天保工程20 年對(duì)黑龍江大興安嶺國(guó)有林區(qū)森林碳庫(kù)的影響

陳科屹，林田苗，王建軍，何友均*，張立文

1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)科技信息研究所，北京 100091；2. 山合林（北京）水土保持技術(shù)有限公司，北京100038；3. 大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司，黑龍江 大興安嶺地區(qū) 165000

全球氣候變化引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，已成為威脅人類生存與可持續(xù)發(fā)展的重大非傳統(tǒng)安全挑戰(zhàn)。國(guó)際社會(huì)高度重視森林固碳增匯作用，將其視為經(jīng)濟(jì)有效的解決方案（Yin et al.，2018；FAO，2020；Wernick et al.，2022）。中國(guó)也提出了爭(zhēng)取在2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)。天然林資源是中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化和落實(shí)國(guó)家自主貢獻(xiàn)的重要保障。據(jù)第8 次（2014－2018 年）全國(guó)森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)顯示（國(guó)家林業(yè)和草原局，2019），中國(guó)天然林面積占森林面積的64%，森林蓄積量占比更是高達(dá)80%，是中國(guó)森林碳庫(kù)的主要維系者和碳匯的主要貢獻(xiàn)者。中國(guó)于1998 年啟動(dòng)實(shí)施了天然林資源保護(hù)工程（天保工程）試點(diǎn)，最初目的是為了限制重點(diǎn)區(qū)域森林資源被過(guò)度消耗（張志達(dá)，2002），扭轉(zhuǎn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化的趨勢(shì)。隨著天保工程的深入推進(jìn)，建設(shè)目標(biāo)也在不斷豐富，尤其是在實(shí)施天保工程二期時(shí)，已將提高森林資源固碳增匯效益列為工程建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)（中國(guó)政府網(wǎng)，2011）。截至2020 年底，天保工程陸續(xù)完成了試點(diǎn)期、一期、二期項(xiàng)目，累計(jì)投入資金超過(guò)5 000 億元（金旻，2021），是中國(guó)開(kāi)展森林資源保護(hù)修復(fù)的支撐性重大工程之一。

國(guó)有林區(qū)是天保工程的重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域，也是天然林商業(yè)性禁伐政策背景下中國(guó)開(kāi)展固碳增匯行動(dòng)的重要場(chǎng)所。科學(xué)評(píng)估天保工程對(duì)該區(qū)域森林植被固碳增匯的影響，對(duì)于量化天保工程對(duì)區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)作用、指導(dǎo)區(qū)域持續(xù)提升森林固碳增匯效益，以及統(tǒng)籌區(qū)域生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。關(guān)于區(qū)域尺度森林碳儲(chǔ)量、碳匯量的評(píng)估一直是學(xué)者們研究的重點(diǎn)問(wèn)題（Haywood et al.，2017；Wang et al.，2020；張穎等，2022；Mathias et al.，2023），相關(guān)研究可追溯至二十世紀(jì)五六十年代，近年來(lái)隨著全球生態(tài)治理力度的持續(xù)加大，越來(lái)越成為學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)。研究?jī)?nèi)容主要涉及區(qū)域尺度森林碳匯的計(jì)量與監(jiān)測(cè)、影響機(jī)理分析和潛力預(yù)測(cè)等方面（Yao et al.，2018；劉迎春等，2019；Green et al.，2022），常用的估測(cè)方法包括森林清查法、遙感監(jiān)測(cè)法、通量觀測(cè)法、模型模擬法等（趙苗苗等，2019），各類方法均有各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和適用范圍，彼此均無(wú)法替代各自的作用。當(dāng)前已有部分學(xué)者就天保工程的固碳效益問(wèn)題專門進(jìn)行了評(píng)估研究，但主要是從森林碳儲(chǔ)量或者生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值視角開(kāi)展的研究（郭焱等，2015；Jiang et al.，2018；范琳，2019），或者是從全國(guó)尺度上開(kāi)展的宏觀評(píng)估（Zhou et al.，2014；張逸如等，2021）。并且，由于各研究采用的方法不同，再加之森林生態(tài)系統(tǒng)在空間上的異質(zhì)性和天然群落在演替上的復(fù)雜性，導(dǎo)致森林植被碳儲(chǔ)量、碳匯量的估算結(jié)果存在很大差異性和不確定性，有必要進(jìn)一步深化上述相關(guān)研究。

黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)生態(tài)區(qū)位特殊且重要，以往在宏觀大尺度上的研究成果對(duì)于指導(dǎo)該區(qū)域開(kāi)展具體工作缺乏針對(duì)性。另一方面，以往的測(cè)算方法較少將森林固碳效益與天保工程措施活動(dòng)進(jìn)行充分聯(lián)結(jié)，對(duì)于樹(shù)種、齡組等森林資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)信息的運(yùn)用也不夠充分，對(duì)于天保工程實(shí)施過(guò)程中導(dǎo)致的碳排放、碳泄漏等過(guò)程也缺少考慮，而碳排放、碳泄漏可能會(huì)嚴(yán)重削弱其固碳效益（Magnani et al.，2009），這導(dǎo)致估測(cè)結(jié)果存在較大的不確定性。此外，研究區(qū)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，涉及中央政府、地方政府、林草主管部門、國(guó)資委、森工企業(yè)、林業(yè)職工和當(dāng)?shù)鼐用竦榷嘣黧w，歷史遺留問(wèn)題多，相關(guān)的對(duì)策建議也不能簡(jiǎn)單套用其他區(qū)域研究得出的經(jīng)驗(yàn)和模式，有必要基于森林固碳增匯現(xiàn)實(shí)狀況，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐牧智椤⑸缜椋岢鼍哂休^強(qiáng)針對(duì)性的對(duì)策建議。

鑒于此，基于黑龍江省大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)的多期、多類調(diào)查和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，充分考慮天保工程實(shí)施過(guò)程中開(kāi)展的人工造林、森林撫育、木材調(diào)減、森林巡護(hù)等措施帶來(lái)的正負(fù)影響，最大限度利用分樹(shù)種（組）、分齡組等有效統(tǒng)計(jì)信息，科學(xué)評(píng)估天保工程對(duì)區(qū)域尺度森林碳匯/碳源特征的影響，為科學(xué)評(píng)估天保工程的綜合效益以及推動(dòng)區(qū)域生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)提供理論參考和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)地處中國(guó)緯度最高的邊境地區(qū)（121°10′53″－127°01′21″E，50°07′02″－53°33′42″N），是國(guó)家生態(tài)安全重要保障區(qū)和木材資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地，是最早啟動(dòng)天然林保護(hù)工程和全面停止天然林商業(yè)性采伐的國(guó)有林區(qū)，也是歷史遺留問(wèn)題最為復(fù)雜、持續(xù)推動(dòng)改革深化難度最大的國(guó)有林區(qū)之一，具有典型性和代表性（陳科屹等，2022a）。其具體范圍涉及大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司（原大興安嶺林業(yè)管理局）所轄的林區(qū)（圖1），包括10 個(gè)林業(yè)局和8 個(gè)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。林區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫?2 ℃。年均降雨量460 mm，集中在7－9 月。森林土壤類型主要有棕色針葉林土、暗棕壤、灰黑土、草甸土、沼澤土等。自然植被類型為泛北極植物區(qū)系歐亞森林植物亞區(qū)寒溫帶針葉、落葉林區(qū)域，主要樹(shù)種包括興安落葉松（Larix gmelinii）、白樺（Betul aplatyphylla）、山楊（Populus davidiana）、蒙古櫟（Quercus mongolica）、樟子松（Pinus sylvestrisvar.mongolica）、黑樺（Betula dahurica）等。

圖1 研究區(qū)各林業(yè)局位置分布圖Figure 1 Location map of each forestry bureau in the study area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究主要數(shù)據(jù)包括研究區(qū)多期森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)（2004－2018 年），中國(guó)林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)（1993－2018 年）和大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司內(nèi)部匯編資料（1998－2018 年）。據(jù)數(shù)據(jù)資料顯示，截至2018 年，黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)森林覆蓋率達(dá)85.81%，林地保有量7.91×106hm2，活立木總蓄積量5.89×108m3。

1.3 研究方法

基于天保工程實(shí)施過(guò)程中開(kāi)展的人工造林、森林經(jīng)營(yíng)以及木材調(diào)減措施估算森林碳匯量，同時(shí)考慮因天保工程導(dǎo)致的碳排放和碳泄漏帶來(lái)的負(fù)減排量，在此基礎(chǔ)上測(cè)算天保工程對(duì)黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)森林碳庫(kù)的影響，并以林業(yè)局為單位進(jìn)行了區(qū)域尺度的對(duì)比分析。研究區(qū)森林凈固碳量等于森林碳匯量與負(fù)減排量之差（何韻等，2022），表達(dá)式如下：

式中：

NC——森林凈固碳量（Mg）；

AC——人工造林碳匯量（Mg）；

MC——森林經(jīng)營(yíng)碳匯量（Mg）；

FC——調(diào)減木材碳匯量（Mg）；

EC——森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)碳排放量（Mg）；

LC——調(diào)減木材引發(fā)的碳泄漏量（Mg）。

1.3.1 人工造林碳匯量測(cè)算

由于研究區(qū)依托天保工程實(shí)施的造林主要是在各類宜林地、采伐跡地和火燒跡地等無(wú)林地上開(kāi)展的造林活動(dòng)，因此該區(qū)域天保工程人工造林產(chǎn)生的碳匯量即為天保工程實(shí)施的這部分新造林的碳儲(chǔ)量。首先，采用政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）提供的材積源生物量法（Volume-derived biomass）對(duì)林分生物量進(jìn)行估算，為提高估算精度，采取基于分樹(shù)種（組）的基礎(chǔ)上再分齡組的計(jì)量方式進(jìn)行測(cè)算，最后再用生物量乘以含碳系數(shù)得到碳儲(chǔ)量（陳科屹等，2022b）。其表達(dá)式如下：

式中：

Cij——第j齡組樹(shù)種（組）i的林木生物量（Mg）；

Vij——第j齡組樹(shù)種（組）i的單位面積蓄積量（m3·hm?2）；

Di——樹(shù)種（組）i的木材密度（Mg·m?3）；

BEF,ij——第j齡組樹(shù)種（組）i的生物量擴(kuò)展因子；

Rij——第j齡組樹(shù)種（組）i的根莖比；

Aij——第j齡組樹(shù)種（組）i的面積（hm2）；

CF,i——樹(shù)種（組）i的含碳系數(shù)。各樹(shù)種的生物量、碳儲(chǔ)量測(cè)算參數(shù)參照國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)應(yīng)對(duì)氣候變化司（2014）、李海奎等（2010）的研究結(jié)果（表1）。

表1 各樹(shù)種（組）生物量模型參數(shù)及含碳系數(shù)Table 1 Biomass model parameters and carbon content coefficients of tree species (groups)

1.3.2 森林經(jīng)營(yíng)碳匯量測(cè)算

基于多期森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)測(cè)算研究區(qū)年平均碳匯量，進(jìn)而推算天保工程實(shí)施過(guò)程中存量森林資源在1998－2018 年的總碳匯量（剔除天保工程新增人工造林產(chǎn)生的碳匯量）。為提高測(cè)算精度，以研究區(qū)各林業(yè)局為單位，分區(qū)域測(cè)算不同區(qū)域的年平均碳匯量，最后匯總得到研究區(qū)森林經(jīng)營(yíng)產(chǎn)生的總碳匯量，表達(dá)式如下：

式中：

BCK,2018——林業(yè)局k在2018 年的森林碳儲(chǔ)量（Mg）（不含天保工程新增人工造林）；

BCK,t——林業(yè)局k在t年的森林碳儲(chǔ)量（Mg）（不含天保工程新增人工造林）。

1.3.3 調(diào)減木材增匯量測(cè)算

將研究區(qū)啟動(dòng)天保工程前5年（1993－1997年）的平均木材產(chǎn)量作為基準(zhǔn)木材產(chǎn)量（VF0），用天保工程啟動(dòng)后研究區(qū)每年的實(shí)際木材產(chǎn)量（VFt）與基準(zhǔn)木材產(chǎn)量的差值作為每年的木材調(diào)減量，據(jù)此測(cè)算因木材調(diào)減產(chǎn)生的碳增匯量，表達(dá)式如下：

式中：

VF0——基準(zhǔn)木材產(chǎn)量（m3）；

VFt——t年的實(shí)際木材產(chǎn)量（m3）；

Pi——所采樹(shù)種（組）i的蓄積比重，假設(shè)各樹(shù)種（組）的采伐比例與存量比例保持一致；

BEF,i,m——樹(shù)種（組）i為成熟林時(shí)的生物量擴(kuò)展因子；

PW——出材率參數(shù)，參考胡會(huì)峰等（2006）采用的出材率0.59。

1.3.4 碳排放量測(cè)算

碳排放是指天保工程在實(shí)施人工造林、營(yíng)林等活動(dòng)過(guò)程中，因物資使用和能源消耗造成的碳排放。本文將研究區(qū)實(shí)施天保工程造成的碳排放活動(dòng)分為人工造林（含森林基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)），中幼齡林撫育以及森林管護(hù)（含巡護(hù)、病蟲(chóng)害防治）（劉博杰等，2016），表達(dá)式如下：

式中：

AA、AM、AT——人工造林、中幼林齡森林撫育、森林管護(hù)的面積（hm2）；

EAd、EMd、ETd——人工造林、中幼林齡森林撫育、森林管護(hù)的碳排放強(qiáng)度（kg·hm?2），參考劉博杰等（2016）關(guān)于天保工程區(qū)碳排放研究結(jié)果，分別取值為197.18、37.81、0.27 kg·hm?2。

1.3.5 碳泄漏測(cè)算

碳泄漏是指因天保工程對(duì)研究區(qū)邊界范圍內(nèi)木材產(chǎn)量的調(diào)減控制，間接促使研究區(qū)邊界外用材林造林面積增加進(jìn)而導(dǎo)致了額外的碳排放（何韻等，2022），表達(dá)式如下：

式中：

Vper—— 研究區(qū)單位面積森林蓄積量（m3·hm?2），其余各符號(hào)所代表的含義見(jiàn)上文。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工造林產(chǎn)生的碳匯量

由表2 可知，通過(guò)實(shí)施天保工程，1998－2018年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)由人工造林措施產(chǎn)生的森林碳匯量為2.45×106Mg，年均森林碳匯量為1.23×105Mg·a?1。從空間分布來(lái)看，人工造林碳匯量主要集中在加格達(dá)奇、漠河和塔河3 個(gè)林業(yè)局，空間異質(zhì)性十分明顯；其中，加格達(dá)奇林業(yè)局人工造林碳匯量超過(guò)研究區(qū)人工造林總碳匯量的一半以上（55.79%）。其余各林業(yè)局人工造林碳匯量相對(duì)較少，占比均未超過(guò)5%。從時(shí)間變化來(lái)看，通過(guò)對(duì)兩個(gè)階段人工造林碳匯量的對(duì)比，研究區(qū)年均人工造林碳匯量已由第一階段（1998－2010 年）的8.49×105Mg·a?1提升至第二階段（2011－2018年）的1.60×106Mg·a?1，提升幅度為88.76%。可見(jiàn)，雖然第二階段的造林規(guī)模已大幅減少（僅為第一階段造林規(guī)模的14%），但第一階段人工造林產(chǎn)生的固碳增匯效益已經(jīng)疊加顯現(xiàn)。總體而言，各區(qū)域人工造林碳匯量比重在不同階段略有波動(dòng)，但以加格達(dá)奇林業(yè)局人工造林碳匯量占絕對(duì)主體地位的狀況沒(méi)有發(fā)生變化。

表2 1998－2018 年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)天保工程人工造林碳匯量Table 2 Carbon sink generated by artificial forestation of Natural Forest Protection Project in key state-owned forest region of Daxing’anling, Heilongjiang province from 1998 to 2018

2.2 森林經(jīng)營(yíng)產(chǎn)生的碳匯量

由表3 可知，通過(guò)實(shí)施天保工程，1998－2018年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)由森林經(jīng)營(yíng)措施產(chǎn)生的森林碳匯量為1.06×108Mg，年均森林經(jīng)營(yíng)森林碳匯量為5.29×106Mg·a?1，該項(xiàng)活動(dòng)是研究區(qū)天保工程中增加森林碳匯量幅度最明顯的措施。從區(qū)域分布來(lái)看，各區(qū)域間森林經(jīng)營(yíng)森林碳匯量存在一定的空間差異，但是要遠(yuǎn)低于人工造林森林碳匯量的空間分布差異。總體而言，1998－2018 年森林經(jīng)營(yíng)森林碳匯量最大的塔河林業(yè)局為1.85×107Mg，年均森林經(jīng)營(yíng)森林碳匯量為9.27×107Mg·a?1。此外，韓家園林業(yè)局、呼中林業(yè)局、新林林業(yè)局也具有較大的森林碳儲(chǔ)量，占比均超過(guò)10%。森林經(jīng)營(yíng)森林碳匯量最小者為十八站林業(yè)局，與塔河林業(yè)局相差約3.67 倍。從時(shí)間變化來(lái)看，第二階段（2011－2018年）的森林經(jīng)營(yíng)碳匯量低于第一階段（1998－2010年），這主要是受計(jì)量時(shí)間尺度的影響。

表3 1998－2018 年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)天保工程森林經(jīng)營(yíng)碳匯量Table 3 Carbon sink generated by forest management of Natural Forest Protection Project in key state-owned forest region of Daxing’anling, Heilongjiang province from 1998 to 2018

2.3 調(diào)減木材產(chǎn)生的碳匯量

由表4 可知，通過(guò)實(shí)施天保工程，1998－2018年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)由調(diào)減木材措施產(chǎn)生的森林碳匯量為2.43×107Mg，年均調(diào)減木材森林碳匯量為1.21×106Mg·a?1。從區(qū)域分布來(lái)看，調(diào)減木材森林碳匯量空間異質(zhì)性較為明顯，主要集中在呼中、新林、塔河3 個(gè)林業(yè)局。其中，1998－2018年呼中林業(yè)局通過(guò)天保工程調(diào)減木材產(chǎn)生森林碳匯量達(dá)5.04×106Mg，超過(guò)研究區(qū)木材調(diào)減總碳匯量的1/5（20.69%）。新林林業(yè)局也具有較高調(diào)減木材森林碳匯量（4.73×106Mg），占比為19.43%。韓家園林業(yè)局和加格達(dá)奇林業(yè)局因調(diào)減木材產(chǎn)生的森林碳匯量極少，占比均不足研究區(qū)調(diào)減木材總碳匯量的1%。從時(shí)間變化來(lái)看，研究區(qū)調(diào)減木材年均森林碳匯量已由第一階段（1998－2010 年）的9.65×106Mg·a?1提升至第二階段（2011－2018 年）的1.47×107Mg·a?1，提升幅度為52.21%。其中，十八站林業(yè)局和韓家園林業(yè)局增幅明顯。韓家園林業(yè)局由于木材生產(chǎn)任務(wù)較重，在第一階段依然維持著較高的采伐量，導(dǎo)致其在第一階段的碳匯效益為負(fù)值。總體上，研究區(qū)木材調(diào)減量的逐年增加，尤其是2014 年以后研究區(qū)在全國(guó)率先啟動(dòng)了停止天然林商業(yè)性采伐，大大增加了由調(diào)減木材產(chǎn)生的碳匯量。

表4 1998－2018 年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)天保工程調(diào)減木材碳匯量Table 4 Carbon sink generated by cutting timber output of Natural Forest Protection Project in key state-owned forest region of Daxing’anling, Heilongjiang province from 1998 to 2018

2.4 森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放量

由表5 可知，通過(guò)實(shí)施天保工程，1998－2018年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)由森林經(jīng)營(yíng)措施產(chǎn)生的碳排放總量為2.12×105Mg，年均碳排放量為1.06×104Mg·a?1。從區(qū)域分布來(lái)看，各區(qū)域間森林經(jīng)營(yíng)碳排放量占比處于7.45%－14.34%之間，表明空間差異相對(duì)較小。碳排放量最大的是加格達(dá)奇林業(yè)局（3.05×104Mg），最小的是圖強(qiáng)林業(yè)局（1.58×104Mg）。從具體的措施來(lái)看，因森林撫育活動(dòng)導(dǎo)致的碳排放量達(dá) 1.57×105Mg，占比高達(dá)73.72%，年均碳排放量為7.83×103Mg·a?1，是研究區(qū)在實(shí)施天保工程過(guò)程中最主要的碳排放活動(dòng)，該項(xiàng)措施各區(qū)域間的碳排放量差異不大。研究區(qū)碳排放量較小的活動(dòng)為人工造林，其碳排放量占比僅為7.74%，但區(qū)域之間的空間差異較大。從時(shí)間變化來(lái)看，相對(duì)于第一階段（1998－2010 年），第二階段（2011－2018 年）的森林經(jīng)營(yíng)碳排放量下降了40.23%，這主要是受造林規(guī)模減少，以及森林撫育和森林管護(hù)累計(jì)工作量相對(duì)較少的影響。

表5 1998－2018 年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)天保工程森林經(jīng)營(yíng)碳排放量Table 5 Carbon emission generated by forest management of Natural Forest Protection Project in key state-owned forest region of Daxing’anling, Heilongjiang province from 1998 to 2018

2.5 天保工程引發(fā)的碳泄漏

由表6 可知，通過(guò)實(shí)施天保工程，1998－2018年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)由調(diào)減木材導(dǎo)致的總碳泄漏量為1.74×105Mg，年均碳泄漏量為8.69×103Mg·a?1。從區(qū)域分布來(lái)看，調(diào)減木材碳泄漏量空間異質(zhì)性較為明顯，主要集中在呼中、新林、塔河3 個(gè)林業(yè)局，三者碳泄漏量之和占比超過(guò)研究區(qū)總碳泄漏量的一半（56.98%）。韓家園林業(yè)局和加格達(dá)奇林業(yè)局由于年木材產(chǎn)量相對(duì)較少，木材調(diào)減的空間也較小，由此引發(fā)的碳泄漏量也隨之而小，兩者碳泄漏量占比均不足研究區(qū)總碳泄漏量的1%。從時(shí)間變化來(lái)看，相對(duì)于第一階段（1998－2010年），第二階段（2011－2018 年）的碳泄漏量上升了52.17%。

表6 1998－2018 年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)天保工程碳泄漏量Table 6 Carbon leakage generated by forest management of Natural Forest Protection Project in key state-owned forest region of Daxing’anling, Heilongjiang province from 1998 to 2018

2.6 天保工程凈固碳量

由表7 可知，通過(guò)實(shí)施天保工程，1998－2018年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)累計(jì)產(chǎn)生凈固碳量為1.32×108Mg，年均產(chǎn)生凈固碳量為661×106Mg·a?1。從區(qū)域分布來(lái)看，各區(qū)域凈固碳量存在一定的空間差異。其中，塔河林業(yè)局累計(jì)凈固碳量最多，1998－2018 年產(chǎn)生累計(jì)凈固碳量為2.26×107Mg，年均凈固碳量為1.13×106Mg·a?1。此外，呼中林業(yè)局、新林林業(yè)局、韓家園林業(yè)局的累計(jì)凈固碳量也相對(duì)較大，占比均在10%以上。阿木爾林業(yè)、漠河林業(yè)局、圖強(qiáng)林業(yè)局、松嶺林業(yè)局和加格達(dá)奇林業(yè)局的累計(jì)凈固碳量與前述4 個(gè)林業(yè)局有一定差距，但差距并不大。研究區(qū)累計(jì)凈固碳量最小是十八站林業(yè)局，累計(jì)凈固碳量為6.84×106Mg，年均凈固碳量為3.42×105Mg·a?1，不足塔河林業(yè)局的1/3。從時(shí)間變化來(lái)看，第二階段（2011－2018 年）的凈固碳量低于第一階段（1998－2010 年），這主要是受森林經(jīng)營(yíng)碳匯量在不同階段的差異較大的影響。結(jié)合表5 和表6 可知，1998－2018 年研究區(qū)天保工程累計(jì)產(chǎn)生的碳排放量和碳泄漏量?jī)H占累計(jì)碳匯量的0.29%，表明整體抵消比例極小。

表7 1998－2018 年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)天保工程凈固碳量Table 7 The net carbon sink generated by Natural Forest Protection Project in key state-owned forest region of Daxing’anling, Heilongjiang province from 1998 to 2018

3 討論

3.1 研究區(qū)森林碳庫(kù)呈現(xiàn)顯著的碳匯特征

1998－2018 年，黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)依托天保工程的實(shí)施累計(jì)產(chǎn)生凈固碳量1.32×108Mg，年均產(chǎn)生凈固碳量6.61×106Mg·a?1。經(jīng)過(guò)天保工程20 年的持續(xù)建設(shè)，研究區(qū)森林資源面積和質(zhì)量均逐步提升，森林碳庫(kù)表現(xiàn)出明顯的碳匯作用，這與相恒星等（2021）基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)視角研究東北地區(qū)天保工程實(shí)施效果的評(píng)估結(jié)果一致。與此同時(shí)，基于對(duì)研究區(qū)森林碳庫(kù)發(fā)展趨勢(shì)的推測(cè)可知，目前林區(qū)尚有可供造林土地面積約8.62×105hm2，中、幼齡林面積占林區(qū)森林總面積的比重高達(dá)75.52%，表明林區(qū)森林植被存在較大的固碳潛力。雖然天保工程已于2020 年底正式結(jié)束，但是天然林保護(hù)工作在研究區(qū)仍將持續(xù)深化。寧可等（2014）、劉博杰等（2017）學(xué)者均研究表明，通過(guò)優(yōu)化森林經(jīng)營(yíng)管理能夠有效提升森林固碳增匯效益。為進(jìn)一步發(fā)揮研究區(qū)森林碳庫(kù)作用，未來(lái)研究區(qū)應(yīng)在《天然林保護(hù)修復(fù)制度方案》的指導(dǎo)下，從固碳、增匯、保匯3 個(gè)方面做好后天保工程時(shí)代的森林保護(hù)與修復(fù)工作。在固碳方面，嚴(yán)格落實(shí)天然林商業(yè)性停伐政策，加強(qiáng)森林資源監(jiān)測(cè)與監(jiān)管，保持森林碳庫(kù)穩(wěn)定；在增匯方面，加強(qiáng)對(duì)存量森林的科學(xué)經(jīng)營(yíng)，重視森林多功能經(jīng)營(yíng)管理權(quán)衡與協(xié)調(diào)理論與技術(shù)研究，推動(dòng)研究區(qū)森林固碳增匯效益與生物多樣性保護(hù)、水源涵養(yǎng)、木材儲(chǔ)備等多重效益的協(xié)調(diào)提升；在繼續(xù)做好人工造林的同時(shí)，注重開(kāi)展人工促進(jìn)天然更新措施，提高森林生態(tài)系統(tǒng)增匯效率。在保匯方面，加強(qiáng)現(xiàn)代化設(shè)備裝備的配置與應(yīng)用，提高森林災(zāi)害尤其是對(duì)雷擊火的防控和處置能力，減少或避免森林碳庫(kù)損失。

3.2 研究區(qū)森林碳庫(kù)對(duì)區(qū)域碳中和作用明顯

通過(guò)查詢中國(guó)碳核算數(shù)據(jù)庫(kù)（CEADs）黑龍江省碳排放清單，經(jīng)進(jìn)一步測(cè)算發(fā)現(xiàn)，1998－2018 年研究區(qū)凈固碳量相當(dāng)于抵消了同期黑龍江省二氧化碳累計(jì)排放量的近12%，表明天保工程對(duì)區(qū)域尺度碳中和作用顯著。雖然在天保工程實(shí)施過(guò)程中引發(fā)的碳排放、碳泄漏會(huì)抵消一部分森林固碳效益，但是大部分學(xué)者認(rèn)為該抵消比例通常很小。研究區(qū)因天保工程引發(fā)的碳排放量和碳泄漏量對(duì)森林固碳量的抵消比例僅為0.29%，這與Timmermann et al.（2014）、趙福生等（2015）關(guān)于營(yíng)造林活動(dòng)對(duì)森林固碳作用的影響的研究結(jié)果十分接近，表明研究區(qū)森林固碳增匯效益的整體效益未受明顯影響。但與歐光龍等（2010）的研究結(jié)果存在較大差異，這主要是由于生態(tài)林與經(jīng)濟(jì)林在營(yíng)造過(guò)程中的差別造成的。在經(jīng)濟(jì)林的造林和撫育管理過(guò)程中，為最大限度地提高其經(jīng)濟(jì)收益，一般會(huì)使用大量的碳氮化肥，且會(huì)增加人為經(jīng)營(yíng)管理的頻次，導(dǎo)致其碳排放強(qiáng)度要大于前者。另外，基于成本效益來(lái)看，1998－2018 年研究區(qū)天保工程累計(jì)投入資金306.08 億元，折合單位固碳成本僅為63.18 元/Mg CO2e，相對(duì)于生物質(zhì)能和碳捕集與封存（BECCS）的高達(dá)700－1 400 元/Mg CO2的單位固碳成本（何韻等，2022），天保工程固碳成本優(yōu)勢(shì)十分明顯。

3.3 天保工程措施影響森林碳匯的空間分布格局

從天保工程主要措施對(duì)森林碳庫(kù)的影響來(lái)看，研究區(qū)森林碳匯效益的主要貢獻(xiàn)源自森林經(jīng)營(yíng)措施對(duì)存量森林的質(zhì)量改善提升和對(duì)木材采伐量的大幅調(diào)減，這與何韻等（2022）研究發(fā)現(xiàn)在部分天保工程區(qū)存在以人工造林為主要貢獻(xiàn)的情況有所差別。這一差異與天保工程在全國(guó)不同區(qū)域的建設(shè)目標(biāo)和任務(wù)分工情況是相匹配的。在天保工程總體布局中，實(shí)施人工造林的重點(diǎn)區(qū)域主要集中在四川、云南等長(zhǎng)江上游和陜西、甘肅等黃河上中游地區(qū)，而研究區(qū)的人工造林任務(wù)量比重相對(duì)較小。另一方面，研究區(qū)是木材調(diào)減的重點(diǎn)區(qū)域。尤其是自2014 年開(kāi)始，研究區(qū)在全國(guó)率先停止了天然林商業(yè)性采伐。因此，上述因素是造成同為天保工程區(qū)，但碳匯主體貢獻(xiàn)來(lái)源不同的重要原因。此外，何韻等（2022）研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江、黃河流域部分省份在天保工程實(shí)施期間的某些年份其木材采伐量依然大于天保工程實(shí)施前的情況，這也更加印證了上述推論。此外，上述原因也是造成研究區(qū)內(nèi)部各林業(yè)局之間森林碳匯效益貢獻(xiàn)來(lái)源差異的主要原因，如加格達(dá)奇林業(yè)局在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)一直作為“營(yíng)林型”林業(yè)局進(jìn)行建設(shè)管理，其主要任務(wù)是開(kāi)展?fàn)I林造林活動(dòng)，區(qū)別于其他以木材采伐為主的“森工型”林業(yè)局，這造成了加格達(dá)奇林業(yè)局具有最多的人工造林碳匯量和最少的調(diào)減木材碳匯量。從總體上看，由于人工造林和調(diào)減木材2 項(xiàng)措施的任務(wù)空間布局不均，造成了研究區(qū)凈固碳量存在一定程度的空間異質(zhì)性。并且，這種空間異質(zhì)性可能隨著時(shí)間的推進(jìn)變得更為凸顯。

3.4 制約天然林碳匯價(jià)值實(shí)現(xiàn)的瓶頸亟待突破

從推動(dòng)研究區(qū)森林碳匯產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)的視角看，參與林業(yè)碳匯市場(chǎng)化交易是當(dāng)前極具可行性的方式之一，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)收益可以作為天然林保護(hù)資金投入的有益補(bǔ)充。但是，目前中國(guó)開(kāi)展的林業(yè)碳匯交易主要是在溫室氣體自愿減排交易（CCER）機(jī)制下實(shí)行的碳排放配額清繳抵消活動(dòng)，其碳匯需求總量被嚴(yán)格限制。更為關(guān)鍵的是，涉及天然林的保護(hù)修復(fù)內(nèi)容尚未被主管部門納入林業(yè)碳匯項(xiàng)目方法學(xué)備案，導(dǎo)致天然林經(jīng)營(yíng)產(chǎn)生的碳匯增量不能作為交易標(biāo)的物。受制于此，研究區(qū)僅能將人工造林和人工林森林經(jīng)營(yíng)產(chǎn)生的碳匯量推向碳交易市場(chǎng)。與此同時(shí)，研究區(qū)人工造林空間十分有限，且人工林存量面積比重低，絕大部分森林屬于天然次生林。并且，研究區(qū)未來(lái)最主要的工作任務(wù)是對(duì)天然次生林的保護(hù)與修復(fù)。在當(dāng)前的林業(yè)碳匯市場(chǎng)交易體系下，天然次生林經(jīng)營(yíng)產(chǎn)生的大量碳匯量無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這對(duì)于整個(gè)天保工程區(qū)而言皆是十分不利的局面。因此，對(duì)于學(xué)界及行業(yè)管理部門而言，如何盡快完善林業(yè)碳匯交易機(jī)制、加快論證將天然次生林碳匯納入碳交易的可行性、填補(bǔ)天然次生林碳匯項(xiàng)目方法學(xué)的空白、探索將天保工程區(qū)的林業(yè)碳匯優(yōu)先納入全國(guó)碳市場(chǎng)交易等問(wèn)題將成為未來(lái)的重要任務(wù)。

3.5 科學(xué)減少估測(cè)不確定性是未來(lái)的重要研究任務(wù)

相較于以往的研究，本研究在測(cè)算過(guò)程中采用的數(shù)據(jù)更多元、考慮的指標(biāo)更具體，對(duì)于提高結(jié)果可靠性具有積極作用，但依然存在一定的不確定性。對(duì)于天保工程實(shí)施后，林下灌木林、森林粗木質(zhì)殘?bào)w、森林土壤理化性質(zhì)等動(dòng)態(tài)變化對(duì)森林碳庫(kù)的影響暫未納入考慮。黃龍生等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，天保工程能夠有效增加森林的固土和保肥總量。通過(guò)天保工程的實(shí)施，極有可能增加研究區(qū)的森林土壤有機(jī)碳總量。另外，據(jù)鄭樹(shù)峰等（2021）研究發(fā)現(xiàn)，2000－2015 年大興安嶺天保工程區(qū)新增的森林主要是由濕地和草地轉(zhuǎn)化而來(lái)，分別占總轉(zhuǎn)入面積的44.47%和30.13%。針對(duì)研究區(qū)而言，是否存在上述情況？如果存在如上所述的生態(tài)系統(tǒng)類型變化，則研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的碳匯/碳源特征是否發(fā)生重大變化？由于當(dāng)前數(shù)據(jù)的可獲得性和研究方法不完善等原因，本研究未將上述因素納入考慮，將在后續(xù)工作中逐步納入研究范疇。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)施天保工程，1998－2018 年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)累計(jì)產(chǎn)生凈固碳量1.32×108Mg，相當(dāng)于抵消了同期黑龍江省二氧化碳累計(jì)排放量的近12%。對(duì)存量森林資源開(kāi)展森林經(jīng)營(yíng)管理所產(chǎn)生的森林碳匯量是研究區(qū)凈固碳量的最大貢獻(xiàn)來(lái)源，占比高達(dá)80.0%。人工造林面積和調(diào)減木材數(shù)量在空間布局上的不均，是造成研究區(qū)凈固碳量存在一定程度空間異質(zhì)性的主要原因。天保工程在實(shí)施過(guò)程中引發(fā)的碳排放、碳泄漏會(huì)抵消研究區(qū)的部分固碳效益，但抵消比例很小，僅占0.29%。總體而言，研究區(qū)天保工程的碳中和作用顯著，且具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。在后天保工程時(shí)代，建議從固碳、增匯、保匯3 個(gè)方面科學(xué)強(qiáng)化天然林的保護(hù)與修復(fù)成效，避免或減少森林碳庫(kù)無(wú)序損耗，創(chuàng)新天然林碳匯價(jià)值實(shí)現(xiàn)路徑，減少計(jì)量與監(jiān)測(cè)的不確定性影響，實(shí)現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯效率持續(xù)提升。