北方混交林中采用变保留量采伐方式后的碳动态变化

《Ecological Applications》：Carbon dynamics following variable retention harvesting in boreal mixedwood forests

　　碳动态与保留收获效果研究显示，保留收获在不同森林类型中碳恢复效果各异：阔叶林低保留率即可维持碳储量，而混合林和针叶林需更高保留率。土壤碳稳定，活树和枯立木动态主导碳变化。研究强调根据森林类型选择保留率的重要性，为平衡生产与碳储存提供依据。

　　森林碳循环是全球气候变化研究中的一个关键议题，尤其在北半球的针叶林和混交林生态系统中表现尤为突出。近年来，随着气候变化的影响加剧，以及森林管理实践的演变，科学家们开始探索如何在维持木材生产的同时，优化森林碳储存能力。其中，保留性采伐（Retention Harvest）作为一种替代传统全砍伐（Clearcut）的森林管理方法，被认为在提升森林生态价值方面具有潜力。本文基于一项长期实验——EMEND（Ecosystem Management Emulating Natural Disturbance），分析了不同保留水平对三种典型北亚针叶混交林类型中碳储量的影响，旨在为森林管理提供科学依据。

### 保留性采伐与碳动态的关系

保留性采伐的核心理念是通过在采伐过程中保留一定比例的林木，以维持森林结构的多样性、促进生物多样性和增强生态系统功能。这种做法能够减少森林采伐对碳储量的短期冲击，并为森林在采伐后恢复碳吸收能力提供机会。研究发现，保留性采伐对碳储量的影响因森林类型和采伐强度的不同而有所差异。例如，在落叶树主导的森林中，保留性采伐能够在采伐后的3至7年内使森林成为碳汇（Carbon Sink），而针叶树和混交林则需要更长时间才能恢复到碳中性或碳汇状态。

在采伐后的早期阶段，所有森林类型中，保留性采伐的碳损失都比全砍伐少，因为保留的树木在采伐后仍能维持较高的生物量。然而，随着时间推移，保留树木的死亡和分解会显著降低碳储量，这在针叶树和混交林中尤为明显。相比之下，落叶树主导的森林由于其快速的更新能力，如白杨树（Aspen）的根蘖再生，能够在较短时间内恢复碳储量。这种差异主要源于不同树种对采伐的响应机制不同。例如，针叶树种子的再生受到保留树木竞争的影响较大，而落叶树则因较强的光适应能力，能够迅速恢复生长。

### 碳储量的恢复过程

研究结果表明，碳储量的恢复过程是复杂且动态变化的。在采伐后的前三年，所有保留性采伐的碳储量都显著高于全砍伐，尤其是对于落叶树和混交林。然而，随着时间的推移，这种优势可能减弱。例如，在混交林中，只有75%的保留水平才能在18年后维持与未采伐森林相当的碳储量。而在针叶树林中，50%和75%的保留水平在18年后也能够达到类似效果。这说明，在某些森林类型中，高保留水平能够有效维持碳储量，从而减少对环境的负面影响。

此外，研究还发现，保留性采伐在促进碳恢复方面具有显著的时空差异。例如，在采伐后的3至7年，落叶树林的碳储量迅速增加，而在混交林和针叶树林中，这种增长趋势较慢。这可能是由于针叶树和混交林的更新能力较弱，以及保留树木的死亡率较高。因此，在制定保留性采伐策略时，需要综合考虑森林类型、树种特性以及生态恢复的自然过程。

### 土壤碳储量的稳定性

尽管保留性采伐对森林生物量的碳储量有显著影响，但研究发现，土壤碳储量在不同保留水平和森林类型之间几乎没有变化。这表明，土壤在短期内对碳储存的贡献相对稳定，即使在采伐后，其碳含量仍保持较高水平。这一发现与以往的研究结果一致，说明土壤是森林碳循环的重要组成部分，且其碳储量受采伐影响较小。

然而，土壤碳储量的变化并非完全稳定。例如，在某些研究中，发现采伐后的森林地表层（Forest Floor）碳储量短期内有所下降，但随着时间推移，这些损失会逐渐被土壤中的有机质积累所弥补。因此，土壤碳储量的动态变化虽然不如生物量碳那样明显，但仍然是评估森林碳平衡的重要指标。

### 碳储量的长期趋势与管理建议

从长期来看，保留性采伐的碳恢复效果取决于多个因素，包括森林类型、保留水平以及采伐后的自然更新过程。研究显示，即使在保留水平较低的情况下，落叶树林的碳储量也能在18年后恢复到接近未采伐水平。而对于针叶树林和混交林，只有较高保留水平（如50%或75%）才能实现类似效果。这提示我们，在进行森林管理时，应根据不同森林类型选择适当的保留水平，以在碳储存和木材生产之间取得平衡。

同时，研究还强调了保留性采伐在提升森林生态功能方面的潜力。例如，保留树木可以促进林下植被的生长，减少极端气候条件对幼苗的影响，从而提高森林的整体恢复能力。此外，保留性采伐还能为某些依赖高树冠覆盖率的物种提供适宜的栖息地，如木林驯鹿（Woodland Caribou），这对生物多样性保护具有重要意义。

### 对森林管理的启示

本文的研究结果为森林管理提供了重要的参考。首先，保留性采伐能够在短期内减少碳损失，但长期效果则取决于森林类型和保留水平。其次，不同森林类型对保留性采伐的响应存在显著差异，因此在制定管理策略时，应考虑这些差异，避免采用“一刀切”的方法。例如，在落叶树林中，保留10%至20%的树木即可显著提高碳储量，而在针叶树林中，可能需要更高的保留水平（如50%或75%）才能实现类似的碳储存效果。

此外，研究还指出，保留性采伐可以作为可持续森林管理（SFM）的一种实用手段，不仅有助于碳储存，还能促进生态系统的恢复。因此，未来的研究应进一步探索不同保留水平对森林碳储量和生物多样性的影响，以制定更加科学和灵活的森林管理方案。

### 结论

保留性采伐在碳储存和生态功能之间提供了潜在的平衡点，尤其是在应对气候变化和森林管理需求方面。然而，其效果并非一成不变，而是受到森林类型、采伐强度以及时间尺度的显著影响。因此，未来的森林管理实践应更加注重对不同森林类型的差异化管理，结合生态学原理和碳循环动态，以实现更高效、可持续的森林资源利用。同时，应加强对保留性采伐长期效果的监测和研究，为政策制定和管理实践提供更加坚实的科学基础。