基于碳中和愿景的竹林生态系统管理思考

李德月 舒 琪

(1 国际竹藤中心 北京100102 ；2 中国林业科学研究院 北京 100091)

森林是世界上重要的生物多样性和生态系统功能区，其固碳能力和大量碳储量是缓解气候变化的关键[1-2]。竹林作为一种重要的森林资源，是巨大的可再生资源库、能源库[3]。据中国“第九次森林资源清查(2014—2018 年) ” 数据显示，中国竹林面积已经达到642 万hm2，约占世界竹林总面积的19%[4]。竹子是目前世界上生长最快的植物之一，能够有效固碳并缓解温室效应[5]。其中，毛竹碳汇造林见效快、收益高，是中国开发利用程度最高的竹种，约占中国竹林总面积的73.8%[6-7]。目前，竹林抚育技术并不完善，优化竹林结构以及经营模式的问题亟需更深入研究，以期为竹林固碳增汇提供理论基础。

碳中和是指化石燃料使用及土地利用变化导致的碳排放量与陆海生态系统吸收及其他技术方式固存的碳量之间达到平衡。为实现中国在2060年前达到碳中和的目标，增强竹林生态系统固碳能力尤为重要。实现竹林碳汇最大化，需建立最优的空间布局、构建最优的系统结构、实施最优的管理[8]。在自然条件下，竹林生态系统在结构、功能和过程上是不可持续的，可能会成为区域性入侵种，或因单优种群一次性开花而造成生态系统崩溃[9]。相比于其他类型森林，竹林生物多样性更加匮乏，长期人工经营的竹林更趋向于发展为纯林。目前，世界森林面积仍在逐渐减少，而竹林面积却以每年3%的速率增加[10]。竹林作为一种重要的碳汇，同时也是碳源，实现碳中和目标后，大面积竹林的管理与利用仍面临挑战。

中国在竹林培育、资源管理与利用方面取得了许多重要成果，但有关基于碳中和目标的竹林生态系统管理与经营模式尚有许多理论和实际问题需进一步研究论证。本文拟从竹林生态系统合理布局、结构优化及综合管理等方面探讨碳中和愿景下的竹林生态系统经营模式及管理方式，旨在为充分发挥和巩固竹林碳中和贡献提供借鉴。

1 竹林生态系统合理布局

中国竹林主要分布在南方亚热带地区，包括福建、江西、浙江、湖南、四川、广东、广西、安徽、贵州、湖北、重庆、云南和台湾等省份。Li 等[11]研究发现，降水和温度是限制竹林生长的重要气候因子，其中在春季降水为337～794 mm、夏季降水为496～ 705 mm、秋季降水为213～929 mm、年平均相对湿度为74.3%～83.4%、秋季平均温度为16.6～23.8 ℃、年平均温度为2.3～10.1 ℃和年总辐射量为3.2×104～4.3×104W/m2的气候变量区域内更适宜竹林生长。竹林分布随气候变化呈现出显著的时空差异，其潜在分布呈现向内陆收缩和向西南扩张的趋势。在大空间尺度上，森林碳通量随纬度增加而减少[12]。森林碳通量即树木和其他初级生产者对碳的固定、分配和代谢，其影响着碳储存，决定了森林与气候变化的相互作用。理论上，在气候条件适宜情况下，低纬度区竹林生态系统固碳能力更好。

与其他森林生态系统相比，竹林生态系统稳定性较弱，人类和自然干扰是其可持续发展的主要驱动力[13]。在自然状态下，竹林生态系统可能会扩张入侵其他类型生态系统，使得区域生态系统整体恶化。然而，竹林生态系统发育快速的机理、竹林土壤质量变化以及对区域生物多样性的影响尚未有定论。尽管竹林的固碳能力优于其他森林类型，但其面积增加速率不宜过快。在统筹考虑竹林综合效益的基础上，选定合适的区域建造竹林是下一步的研究重点。

2 竹林生态系统结构优化

人工竹林基本上由单物种或少数几类竹种组成，群落外貌单一，垂直、水平结构简单，其生态系统结构性物种常常也是建群种和优势种，形成单优势群落。天然竹林物种多样性相对较丰富，群落外貌多样，空间结构复杂。竹林生态系统的碳汇功能主要是由森林的生物量和生产力决定的，其固碳能力取决于碳素输入速率和碳素输出速率的比值。人工竹林与天然竹林相比，前者侧重经济效益，后者生态效益更优，至于固碳能力尚未有明确数据比较。在人为因素干预下，人工竹林生态系统结构可以向天然竹林生态系统结构发展，以平衡生态效益与经济效益。

竹林生态系统的良性发展离不开人为调控。在所有陆地生态系统中，地上、地下生物群落和非生物环境形成相互作用和反馈，维持着关键的生态功能，包括植物生产力、分解、营养循环和碳储存[14-15]。生态学研究往往关注的是地上扰动的响应，而很少考虑地下扰动以及它们之间的相互作用。然而，看似影响单个生态成分的扰动可以通过它们的相互作用对整个生态系统产生影响，从而传递间接的扰动效应[16]。在全球气候和环境变化的条件下，保护竹林的功能完整性，关键是量化竹林对非生物和生物干扰的响应以及相互作用机制[2，17]。对于竹林生态系统而言，探究竹、土壤和微生物三者之间的相互关系，以及在人为干扰下这三者相互关系的变化，有利于充分发挥其固碳能力；在达成碳中和目标后，竹林生态系统的后续利用和改造，将基于这三者关系进行。

竹林生态系统往往毗邻人居环境，特别是农田生态系统。边缘效应在很大程度上导致了森林碳储量的下降；边缘的产生，使森林边缘冠层结构和与光捕获、生长和生产力相关的叶面特征发生显著变化，这些变化与地上碳含量的下降有关[18]。随着时间的推移，边缘效应会变得更加严重，预防这种后果的一种可能策略是在农田和森林生态系统之间建立缓冲区。竹林比其他森林更敏感、脆弱，在制定土地利用规划和保护利用策略时，需考虑竹林生态系统对边缘产生的敏感性。

3 竹林生态系统综合管理

竹林固碳能力受到经营强度和经营目标的影响。按经营强度的差异分类，竹林经营可以分为高度集约经营、中度经营和粗放经营3 种类型，其中高度集约经营中的除草、施肥、覆盖、灌溉、垦复等经营措施较为频繁、经营强度较大，而中度集约经营和粗放经营的经营措施相对较少、经营强度较低；按经营目标的不同分类，可以将竹林经营分为笋用林、笋竹两用林和材用林3 种类型。周国模[19]、漆良华[20]、Zhou[3]和李正才[21]等研究表明，集约经营的竹林其固碳能力是粗放经营条件下的1.14～1.69 倍。刘强[22]研究表明，不同经营取向毛竹林固碳能力存在显著差异，笋竹两用林、适宜林地材用林和较适宜材用林的年均固碳能力分别为3.98 t C/hm2、4.69 t C/hm2和3.28 t C/hm2；笋竹两用林、适宜林地材用林和较适宜林地材用林的年均利润水平分别为0.28 万元/hm2、0.24 万元/hm2和0.19 万元/hm2。考虑到生态效益与经济效益，竹林生态系统应在集约经营下向材用林发展。

在碳中和目标下，竹林生态系统管理目标更倾向于固碳。因此，在关注竹林地上部分固碳能力的同时，对竹林土壤碳储量的变化应更深入研究。在陆地生态系统中土壤碳库是植物体碳库的3 倍，是碳循环的重要组成部分[23]。土壤呼吸是土壤碳释放到大气中的主要路径。土壤呼吸受多种因素影响，包括根系生物量、土壤有机碳、土壤养分含量以及微生物种群及其活性[24]。Li等[25]研究表明，施肥、收获和施肥与收获互作对土壤有机碳密度变化有显著影响，但对土壤有机碳的贮藏影响不显著；只有高施肥与高强度收获的交互作用(即集约管理模式)，才会导致土壤碳储量减少。在集约管理模式下，高强度施肥导致的氮沉降是影响竹林土壤呼吸的重要因素。施氮显著增加了木质生物量的增量和土壤有机碳分解，增加了N2O 的排放，降低了土壤对CH4的吸收[26-28]，然而这种影响对温室气体平衡的影响尚未有定论[29]。

优化竹林生态系统管理模式是实现竹林碳中和目标的前提。传统的经营模式对竹林土壤碳储量的影响不容忽视。科学谋划实现碳中和的路径与方案，需贯彻绿色低碳新发展理念，统筹好发展与减排、整体与局部、短期与长期的关系，以科技创新为推动力，形成绿色低碳的能源结构、产业组合、生产方式、空间布局[30]。对于竹林生态系统碳中和管理模式的探索，需要全面考虑生态系统各个组分，形成新的竹林生态—经济发展技术体系。

4 总结与展望

作为碳排放量较大的发展中国家，中国将在2030 年前碳达峰后，用30 年的时间实现碳中和愿景，任务异常艰巨。竹类植物作为生态恢复中的先锋建群种，能够缓解森林衰退压力，同时有效地固碳，调节温室效应。但竹林生态系统相对于其他类型森林生态系统更加敏感和脆弱，其可持续发展离不开人为干扰和调控。森林生态学理论是否完全适用于竹林生态系统尚需验证。

中国竹资源丰富，竹林面积逐年增加，更有“竹子王国” 之称。竹产品在世界上占有重要地位，是当地农户主要经济来源。除固碳能力外，竹林生态系统的生态效益低于其他类型森林生态系统；当脆弱的竹林受到破坏时，其大量的碳储量会转变成碳源。这就要求对于竹林生态系统的管理与规划更为严格。现阶段，竹林面积持续增长，一些地区经济发展离不开竹林。在高强度集约经营模式下，经济效益固然增加，但竹林土壤碳汇受到严重影响，甚至增加了其他温室气体的释放。竹林生态系统管理技术体系需要统筹考虑长时间尺度下生态与经济的协调，未来应进一步开展以下几个方面的研究。

1) 为了防止在碳中和目标实现后，竹林生态系统因退化与破坏而转变为碳源，应进一步研究竹林生态系统向其他类型森林生态系统过渡的转化机制，在不影响或较小影响碳汇的情况下完成竹林生态系统的更替。

2) 现阶段开展竹林生态系统结构优化，降低竹林生态系统的敏感性和脆弱性，促成人与自然和谐共生。

3) 更新提升传统竹林管理技术体系。传统技术注重于提升竹林固碳能力与竹产品产量，而忽略了竹林地下部分动态变化。完善的竹林管理技术体系应统筹考虑生态系统各个组分，最大限度地发挥其对碳中和的贡献。