全球造林/再造林地土壤有机碳变化及其对人工林碳汇的贡献

Forests play an important role in regulating the global carbon cycle and mitigating climate change. In recent decades, large areas of afforestation/reforestation have been carried out globally. The issues on changes in soil carbon pool after afforestation/reforestation, especially the impact of large-scale planted forest growth on dynamics of soil organic carbon is still far from being understood. By literature survey, meta-analysis and model simulation, this project will focus on: 1) determining soil organic carbon distribution and clarifying impact factors which regulate the relationship between soil carbon change and planted growth at global scale; 2) establishment of soil organic carbon change model in planted forests; 3) estimating soil organic carbon change and spatial characteristics in the global afforestation/reforestation forests, and its contribution to planted forest carbon sink. The objective of this project is to quantity the relationship between soil organic carbon change and wood growth in afforestation/reforestation forests. According to this, the changes in soil carbon pool and its contribution to carbon sink of planted forests on the national, regional and global scales are clarified. This project will be an attempt to study organic carbon dynamics of afforested/reforested soils on global scale based on tree growth, and to get better understanding by compiling methods of meta-analysis and model simulation to address contribution of soil carbon stocks to ecosystem carbon sink in large scale afforestation/reforestation.

森林是陆地生态系统的重要组成部分，在调节全球碳循环及减缓全球气候变化中占有举足轻重的地位。近几十年来，大面积的造林/再造林在全球范围内开展。但迄今为止，对于造林/再造林后土壤碳库的变化，特别是大尺度人工林地植被生长对土壤有机碳变化的影响等认知还十分有限。本项目拟通过数据调研、集成分析和模型模拟等方法开展如下研究：1）全球造林/再造林地土壤有机碳分布与林木生长的关系及影响因素；2）建立造林/再造林地土壤有机碳变化模型；3）全球造林/再造林地土壤碳库变化估计及对人工林碳汇的贡献。研究目标是：明确造林/再造林地土壤有机碳变化与林木生长的定量关系；并据此阐明国家、区域及全球尺度人工林土壤碳库变化及对碳汇的贡献。项目创新之处在于：基于植被生长估计土壤有机碳的变化，并综合数据整合分析和模型方法估算大尺度造林/再造林土壤碳库变化及其对人工林碳汇的贡献。

造林/再造林是生态工程的常用措施，也是自然气候解决方案中最为重要的举措之一。全球范围内人工林面积在不断增加，但其土壤碳库的变化及影响因素，以及其对人工林生态系统碳汇的贡献仍然不确定。本项目基于对全球造林/再造林土壤、植被和生态系统碳库/碳汇的调研和对中国境内文献中造林缺失数据的实地采样调查和分析，明确了全球造林/再造林地土壤有机碳分布与林木生长的关系及影响因素；建立造林/再造林地土壤有机碳变化结构方程模型；估算了全球造林/再造林地土壤碳库变化，在此基础上分析了国家、区域及全球尺度人工林土壤碳库变化对生态系统碳汇的贡献。结果显示：对同一气候区而言，造林时间长的人工林，其土壤碳密度高于造林时间短的。全球平均造林地土壤有机碳增加速率为0.50MgC/ha/yr，暖温带增加速率最大，为0.96MgC/ha/yr。而寒温带则最小，仅为0.21MgC/ha/yr。影响全球人工林土壤固碳速率的主要因素是无霜期天数、年降水量和初始有机碳密度，并随纬度的变化而有所差异。而无霜期长度、年均温和年降水是中国人工林土壤固碳速率变化的主要驱动因素，且全球变暖可能会加快中国温带人工林的土壤固碳速率。造林后土壤有机碳密度占生态系统有机碳密度比例主要受土壤初始有机碳密度和乔木地上、地下有机碳密度影响。造林后全球人工林生态系统的固碳速率随纬度增加而下降，固碳速率较高的区域分布在23°N-23°S之间，平均为5.33±1.71MgC/ha/yr。总体而言，造林地生物固碳速率高于土壤，土壤对生态系统固碳的贡献有显著差异，从造林5年后的61.21-92.87%降至造林40年后的25.67-61.09%；在不同气候带中，寒带、温带、亚热带和热带的平均土壤固碳贡献分别为23.48%、18.67%、23.46%和13.59%。进一步保守估算全球造林潜力面积约439.18Mha，而2020-2030年间各国计划造林总面积约为191.27Mha，当各国的造林计划完全实现时，到2050年共计可以提供约19.6PgC的固碳总量。