李德月 舒 琪

(1 國際竹藤中心 北京100102 ；2 中國林業(yè)科學研究院 北京 100091)

森林是世界上重要的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能區(qū)，其固碳能力和大量碳儲量是緩解氣候變化的關(guān)鍵[1-2]。竹林作為一種重要的森林資源，是巨大的可再生資源庫、能源庫[3]。據(jù)中國“第九次森林資源清查(2014—2018 年) ” 數(shù)據(jù)顯示，中國竹林面積已經(jīng)達到642 萬hm2，約占世界竹林總面積的19%[4]。竹子是目前世界上生長最快的植物之一，能夠有效固碳并緩解溫室效應[5]。其中，毛竹碳匯造林見效快、收益高，是中國開發(fā)利用程度最高的竹種，約占中國竹林總面積的73.8%[6-7]。目前，竹林撫育技術(shù)并不完善，優(yōu)化竹林結(jié)構(gòu)以及經(jīng)營模式的問題亟需更深入研究，以期為竹林固碳增匯提供理論基礎(chǔ)。

碳中和是指化石燃料使用及土地利用變化導致的碳排放量與陸海生態(tài)系統(tǒng)吸收及其他技術(shù)方式固存的碳量之間達到平衡。為實現(xiàn)中國在2060年前達到碳中和的目標，增強竹林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力尤為重要。實現(xiàn)竹林碳匯最大化，需建立最優(yōu)的空間布局、構(gòu)建最優(yōu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、實施最優(yōu)的管理[8]。在自然條件下，竹林生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能和過程上是不可持續(xù)的，可能會成為區(qū)域性入侵種，或因單優(yōu)種群一次性開花而造成生態(tài)系統(tǒng)崩潰[9]。相比于其他類型森林，竹林生物多樣性更加匱乏，長期人工經(jīng)營的竹林更趨向于發(fā)展為純林。目前，世界森林面積仍在逐漸減少，而竹林面積卻以每年3%的速率增加[10]。竹林作為一種重要的碳匯，同時也是碳源，實現(xiàn)碳中和目標后，大面積竹林的管理與利用仍面臨挑戰(zhàn)。

中國在竹林培育、資源管理與利用方面取得了許多重要成果，但有關(guān)基于碳中和目標的竹林生態(tài)系統(tǒng)管理與經(jīng)營模式尚有許多理論和實際問題需進一步研究論證。本文擬從竹林生態(tài)系統(tǒng)合理布局、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及綜合管理等方面探討碳中和愿景下的竹林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營模式及管理方式，旨在為充分發(fā)揮和鞏固竹林碳中和貢獻提供借鑒。

1 竹林生態(tài)系統(tǒng)合理布局

中國竹林主要分布在南方亞熱帶地區(qū)，包括福建、江西、浙江、湖南、四川、廣東、廣西、安徽、貴州、湖北、重慶、云南和臺灣等省份。Li 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，降水和溫度是限制竹林生長的重要氣候因子，其中在春季降水為337～794 mm、夏季降水為496～ 705 mm、秋季降水為213～929 mm、年平均相對濕度為74.3%～83.4%、秋季平均溫度為16.6～23.8 ℃、年平均溫度為2.3～10.1 ℃和年總輻射量為3.2×104～4.3×104W/m2的氣候變量區(qū)域內(nèi)更適宜竹林生長。竹林分布隨氣候變化呈現(xiàn)出顯著的時空差異，其潛在分布呈現(xiàn)向內(nèi)陸收縮和向西南擴張的趨勢。在大空間尺度上，森林碳通量隨緯度增加而減少[12]。森林碳通量即樹木和其他初級生產(chǎn)者對碳的固定、分配和代謝，其影響著碳儲存，決定了森林與氣候變化的相互作用。理論上，在氣候條件適宜情況下，低緯度區(qū)竹林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力更好。

與其他森林生態(tài)系統(tǒng)相比，竹林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較弱，人類和自然干擾是其可持續(xù)發(fā)展的主要驅(qū)動力[13]。在自然狀態(tài)下，竹林生態(tài)系統(tǒng)可能會擴張入侵其他類型生態(tài)系統(tǒng)，使得區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)整體惡化。然而，竹林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育快速的機理、竹林土壤質(zhì)量變化以及對區(qū)域生物多樣性的影響尚未有定論。盡管竹林的固碳能力優(yōu)于其他森林類型，但其面積增加速率不宜過快。在統(tǒng)籌考慮竹林綜合效益的基礎(chǔ)上，選定合適的區(qū)域建造竹林是下一步的研究重點。

2 竹林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

人工竹林基本上由單物種或少數(shù)幾類竹種組成，群落外貌單一，垂直、水平結(jié)構(gòu)簡單，其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性物種常常也是建群種和優(yōu)勢種，形成單優(yōu)勢群落。天然竹林物種多樣性相對較豐富，群落外貌多樣，空間結(jié)構(gòu)復雜。竹林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能主要是由森林的生物量和生產(chǎn)力決定的，其固碳能力取決于碳素輸入速率和碳素輸出速率的比值。人工竹林與天然竹林相比，前者側(cè)重經(jīng)濟效益，后者生態(tài)效益更優(yōu)，至于固碳能力尚未有明確數(shù)據(jù)比較。在人為因素干預下，人工竹林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以向天然竹林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展，以平衡生態(tài)效益與經(jīng)濟效益。

竹林生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展離不開人為調(diào)控。在所有陸地生態(tài)系統(tǒng)中，地上、地下生物群落和非生物環(huán)境形成相互作用和反饋，維持著關(guān)鍵的生態(tài)功能，包括植物生產(chǎn)力、分解、營養(yǎng)循環(huán)和碳儲存[14-15]。生態(tài)學研究往往關(guān)注的是地上擾動的響應，而很少考慮地下擾動以及它們之間的相互作用。然而，看似影響單個生態(tài)成分的擾動可以通過它們的相互作用對整個生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而傳遞間接的擾動效應[16]。在全球氣候和環(huán)境變化的條件下，保護竹林的功能完整性，關(guān)鍵是量化竹林對非生物和生物干擾的響應以及相互作用機制[2，17]。對于竹林生態(tài)系統(tǒng)而言，探究竹、土壤和微生物三者之間的相互關(guān)系，以及在人為干擾下這三者相互關(guān)系的變化，有利于充分發(fā)揮其固碳能力；在達成碳中和目標后，竹林生態(tài)系統(tǒng)的后續(xù)利用和改造，將基于這三者關(guān)系進行。

竹林生態(tài)系統(tǒng)往往毗鄰人居環(huán)境，特別是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。邊緣效應在很大程度上導致了森林碳儲量的下降；邊緣的產(chǎn)生，使森林邊緣冠層結(jié)構(gòu)和與光捕獲、生長和生產(chǎn)力相關(guān)的葉面特征發(fā)生顯著變化，這些變化與地上碳含量的下降有關(guān)[18]。隨著時間的推移，邊緣效應會變得更加嚴重，預防這種后果的一種可能策略是在農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)之間建立緩沖區(qū)。竹林比其他森林更敏感、脆弱，在制定土地利用規(guī)劃和保護利用策略時，需考慮竹林生態(tài)系統(tǒng)對邊緣產(chǎn)生的敏感性。

3 竹林生態(tài)系統(tǒng)綜合管理

竹林固碳能力受到經(jīng)營強度和經(jīng)營目標的影響。按經(jīng)營強度的差異分類，竹林經(jīng)營可以分為高度集約經(jīng)營、中度經(jīng)營和粗放經(jīng)營3 種類型，其中高度集約經(jīng)營中的除草、施肥、覆蓋、灌溉、墾復等經(jīng)營措施較為頻繁、經(jīng)營強度較大，而中度集約經(jīng)營和粗放經(jīng)營的經(jīng)營措施相對較少、經(jīng)營強度較低；按經(jīng)營目標的不同分類，可以將竹林經(jīng)營分為筍用林、筍竹兩用林和材用林3 種類型。周國模[19]、漆良華[20]、Zhou[3]和李正才[21]等研究表明，集約經(jīng)營的竹林其固碳能力是粗放經(jīng)營條件下的1.14～1.69 倍。劉強[22]研究表明，不同經(jīng)營取向毛竹林固碳能力存在顯著差異，筍竹兩用林、適宜林地材用林和較適宜材用林的年均固碳能力分別為3.98 t C/hm2、4.69 t C/hm2和3.28 t C/hm2；筍竹兩用林、適宜林地材用林和較適宜林地材用林的年均利潤水平分別為0.28 萬元/hm2、0.24 萬元/hm2和0.19 萬元/hm2?？紤]到生態(tài)效益與經(jīng)濟效益，竹林生態(tài)系統(tǒng)應在集約經(jīng)營下向材用林發(fā)展。

在碳中和目標下，竹林生態(tài)系統(tǒng)管理目標更傾向于固碳。因此，在關(guān)注竹林地上部分固碳能力的同時，對竹林土壤碳儲量的變化應更深入研究。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤碳庫是植物體碳庫的3 倍，是碳循環(huán)的重要組成部分[23]。土壤呼吸是土壤碳釋放到大氣中的主要路徑。土壤呼吸受多種因素影響，包括根系生物量、土壤有機碳、土壤養(yǎng)分含量以及微生物種群及其活性[24]。Li等[25]研究表明，施肥、收獲和施肥與收獲互作對土壤有機碳密度變化有顯著影響，但對土壤有機碳的貯藏影響不顯著；只有高施肥與高強度收獲的交互作用(即集約管理模式)，才會導致土壤碳儲量減少。在集約管理模式下，高強度施肥導致的氮沉降是影響竹林土壤呼吸的重要因素。施氮顯著增加了木質(zhì)生物量的增量和土壤有機碳分解，增加了N2O 的排放，降低了土壤對CH4的吸收[26-28]，然而這種影響對溫室氣體平衡的影響尚未有定論[29]。

優(yōu)化竹林生態(tài)系統(tǒng)管理模式是實現(xiàn)竹林碳中和目標的前提。傳統(tǒng)的經(jīng)營模式對竹林土壤碳儲量的影響不容忽視。科學謀劃實現(xiàn)碳中和的路徑與方案，需貫徹綠色低碳新發(fā)展理念，統(tǒng)籌好發(fā)展與減排、整體與局部、短期與長期的關(guān)系，以科技創(chuàng)新為推動力，形成綠色低碳的能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)組合、生產(chǎn)方式、空間布局[30]。對于竹林生態(tài)系統(tǒng)碳中和管理模式的探索，需要全面考慮生態(tài)系統(tǒng)各個組分，形成新的竹林生態(tài)—經(jīng)濟發(fā)展技術(shù)體系。

4 總結(jié)與展望

作為碳排放量較大的發(fā)展中國家，中國將在2030 年前碳達峰后，用30 年的時間實現(xiàn)碳中和愿景，任務異常艱巨。竹類植物作為生態(tài)恢復中的先鋒建群種，能夠緩解森林衰退壓力，同時有效地固碳，調(diào)節(jié)溫室效應。但竹林生態(tài)系統(tǒng)相對于其他類型森林生態(tài)系統(tǒng)更加敏感和脆弱，其可持續(xù)發(fā)展離不開人為干擾和調(diào)控。森林生態(tài)學理論是否完全適用于竹林生態(tài)系統(tǒng)尚需驗證。

中國竹資源豐富，竹林面積逐年增加，更有“竹子王國” 之稱。竹產(chǎn)品在世界上占有重要地位，是當?shù)剞r(nóng)戶主要經(jīng)濟來源。除固碳能力外，竹林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效益低于其他類型森林生態(tài)系統(tǒng)；當脆弱的竹林受到破壞時，其大量的碳儲量會轉(zhuǎn)變成碳源。這就要求對于竹林生態(tài)系統(tǒng)的管理與規(guī)劃更為嚴格?，F(xiàn)階段，竹林面積持續(xù)增長，一些地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展離不開竹林。在高強度集約經(jīng)營模式下，經(jīng)濟效益固然增加，但竹林土壤碳匯受到嚴重影響，甚至增加了其他溫室氣體的釋放。竹林生態(tài)系統(tǒng)管理技術(shù)體系需要統(tǒng)籌考慮長時間尺度下生態(tài)與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)，未來應進一步開展以下幾個方面的研究。

1) 為了防止在碳中和目標實現(xiàn)后，竹林生態(tài)系統(tǒng)因退化與破壞而轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚?，應進一步研究竹林生態(tài)系統(tǒng)向其他類型森林生態(tài)系統(tǒng)過渡的轉(zhuǎn)化機制，在不影響或較小影響碳匯的情況下完成竹林生態(tài)系統(tǒng)的更替。

2) 現(xiàn)階段開展竹林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低竹林生態(tài)系統(tǒng)的敏感性和脆弱性，促成人與自然和諧共生。

3) 更新提升傳統(tǒng)竹林管理技術(shù)體系。傳統(tǒng)技術(shù)注重于提升竹林固碳能力與竹產(chǎn)品產(chǎn)量，而忽略了竹林地下部分動態(tài)變化。完善的竹林管理技術(shù)體系應統(tǒng)籌考慮生態(tài)系統(tǒng)各個組分，最大限度地發(fā)揮其對碳中和的貢獻。