1.2　林木的固碳效应

全球变暖是人类社会可持续发展面临的重大挑战之一［28］。随着全球温室效应问题的越来越严重，固定和储存二氧化碳已经成为当今全球暖化研究的重要内容。为了减缓全球气候变暖过程，促进主要温室气体二氧化碳的吸存和固定，国际学者开展了广泛的研究和探讨，并提出了一系列解决措施。

1.2.1　森林生态系统的碳平衡问题

森林生态系统是主要地球陆地生态系统之一，也是陆地上最为复杂的生态系统，它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性。虽然森林面积仅占陆地面积的26%，但是其碳储量占整个陆地植被碳储量的80%以上，而且森林每年的碳固定量约占陆地生物碳固定量的2/3［29］。森林生态系统不仅向人类提供木材及淀粉、蛋白质等众多副产品，而且具有涵养水源、减轻自然灾害、调节气候、孕育和保存生物多样性等生态功能，同时还具有医疗保健、陶冶情操、旅游休憩等社会功能。所以，森林在维系地球生命系统的平衡中具有不可替代的作用。

1.2.2　森林生态系统的固碳功能

国际上最初的碳素储存减排研究工作主要是针对森林，它对现在及未来的气候变化和碳平衡具有重要作用，是陆地生态系统中最大的碳库［30］。在20世纪60年代中后期，国际科联所执行的国际生物学计划倡导了全球性森林生态系统碳素蓄积的研究，由此，学者们开始了对森林的碳素储存问题的研究［31］。

由于森林是陆地上最大的碳素储存库，大约80%的地上碳素储存量和40%的地下碳素储存量存在于森林生态系统中，因此，森林碳素储存的研究已经成为现代林业科研的重要热点问题之一，森林的碳素储存能力正是评价全球碳平衡的重要因素［32］。

1972年联合国教科文组织开展的人与生物圈计划（MAB）是IBP计划的发展和延续，之后欧洲各国及加拿大、美国、苏联、巴西等国都分别进行了区域森林生态系统的碳平衡及其与全球碳循环之间关系的研究。自1992年在巴西召开的世界环境与发展大会以来，全球已有170多个国家核准了《联合国气候变化框架公约》［33］。1997年《京都议定书》的签订，使世界各国在减缓气候变暖的问题上又进一步达成了共识，而且，此议定书已经于2005年2月16日正式生效。《京都议定书》的出台，使各国政府和组织密切关注气候变化问题，而且许多研究者致力于碳汇、碳源的研究，使二氧化碳减排工作顺利展开。

1991年Roderick C.Dewar提出建立森林管理中树木、土壤和木制产品的碳素储存分析模型，为以后研究木材及其木制产品的碳汇功能提供了依据［34］。1998年Jack K.Winjum等从林木采伐和木制产品利用出发，提出两条途径对国家碳库存量和国家碳源、碳汇的平衡进行评估，即大气流动法和储量变化法［35］。1999年William H.Schlesinger研究了土壤的碳素储存功能，并指出将大气中的二氧化碳封存在土壤中对储碳减排工作有显著的贡献［36］。在2001年V.Whit ford等对城市树木的碳汇能力和碳呼吸作用进行了研究，提出了计算方法［37］。2002年，Hyun-Kil Jo通过对树木储存和呼吸二氧化碳量的生物量测定和树木生长率计算，得出了三个城市碳源碳汇量值［38］。2005年R.Lal研究得出，森林土壤中的碳素储存极有可能会降低大气中二氧化碳的浓度，而且气候变化会影响土壤的碳素储存能力［39］。2007年美国田纳西大学Bruce Tonn等建议CO2在木制产品中的固定需要多方合作，从森林经营者到产品制造商、产品使用者或其他［40］。2009年Ana Claudia Dias等研究了评估伐木制品碳素储存的三种方法，包括储量变化法、生产法和大气流动法，并对这三种方法的特点进行了比较分析［41］。2011年Michiel van Breugel等评估了二级森林中的碳素储存量，其决定性和不确定性与异速生长的生物量模型有关，而且指出了量化森林碳素储存量的常用方法，就是利用异速生长的回归模型变换森林的库存量资料，以评估其地上生物量［42］。2012年Y.Gunalay等基于碳素储存功能，研究了林木资源的最优采伐时间，并利用多元旋转模型重新确定了最优采伐期［43］等。

早在20世纪80年代，许多研究者注意到了森林经营措施对森林碳储量的影响，但对于木材碳素储存的研究工作甚少，以木材为研究中心的碳汇功能还没有引起人们足够的重视，同时对树木采伐后制作的木制产品的碳储量研究也较少。随着社会经济的发展和人们回归自然的心理，人们对木制产品的需求越来越多，所以，木制产品的碳素储存量在不断增长的过程中。因此，当前不容忽视的一项重要工作，就是研究木材及木制品的碳素储存功能。

1.2.3　木材及木制品碳素的储存

我国已经于1998年成为《京都议定书》的签字国，为了增加国家的森林碳素储存量，积极采取主动措施和行动，以便为我国社会和经济发展争取良好的空间环境。20世纪70年代后期，我国开始对森林碳汇、碳循环进行研究，这比其他发达国家对森林碳汇等领域的研究大约晚10～15年。近几年来，我国研究者开展的具有中国特色的森林碳汇工作取得了重大进展，尤其是在林学、森林防火和森林培育等方面。但对于木材碳汇方面的研究还处于起步阶段，近年来虽有少量研究论文发表，仍需进一步深入。比较有代表性的碳汇研究成果如下。

森林碳素储存方面的研究　在“八五”期间，我国顺利开展了名为“中国森林碳平衡研究”的林业部重点研究项目。1996年，罗天祥估算了我国森林生物总产量，为我国开展森林碳汇研究奠定了基础［44］。同年康惠宁等估算了我国森林年净吸收碳量，为评价北半球中高纬度地区森林碳素储存库和我国森林碳素储存容量积累了宝贵经验［45］。2000年方精云教授主编《全球生态学——气候变化与生态响应》，比较全面地论述了国内外有关碳源、碳汇和碳循环的研究成果，还推算了中国1949～1998年森林碳库和平均碳密度的动态变化，构建了世界上第一个国家尺度的长时间序列生物量数据库［46］；他的部分研究成果发表于2001年的《Science》，被认为是首次对中国碳素储存做出的真正正确的评价［47］。2003年魏殿生等主编的《造林绿化与气候变化碳汇问题研究》，第一次较全面阐述了《京都议定书》签署后，我国林业所面临的各种森林碳素储存问题，并展望了研究木材生命周期对森林碳素储存功能的影响［48］。2006年，李顺龙教授出版的专著《森林碳汇问题研究》，研究了森林的碳素储存形式和碳循环等问题，提出了森林碳汇经济测算的基本方法，并对我国森林碳汇潜力进行了预测［49］。2007年J.M.Chen等融合了科学和社会经济的视角，对如何增强中国的森林碳素储存能力进行了研究，并提出将开发遥感方法作为量化中国森林碳平衡的一种透明方式［50］。2010年李怒云等针对气候变化的现状，提出了加强森林碳素储存管理的重要建议，即以实施《应对气候变化林业行动计划》为主，加强全国森林碳素储存计量、监测体系建设等，以促进低碳经济林业试点工作的顺利运作［51］。2012年李长胜等提出了一套操作性较强的森林碳素储存计量方法，并对黑龙江省国有林区的森林碳素储存进行了研究和计量［52］。

森林植被碳素储存方面的研究　在2002年，李克让等主持完成了“九五”科技攻关课题，该研究对我国森林植被储碳量的区域特征、森林生态系统植被碳库的估算方法等问题进行了较全面的研究［53］。2006年周国逸等在《Science》上发表《成熟森林土壤可持续积累有机碳》［54］，此研究否定了一个观点，即在全球碳循环研究中成熟森林一直被看作近似于“零碳汇”系统的结论，这表明了成熟森林可持续积累碳，也为确认成熟森林作为一个新的碳素储存库而奠定了理论基础。

木材碳汇方面的研究　2007年，李坚教授对木材的碳素储存与环境效应进行了详细研究和说明，这是我国第一次对木材的碳素储存功能做出的研究［55］。2009年，刘杏娥、江泽慧等分析了安徽安庆长江外滩地18年生I-72杨树中各组分的含碳率，证实利用胸径、树高及叶面积、叶干重等估算碳蓄积量具有较高精度，并研究了树冠特性与单株碳蓄积量的相关性［56］。2010年，郭明辉等从微观角度探讨了木材构造特征与木材碳素储存量之间的关系［57］；明确了立地条件是影响木材碳素储存效应的重要因素之一，为人工林的定向培育措施提供了科学理论依据［58］。2012年，郭明辉等研究了木材碳储量的计量方法、碳储量的基本特性和基本规律，及人工林木材碳储量与生物质能的内在关系等，对实现木材低碳加工、延长木材碳储存时间具有重大意义［59］。

木制产品碳汇方面的研究　2005年，阮宇等分析了木质林产品的碳储量计量方法，及其对研究结果、社会经济和政策的影响［60］。2007年，白彦锋等对中国木质林产品碳储量的变化进行研究，证实我国的木质林产品是一个碳储量一直在增长的碳库［61］。2010年，郭明辉教授等计算了200年内的中国木质林产品的碳储存和碳排放量，研究指出，木质林产品的产消特点对温室效应具有重要的影响［62］。

从长期发展来看，栽植快速生长的树种并提高产品的长期利用率等措施均有助于储存更多的碳素［63］。而且，近年来，我国正在实施六大林业重点工程，森林面积持续增长，我国还保持有世界上面积最大的人工林，所以说，我国的碳汇工作必将对全球气候变化产生积极影响。

1.2.4　林木固碳研究的发展趋势

随着国内外研究学者对森林碳素储存、木材碳素储存等的研究，在不同层面上揭示了森林碳储存对缓解温室效应所发挥的重大贡献［64～66］。在以后的碳素储存研究中，关于工业加工的碳素储存、森林防火的碳素储存、木材的碳素储存、木制品的碳素储存等研究问题都应该引起国内外林业研究者的关注和参与。

木材比同种用途的其他材料在工业和生活用材上更能突显出碳素储存、低碳节能的优越性，这是由于木材是森林生态系统中碳储量巨大的一种生物质。因此，木材的碳素储存功能在低碳经济发展中具有广阔的研究前景。而在顺应“低碳经济”之路的前提下［67］，研究木材的碳素储存有其必然性，可以直接抑制二氧化碳向大气中排放，有效缓解温室效应，促进低碳经济的可持续发展。