工业革命以来，由于广泛使用化石燃料向大气中排放大量CO2，导致气候变暖、极端气候事件频发。为有效缓解气候变化，国际社会在减少碳排放和清除大气中 CO2等方面做了各种努力。森林是陆地生态系统的主体，其碳汇能力占陆地生态系统碳汇的80%以上。然而，森林生态系统碳汇（简称：森林碳汇）存在基本概念不清、碳汇时间效应不明等问题，导致森林碳汇能力提升技术受限、碳汇交易市场混乱等诸多问题。针对上述问题，中国科学院沈阳应用生态研究所（以下简称：沈阳生态所）“北方生态屏障功能形成维持机制与提质增效创新组群”系统梳理了森林碳汇概念，分析了依赖时间尺度的森林碳汇变化过程，讨论了森林碳汇的时间效应，建议在尚未明确碳汇对缓解气候变化的时间效应前使用“吨-年”（tonne-year）计量碳汇（图1）。在此基础上，提出了增加森林碳汇能力和延长碳汇维持时间的途径，即降低“临时碳汇”（森林生态系统中的碳库一定时间内重新排放到大气中的碳汇），增加“永久碳汇”（森林生态系统从大气中清除CO2，并在一定时间内不再排放到大气中的碳汇；根据《巴黎协定》相关内容，碳汇计量的上限时间为2100年）；推广维持永久碳汇的措施（用木材取代钢筋、水泥、塑料等、减少林火等干扰排放、将森林生物质以“生物炭”形态固定下来等），提高森林缓解气候变化的能力。
森林生态系统本身具有时间跨度长、空间分布广、组成结构复杂以及动态变化性、环境互作性、生态区域性等特点，对传统林业科学的试验、数据获取方法、观测研究范式提出挑战。针对上述挑战，沈阳生态所“北方生态屏障功能形成维持机制与提质增效创新组群”探索了基于气候智慧林业研究的新范式。气候智慧林业（Climate-Smart Forestry）是在全球气候变化背景下，利用新一代信息技术尤其是人工智能（AI）技术，更好地阐明森林生态系统与气候变化相互影响的机制，并在此基础上对森林资源进行智能管理和可持续利用的一种发展范式。研究团队系统梳理了气候智慧林业研究需要回答的核心科学问题，提出森林碳汇计量、森林韧性/碳汇过程与机制、智能数据采集系统等研究方向。研究团队还介绍了立体感知、数字孪生、AI分析和人−机结合决策系统等气候智慧林业应用的关键技术，可大幅降低试错成本，转变传统林业科学研究范式，完善气候变化背景下的森林可持续管理模式，推动林业科研水平提升和林业生产技术进步（图2）。
上述研究以“森林生态系统碳汇：概念、时间效应与提升途径”和“关于气候智慧林业研究的思考”为题，分别于2024年7月发表于《应用生态学报》和《林业科学》。朱教君研究员为第一作者和通讯作者，研究得到了国家自然科学基金重大项目（32192435）；中国科学院网络安全和信息化专项应用示范项目（CAS-WX2022SF-0101）；兴辽英才项目（XLYC2201002，YS2023006）支持。
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图1 碳汇量与对应存放时间关系（假设森林生态系统的固碳速率恒定为2 tC/yr）
图2 气候智慧林业研究与技术框架
