中国海及邻近区域碳库与通量综合分析

中国海总面积约470万平方公里,纵跨热带、亚热带、温带、北温带等多个气候带.其中,南海北依"世界第三极"青藏高原、南邻"全球气候引擎"西太平洋暖池,东海拥有全球最宽的陆架之一,跨陆架物质运输显著,黄海是冷暖流交汇区域,渤海则是受人类活动高度影响的内湾浅海.中国海内有长江、黄河、珠江等大河输入,外邻全球两大西边界流之一的黑潮.这些鲜明的特色赋予了中国海碳储库和通量研究的典型代表意义.文章从不同海区(渤海、黄海、东海、南海)、不同界面(陆-海、海-气、水柱-沉积物、边缘海-大洋等),以及不同生态系统(红树林、盐沼湿地、海草床、海藻养殖、珊瑚礁、水柱生态系统等)多层面对海洋碳库与通量进行了较系统地综合分析,初步估算了各个碳库的储量与不同碳库间的通量.就海气通量而言,渤海向大气中释放CO_2约0.22Tg Ca~(-1),黄海吸收CO_2约1.15Tg Ca~(-1),东海吸收CO_2约6.92～23.30Tg Ca~(-1),南海释放CO_2约13.86～33.60Tg Ca~(-1).如果仅考虑海-气界面的CO_2交换,中国海总体上是大气CO_2的"源",净释放量约6.01～9.33Tg Ca~(-1).这主要是由于河流输入以及邻近大洋输入所致.河流输入渤黄海、东海、南海的溶解无机碳(DIC)分别为5.04、14.60和40.14Tg Ca~(-1),而邻近大洋输入DIC更是高达144.81Tg Ca~(-1),远超中国海向大气释放的碳量.渤海、黄海、东海、南海的沉积有机碳通量分别为2.00、3.60、7.40、7.49Tg Ca~(-1).东海和南海向邻近大洋输送有机碳通量分别为15.25～36.70和43.39Tg Ca~(-1).就生态系统而言,中国沿海红树林、盐沼湿地、海草床有机碳埋藏通量为0.36Tg Ca~(-1),海草床溶解有机碳(DOC)输出通量为0.59Tg Ca~(-1);中国近海海藻养殖移出碳通量0.68Tg Ca~(-1),沉积和DOC释放通量分别为0.14和0.82Tg Ca~(-1).总计,中国海有机碳年输出通量为81.72～103.17Tg Ca~(-1).中国海的有机碳输出以DOC形式为主,东海向邻近大洋输出的DOC通量约15.00～35.00Tg Ca~(-1),南海输出约31.39Tg Ca~(-1).综上,尽管从海-气通量看中国海是大气CO_2的"源",但考虑了河流、大洋输入、沉积输出以及微型生物碳泵(DOC转化输出)作用后,中国海是重要的储碳区.需要指出的是,文章数据是基于中国海各海区碳循环研究报道,鉴于不同研究方法上的差异,所得数据难免有一定的误差范围,亟待将来统一方法标准下的更多深入研究和分析.     

黄东海的碳源汇:大气交换、水体溶存与沉积物埋藏

黄海和东海作为中国最为重要的陆架边缘海,其碳源汇的性质与变化对近海生态系统及区域气候演变具有重要影响.文章从海气界面CO_2交换、水体溶解/颗粒碳溶存及沉积物碳埋藏等3个方面归纳总结了黄东海碳源汇特征与控制过程,以期为进一步研究陆架边缘海碳源汇过程及效应提供帮助.(1)黄海和东海具有迥异的海气CO_2交换特性.黄海的海气CO_2交换在源汇性质及通量强度上存在较大不确定性,黄海的124°E以西的海域在冬、春季表现为大气CO_2的汇,在夏、秋季表现为源,而大量的研究结果显示在全年尺度上黄海是大气CO_2的源.表层海水温度与浮游生物活动控制着黄海CO_2源汇的变化,两者分别主导了黄海外部海域与近岸海域的海气CO_2交换通量.东海全年则表现为大气CO_2的碳汇,年均通量约为(-4.2±3.2)mmol m~(-2)d~(-1),共可吸收碳约13.7×10~6t,其中冬、春、夏季吸收大气CO_2,秋季释放CO_2.东海不同季节海气界面CO_2通量的年际变化的影响因素复杂多变.(2)黄海和东海水体中分别储有425×10~6t、1364×10~6t的DIC和28.2×10~6t、54.1×10~6t的DOC,从南黄海近年DOC浓度有减小趋势看,其水体溶存"实际碳汇"量在减小.黄东海POC的总量约10.6×10~6t,与海气界面CO_2交换通量基本处于同一量级.黄海浮游生物年固碳量约为60.42×10~6t,东海为153.41×10~6t,其中近海大型经济藻类的年固碳量约为0.36×10~6～0.45×10~6t,生物固碳是具有多重价值的"蓝碳增汇"举措.(3)黄海陆架沉积物中有机碳的埋藏通量每年约为4.75×10~6t,其中海源有机碳的埋藏量为3.03×10~6t,占黄海浮游生物固碳量的5.0%,而东海陆架沉积物中有机碳的埋藏通量为每年7.4×10~6t,其中海源有机碳的埋藏量为5.5×10~6t,占东海浮游生物固碳量的5.4%.黄东海具有高于全球海洋平均水平的沉积物埋藏通量,对黄东海最终的"蓝碳增汇"作用巨大.     

夏季金沙江下游水-气界面CO2、CH4通量特征初探

河流是连接大陆和海洋两大碳库的桥梁,在全球碳循环中的作用举足轻重.金沙江作为长江的上游段,对区域碳循环及区域化学风化的影响非常重要.于2015年8月8-18日对金沙江下游水-气界面CO_2与CH_4通量特征进行监测与分析.采用顶空平衡法结合薄边界层模型估算法计算表层水体CO_2与CH_4的分压以及水-气界面的交换通量,并分析环境变量与其之间的相关性.研究发现,金沙江下游表层水体p(CO_2)平均值为2724.84±477.18μatm,表层水体p(CH_4)平均值为59.96±6.74μatm;水-气界面CO_2通量平均值为2.24±0.50 mmol/(m2·h),CH_4通量平均值为0.000163±0.00009 mmol/(m2·h),通量与分压趋势基本保持一致.表层水体p(CO_2)与溶解性无机碳浓度、碱度均呈显著正相关,而p(CH_4)与水温、叶绿素a浓度均呈显著正相关,CO_2通量与p(CO_2)、溶解性无机碳浓度、碱度均呈正相关,CH_4通量与p(CH_4)、风速均呈正相关,其他环境因素对通量的影响不明显,仍需进一步研究.金沙江下游水-气界面CH_4扩散通量较低,而CO_2扩散通量在世界主要河流中属于中等水平.     

三峡澎溪河高阳平湖碳通量初步分析及不确定性

为明确三峡水库支流澎溪河回水区的碳收支特征,以澎溪河高阳平湖水域为研究对象,建立了河道型水库主要路径碳收支估算方法,对高阳平湖从2011年9月至2012年8月一个完整水文周年内主要路径的碳通量进行了收支动态分析.结果表明,2011年9月至2012年8月,澎溪河高阳平湖水域河流输入的碳通量为133548.55 t C,输出的碳通量为125651.82 t C,水-气界面的扩散碳通量为762.56 t C,消落带土-气界面的扩散碳通量为123.74 t C,水中气泡的释放碳通量为0.38 t C,降水输入的碳通量为104.58 t C,全年高阳平湖水域碳的净积累量为7114.63 t C,宏观上呈现碳积累特征;澎溪河高阳平湖水域水体碳素总体上呈现出河道型水库特有的纵向输移特征.高阳平湖水域上游大量碳素的输入及其在高阳平湖水域的滞留可能会是该水域水-气界面温室气体释放的主要来源.尽管总体上高阳平湖全年呈现出碳积累的特点,但一些方法依然存在不确定性(水-气界面扩散碳通量和气泡释放碳通量的时空异质性等),需要更系统、更长期的工作予以验证或改进.     

中国8大湖泊冬季水-气界面甲烷通量初步研究

采用静态箱-气相色谱法对中国不同地区的8个湖泊(洞庭湖、鄱阳湖、巢湖、南四湖、洪泽湖、抚仙湖、洱海、滇池)冬季水体水-气界面甲烷(CH4)通量进行了24 h连续观测,对中国湖泊冬季CH4的总释放量进行了估算.结果表明:鄱阳湖、巢湖、南四湖、洪泽湖和滇池24 h内各时段均为大气CH4的源,其通量分别为0.818、0.021、0.034、0.019、0.163mg/(m2·h);洞庭湖、抚仙湖和洱海部分时段为大气CH4的汇,但从24 h平均通量来看,仍为大气CH4的源,通量分别为0.199、0.012、0.044mg/(m2·h).冬季湖泊水体CH4通量空间差异较小,其大小主要受风速的影响,与水温、箱内温度和DOC没有明显的相关关系.中国湖泊冬季(90 d)CH4总释放量大约为3.22±2.75×107 kg,约为1990年中国稻田CH4总释放量的2.8‰.     

蓄水初期三峡水库草堂河水-气界面CO2和CH4通量日变化特征及其影响因素

为查明三峡水库蓄水初期典型支流水-气界面CO_2和CH_4通量的日变化特征,采用LGR在线分析仪-通量箱法,于2015年9月初在库腹一级支流草堂河回水区开展连续24 h的定位观测.结果表明,24 h监测期内,支流库湾水-气界面CO_2通量变幅为-81.642~180.991 mg/(m~2·h),呈"昼吸夜放"特征,均值为17.346 mg/(m~2·h),总体为释放特征;CH_4全天均表现为释放状态,释放通量均值为0.064 mg/(m~2·h),呈"昼弱夜强"变化.相关分析结果表明,CH_4和CO_2释放通量与风速呈正相关,与表层水温、溶解氧浓度、叶绿素a浓度呈负相关,说明风速物理扰动、浮游植物光合作用是控制草堂河水-气界面气体通量最重要的环境因素.同时,干-支流相互作用形成的特殊水环境(如异重流、水温分层)也与水-气界面温室气体通量过程密切相关,但是其作用机制更为复杂,应开展进一步系统观测和深入研究.     

三峡库区不同城镇化梯度下河流pCO2动态及驱动因素

为研究河流溶解性CO_2(二氧化碳)对城镇化的响应,于2018年8月对三峡库区3条具有不同城镇化强度的河流——汝溪河、南河和桃花溪进行野外在线监测及取样分析,测定了样品有机质(溶解性有机碳DOC)、营养元素(溶解性总氮DTN、溶解性总磷DTP);利用Arc GIS解译各流域的土地利用组成,并利用碳酸盐平衡方程,通过p H、Alk(碱度)、水温计算不同城镇化梯度河流的p CO_2(CO_2分压).结果表明:建设用地占比从低到高依次为:汝溪河南河桃花溪,河流p CO_2依次为1790±1210、2006±3546、4094±4218μatm,与河流的城镇化梯度变化一致,河流水-气界面呈现为CO2源;DOC、DTN浓度、Alk、电导率在各河流间呈现显著性差异.DOC、DTN、DTP浓度和Alk的变化规律与河流的城镇化梯度一致.研究发现城镇化进程增加水体的p CO_2,引起区域城镇扩张进程中河流CO_2释放通量的增加,结论支持强人为活动影响增加河流碳释放的假设.     

山东省东平湖菹草(Potamogeton crispus)腐烂过程中水体温室气体溶存浓度及扩散通量变化

为了解东平湖菹草(Potamogeton crispus)腐烂分解对水体温室气体溶存浓度和界面扩散通量的影响,于2016年5-7月在东平湖菹草腐烂期采集上覆水和沉积物柱样,测定上覆水和孔隙水中温室气体(N_2O、CH_4和CO_2)的溶存浓度,采用Fick第一定律和双层模型计算沉积物-水-气界面扩散通量,同时分析上覆水和沉积物的理化性质,并采用网袋分解法于现场进行菹草腐烂分解试验,以探究东平湖菹草腐烂过程中温室气体溶存和扩散的主要影响因子及其主要来源.结果表明,菹草腐烂符合二次指数模型,分为快速衰减和慢速分解两个阶段;菹草腐烂过程中上覆水pH和亚硝态氮浓度表现为先降低后升高,而溶解氧、氨氮、硝态氮和可溶性正磷酸盐浓度则为先升高后下降,沉积物中铵态氮含量表现为先升高后降低,硝态氮为先降低后显著升高,有机质和p H呈降低-升高-降低的波动变化;上覆水中各温室气体浓度和水气界面扩散通量均表现为CO_2 CH_4 N_2O,其扩散通量分别为5862.9±5441.4、31.15±41.3和0.15±0.57μmol/(m~2·h),整体表现为大气温室气体的"源",并以碳排放为主;上覆水中N_2O浓度和水-气界面扩散通量均先降低后升高,孔隙水中N_2O浓度在快速和慢速分解阶段分别出现极大值(22.7和55.6 nmol/L),而其沉积物-水界面通量前期持续增加至腐烂结束后迅速降低;上覆水和孔隙水中CH_4浓度及其各界面通量均表现为前期略有降低后持续升高;上覆水中CO_2浓度和水-气界面通量表现为持续升高后降低并趋于稳定,而孔隙水中CO_2呈波动变化,在菹草腐烂初期向孔隙水扩散,后期向上覆水扩散.水温是影响上覆水中温室气体浓度和水-气界面通量的主要因素;沉积物是水体N_2O和CH_4的主要来源,孔隙水中浓度是控制其沉积物-水界面扩散的重要因素;而上覆水中CO_2呈现多源性,但以上覆水中有机物质的矿化为主.     

北冰洋考察区海-气CO2的分布特征和通量研究

利用中国首次北极科学考察中走航观测所获得的北冰洋考察区海-气CO2分压及相关资料, 分析研究了考察区夏季大气和表层海水中CO2分压的分布特征, 首次用实测的海-气CO2资料于多种方法估算了考察区夏季海-气CO2的通量. 结果表明考察区夏季大气中CO2分压(Pa)的测值范围在(352～370)×10-6 CO2@Air-1(单位下同)之间, 平均为358, 平面上具有波因特来的北部海域较高, 其余海域分布较均匀的分布特征; 夏季表层海水中CO2分压(Pw)测值在98～580之间, 极值之差竟达472, 平均值为242, 比相应的分压(Pa)低 116, 呈现西低东高、北低南高的平面分布特征, 并与研究区浮游生物、冰况、水温和环流状况有密切关系. 估算结果表明, 各种计算方法所估算出的碳通量F的平面分布趋势相似, 除考察区东部海域为大气CO2的弱源区外, 大部分海域都为大气CO2的汇区或强汇区, 但它们的值却有较大差异, 平均值在6.57(Liss法)至26.32 mg CO2@m-2@h-1(14C法)之间, 最大与最小值之间相差约4倍, 大约分别是全球平均值的2～10倍; 若以Wannikhof系数估算, 本海域的平均碳通量则是Takahashi, Feely等人在本海域模拟估算值的2倍左右.     

东亚季风增强加剧中国南部富Mg上地壳化学风化及其全球意义

渐新世-中新世之交的亚洲气候重组伴随着东亚季风北向推进到中国亚热带地区是一个重要的大气CO_2消耗过程,但是目前对该过程知之甚少.本研究近似计算了这次气候重组通过加强中国亚热带地区硅酸盐化学风化和有机碳埋藏导致的大气CO_2消耗.依据侵蚀通量的重建结果,晚渐新世以来硅酸盐风化导致的长期大气CO_2消耗为0.06×10~(12)～0.87×10~(12)mol a~(-1),并且其中约50%的贡献来自于Mg硅酸盐风化.有机碳埋藏导致的大气CO_2消耗约为同时期硅酸盐风化的25%.本研究强调了中国东部富Mg上部大陆地壳风化对于晚渐新世全球大气CO_2含量下降和新近纪海水Mg含量增加的显著影响.如果这次气候转型主要与青藏高原隆升有关,那么本研究揭示了喜马拉雅-青藏高原的生长通过改变构造欠活跃的东亚地区水循环格局间接调控全球碳和镁循环.     

太湖沉积物-水界面生源要素迁移机制及定量化——1.铵态氮释放速率的空间差异及源-汇通量

采集柱状芯样,室内静态模拟不同温度下太湖沉积物铵态氮释放.结果表明,经面积加权,5℃、15℃和25℃下氮的交换速率分别为-16.0±17.6mg/穴m2·d雪、12.6±6.9mg/穴m2·d雪和34.1±20.8mg/穴m2·d雪,不同湖区其释放速率差异极大.受外源污染影响较大的水域,氮释放量随温度的升高而增加;受死亡残体沉降和分解影响明显的草藻型湖区,氮的年释放通量较大.全太湖沉积物-水界面NH4 -N的年净通量为9960.3±4960.0t,其中成汇的通量值约为-911±637.9t/a,大部分泥区在一年中至少经过了一次的源-汇转换过程.     

青藏高原水体碳源汇过程的重新认知与挑战

陆地-大气和陆地-水体的碳输送与碳交换共同决定了陆地生态系统的碳平衡,但长期以来青藏高原水体由于缺乏有效的观测数据,导致青藏高原水体一直是全球碳循环研究中被忽视的碳汇功能区。本研究聚焦青藏高原水体,重新认知水体碳侵蚀与碳沉积对青藏高原固碳的重要作用,系统分析河湖库-大气间的碳运移与交换时空格局与驱动机制。通过归纳总结发现:(1)青藏高原河流岩石风化速率以及CO₂消耗速率较高,强烈的侵蚀作用对地球系统吸收和平衡CO₂浓度起着重要的调控作用;(2)青藏高原湖泊是内陆生态系统的重要碳库,12 ka以来湖泊沉积物碳储量约为73 kg C/m²;(3)青藏高原湖泊浮游植物和水生植物影响内陆水体C沉积,年均初级生产力达(553±36) mg C/(m²·d)。(4)青藏高原湖泊目前为“碳源”,碳排放量约为2.27 Tg C/a。此外,本文还阐明青藏高原水体碳源汇过程评估的不确定性,以及从方法学角度分析如何加强其水体的碳循环研究,厘清全球变化下青藏高原水体的碳源汇机制,并展望了青藏高原水体碳源汇功能未来研究所面临...     

太湖水体中胶体磷含量初探

室内静态模拟不同温度下太湖15个湖区柱状沉积物磷酸根释放,分析了相应表层沉积物形态磷,以及梅梁湾间隙水中相关离子Al(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)和PO43-含量的季节变化．研究表明,受陆源影响较大的泥区通常是太湖内源磷的稳定源;而在开敞度较大的湖区,由于表层沉积物胶体的物化吸附,使得温度对底泥磷释放的影响作用减弱,并易产生磷的“内汇”现象;在梅梁湾区成汇区,还加上春夏季藻类的局部超负荷需磷这一控制因素,从而使得太湖大部分泥区在一年中至少发生一次源-汇转换过程．化学热力学分析揭示,Al-P较之Fe-P和Ca-P更易在界面发生溶解可能是太湖表层沉积物Al-P与PO43-P释放速率呈显著相关(r=0．3858>r1-0．01,n=45)的内在原因．虽然沉积物中Fe-P有较高的释磷潜力,但浅水湖所营造的沉积物表层氧化层和广泛覆盖的无机胶体及粘土矿物的强吸附介质,可能是抑制沉积物中Fe-P释放成为优势的主要因素．估算太湖沉积物-水界面磷的净通量为899．4±573．6 t／a,约占太湖磷入湖量的1／4-1／2,其中成汇通量约为-91．2±42．4 t/a．     

热带季节雨林碳通量年变化特征及影响因子初探

为深入分析西双版纳热带季节雨林碳通量年变化特征及其与各种因子的关系,通过西双版纳主要自然生态系统(热带季节雨林)2003～2004年林冠-大气间和近地层的碳通量以及不同覆盖状况下的地表碳通量(土壤呼吸)的长期观测,并结合植物光合作用、叶面积指数、凋落物和凋落物分解速率以及温度、辐射等常规气象的测定,对热带季节雨林碳通量的年变化特征及其影响因子进行了综合的分析与研究.结果表明热带季节雨林的碳通量表现出和其它热带雨林不同的特征,在干季(11～4月)的林冠-大气间碳通量为负值,森林生态系统呈现碳汇效应;而在雨季(5～10月)表现出较弱的碳源效应;森林生态系统碳通量具有明显的日变化特征,在白天呈现碳汇效应,而夜间为碳源效应,并且干季昼间碳通量较大;雨季较小;夜间则呈现相反趋势.林冠植物在昼间具有较强的光合作用,对昼间林冠-大气间碳通量有较大的贡献;林冠和植物林内低矮植物的光合速率均与林冠-大气间碳通量有显著的相关关系,而林内低矮植物的光合速率与林内近地层碳通量仅在于热季存在显著的相关关系.林内不同覆盖状态的地表碳通量具有明显的季节变化;林冠-大气间碳通量与地表碳通量同样具有较好的相关性,地表碳通量是导致热带季节雨林生态系统碳通量呈现特殊分布的主要因子;另外,林冠-大气间碳通量与凋落物量、凋落物分解速率、降水量、土壤含水率和土壤温度均表现出较好的相关性.初步的统计表明,西双版纳热带季节雨林林冠-大气间碳通量在不同季节呈现不同的汇/源效应,在总体上表现为一个较弱的碳汇.     

亚热带城市湖泊与河流CO2气体通量特征及其影响因素

湖泊、河流等内陆水体是连接陆地生态系统和海洋的“长程碳环路”的重要节点,也是温室气体二氧化碳(CO₂)排放源,在调节陆地、海洋间的碳迁移转换中发挥着重要作用。相对于自然水体,城市水体因面积小、水深浅且受监测方法限制,水-气界面碳通量经常被忽略。为探讨我国亚热带城市水体温室气体排放特征,本研究以湖南省长沙市典型城市水体,包括洋湖、西湖、松雅湖、月湖4个湖泊和湘江长沙段为研究对象,分别于2022年4和10月采用光化学反馈-腔增强吸收光谱法(OF-CEAS)和扩散模型法对水-气界面CO₂通量进行对比测定。结果表明,长沙城市湖泊与河流春季为CO₂排放源,秋季为吸收汇,河流水-气界面CO₂通量呈显著季节差异。河湖之间CO₂通量在春季表现为显著差异,秋季差异不显著。CO₂通量与水体溶解氧、水体总氮浓度等呈显著正相关。2种方法的CO₂通量对比测定在湖泊上显著相关,但对河流而言相关性不显著。研究揭示的城市湖泊与河流CO₂气体的排放特征有利于深入探究城市水体碳的迁移转化,可对全面了解全球气候变化过程和河湖湿地温室气体减排和调控提供科学支撑。     

三峡澎溪河水-气界面温室气体模型估算及其敏感性分析

模型估算法是水-气界面温室气体通量监测的主要方法,所得成果也不胜枚举.然而监测过程中诸多环境因素会对最终结果产生不确定的影响.结合三峡库区澎溪河背景条件,利用模型估算法进行水-气界面温室气体通量(以CO_2为例)估算,并且采用修正Morris筛选法尝试分析模型估算法中各个参数对温室气体扩散通量(以CO_2为例)的局部敏感性.研究结果表明:利用模型估算法计算三峡澎溪河流域水-气界面温室气体通量具有较高的可行性和可靠性;风速、水温以及pH值会对监测结果产生影响,且风速越强、水温越高、pH值越小,CO_2扩散通量就越大;pH值是高灵敏参数,风速和水温是灵敏参数.在三峡库区澎溪河监测过程中更应注意pH值的精确性,每次采样前需校正仪器.     

北冰洋考察区海-气CO2的分布特征和通量研究

利用中国首次北极科学考察中走航观测所获得的北冰洋考察区海-气CO₂分压及相关资料, 分析研究了考察区夏季大气和表层海水中CO₂分压的分布特征, 首次用实测的海-气CO₂资料于多种方法估算了考察区夏季海-气CO₂的通量. 结果表明考察区夏季大气中CO₂分压(Pa)的测值范围在(352~370)×10-6 CO₂·Air-1(单位下同)之间, 平均为358, 平面上具有波因特来的北部海域较高, 其余海域分布较均匀的分布特征; 夏季表层海水中CO₂分压(Pw)测值在98~580之间, 极值之差竟达472, 平均值为242, 比相应的分压(Pa)低116, 呈现西低东高、北低南高的平面分布特征, 并与研究区浮游生物、冰况、水温和环流状况有密切关系. 估算结果表明, 各种计算方法所估算出的碳通量F的平面分布趋势相似, 除考察区东部海域为大气CO₂的弱源区外, 大部分海域都为大气CO2的汇区或强汇区, 但它们的值却有较大差异, 平均值在6.57(Liss法)至26.32 mg CO₂·m^-2·h^-1(¹⁴C法)之间, 最大与最小值之间相差约4倍, 大约分别是全球平均值的2~10倍; 若以Wannikhof系数估算, 本海域的平均碳通量则是Takahashi, Feely等人在本海域模拟估算值的2倍左右.     

海岸带蓝碳研究及其展望

海岸带蓝碳是海洋碳汇的重要组成部分,在应对全球气候变化中具有十分重要的作用.通过系统调研,综述了海岸带蓝碳的组成、碳通量及其影响因素.针对海岸带蓝碳组成,重点阐述了红树林、盐沼和海草床这三种海岸带地区最具固碳效率生态系统的有机碳捕获与埋藏特征.在此基础上,从海岸带地区的水-气、土-气、地下水(孔隙水)向上交换的垂直界面,以及河口-(潮滩)湿地-近海的陆海水平界面两个维度分析了海岸带系统中不同形态碳的交换、输送过程及其通量,探讨了海岸带碳库收支对全球碳循环的影响.同时,结合海岸带人类活动特点以及对气候变化的响应规律,提出当前中国海岸带地区的蓝碳和碳汇功能正在经受着新一轮沿海土地开发、流域筑坝建库、近海富营养化及海平面上升等系列复杂因素的剧烈作用.因此,要充分结合中国海岸带地区的自然与社会属性特点,以陆海统筹为指导,进一步深化海岸带蓝碳研究,提高对不同区域及海岸带类型的固碳效率、碳库总量和生物地球化学循环过程的认识,建立和完善固碳增汇技术体系,构建海岸带蓝碳系统的综合观测网络与管理平台,服务于中国海岸带地区的蓝碳保护和生态文明建设.     

岩溶湿地表层水体CO2分压时空分布特征及其扩散通量

为揭示岩溶湿地表层水体二氧化碳分压(pCO₂)的时空分布规律及其扩散通量,以我国最大的岩溶湿地贵州威宁草海为研究对象,分别于2019年7月(丰水期)和12月(枯水期)通过网格布点法,系统采集草海表层湿地水体,测定水样理化指标和离子组成,利用PHREEQCI软件计算水体pCO₂,并基于Cole提出的气体扩散模型估算水-气界面二氧化碳(CO₂)的扩散通量.结果表明:草海湿地表层水体丰水期pCO₂的变化范围为0.44~645.65μatm,平均值为(55.94±124.73)μatm;枯水期变化范围为35.48~707.95μatm,平均值为(310.46±173.54)μatm;丰水期水体整体pCO₂低于枯水期,空间上两期水体均呈现东部区域及河流入湖口处pCO₂较高,而中西部区域pCO₂欠饱和的特征.水-气界面CO₂的扩散通量在丰水期变化范围为-43.27~27.16 mmol/(m²·d),平均值(-34.49±12.93)mmol/(m²·d),枯水期变化范围为-33.36~28.15 mmol/(m²·d),平均值(-8.02±15.85)mmol/(m²·d),与其他岩溶湖库相比,水生植物丰富的草海在两个极端水文期CO₂扩散通量相对较低,总体表现为大气CO₂的汇.     

中国石灰岩化学风化碳汇时空演变特征分析

明确区域乃至全球碳酸盐岩化学风化碳汇的量级、空间格局及演变特征对解决陆地遗失碳汇难题、碳循环系统收支不平衡等问题具有极其重要的意义.为此,文章利用长时间高精度生态气象水文栅格数据以及中国和周边44个流域的监测数据,基于随机森林算法及碳酸盐岩最大潜在溶蚀模型,对中国碳酸盐岩中最主要的岩石类型即石灰岩在2000～2014年的化学风化碳汇进行估算,并对其空间格局、演变特征及趋势进行系统分析.结果显示:中国石灰岩区域Ca~(2+)及HCO_3离子活度系数高值主要分布于中国北方和西北区域,整体上呈现出由西北向东南逐渐减少的态势;中国2000～2014年石灰岩年均风化碳汇通量为4.28t C km~(-2)a~(-1),各区域差别较大,高值主要分布在中国东南岩溶区域,并且呈现出由西北向东南逐级递增的状态;在纬度上,中国南方28.14°N以南是通量波动最大的区域,整体上通量随着纬度的降低而呈现出增加的趋势;在气候带上,亚热带与热带区域是通量最大的区域,对于寒带、中温带、暖温带以及温带区域,荒漠气候带是这些气候类型中通量最小的区域,而草原气候带及阔叶林气候带是通量最大的区域;基于像元的趋势分析显示,中国石灰岩风化碳汇处于轻微增加的状态,其通量增长速率约为0.036t C km~(-2)a~(-1);全国石灰岩风化碳汇总量为7.07Tg C a~(-1),在研究期间处于波动的状态,在2002、2008及2010年为总量最大的三个年份,在2011年为最低,同样处于轻微增加的趋势,其增长速率约为0.06Tg C a~(-1);西藏自治区是中国石灰岩风化碳汇最大的行政区,总量达到了1.20Tg C a~(-1),南方岩溶区为中国石灰岩风化碳汇最大的岩溶分区,总量为4.95Tg C a~(-1),其碳汇占到中国石灰岩风化碳汇总量的70.01%;基于不同类型碳酸盐岩的风化碳循环差异及其关系估算得到中国碳酸盐岩的风化碳汇总量可达11.37Tg C a~(-1),其通量约为5.02t C km~(-2)a~(-1),碳酸盐岩风化碳汇总量相当于中国生物量碳汇的16.20%,这说明碳酸盐岩风化碳汇是中国碳汇系统的重要组成部分.此外,排除径流深为负值区域的干扰,中国碳酸盐岩风化碳汇通量可达6.54t C km~(-2)a~(-1).文章的研究模式对未来进一步改进全球尺度碳酸盐岩风化碳汇的精确估算具有重要的参考价值.