全 文 ：第 50 卷 第 10 期
2 0 1 4 年 10 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 10
Oct．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20141018
收稿日期: 2014 － 02 － 26; 修回日期: 2014 － 06 － 23。
基金项目: 中国 －欧盟能源环境项目“中国固体生物质燃料及其炉具产业发展促进政策研究”(2009) (EEP /ＲE-3. 2S-007)。
* 张大红为通讯作者。
森林参与碳循环的 3 种模式: 机制与选择*
赵海凤 闫昱霖 张彩虹 张大红
(北京林业大学经济管理学院 北京 100083)
摘 要: 以森林碳循环机制为基础，分析森林作用与大气碳循环关系的“无森林参与”、“森林对冲”和“森林循环
利用”3 种模式的碳循环效应，提出以森林循环利用模式增加土地供给、改善大气碳循环的基本原理。由此表明，
以森林利用为物质基础的林业产业发展是一种经济增长和环境改善的双赢选择，进而提出农村退耕还林政策改进
建议。
关键词: 碳循环; 森林循环利用; 林业产业发展
中图分类号: S781S718. 55 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)10 － 0134 － 06
Three Modes Involved in Forest Carbon Cycle: Mechanism and Selection
Zhao Haifeng Yan Yulin Zhang Caihong Zhang Dahong
( School of Economics ＆ Management，Beijing Forestry University Beijing 100083)
Abstract: As an important component and functional factor of the global eco-system，forest is of great ecological
significance． By photosynthesis，forest absorbs and stores carbon dioxide and releases oxygen． A net reserve，the forest
carbon sink，is formed after the deduction of the released amount of carbon dioxide by respiration． Under the circumstance
of low carbon economy，this paper analyzed the carbon cycle effects of“no forest participation”，“forest hedge”and
“forest recycling” in the relations between forests and carbon cycle based on the mechanism of forest carbon cycle．
Ｒeferring to the economic significance of forest，this paper stated a basic principle that the forest recycling increases land
supply and improves carbon cycle． Upon this basis，it is concluded that forestry industry development，which uses forests
as the basic materials，is a win-win choice for both economic growth and environmental improvement． The improvement
suggestion is proposed about the policy of transforming farmland to forests．
Key words: carbon cycle; forest recycling; forest industry development
低碳经济是现阶段和今后人类社会发展的基本
经济形态，其实质是经济发展与环境改善的协调统
一。现阶段人类面临的全球性环境危机是气温上
升，而各国经济发展又是引致气候变暖的主因，如何
做到既保持经济增长又不破坏生态环境，是国际社
会面临的难以解决又必须解决的问题。为此，人们
进行了种种艰苦的探索和努力，包括节能减排、开展
技术创新、开发清洁能源、改善能源结构、进行制度
创新、调整产业结构、支持和鼓励低碳能源产业和无
烟产业发展、提倡绿色出行、绿色消费、绿色行动等。
这些努力和实践取得了明显的效果，但这些均是基
于“经济”与“环境”的冲突，并以牺牲“经济”而维
护“环境”理念的。其实，还应该扩大思路，寻求既
发展经济又改善环境的产业发展模式。本文通过初
步研究认为，基于森林在大气碳循环中的特殊作用，
大力发展林业产业就是在林业经济增长的同时对环
境改善有积极作用的一种选择。
1 森林与碳循环
森林是陆地生态系统的重要组成部分和功能因
子，生态学意义十分显著。仅就森林参与大气碳循
环而言，森林与太阳能、大气中 CO2 以及 O2 存在相
互转换的关系。森林生态系统的净碳收支是一个碳
获得过程(光合作用、树木生长、林龄增长、碳在土
壤中的积累) 与碳释放过程 (生物呼吸、树木的死
亡、凋落物的微生物分解和土壤碳的氧化、降解及扰
动)之间的差值(称之为碳平衡)，碳平衡为负表现
为碳源，为正表现为碳汇(Persson et al．，1989)。多
第 10 期 赵海凤等:森林参与碳循环的 3 种模式: 机制与选择
数学者研究认为，森林的碳平衡主要体现在正向，即
碳汇方面，具体的结论体现在如下几方面: 1) 中国
森林植被每年大约净吸收碳量为 0. 4 亿 t，总体上表
现为大气的碳汇，森林仍具有较大的碳存贮潜力，森
林生态系统作为碳汇来吸收大气中 CO2 的功能有
重要的作用(赵士洞等，2001); 2) 基于中国森林
植被碳库的动态变化情况，森林在保护土壤碳库功
能方面有重要作用，同时中国的平均碳密度远低于
世界平均水平，并提出如果对现有森林加以更好的
抚育和管理，作为 CO2 的“汇”，森林改善碳循环的
功能还有很大的潜力(方精云等，1996; 2001; 刘国
华等，2000); 3) 森林生态系统在全球碳循环中有
重要作用，并且其作用主要取决于森林生态系统的
生物量、林产品、植物枯枝落叶和根系碎屑以及森林
土壤(董文福等，2002); 4) 森林生态系统作为重
要的碳库，是大气 CO2“汇”，但如果遭到破坏就会
变成一个重要的“源”，随着植被的恢复，森林土壤
的碳汇能力逐渐恢复(聂道平等，1997)。
因此可以看出，森林具有不可替代的碳汇功能，
对生态系统中的碳循环改进和碳平衡发挥着巨大作
用。森林的这一功能和作用是基于其固有的生物生
长机制的，如图 1 所示。
图 1 林木光合作用和呼吸作用碳循环机制
Fig． 1 Forest carbon cycle mechanism of photosynthesis and respiration
植物有两大基本作用: 一是光合作用，在太阳
能(光、热)和水分作用下，植物依据生长机制，从大
气中吸收 CO2(C)，呼出 O2，并将太阳能转化为生物
质; 二是呼吸作用，植物在生长过程中，吸收少许
O2 和释放小量的 CO2 ( c)。由于 C ＞ c，所以，植物
的生长过程就是从大气中吸收 CO2 的过程。以我
国为例，就目前的森林现状和发展利用水平，每年可
以从大气中净吸收并固定的 CO2 量为 3. 163 2 亿 t
(康惠宁等，1996)。从全球来看，热带森林每年每
公顷净吸收 11. 5 ～ 36 t CO2，温带森林为 2. 5 ～ 27 t
CO2，寒温带森林为 2. 9 ～ 8. 6 t CO2。综合来看，全
球森林每年每公顷大约可以释放 10. 7 tO2(谷铁成，
2008)，吸收 6. 1 t CO2、释放 2. 9 t CO2，CO2 净吸收
量为 3. 2 t(康惠宁等，1996)。
森林是陆地上最大的植物群落，在吸收 CO2 中
发挥着重要作用，森林资源越丰富，分布越广泛，生
长越旺盛，光合作用就越巨大，太阳能转化和吸收
CO2 能力就越强大。由此推论，在环境问题日益凸
显的今天，森林的地位和作用越加突出和重要。
2 森林发挥环境效应的 3 种模式
工业革命以来，化石能源及矿物材料的利用成
为社会能源和物质产品的主体，200 年来释放和积
累了大量的 CO2。如表 1 所示，1960—2010 年全球
大气层中的 CO2 浓度呈逐年递增的趋势。研究发
现，大气中碳的来源包括化石燃料燃烧释放碳量 54
亿 t·a － 1，森林破坏和其他土地利用所引起的释放碳
量 16 亿 t·a － 1 (杨洪晓等，2005)。由此可见，全球
性气温上升的主因是社会发展过程中化石能源和材
料的使用和消耗，而在这一工业化的进程中，森林可
以 3 种模式发挥作用。
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林 业 科 学 50 卷
表 1 全球大气层 CO2 浓度变化情况
①
Tab． 1 Global atmospheric CO2 concentration changes mg·m
－ 3
年份 Year 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
CO2 浓度 CO2 concentration 316. 91 320. 04 325. 68 331. 08 338. 68 345. 87 354. 16 360. 62 369. 40 379. 76 389. 78
①数据来源: 美国国家海洋和大气管理局(2010)。Data sunrce: US National Oceanic and Atmospheric Administration(2010) ．
2. 1 无森林参与模式
这是一种假定理论模式。假设地球上没有森林
和林木，大气中 CO2 浓度随着能源和材料的使用不
断增长和积累，大气层中 CO2 浓度将比表 1 中显示
的高，从而推动地球生物圈气温上升，并最终导致现
有生态系统的危机和破坏。图 2 表示无森林参与模
式下，大气中 CO2 浓度随时间的变化情况: C = ( aT
+大气中 CO2 存量) /大气总量 × 100%。其中:C
表示大气中 CO2 浓度(% ); T 表示时间; a 表示年
新增 CO2 排放量。值得注意的是，实际的计算远比
此复杂，为简化起见，这里只是示意说明，并非 CO2
浓度计算公式。下同。
图 2 无森林参与模式
Fig． 2 No participation of forest model
庆幸的是，这种情形在实际中并不存在，地球上
存在一定数量的森林资源，发挥着减少空气中 CO2
浓度、缓解气温上升的环境效应。
2. 2 森林对冲模式
在人类社会实践活动中，特别是国际社会开始
意识到碳排放增加、气候变暖的严峻性以来，人们总
是通过保护和营造森林资源、增加森林存量的方法
来应对不断增加的 CO2 排放量。即人类理想化地
认为所消耗的能源和材料、释放的 CO2 可通过新造
森林资源来吸收，似乎排放多少就吸收多少，可以保
持大气中的碳平衡。假设现存的森林每年可吸收的
CO2 量与每年实际新增的 CO2 量相等，即可以保持
大气层中 CO2 浓度的恒定，具体模式如图 3 所示。
图 3 中，各个曲线的计算公式如下:
C = C + － C －，
C + = (大气中 CO2 存量 + aT) /大气总量
× 100%，
图 3 森林对冲模式
Fig． 3 Forest hedging model
C － = (大气中 CO2 存量 － | b | T) /大气总量
× 100%，
因此，
C =［大气中 CO2 存量 + (a － | b | )T］/大气总
量 × 100%。
式中:C 为大气中 CO2 浓度(% ); C +为大气中新增
CO2 浓度(% ); C －为大气中减少 CO2 浓度(% ); T
为时间(年); a 为年新增 CO2 排放量; b 为年新增
森林 CO2 吸收量，S 为可用于造林的土地面积。
需要注意的是，因为年新增森林 CO2 吸收量实
际上是空气中 CO2 减少量，是一个负值，为方便公
式中数值计算，因此加上绝对值，上式中，一般 a ＞
| b |，理想状态是 a = | b |。另外，土地面积 S 为一种
有限资源，随着造林量扩大而趋近于 0，大气中 CO2
的减少量随新造林面积的减少而减少，在 T* 时刻减
少量降至零，此后，大气中只有新增加的 CO2，而无
可以对冲的 CO2 减少量，空气中 CO2 浓度将持续
升高。
这种可称之为森林对冲模式，即人类社会排放
的 CO2 量可以通过新增森林吸收的 CO2 量来对冲。
的确，森林对冲在一定条件和一定时期内可以实现
大气碳平衡，但是，随着社会发展要求对冲量越来越
多，森林面积越来越大，由于土地有限性的约束，新
造林土地供给越来越困难，最终无地可造林。所以，
从趋势上看，森林对冲模式只是延缓了气候变暖的
过程，不能从根本上解决问题。
必须指出，迄今为止，森林对冲模式在理论和实
践中被国际社会普遍认同和广泛应用。
631
第 10 期 赵海凤等:森林参与碳循环的 3 种模式: 机制与选择
2. 3 森林循环利用模式
在讨论森林循环利用模式之前，从叙事逻辑上
需要补充说明，在社会生产系统中，森林是一种重要
的物质资源，以森林资源利用为基础的林业产业为
人类社会提供各种物质产品和服务。故而，森林在
具有重要生态学意义的同时，还具有重要的经济学
意义。现在回到森林对冲模式的讨论上，森林对冲
模式的根本问题是土地资源供给限制无法逾越，必
须从如何增加土地供给来解决问题。在土地资源有
限情况下，改变土地利用方式，即变现有土地占用方
式为循环利用方式是有效方法，如图 4 所示。
图 4 森林循环利用模式
Fig． 4 Forest recycling pattern
图 4 中，在 T1 ～ T4 时期 CO2 浓度的计算公式如
下:
T1 时期: C = C1 + (aT1 /大气总量) × 100%，
T2 时期: C = C2 － ( | b | T2 /大气总量) × 100%，
T3 时期: C = C3 + (aT3 /大气总量) × 100%，
T4 时期: C = C4 － ( | b | T4 /大气总量) × 100%。
式中: C 代表某时期大气中 CO2 浓度(% );C1，C2，
C3，C4 分别代表 T1，T2，T3，T4 时期初大气中 CO2 浓
度(% )。这里列举了 4 个时期，其中，T2，T4 较长，a
代表当期单位面积森林利用单位时间新增 CO2 排
放量，b 代表当期单位面积单位时间新增森林 CO2
吸收量; 各个时期 a，b 数值不同，由于科技进步，一
般 | b | T2≥aT1，理想状态是 | b | T2 ＞ aT1，同理，| b | T4
≥aT3。
T1 时期，森林利用 (采伐)代替化石能源和材
料，这是就对应的单位折算量来讲的，并不是指总量
上森林资源利用可代替化石能源和材料。在 T1 时
期，采伐森林可空出林地，及时更新造林，获得的林
木及生物质，若作为能源利用，则较快地将其固化的
CO2 释放出来，增加了大气中 CO2 浓度; 若作为材
料利用，则随着木材的逐渐腐烂而缓慢地向大气释
放 CO2。必须指出，这里讨论的是皆伐方式，若为间
伐方式，虽然未能提供成片土地，但可以理解为新增
林地被分解在现有林地中，对所论及土地循环利用
方式问题本质相同，没有矛盾。
由 T1 到 T2 的一个周期看，森林采伐和培育过
程是一个碳平衡过程，比较而言，由森林提供的木质
材料和能源可以替代化石能源和材料，其在社会物
质材料和能源总结构中的比重越大，对大气碳现状
的改善就越有益。仅就这点来讲，建立在采育良性
循环基础上的林业产业发展水平和强度与大气碳平
衡改善呈正相关。可见，森林循环利用模式兼顾了
经济所得和环境改善，优于森林对冲模式。
再从 T1，T2，T3，…，Tn整个周期看，森林循环利
用模式较之于森林对冲模式具有明显的优点: 一
是，森林采伐之后空出土地可以营造新林，变土地固
定利用为循环利用，有效解决了土地供给问题; 二
是，由于林业科技进步，C1—C3—C5 所形成的连线
是缓慢降低的，因为科技进步增加了植物光合作用
效能，提高了林木生长率和碳汇能力。这就意味着
森林循环利用模式可以根据科技进步率的高低改善
大气中 CO2 浓度，减缓气温上升。当然，森林经营
活动对土地有扰动作用，会增加林地土壤碳释放，农
业土壤中有机质的流失已成为大气 CO2 升高的一
个重要原因。有关数据表明，CO2 排放量从工业化
之前的 595 Pg 上升到现今的 760 Pg，增加量为 165
Pg(李玉宁等，2002)，而在过去进入大气圈的这些
人为释放的碳中，有大约 500 亿 t·a － 1的碳是由耕作
土壤中有机碳的矿物化所释放的( Paustian et al．，
1997)，全球从耕作土壤中流失的碳大约为 8 亿 t·
a － 1(Schlesinger，1984)。但考虑到森林经营周期一
般为数十年，这种扰动的碳释放量比之于森林生长
的碳吸收量而言微乎其微，不会对森林循环利用模
式产生根本影响。同时，森林循环利用模式的合理
性是建立在土地资源有效利用基础上的，即林地不
要闲置、采伐迹地及时更新、天然林特别是原始林不
能采伐利用等，这些问题均须得到妥善解决。
必须指出，人们还没有从理论上和总体上认识
到森林循环利用模式的真正意义。在实践中，人们
最先认识到森林作为物质资源的经济价值，并对其
进行采伐利用，后来也开展了基于物质产品利用的
森林培育活动(工业人工林等)，如果将这一历史过
程看作一个森林采伐周期，其中也部分存在“森林
循环利用”的效用。直到现阶段，人们对森林碳循
环作用的认识才提升到一个前所未有的高度，从而
产生了森林对冲模式的观念、理论和实践。而本文
提出的森林循环利用模式还并未被接受，只有当森
林循环利用方式在碳循环改善方面的优越性得到普
遍认同时，人们的行为方式才会发生改变。
731
林 业 科 学 50 卷
3 森林循环利用模式的实现途径: 林业产
业发展
森林生长光合作用机制与森林循环利用模式能
够改善碳循环，为林业产业发展 (这里的林业产业
仅指以森林采伐利用或以此为基础的部分，下同)
提供了广阔的前景。在低碳经济时代，经济发展以
低碳排放和无碳排放为主要目标，而林业产业发展
以森林资源为物质基础。可见，林业是低碳经济时
代的朝阳产业，能够实现经济发展和环境改善双赢
目标，基于森林循环利用模式的林业产业发展有重
要意义。
3. 1 林业产业发展拉动森林资源培育
以森林资源物质利用为主要内容的林业产业，
要实现森林资源永续经营和林业产业可持续发展，
就必须持续地保有大量森林资源，就必须不断开展
营造和培育活动，进行森林资源扩大再生产。根据
初步计算，若按 N 年采伐周期，每增加 1 km2 的林业
木材生产持续作业面积，就需要增加 N × 1 km2 森林
面积。可见，林业产业发展可以拉动森林资源培育。
3. 2 林业产业发展替代化石能源和材料
以森林资源为物质基础的林业产业，提供各种
形式的大量林产品，可以替代相应数量的化石能源
和材料，减少矿物资源的开采，利于地球保持自然面
貌和生态平衡。例如，林业产业的发展意味着可以
有更多的薪柴等生物燃料代替化石燃料，这也是全
球碳减排的一个重要途径(王斌等，2009)。经概略
计算，我国现有森林蓄积量平均为 78 m3·hm － 2，森
林平均年生长量为 3. 36 m3·hm － 2(李怒云，2007)。
3. 3 林业产业发展持续改善碳循环
以森林循环利用为模式的林业产业，通过不断
采伐利用、造林培育，加速森林资源与大气的碳循
环，在科技进步的作用下，森林“采伐 － 培育”周期
不断缩短，林木生长率不断提高，大气碳环境趋于改
善。森林循环利用模式意味着林木存在更替情况，
即幼龄林替代成、过熟林。研究认为，幼龄林比老龄
林或过熟林具有更高的同化效率，能截留更多的
CO2，因此，加快废弃地造林和再造林有利于增大碳
汇(周剑芬等，2004)。根据有关学者的计算，对热
带雨林采取降低采伐影响的措施，每公顷林地可保
护碳存储 73 ～ 90 t(李怒云，2007); 林木每增加 1
m3 蓄积量，大约可以吸收 1. 83 t CO2，呼吸排放量
约为 1. 37 t CO2，净吸收 CO2 0. 46 t 左右(胡金留，
2011)。据此粗略计算，在我国 1 hm2 森林每年可以
净增碳汇量 1. 55 t。如果增加林木年生长量的科技
进步率按 1%计算，那么森林循环利用模式的林业
产业将以每年递增 1%的速度改善大气碳环境。
总之，较之于自然状态下的森林作用，林业产业
使森林由单纯的环境资源同时成为了经济资源，提
高了其经济价值; 较之于森林对冲模式下的森林碳
汇作用，林业产业增加了森林碳汇能力，提高了其环
境价值。就人类社会与森林资源的基本关系而言，
天然森林资源的部分产业化利用是一种必然结果
(如亚非拉部分国家和地区，因为贫困和民生等问
题，更多地出于经济目的，采伐利用了大量的原始林
和天然林，这种状况短期内难以改变)，而大规模营
造和利用人工林，全面发展林业产业则是经济增长
和环境改善的理性选择。
3. 4 农村退耕还林政策改进
20 世纪 90 年代末期开始，退耕还林政策在我
国大规模实行，这是森林对冲模式的政策体现;但退
耕还林基本上是单一的生态工程，并没有纳入到林
业产业总体发展的思考中。根据上述森林循环利用
模式能够改善大气碳含量的作用机制，可以发现，即
便是从生态效益角度考虑，用材林比生态林有更高
的碳循环效能，更重要的是，用材林在兼备生态效益
的同时，还兼具经济效益和社会效益(闫丽珍等，
2004)。但在现有的政策中，对用材林有所排斥，缺
乏重视，因此，在我国农村实行退耕还林地区，应该
引入森林循环利用的林业产业发展模式，调整退耕
还林政策方向和标准，给予“用材林”与“生态林”同
样地位，即认同和鼓励“退耕还用材林”。这是一项
重要政策调整，可以带来改善环境和增加农民利益
的双赢效应。
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(责任编辑 郭广荣)
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