費(fèi)需求,解決碳匯交易供需失衡問題。
在樹種的搭配上,要因時(shí)因地制宜。對(duì)于生態(tài)環(huán)境惡劣的森林,生態(tài)位互補(bǔ)效應(yīng)發(fā)揮主導(dǎo)作用,因此要合理增加生物多樣性,選擇物種時(shí),首先選擇本土樹種,盡量避免外來物種,嚴(yán)防生物入侵;而對(duì)于土壤肥沃、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的森林,選擇效應(yīng)發(fā)揮主要作用,在遵循物種自然競(jìng)爭(zhēng)的前提下,可以合理的助推優(yōu)勢(shì)群落的演化。還要做好自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)防預(yù)警工作,一旦出現(xiàn)預(yù)警信號(hào),針對(duì)珍貴物種及時(shí)部署預(yù)防,減輕災(zāi)害的破壞程度。
我國林業(yè)碳匯要走“重?cái)?shù)量更注重質(zhì)量”之路。在確保森林?jǐn)?shù)量滿足預(yù)定目標(biāo)的前提下,利用先進(jìn)營林技術(shù)實(shí)施精準(zhǔn)化營林和差異化管理。為林區(qū)工作人員及林農(nóng)提供定期培訓(xùn),幫助其掌握最新營林技術(shù)、增強(qiáng)其碳匯意識(shí)。科學(xué)管理森林,根據(jù)生長(zhǎng)狀況及時(shí)疏伐,推動(dòng)森林的正向演替,適當(dāng)栽種碳密度較高的物種,提高森林生產(chǎn)力。
人類應(yīng)將對(duì)環(huán)境的進(jìn)步主義義務(wù)與當(dāng)前環(huán)境狀況惡化做出的保護(hù)性反應(yīng)區(qū)分開[42],培養(yǎng)共同生物多樣性倫理。我國政府需要通過環(huán)保公益廣告、社交新媒體平臺(tái)、傳統(tǒng)媒介等途徑加大對(duì)環(huán)境的宣教力度,將環(huán)保知識(shí)納入中小學(xué)課程,使得環(huán)保觀念普及到基層;同時(shí)應(yīng)強(qiáng)化法律約束力度,嚴(yán)厲打擊偷伐偷獵違法行為。重視本土知識(shí)和傳統(tǒng)文化對(duì)生物多樣性保護(hù)的積極貢獻(xiàn)[43],對(duì)當(dāng)?shù)卣滟F物種的生存環(huán)境積極申遺。
以林農(nóng)利益為出發(fā)點(diǎn),提升補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),成本法與效益法相結(jié)合,考慮經(jīng)營周期,全面評(píng)估生態(tài)公益林的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值,制定科學(xué)的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn);加強(qiáng)林農(nóng)經(jīng)營行為研究,增強(qiáng)他們對(duì)森林碳匯生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的認(rèn)知,提高林農(nóng)造林護(hù)林和參與碳交易的積極性。
綜上所述,生物多樣性通過生態(tài)位互補(bǔ)效應(yīng)和選擇效應(yīng)促進(jìn)森林生產(chǎn)力進(jìn)而增加碳匯,而碳匯又能夠緩解氣候變化,對(duì)生物多樣性產(chǎn)生正向反饋?zhàn)饔?。目前國?nèi)對(duì)三者關(guān)系的實(shí)證研究尚少,僅有少數(shù)研究采用生態(tài)學(xué)的相關(guān)實(shí)證方法說明了森林生產(chǎn)力和碳匯價(jià)值的相關(guān)性,筆者希望后續(xù)可以嘗試使用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)的相關(guān)方法證明三者之間的這種正向關(guān)系。