专家解读 | 我国生态系统碳汇能力及其提升途径

【摘要】我国承诺争取2060年前实现碳中和。2060年前碳中和已被确定为中国经济社会发展的重要战略目标。碳减排和碳增汇是实现碳中和的两个决定性因素，提升生态系统碳汇能力是实现碳中和的重要途径。本文基于文献调研，讨论我国碳中和对生态系统碳汇的需求和生态系统碳汇能力，总结提出进一步提升我国生态系统碳汇能力的4条途径，即提高生态系统质量、扩大生态系统面积、开发利用残余生物量、建立碳汇价值激励机制。

【关键词】碳中和；生态系统碳汇；碳汇能力；碳汇潜力

【作者】

谢高地：中国科学院地理科学与资源研究所研究员，中国科学院大学教授

本文刊载于《环境保护》杂志2023年第3期

气候变化是当前人类生存和发展所面临的共同挑战，是国际社会普遍关注的全球性问题。工业革命以来，全球正经历着以气候变暖为突出标志的气候变化，自然环境面临威胁。减少温室气体排放、减缓气候变暖进程已成为国际社会的广泛共识。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2021年报告指出，如果要将全球变暖温升水平控制在工业化前2℃以内，全球需在21世纪70年代初达到二氧化碳净零排放；如果要将全球温升控制在1.5℃以内，全球需在21世纪50年代初达到碳中和目标^[1]。当前，碳中和已经成为全球发展的主流和方向，已有137个国家承诺在21世纪中叶前实现“零碳”或“碳中和”的目标。在应对气候变化问题上，我国已承诺二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。碳中和已被确定为中国经济社会发展的重要战略目标。碳减排和碳增汇是实现碳中和的两个决定性因素。碳减排的核心是节能、调结构、增效和发展清洁能源，碳增汇的核心是生态保护、建设和管理。提升生态系统碳汇能力是实现碳中和的主要途径之一。本文基于文献调研，阐述碳中和对生态系统碳汇的需求、我国生态系统碳汇能力和进一步提升生态系统碳汇能力的途径。

  

  碳中和对生态系统碳汇的需求

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，即CO₂净排放量为0。计算公式如式（1）所示。

人为碳排放量－(陆海碳汇＋CCUS固碳量)=0 （1）

式（1）中，人为碳排放量包括化石燃料使用导致的碳排放量和土地利用变化导致的碳排放量；CCUS指通过物理、化学和生物学的方法进行CO₂捕集、利用与封存。目前，CCUS实现大规模的实际应用存在很大困难，短期内不会成为碳固存的主要方式。增加陆海生态系统碳汇应成为碳中和的重要途径。

我国温室气体排放总量已经上升至全球第一，减排压力与日俱增。研究表明，我国碳达峰的年份在2023—2030年。2017—2021年，我国人为碳排放基本处于平稳状态，碳排放总量约为99.1亿tCO₂/a。随着工业化、城镇化进程的推进，未来一段时期，我国能源消耗仍将呈增长趋势，温室气体排放总量还将持续增加。我国二氧化碳排放量有望于2027年前后实现达峰，峰值控制在122亿tCO₂/a左右。碳中和目标实现后，我国化石燃料排放的CO₂量约为30.4亿tCO₂/a^[2]（见表1）。

从表1中可以看出，在当前时段，我国化石燃料使用及土地利用变化导致的99.1亿tCO₂/a的碳排放量需要通过陆海生态系统吸收及其他技术方式固存；在碳达峰时段，我国化石燃料使用及土地利用变化导致的122亿tCO₂/a的碳排放量需要通过陆海生态系统碳汇及其他技术方式固存来中和。显然，我国2060年实现碳中和目标对生态系统碳汇能力提升存在较大需求。此外，需要看到，世界主要发达国家碳排放已实现达峰并回归下降通道，实现碳中和缓冲时间长达六七十年，而我国实现2060年前碳中和只有30年左右时间，相较世界主要经济体时间更短，提升生态系统碳汇能力将更为艰巨和紧迫。

 我国生态系统碳汇能力

从生态系统服务功能的视角来看，生态系统能够将大气中的CO₂固定成有机物，这一过程称为碳固定过程；固定的碳以有机物的形式储存或蓄积在生态系统中，这一蓄积或储存的过程称为碳蓄积过程。生态系统吸收、蓄积CO₂的过程和机制称为碳汇。生态系统吸收和蓄积CO₂的碳汇功能是生态系统的天然属性，生态系统蓄积的碳用碳储量表示，指碳库中现存的碳总量；生态系统吸收CO₂的能力用碳汇量表示，指生态系统各碳库在一定时间内增加的碳储量。不同生态系统由于结构的差异、所处演替阶段的差异和所处环境的差异，碳汇能力也有巨大差异。此外，由于碳汇过程是一个非常复杂的过程，不同统计方法估算的陆地生态系统碳汇能力具有很大的差异。

基于净生态系统碳交换量确认的不同类型生态系统的碳汇能力

生态系统通过光合作用和碳循环发挥碳汇功能。可根据光合作用方程“6nCO₂+6nH₂O→nC₆H₁₂O₆+₆nO₂→多糖”计算生态系统植被固定的CO₂的量。植物体每固定1gC，可吸收3.67gCO₂。对于生态系统碳汇而言，由于植被层和土壤层是不可分割的整体，生态系统碳吸收能力包括植被的碳吸收和土壤呼吸的碳吸收。净生态系统生产力不仅考虑了植被的碳吸收，还考虑了土壤呼吸的碳吸收。因而，净生态系统生产力反映了生态系统的碳汇，生态系统碳汇用式（2）估算。

NC=-NEE×3.67×10           （2）

式（2）中，NC为净生态系统CO₂固定量[kg/(hm²·d)]，NEE为净生态系统碳交换量[gc/(m²·d)]。

基于净生态系统碳交换量确定的典型生态系统的碳汇量见表2，NEE数据由中国生态系统通量观测网（ChinaFLUX）测定，时间尺度为日。从表2中可以看出，森林生态系统碳汇能力较强，其中，长白山温带森林全年平均日碳汇量为28.78kg/(hm²·d)、全年累积碳汇量为10504.65kg/hm²；千烟洲人工林全年平均日碳汇量为52.28kg/(hm²·d)、全年累积碳汇量为19127.25kg/hm²；鼎湖山常绿阔叶林全年平均日碳汇量为37.13kg/(hm²·d)、全年累积碳汇量为13552.50kg/hm²；草地生态系统碳汇潜力相对较低，海北高寒草甸碳汇全年平均日碳汇量为2.61kg/(hm²·d)、全年累积碳汇量为952.65kg/hm²。当前，我国人均碳排放量为7.1tCO₂/a，若用生态碳汇来中和碳排放，人均需要0.67hm²长白山温带森林或0.37hm²千烟洲人工林或0.52hm²鼎湖山常绿阔叶林，显然，有限的生态系统碳汇面对碳中和的巨大需求，面临着巨大挑战^[3]。

基于IPCC温室气体清单编制方法学的生态系统碳汇能力

我国拥有29885.7万hm²的林地、23416.8万hm²的草地、47744万hm²的湿地，这些生态系统是天然的碳库和碳汇，是生态系统碳汇的主要来源。为弄清我国林草碳汇潜力，国家启动全国林业碳汇计量监测体系建设。2014—2016年，我国完成第一次林业碳汇计量监测；2017—2019年，我国完成第二次林业碳汇计量监测；2020年，我国成立全国碳汇计量分析组。全国碳汇计量分析组按照IPCC关于温室气体清单编制方法学的要求，以第二次全国林业碳汇计量监测结果为基础，计算了2016年各类林地、草地、湿地和木质林产品的碳储量和碳汇量，结果表明，林地碳汇量为7.92亿tCO₂/a，草地碳汇量为1.00亿tCO₂/a，湿地碳汇量为0.39亿tCO₂/a，林地、草地和湿地生态系统合计提供碳汇9.31亿tCO₂/a（见表3）。

基于综合研究确认的生态系统碳汇能力

生态系统碳汇确切的定义指陆地和海洋生态系统通过光合作用和碳循环过程将大气中的CO₂固定下来的过程，但由于不同的学者所选择的生态系统碳汇范围不同，采用的方法不同，生态系统碳汇能力的估算结果具有很大的差异。

陆地生态系统固碳被认为是最经济可行和环境友好的减缓大气CO₂浓度升高的重要途径之一。方精云评述了碳中和的实现途径及生态系统碳汇的重要性，研究显示我国陆地生态系统净生产力（NEP）约为7.71亿tCO₂/a，2021—2060年，陆地生态系统的碳汇潜力为10.89亿～13.21亿tCO₂/a, 其中生态建设增汇1.98亿～2.50亿tCO₂/a^[4]。需要指出的是，在该估算中，作者将海洋作为全人类的公共资源，将我国应享有的海洋碳汇按海洋碳汇配额获取，据此估算我国可获得4.67亿tCO₂/a的海洋碳汇配额。当碳中和目标实现后,我国化石燃料排放的CO₂量应为15.56亿～17.88亿tCO₂/a。

于贵瑞等将生态系统碳汇能力分解为目前已确认的陆地和海洋有机碳汇与目前还未被确认的陆地和海洋有机碳汇，估算结果表明，现有已确认的陆地有机碳汇为10亿～15亿tCO₂/a，目前还未被确认的陆地和海洋有机碳汇功能约为3.46亿tCO₂/a；其中，城市绿地碳汇约为0.29亿tCO₂/a，海岸带生态系统蓝色碳汇为0.7亿～0.9亿tCO₂/a、近海海域海洋碳汇量为2.2亿～2.4亿tCO₂/a，2010—2020年，我国陆地和海洋实际有机碳汇能力为15亿～16亿tCO₂/a。此外，大量研究还表明，我国的荒漠盐碱地、喀斯特岩溶区、黄土高原等地区，滨海海岸带、近海海洋等有1.6亿～1.9亿tCO₂/a的无机碳汇能力^[5]。

 生态系统碳汇能力提升的潜力和途径

我国生态系统碳汇能力是可以提升的。按照方精云在2021年的预测，我国未来40年（2021—2060年）陆地生态系统的碳汇潜力达13.21亿tCO₂/a^[4]；按照于贵瑞等在2022年的预测，中国陆地生态系统碳汇能力为10亿～13亿tCO₂/a。通过稳定现有森林、草原、湿地、滨海碳汇，实施生态保护与修复等重大增汇工程，开发应用生态系统管理及新型生物/生态碳捕集、利用与封存技术来巩固和提升生态系统碳汇功能，可使生态系统碳汇能力在2050—2060年达到20亿～25亿tCO₂/a^[5]。尽管未来几十年我国增汇的潜力还难以准确预测，但生态系统碳汇提升的潜力无疑是巨大的，生态系统碳汇提升可采用如下途径。

提高生态系统质量

依据生态系统植被生长状况，坚持多功能经营，建立生态系统经营方案，强化生态系统经营和修复，全面提升生态系统质量和稳定性，提升生态系统碳汇增量，增强生态系统应对气候风险、气候变化的能力。依据植被演替与碳汇功能变化规律，开展生态系统中植被更新工作，维持生态系统碳汇功能稳定。主要技术措施有：（1）在森林生态系统质量提升方面，按多功能经营方式，实施森林质量精准提升工程，推广高效固碳的经营技术，提高长寿命树种、捕碳能力强的树种比例，加大优质乡土树种的栽植比例，调整优化林分结构，科学开展森林更新，推行以增强碳汇能力为目标的多目标森林经营模式，增加森林蓄积量，不断提高森林生态系统碳汇增量；（2）在草原生态系统质量提升方面，加强草原生态修复，减少因林草地退化和流失导致的碳排放。采用围栏和适度放牧等方式，维持草原生态系统的质量和良性循环，增加草原生态系统碳储量；（3）在湿地生态系统质量提升方面，一方面全面保护湿地，提升湿地保护率，减少湿地退化导致的碳泄漏；另一方面采取近自然措施开展湿地修复，恢复和提升湿地生态系统质量和功能，稳定湿地碳库，增强湿地储碳能力。

扩大生态系统面积

科学布局和实施生态保护修复重点工程和项目，按照生态系统的整体性、系统性以及内在规律，推进山水林田湖草沙保护和修复，不断提升林草资源总量和质量，按照自然恢复为主的原则，结合人工促进措施，持续推进植被建设，着力推进扩绿增汇。具体的途径是划定绿化用地空间，统筹开展封山育林育草、人工造林、人工种草。

封山育林育草。充分利用自然力，对具有天然下种或萌蘖能力的荒山、荒沙、荒漠、戈壁等区域划定封育区，针对性实施全封、半封、轮封等措施，合理确定封育年限，恢复形成乔木林、灌木林或灌丛植被。对严重风蚀区等植被恢复困难的封育区，抢墒补播耐旱耐碱的灌草。根据封育区实际情况设置哨卡、标志牌和界桩等设施，加强封育管护。

人工造林。在水资源和立地条件较好、适宜乔灌树种生长、具备造林条件的宜林地、水土流失区、沙漠边缘或村镇绿洲周围，以乡土树种为主，宜乔则乔、宜灌则灌，营造防风固沙林、水源涵养林、水土保持林和农田防护林等。在平原、绿洲等水热条件较好的区域，大力发展生态经济林，积极培育以大径材和珍贵木材为主的国家储备林。优先把宜林的荒山荒地荒滩、荒废和受损山体、退化林地等作为主要增绿空间，选用固碳能力强的适生优良乡土树种，扩大森林面积，增加森林碳储量。

人工种草。以营造生态草、修复自然植被为主，重点在沙化、荒漠化、盐碱化土地，退化草原和水土流失区域，以及植被稀少、适宜草本生长、具备种草条件的区域，针对性实施条播、撒播、穴播，结合围栏、耕翻、松耙、施肥等措施，草灌结合，以乡土草种为主，建植多年生人工草地或半人工草地，培育稳定的草本群落，增加草原植被盖度。

开发利用残余生物量

森林、农田和草地生态系统每年会产生大量的废弃物或秸秆生物质，若将这些生物量采用新型生物碳捕集、利用与封存技术加以有效利用，就会增加可观的碳汇。根据相关研究，中国陆地生态系统每年新增有机物质积累量非常大，利用好森林更新、砍伐、抚育所移除的生物量将提供巨大的生物质替代能源。我国作物秸秆年产生CO₂量约为10.7亿t，若将30%的秸秆用于生物碳捕集、利用与封存，其年增汇潜力可达3.2亿tCO₂。类似地，加强废弃家具、建筑材料等的封存处理，也将产生可观的碳汇。利用残余生物量增汇的主要途径有生物质能源的开发利用和木材产品替代功能的开发利用。

生物质能源的开发利用。生物质能源是重要的可再生能源，具有绿色、低碳等优势，是我国可再生能源体系的重要组成部分。我国主要生物质资源年产生量约为34.94亿t，作为能源利用的开发潜力约为4.6亿t标准煤，这些生物质可通过生物质供热、生物质发电、生物质油、燃料乙醇等方式加以开发利用。

木材产品替代功能的开发利用。木质林产品作为森林资源利用的延伸，是森林生态系统碳循环的组成部分，具有储碳、替代减排两大作用。木（竹）材作为四大原材料之一，具有加工能耗少、环境污染小等独特的优点，木（竹）材和木（竹）制品是真正的绿色、可再生建材，在替代钢、铁或水泥等能源密集型产品方面，具有巨大的碳替代减排潜力。木材部分替代能源密集型材料，可增加碳储存，减少因使用化石能源生产原材料所产生的碳排放。建议推行木竹替代，推进优质木竹资源定向培育与利用，提高生物固碳效率；壮大低碳林草产业，强化木材精深加工，提高木材利用率，增加经久耐用的木材产品供应，提升产品品质和使用年限，增加储碳量，延长储碳期，发挥木材产品的绿色低碳作用；大力拓展木材产品应用，推行木结构替代战略，支持在有条件的地区优先推广使用木结构和木竹建材，减少因生产使用钢材、水泥等高排放建材造成的碳排放。

建立碳汇价值激励机制

碳汇是生态系统提供的一项重要生态服务，具有社会经济价值。生态系统碳汇的价值化方法有碳税法、造林成本法、温室效应损失法、排放许可的市场价格法、人工固定CO₂成本法和避免损害费用法等。尽管采用不同方法确定的碳汇价格有较大差异，但研究表明，碳价格平均值为25美元/tCO₂，CO₂浓度升高造成气候变化的损失成本为6.2美元/tCO₂，这意味着每排放1tCO₂将造成6.2美元的气候变化损失，每提供1tCO₂碳汇，相当于提供6.2美元的气候变化利益^[6-7]。碳汇的提供是有成本的，发展碳汇市场，助力推进碳汇价值转化和碳汇价值实现，为碳汇能力的保持和提升提供利益驱动机制。通过碳汇市场实现碳汇价值，进而增加碳汇的具体做法有三种。（1）推进生态系统碳汇计量监测，确认碳汇量。（2）推动碳汇项目开发与碳汇交易。目前我国生态系统碳汇交易还都属于项目层面的核证减排量交易，主要有三种项目类型：一是清洁发展机制（CDM）下的林业碳汇项目；二是中国核证减排机制（CCER）下的林业碳汇项目；三是其他自愿类项目，包括林业自愿碳减排标准（VCS）项目等。现有的这些项目还不能完全满足碳汇交易的需求，亟须建立覆盖履约企业、自愿减排企业、社会公众等多类需求对象的多元化碳汇交易体系，从履约市场、自愿市场和普惠市场三个维度持续释放市场需求，激活碳汇交易。（3）发展碳汇价值生态补偿实现机制，包括各地区重点生态碳汇功能区的转移支付分配机制和个人、企事业单位广泛参与的多元化社会补偿机制。

参考文献

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[2]ZHENG T L, ZHU J L, WANG S P, et al. When will China achieve its carbon emission peak?[J]. National Science Review, 2016(3): 8-12.

[3]LI S M, XIE G D, YU G R, et al. Seasonal dynamics of gas regulation service in forest ecosystem[J]. Journal of Forestry Research, 2010, 21(1): 99-103.

[4]方精云. 碳中和的生态学透视[J]. 植物生态学报, 2021, 45(11): 1173-1176.

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[7]DAILY G C. Nature's Services: Societal Dependence on Natural Ecosystems[M]. Washington DC: Island Press, 1997.