1　绪论

1.1　环境与发展

20世纪，是人类科学技术得到突飞猛进发展的一个时代。人类依靠着所取得的技术对地球上各种自然资源展开了大范围、超强度的开发和利用，从而令人类社会出现了飞快的进步和发展。但同时，紧随而来的却是人类赖以生存的环境的问题，由于各种自然资源受到了严重的破坏，人类的生存受到了比较严重的威胁，从而使保护环境、维持生态平衡变得越发重要了。由此，环境与发展已经是当今社会普遍关注的热点问题之一［1］。

气候变暖是全球十大生态问题之首［2，3］。由于人口的普遍增加、人类生产和社会活动的规模日益增大，在这过程中，人类向大气排放了大量的二氧化碳、一氧化碳、甲烷、一氧化二氮等多种温室气体，其浓度大幅度增加，并导致了大气成分发生严重的变化，从而使气候受到影响，导致气候逐渐暖化［4～6］。而且，全球变暖的事实也已经被大量观测和研究数据所证实，例如，在1861年至2000年之间，全球地表的平均温度升高了大约0.6℃，由此，更增强了人们的生态和环保意识［7，8］。

目前，全球气候暖化已经是一个人类需要共同面对和解决的问题。全球变暖是一种生态灾难，它将对人类的生产和生活产生重大的影响；它不仅是一个气候变暖的趋势，温度的增加可以导致很多其他方面的问题，例如，较高的温度可以融化极地的冰川，使海平面升高，也可能引起一系列灾害性的天气事件，使气候状况反常或造成旱涝等严重灾害；气候变暖更会影响人类的健康，能加大疾病的危险性及增加传染疾病等［9］。据资料显示，过去的十年，异常的天气事件和自然灾害数量大约是之前50年所发生事件的4倍。究其根源，主要是由人类生产活动所制造出的以二氧化碳为主的温室气体的不断增加而导致［10］。

1.1.1　全球气候变化对森林生态系统的影响

自工业革命以来，由于人类活动的直接或间接影响，许多温室气体的浓度都明显增加。大气CO2浓度从280mg/L升高到365mg/L，预计21世纪末将达到700mg/L，大气CO2浓度的迅速升高引起了国际社会的高度关注［11］。在过去几十年里，大气CO2浓度的增加70%～90%来自化石燃料的燃烧，其余（10%～30%）主要由于土地利用的变化所致，特别是森林砍伐［12］。由于大气CO2浓度增加导致了明显温室效应，并影响到全球碳循环，因此相关研究已经引起了世界各国的关注［13，14］。

由于森林与气候之间存在着密切的关系，气候的变化将不可避免对森林产生一定的影响。气候变化对森林的影响主要表现在改变了森林生态系统的分布、树种组成以及森林土壤的分布与性质等［15］。

第一，每类生态系统中都包含着众多的物种，虽然这些物种生长在同一气候条件下，但对气候变化的适应能力却不同。在剧烈的气候变化条件下，某些物种可能会因完全不能适应而死亡，另一些则仍然能够生存，变化后的条件还有可能更适合于区域物种的入侵，从而导致森林生态系统的结构发生变化［16］。第二，森林生产力是衡量树木生长状况和生态系统功能的主要指标之一，气候变化强烈地影响着森林生产力，森林生产力分布格局主要取决于气候环境的水热条件［17］，这是研究中国森林生态系统对全球气候变化响应很重要的一方面。第三，随着全球气候的变化，植物的物候也将发生显著变化。冬季和早春温度的升高使春季提前到来，从而影响植物的物候，使它们提早开花放叶，这将对那些在早春完成其生活史的林下植物产生不利的影响，甚至有可能使其无法完成生命周期而导致灭亡，从而导致森林生态系统的结构和物种组成的改变。第四，气候变化影响着森林土壤碳氮循环过程，其中温度和降雨等是直接影响土壤碳氮循环过程（特别是土壤C库和N库及C、N微量气体排放）的直接或间接的关键因子。具体来说，气候变化对森林土壤碳氮循环过程的影响主要表现在其对森林土壤碳库和氮库、土壤呼吸以及土壤甲烷和氧化亚氮排放的影响方面。

综上所述，全球气候变化对森林生态系统的影响是多方面的，要正确评价全球气候变化对中国森林生态系统的影响，就必须对森林与气候和其他环境因子及森林间的相互作用进行全面和充分的了解。

1.1.2　应对气候暖化的行动

在1979年于瑞士日内瓦召开的日内瓦会议中，科学家们提出了重要警告，即大气中的二氧化碳气体的浓度在逐年增加，将会导致地球的温度升高；这是气候暖化问题第一次被正式提出，而且是作为国际社会所共同关注的问题。1992年在巴西里约热内卢举行的联合国大会中，《联合国气候变化框架公约》在全球首脑会议上通过，这是世界上第一个应对全球气候变暖的国际公约，目的是为了全面地控制温室气体的排放［18］。1997年，第三次缔约方大会在日本京都召开，会议通过了《京都议定书》这一国际性的著名公约，其主要目的就是为了减少全球的温室气体排放，抑制全球变暖，由此来维护生态平衡。此公约已经于2005年2月16日在全球正式生效［19，20］。2007年于巴厘岛召开的联合国气候变化大会通过了《巴厘岛路线图》，主要是针对气候暖化、气候异常而提出解决措施，这是全人类联合抑制全球暖化的一次非常重要的行动。2009年在丹麦哥本哈根召开的气候大会，达成了《哥本哈根协议》，这是一个新的应对气候暖化的国际协议，被称为“拯救全人类全社会的最后一次机会”的会议。2010年，《联合国气候变化框架公约》与《京都议定书》的气候谈判会议在中国天津召开，国际代表们对气候异常问题进行了深刻讨论，并达成了环保的共识。2010年底在墨西哥坎昆召开的气候大会通过了《坎昆协议》，达成了开发低碳发展的战略，这是应对气候暖化的又一份重要协议［21］。

2009年8月于北京召开的国务院常务会议上，温家宝总理提出，要把应对气候暖化纳入到国家的“十二五”规划中，以促进我国的低碳经济发展，以及对生态平衡的保护。2009年9月举行的联合国气候变化峰会上，胡锦涛主席曾提出，我国将会把处理气候暖化和气候异常的使命纳入到经济、社会发展的规划当中。由此可见，绿色发展、低碳发展已经成为国际和国内的重要发展之路。同时，相应的碳素储存理论应时出现。

1.1.3　碳素储存理论的提出

如何应对气候暖化所引起的各方面问题，国际和国内社会已共同行动。2007年，世界经济论坛年会于达沃斯举行，在这个会议上，气候变化成了首要问题，它超过了恐怖主义，以及阿以冲突等问题。所以，对二氧化碳等温室气体的抑制行动至关重要，寻找和确定二氧化碳的“源”与“汇”已成为当今全球研究的重要内容［22］。同时，碳素储存的问题由此出现。

在全球开展的碳素储存减排研究中，森林碳汇发挥了重要作用［23，24］。所谓森林碳汇是指植物通过光合作用将大气中的温室气体（二氧化碳）吸收，并以生物量的形式贮存在植物体内和土壤中，从而减少二氧化碳在大气中的浓度的过程；也就是说，森林碳汇是从空气中去除二氧化碳等温室气体的活动、过程或机制。由此，我们应积极开展植树造林工作，扩大森林面积，提高碳“汇”效应［25］。

树木是陆地生态系统中碳蓄积量巨大、碳储量最高的生物质，它在生长中形成了木质部（生物质的主体），即木材。构成木材的元素有27种以上，其中含碳50%、氢6.4%和氧42.6%，其他成分共约1%，也就是说木材实际重量的一半是碳元素。可见，木材是一个巨大的碳素储存库，研究其碳素储存极为重要。

当树木在进行光合作用时，自幼林生长开始就在吸收二氧化碳并呼出新鲜氧气，起着为地球储存碳素并供氧的重担。科学研究表明，“一棵20年生的树，一年可吸收约11～18kg二氧化碳”，“林木每生长1m3，平均吸收1.83t二氧化碳，释放1.62t氧气”。可见，树木的碳素储存能力非常巨大。

树木的光合作用反应式如下：

　　

按光合作用反应式看，每生产约1t生物量，可吸收二氧化碳约1.6t，释放约1.2t的氧气，固定大约0.5t碳。正是由于光合作用，使树木将吸收的二氧化碳储存起来，固定在树木中的各个部分。其中树干是树木的主体，是主要的碳库，而木材来源于树干，因此木材含有的特征能有效反应树木的碳素储存能力。

树木在采伐后，进行造材和制材，由木材加工成家具、地板等各种木制产品或用于建筑材料等，无论是木材、木制产品或作为其他用途，均是对树木碳素储存作用的延伸。它们是将林木生长过程中所形成的碳，转变为以木材或木制产品的形式予以储存。所以，在木材加工利用时，应注意其综合循环利用，提高木制产品使用效率，以增加木制产品的碳素储存。

任何木制品都存在生命周期，生命周期越长，则它储存碳的时间便越长。所以，增加木制品的碳素储存量，可以通过提高木制品的使用寿命或者研发碳素储存能力高的木制产品实现。可见，提高木制品的碳素储存功能是保护环境和提高生态效益的重要途径。木材作为生物质材料或木制产品的使用寿命越长，其碳素储存的生命周期就越长，从而延长了“大气中对二氧化碳的吸收—森林碳素储存—木材或木制产品的碳素储存—大气中二氧化碳的排放”的循环链。可见，木制产品是碳库的重要组成部分，其碳素储存时间与保护生态环境效益密切相关。

1.1.4　固碳价值的研究

森林是陆地生态系统中最大的碳素储存库，对维持陆地生态平衡、保护环境安全、防止危机等方面起着决定性的作用。资料表明，森林面积虽然不足陆地总面积的1/3，但森林植被区的碳素储存量大约是陆地碳素储存库总量的一半。可见，森林在降低大气中二氧化碳等温室气体的浓度以及减缓全球气候变暖的过程中，具有十分重要的作用［26，27］。

而树木作为森林的主要组成部分，可以通过光合作用吸收大气中大量的二氧化碳，再将碳素储存在体内，从而可以降低大气中二氧化碳的浓度，减缓了温室效应。

木材取自于自然，而用于人类。木材作家具、纸张、住宅之用，与人类活动、居住环境息息相关；作为木材基复合材料也愈来愈受关注。不难看出，利用木材固定和储存碳素，是提高生态效益、自然价值的有效途径。因此，开展碳素储存的研究具有极其重要的实际价值。