中国森林生态系统植被碳储量 时空动态变化研究

森林是陆地生态系统的主体, 在全球碳循环中起着十分重要的作用。本文利用20 世纪70 年代以来的六次森林清查资料, 结合森林生物量实测数据, 采用分树种、分龄组的生物量—蓄积 拟合关系, 估算了中国20 世纪70 年代以来森林植被碳储量的动态变化。结果表明: 我国六次森 林资源清查中森林的植被总碳储量分别为3.8488PgC、3.6960PgC、3.759PgC、4.1138PgC、 4.6563PgC 和5.5064PgC, 虽然存在一定的波动现象, 但总体增长趋势明显, 尤其是80 年代以来, 植被碳储量净增加1.8104PgC, 平均每年以0.0823PgC 的速率增加, 这表明80 年代以来我国森林 植被一直起着明显的CO₂ 汇的作用。从碳密度的变化看, 70 年代以来我国森林植被平均碳密度 增长了3.001Mgha ^-1, 其中幼龄林与中龄林碳密度分别增长5.2871Mgha ^-1 和0.6022 Mgha ^{-1<,sup>, 而成 熟林碳密度却降低了0.7581Mgha -1, 可见中国森林植被的碳汇功能主要来自于人工林的贡献, 而 且随着幼龄林、中龄林碳储量和碳密度的增长, 中国森林植被的碳汇功能将进一步增强。我国森 林植被碳储量和碳密度空间差异显著, 森林植被碳库主要集中于东北和西南地区, 平均碳密度以 西南、东北以及西北地区为大, 中国森林植被碳储量和碳密度的这种空间分布规律与人类活动对 森林的干扰强度密切相关。}     

北京森林碳储量海拔梯度上的变化趋势(英文)

像北京这样的中国城市化地区的快速人口和GDP增长已经导致了来自化石燃料的大量CO2排放。森林被认为是最重要的碳汇,可以中和碳排放。本研究基于2009年森林清查数据和森林植被碳含量,采用生物量扩展因子(BEFs)方法评价了北京森林植被碳储量,利用森林凋落物与森林生物量的比例以及凋落物碳含量计算了凋落物碳储量,利用土壤厚度、容重和SOM含量计算了土壤碳储量。我们总结得出,阔叶林是北京森林主要碳库,森林碳储量主要分布在海拔60m的平原地区和60-600m的低山地区。北京森林碳密度几乎随着海拔增加而增加,但是在海拔200-400m地区略有下降,其中植被碳密度在60m的平原地区相对较高,这主要是由于碳密度较高的杨树和落叶松人工林的比例较高以及灌溉、施肥等促进植物碳累积的人工管理措施较多;森林土壤碳密度几乎随着海拔增加而增加,这主要是由于土壤碳输出随着海拔增加而逐渐下降,因为林下种植、灌溉和施肥加速了低海拔地区的土壤异氧呼吸但随着海拔增加而下降,同时海拔200-800m的低山地区常见的土壤侵蚀也会随着林下种植等干扰措施的减少而下降。本研究可以为区域森林生态系统管理者提供保护森林生态系统和改善森林碳储量提供科学知识。     

典型喀斯特峡谷区碳储量空间分配格局、演变过程及其贡献率

采用样方法和土地利用转移矩阵,以贵州省西南部的晴隆县为研究区域,研究了典型喀斯特峡谷区不同土地利用类型在1988、1999和2009年的碳储量空间格局和演变过程,并由此估算了贵州省喀斯特峡谷区的碳储量及贡献率。结果表明：晴隆县喀斯特区域的碳储量和平均碳密度呈先减少后增加的趋势。由晴隆县不同情况下的碳储量比例关系,估算出贵州省喀斯特峡谷区碳储量的实际值为42.55 Tg。同时,研究结果表明人类活动对碳储量的空间格局和演变有很大的影响。此外,估算的贵州省喀斯特峡谷区生态系统的平均碳密度远高于中国陆地生态系统的平均值,土壤平均碳密度则接近全国陆地生态系统平均值,但其植被平均碳密度却远高于全国陆地生态系统平均值,与全国森林系统的植被平均碳密度持平。这说明喀斯特峡谷区具有极大的固碳潜力,对其进行石漠化防治,是极其必要的。     

典型喀斯特峡谷区碳储量空间分配格局、演变过程及其贡献率（英文）

采用样方法和土地利用转移矩阵,以贵州省西南部的晴隆县为研究区域,研究了典型喀斯特峡谷区不同土地利用类型在1988、1999和2009年的碳储量空间格局和演变过程,并由此估算了贵州省喀斯特峡谷区的碳储量及贡献率。结果表明:晴隆县喀斯特区域的碳储量和平均碳密度呈先减少后增加的趋势。由晴隆县不同情况下的碳储量比例关系,估算出贵州省喀斯特峡谷区碳储量的实际值为42.55 Tg。同时,研究结果表明人类活动对碳储量的空间格局和演变有很大的影响。此外,估算的贵州省喀斯特峡谷区生态系统的平均碳密度远高于中国陆地生态系统的平均值,土壤平均碳密度则接近全国陆地生态系统平均值,但其植被平均碳密度却远高于全国陆地生态系统平均值,与全国森林系统的植被平均碳密度持平。这说明喀斯特峡谷区具有极大的固碳潜力,对其进行石漠化防治,是极其必要的。     

大兴安岭天保工程区生态系统服务变化研究

利用Landsat和MODIS遥感数据和InVEST模型,评估了1990―2015年大兴安岭天保工程区实施前后生态系统土壤风蚀量、生境质量和碳储量的时空变化,并通过地理探测器方法对生态系统服务时空变化分布与趋势进行驱动因子探测和交互作用探测分析。结果表明：① 从空间分布来看,额尔古纳市南部、鄂温克族自治旗西北部、科尔沁右翼前旗的土壤风蚀量大,生境质量差,碳储量低。② 2000年天保工程实施之后,森林面积显著增加,土壤风蚀量减少1.14%,生境质量增加0.49%,碳储量减少幅度为0.12%,低于2000年以前的0.64%。③ 土壤风蚀量主要受植被类型、土壤类型的影响,生态系统类型、植被类型对生境质量、碳储量空间异质性的影响显著大于其他因素,海拔、坡度2种地形因子对土壤风蚀量、碳储量的解释能力很小。温度、降水2种气候因子对土壤风蚀量、生境质量和碳储量的解释能力不固定,但仍是不可或缺的因素。     

基于土地利用的河北省生态系统服务权衡/协同关系研究

在分析土地利用变化的基础上,基于InVEST模型计算1985-2015年河北省农作物生产、碳储量、生境质量和土壤保持4种生态系统服务,利用ESCI指数、相关分析法、ESTD模型及双变量局部空间自相关方法识别不同尺度生态系统服务空间格局变化及权衡/协同关系。结果表明:1)1985-2015年河北省土地利用变化剧烈,建设用地、林地面积不断增加,耕地、草地、未利用地逐渐减少,但不同时段变化趋势不同。受土地利用变化影响,河北省4种生态系统服务变化趋势迥异:农作物生产水平不断提升,碳储量呈先增后减趋势,生境质量变化平稳,土壤保持呈波动减少态势。2)从省域尺度看,河北省各类生态系统服务之间相互影响,碳储量与农作物生产以及土壤保持与生境质量均呈现协同关系,农作物生产与生境质量、土壤保持以及碳储量与生境质量、土壤保持均呈现权衡关系;从区域空间分异看,供给服务与支持服务间权衡/协同关系空间变化明显,支持服务中碳储量与生境质量总体上呈现西北协同—东南权衡关系,生境质量与土壤保持以协同关系为主,碳储量与土壤保持以权衡关系为主;从县域尺度看,土壤保持与碳储量、生境质量以及农作物生产与碳储量、土壤保持的权衡/协同关系集聚特征明显,而生境质量与农作物生产、碳储量的权衡/协同关系集聚特征较为分散。理清不同区域生态系统服务间的关系,可避免不必要的权衡风险,为优化河北省土地利用空间布局、实现社会经济发展与生态系统服务双赢奠定研究基础。     

基于FLUS-InVEST模型的中国未来土地利用变化及其对碳储量影响的模拟

基于代表性浓度路径情景（Representative Concentration Pathways, RCPs），耦合FLUS-InVEST（Future Land Use Simulation-Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs, FLUS-InVEST）模型，以土地利用视角模拟了中国2100年的陆地生态系统碳储量，探讨其空间分异。结果表明：1）历史土地利用变化作用下，中国生态系统碳储量减少中心由华北地区转向东北地区，增加中心由西北地区转向西南地区；碳储量的减少由林地生态系统转向草地生态系统。2）未来RCPs情景下，中国林地生态系统碳储量都将持续增加，草地生态系统碳储量持续减少。RCP 6.0情景下，中国林地面积将增加9.43%左右，草地面积减少5.42%，全国林地碳储量较2010年增加2 332.64 Tg，而草地碳储量将损失1 719.03 Tg。在RCP 8.5情景下，全国林地面积增加5.15%，草地面积将减少5.10%，林地碳储量较2010年将增加1 754.59 Tg，草地碳储量将损失2 468.80 Tg。3）RCP 6.0情景对未来碳汇贡献度较RCP 8.5情景大。在RCP 6.0情景下，植被地上碳储量和表层土壤碳储量分别净增加127.12和83.67 Tg。但在RCP 8.5情景下，植被地上碳储量和表层土壤碳储量分别净减少24.67和32.41 Tg。4）不同RCPs情景下，碳储量增长均集中在横断山-秦岭-太行山-大兴安岭和雪峰山-太行山-大兴安岭两带；减少区域主要分布于云贵高原、四川盆地和京津冀地区。     

1980s-2010s中国陆地生态系统土壤碳储量的变化

土壤作为陆地生态系统有机碳库的主体,在全球碳循环中起着重要作用。然而,当前区域土壤有机碳储量的变化情况及其碳源/汇功能仍然不清楚。利用中国1980s （1979-1985年）第二次土壤普查数据,同时收集整理2010s（2004-2014年）已发表的有关中国土壤有机碳储量（0~20 cm和0~100 cm）的文献数据,综合评估了1980s-2010s中国土壤有机碳储量的变化情况,并分析森林、草地、农田和湿地等生态系统土壤碳源/汇功能;同时结合现有的中国植被碳储量变化研究,进一步探讨了1980s-2010s中国陆地生态系统的碳源/汇效应。研究发现：① 1980s-2010s中国土壤（0~100 cm）有机碳储量净增长3.04±1.65 Pg C,增长速率为0.101±0.055 Pg C yr^-1,其中表层土壤（0~20 cm）的碳汇效应明显;② 森林土壤是固碳主体,净增长2.52±0.77 Pg C,而草地和农田土壤增长有限,分别为0.40±0.78和0.07±0.31 Pg C;③ 湿地有机碳储量净减少0.76±0.29 Pg C;④ 中国陆地生态系统的碳汇效应较强,总碳汇量相当于同期（1980-2009年）化石燃料和水泥生产排放CO₂总量的14.85%~27.79%。随着中国森林和草地生态系统植被和土壤的进一步保护、恢复和重建,中国陆地生态系统具有较大的碳汇潜力,在未来全球碳平衡中将发挥更大的作用。     

塔里木河下游生态输水对胡杨林生态系统碳循环的影响

2000—2020年期间向塔里木河下游的生态输水有效抬升了下游的地下水位,并对下游胡杨林生态系统的碳循环产生了重要影响。综述了生态输水对塔里木河下游胡杨林生态系统植被固碳作用可能产生的影响,分析了植被类型变化可能对胡杨林土壤有机碳含量和土壤有机碳储量产生的影响,总结了生态输水后胡杨林碳释放关键过程-土壤呼吸对生态输水的响应,解析了间歇性生态输水所致的水淹干扰对胡杨凋落叶分解的影响。综述分析表明,生态输水工程的实施对塔里木河下游荒漠河岸林生态系统的碳固定和碳释放过程均产生了作用,从而对荒漠河岸林生态系统碳循环产生了复杂的影响。总体而言,20 a的生态输水增大了塔里木河下游生态系统碳汇面积,提高了下游胡杨林生态系统植被生产力,遏制了下游胡杨林的退化,使部分裸地逐渐变为草地、林地或灌丛地,这种演变可增加土壤有机碳含量和区域土壤有机碳储量。生态输水所致的地下水位和土壤水分的变化会影响胡杨林土壤碳释放过程,其中胡杨林土壤呼吸速率与地下水位有关,而水淹干扰对胡杨凋落叶质量损失速率产生了影响。     

基于HASM的中国森林植被碳储量空间分布模拟

当前区域尺度上森林碳储量估算主要依据森林资源清查数据,整个过程不仅消耗大量人力、物力,而且十分耗时,严重影响了森林碳储量估算的时效性。针对这一问题,本文提出了基于HASM的森林植被碳储量模拟方法,该方法以全球植被动态模型LPJ-Guess 输出的植被碳储量为驱动场,以森林清查样地数据为精度控制点,模拟生成中国陆地森林碳储量分布情况。研究以第7 次中国森林资源清查数据作为精度控制点数据源,同时作为本文模拟方法的精度验证。结果表明,中国森林碳储量为9.2405 Pg,考虑到森林资源清查是基于一定的郁闭度进行的,因此HASM模拟的结果与根据森林资源清查结果计算得出的7.8115 Pg 相比更符合实际情况,西南山区和东北林区是中国森林最主要的碳库,其碳储量分别占中国森林植被碳储量的39.82%和20.46%。同时与之前(1975-1995 年) 相比具有较大幅度的增长,表明近几十年来中国坚持大规模植树造林的碳汇效果显著。同时也表明基于HASM的森林植被碳储量空间分布模拟方法是有效的,模拟结果合理且精度较高,表明该方法在全球尺度上森林植被碳储量模拟及其它生态系统中碳储量模拟中具有应用潜力。     

Impact of land use conversion on soil organic carbon stocks in an agro-pastoral ecotone of Inner Mongolia

Soil organic carbon (SOC) stocks in terrestrial ecosystems vary considerably with land use types. Grassland, forest, and cropland coexist in the agro-pastoral ecotone of Inner Mongolia, China. Using SOC data compiled from literature and field investigations, this study compared SOC stocks and their vertical distributions among three types of ecosystems. The results indicate that grassland had the largest SOC stock, which was 1.5- and 1.8-folds more than stocks in forest and cropland, respectively. Relative to the stock in 0–100 cm depth, grassland held more than 40% of its SOC stock in the upper 20 cm soil layer; forest and cropland both held over 30% of their respective SOC stocks in the upper 20 cm soil layer. SOC stocks in grazed grasslands were remarkably promoted after ≥20 years of grazing exclusion. Conservational cultivation substantially increased the SOC stocks in cropland, especially in the 0–40 cm depth. Stand ages, tree species, and forest types did not have obvious impacts on forest SOC stocks in the study area likely due to the younger stand ages. Our study implies that soil carbon loss should be taken into account during the implementation of ecological projects, such as reclamation and afforestation, in the arid and semi-arid regions of China.     

Imbalance of inter-provincial forest carbon sequestration rate from 2010 to 2060 in China and its regulation strategy

Forest ecosystem, as a predominant component of terrestrial ecosystems in view of carbon sinks, has a high potential for carbon sequestration. Accurately estimating the carbon sequestration rate in forest ecosystems at provincial level, is a prerequisite and basis for scientifically formulating the technical approaches of carbon neutrality and the associated regulatory policies in China. However, few researches on future carbon sequestration rates(CSRs) for Chinese forest ecosystems for provinci...     

Carbon stock of oil palm plantations and tropical forests in Malaysia: A review

In Malaysia, the main land change process is the establishment of oil palm plantations on logged‐over forests and areas used for shifting cultivation, which is the traditional farming system. While standing carbon stocks of old‐growth forest have been the focus of many studies, this is less the case for Malaysian fallow systems and oil palm plantations. Here, we collate and analyse Malaysian datasets on total carbon stocks for both above‐ and below‐ground biomass. We review the current knowledge on standing carbon stocks of 1) different forest ecosystems, 2) areas subject to shifting cultivation (fallow forests) and 3) oil palm plantations. The forest ecosystems are classified by successional stage and edaphic conditions and represent samples along a forest succession continuum spanning pioneer species in shifting cultivation fallows to climax vegetation in old‐growth forests. Total carbon stocks in tropical forests range from 4 to 384 Mg C/ha, significantly wider than the range of total carbon stocks of oil palm plantations, 2 to 60 Mg C/ha. Conversion of old‐growth forest areas to oil palm plantations leads to substantial reduction in carbon storage, while conversion of forest fallows to oil palm plantations may sustain or even increase the standing carbon stock.     

1982～2010年中国东北地区植被NPP时空格局及驱动因子分析

应用逐像元线性回归模型方法,整合应用MODIS和AVHRR NDVI数据集,构建1982~2010年覆盖东北地区的8 km空间分辨率的NDVI数据集,进而应用CASA模型估算得到东北地区29 a NPP数据集,模拟精度在75%以上。29 a平均的东北地区植被NPP总量为6.5×108tC/a。植被NPP的分布受植被类型、气候、地形因素的综合影响。NPP地域差异明显,山地区植被>平原区植被>高原区植被,变化最大的植被类型为草地植被。过去29 a间,植被NPP呈显著上升趋势(P<0.01)。气候变化和土地利用变化均是影响植被时空格局的重要因素。     

2010—2060年中国森林生态系统固碳速率省际不平衡性及调控策略

森林生态系统具有很高的固碳潜力,是陆地碳汇的主体。准确估算各省（自治区）森林生态系统固碳速率,是科学制定碳中和技术路线及相应调控政策的重要依据。然而,目前有关中国不同省份森林生态系统未来固碳潜力的研究非常罕见。利用中国森林生态系统固碳模型（FCS）并结合3种未来气候情景（RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）,定量评估了2010—2060年间各省现存森林生态系统的固碳速率。研究发现：中国区域内各省的森林生态系统固碳速率介于0.01~36.74 Tg C/a,平均值为(10.09±0.43) Tg C/a。省际间森林固碳速率存在非常大的差异,其中东部地区各省的单位面积固碳速率大于西部地区;但考虑到单位GDP固碳速率和人均固碳速率后则表现为西部地区明显更大。此外,各省人均碳固存速率与其人均GDP之间存在显著负相关关系。因此,省际间森林生态系统固碳速率存在明显的区域不均衡性,要真正地持续实现其碳汇潜力需要在技术和政策层面做出重大调整。结合中国贫困区与高生态碳汇区的重叠,不能仅仅依靠传统碳贸易,亟需研究制定符合中国特色的“区域碳补偿”措施,在保障区域协调发展的基础上使西部或不发达地区民众能自愿/自觉加强对森林的保护、保持甚至提升森林碳汇,使森林在实现碳中和战略中发挥更大作用。     

评价我国鄱阳湖流域森林生态系统碳动态对植树造林与未来气候变化的响应

20世纪80年代我国鄱阳湖流域实施造林再造林工程,该区域森林面积大幅增加。大规模植物造林可能极大地影响该区域森林碳库与碳收支的变化。因此,气候变化背景下鄱阳湖流域碳平衡对中国碳循环有重要的作用。但是我们对于该地区长时间尺度的碳平衡,特别是在未来气候变化和CO2浓度上升的条件下森林生态系统碳源／汇趋势的了解不多。本研究利用过程模型InTEC模型结合区域气候模式（RIEMS2．0）模拟的未来气候资料估算了鄱阳湖流域1981—2050年碳收支情况。1981—2000年,年NPP的快速增加主要归因于大规模的植树造林;森林土壤有机碳（0-30cm）在植树造林初期每年降低1％。同时该地区森林在过去20年期间从碳源转化为碳汇。2040—2050年森林总碳库相比较2001—2010年增加0．78PgC。基于气候变化和CO2浓度增加（A1B）背景下,鄱阳湖流域NEP趋向于稳定（20—30Tgcy^-1）,除了少数年份因为干旱引发了大的碳汇损失。模拟结果同样表明水分是控制该地区NEP年际变化的主要因子而NPP的年际波动主要受到温度的影响。     

Effects of Thinning Intensity on Carbon Stocks and Changes in Larch Forests in China Northeast Forest Region

Thinning represents an important and frequently used silvicultural technique that improves forest wood products and has obvious effects on forest carbon stocks and stock changes. Here, we used the carbon budget model CBM-CFS3 to simulate the effects of thinning on carbon storage and changes in larch forest ecosystems under thirteen thinning scenarios. Simulation results demonstrate that strong thinning greatly reduces the biomass carbon density of larch forests compared to non-thinning forests. The minimum and maximum average biomass carbon density, respectively, were 30.3 tC ha^-1 and 47.8 tC ha^-1, a difference of 58% under set scenarios in the simulated time scale. The dead organic matter (including soil) carbon density increased in all thinned larch forests stands, compared with non-thinning stands, and the pattern of variation was opposite to that found for biomass carbon density. However, the total ecosystem carbon density of larch forests declined with thinning because the increase in dead organic matter carbon is insufficient to offset the loss of biomass carbon caused by thinning. Thus, strong thinning can transform larch forest ecosystems from carbon sinks into carbon sources. Future work should consider the carbon sequestered in wood materials acquired via thinning and their use as substitutes for other construction materials with less favorable lifecycle carbon footprints, such as steel, cement, aluminum and PVC.     

气候变化对净生态系统生产力的影响

基于生态系统碳平衡方程以及净第一性生产力 (NPP) 和气候资料反演了1km分辨率的中国土壤异养呼吸系数 (aij),结果表明：aij总体上是东南和东北地区高,西北地区低;和NPP相比,东南沿海和华南的大部分地区的aij值并不大,而在东北北部和东部有大面积的aij高值区。这表明当气候适宜时,这些地区的土壤异养呼吸将具有较大的增长潜力。在假定气温平均升高1.5^oC,降水平均增加5%的情景下,对中国净生态系统生产力 (NEP) 的研究表明：生态系统与大气的碳通量都有所增加,其中NPP平均增加了6.2%,土壤异养呼吸平均增加了5.5％,不同生态系统的NEP存在很大的差异,其中最稳定最有潜力的自然生态系统的碳汇是北方落叶针叶林;对人工植被而言,最多最稳定的碳汇是一年一熟作物;而双季稻连作喜温作物和单 (双) 季稻连作喜凉作物生态系统起着较稳定的碳源作用。     

The tropical forest in south east Asia: Monitoring and scenario modeling using synthetic aperture radar data

Tropical forests play a major role in storing large carbon stocks and regulating energy, and water fluxes, but such forest cover is decreasing rapidly in spite of the policy attention on reducing deforestation. High-resolution spatiotemporal maps are unavailable for the forests in majority of the tropical regions in Asia because of the persistent cloud cover and haze cover. Recent advances in radar remote sensing have provided weather-independent data of earth surface, thus offering an opportunity to monitor tropical forest change processes with relatively high spatiotemporal resolutions. In this research, we aim to examine the tropical deforestation process and develop a spatial model to simulate future forest patterns under various scenarios. Riau Province from central Sumatra of Indonesia is selected as the study area; this province has received much attention worldwide because the highest CO₂ emission resulting from tropical deforestation has been recorded. Annual time series PALSAR data from 2007 to 2010 were analyzed for forest mapping and detecting land cover changes. A spatial model was calibrated using the Bayesian method. Modeling parameters were customized for the local subregions that allocate deforestation on the basis of their empirical relationships to physical and socioeconomic drivers. The model generated landscape spatial patterns mirrored the possible locations and extent of deforested areas by 2030 and provided time-series crucial information on forest landscape under various scenarios for future landscape management projects. The results suggested that the current deforestation process is in a critical stage where some subregions may face unprecedented stress on primary forest costing rivers and forest ecosystems by the end of 2020. The perspective views of Riau Province generated by the model highlighted the need for forest/environmental planning controls for the conservation of environmentally sensitive areas.     

内蒙古沙区森林及其碳储量估算

根据内蒙古第6次森林资源连续清查资料,并结合森林固碳研究的相关成果,分析了内蒙古沙区森林资源的特点,并计算了碳储量的变化。结果表明,内蒙古沙区林地总面积1 097.06万hm2,森林总面积为323.82万hm2;沙区林木总蓄积量为3 633.15万m3,占内蒙古林木总蓄积量的2.67%;沙区林木总固碳储量为1 574.26万t,其中,乔木林总固碳储量为1 044.72万t,灌木林总固碳为205.35万t,根系（乔灌木）总固碳325.91万t。各沙地林木总固碳储量占沙区林木总固碳储量的96.19%,沙漠林木总固碳储量占沙区林木总固碳储量的3.81%。