国外湿地生态系统碳循环研究进展

在全球变化背景下,面对湿地生态系统是否能维持其碳汇功能等问题,在以下几方面进行了讨论:当前湿地生态系统碳源与碳汇评估中存在的问题;湿地碳源与碳汇功能时空格局变异最新研究进展;影响湿地甲烷排放的因素;湿地碳循环过程对全球变暖的响应模式;湿地生态系统碳循环模拟。认为当前对湿地生态系统碳循环认识的局限性,是导致碳循环成为全球变暖互馈机制中不确定性的主要原因之一。针对中国当前湿地生态系统碳循环研究的特点,提出了中国未来湿地生态系统碳循环研究的焦点问题,即如何在气候变化及人类活动双重影响下,维持中国湿地生态系统现有碳储存库的功能,以及如何提高已退化湿地的固碳功能及潜力。     

2001—2021年中国湿地碳汇研究进展与热点趋势分析

明确湿地碳汇研究进展对于寻找突破点和研究方向具有重要意义。利用CiteSpace软件对中国知网2001—2021年湿地碳含量研究的1 183条文献进行了发文量、研究团队、研究机构、研究热点等的可视化分析,得出我国湿地碳汇研究特点和发展趋势。结果表明：1)2005年后发文量显著增长,2017年达到顶峰后呈波动增加趋势;2）中科院东北地理与农业生态研究所、东北林业大学、北京师范大学是我国湿地碳汇研究的主要机构;3）我国湿地碳汇研究从湿地—气候变化的响应关系起步,发展到湿地土壤修复模式的探究,现阶段主要为碳中和背景下湿地固碳植物的选育与驯化;4）我国湿地碳汇研究稳步发展,但仍存在湿地碳汇计算综合评价体系缺乏、较少从湿地修复与保护双角度出发去考虑湿地碳库在“碳中和”中的相关影响问题。本研究指出了加强区域合作,结合本土化数据构建我国湿地碳汇参数库可能是未来研究的重要课题。     

中国典型湿地生态系统碳汇功能比较

选择温带湿润地区三江平原湿地、青藏高原东缘若尔盖湿地和北热带向南亚热带过渡区域的广州红树林湿地,对比分析不同气候条件下湿地生态系统碳源、碳汇特征及其影响因素.研究发现,红树林湿地在固碳速率和固碳潜力方面都要高于泥炭沼泽和苔藓泥炭沼泽.不同气候条件下,湿地的CH4和CO2排放通量有较大差异.在CO2排放通量方面,若尔盖高原湿地和三江平原湿地的排放通量要高于红树林湿地;在CH4排放通量方面,三江平原湿地的CH4排放通量要大于若尔盖高原湿地和红树林湿地.不同气候条件下,湿地生态系统总体表现为碳汇.气候因素在大尺度上影响湿地的碳源、碳汇特征,而水文、植被类型和植株密度等亦是影响不同湿地类型碳源、碳汇差异的主要因素.     

基于固碳服务价值评价的洪湖湿地保护对策

湿地生态系统具有重要的固碳功能价值,在减缓全球气候变暖中发挥着重要作用。以洪湖湿地国家级自然保护区为研究对象,评估了洪湖湿地植被固碳和土壤碳储存价值,基于洪湖湿地景观类型固碳价值,提出洪湖湿地保护对策。结果表明:2010年洪湖湿地的固碳总价值25 878.72万元,其中植被固碳价值1 866.85万元,土壤固碳价值24 011.87万元。从景观类型看,洪泛平原湿地固碳价值最高,为10 262.15元/hm2,其后依次为永久淡水湖泊、湖滨带淡水沼泽和水生养殖塘,减少水生养殖塘的开发利用,及时拆除围网养殖是增加洪湖湿地碳汇功能的重要措施。     

三江平原湿地生态系统固碳功能及其价值评估

固碳是湿地生态系统一项重要的服务功能。以三江平原（不包括完达山以南的穆棱—兴凯平原）为研究区,选取沼泽湿地、水稻田（人工湿地）、旱田为研究对象,通过固碳量及价值量评估方法,对比分析1982年、1995年、2000年和2005年三者固碳功能及其价值的差异。结果表明,随着沼泽湿地面积逐年萎缩,水稻田、旱田面积的增加,沼泽湿地固碳能力有所下降,而水稻田、旱田固碳能力则有不同程度的增加。4个时期沼泽湿地固碳价值均高于水稻田和旱田,除2000年外,水稻田的固碳价值低于旱田。2005年沼泽湿地固碳价值达751．957亿元,而水稻田和旱田固碳价值上限共计为52．945亿元。就固碳价值贡献率而言,历年沼泽湿地固碳价值贡献率高达93％以上;而水稻田单位面积固碳价值高于旱田。研究成果可为协调土地资源的开发利用,维持湿地生态系统碳“汇”功能提供数据参考。     

张掖黑河湿地国家级自然保护区固碳价值评估

以张掖黑河湿地国家级自然保护区为研究区,选取不同的湿地类型为研究对象,采用野外调查和实验分析的方法,计算出保护区湿地植被的固碳量和土壤固碳量;运用碳税法,对保护区湿地固碳功能价值进行估算。结果表明,研究区湿地总固碳量为596.41 Gg,其固碳价值为7.41×108元,直观的经济价值为该区域土地资源的开发利用及维持湿地生态系统的固碳功能提供了有利的依据,也为中国湿地固碳功能价值在应对全球气候变化的作用方面提供一定的参考。     

区域尺度陆地生态系统固碳速率和增汇潜力概念框架及其定量认证科学基础

陆地生态系统固碳速率、增汇潜力及其定量认证研究不仅是应对气候变化的急迫需求,更是地球系统碳循环科学研究的核心任务,也是陆地生态系统管理的科学基础。在过去20多年的碳管理实践中发展了许多增汇技术,同时也提出了许多关于陆地生态系统固碳速率和增汇潜力的科学概念、以及碳汇计量和认证的方法。但不同行业、不同学科在各自的科学研究和实践活动中对相关概念的理解存在较大差异,甚至是十分混乱的。本文从陆地生态系统固碳的基本概念出发,系统性地阐述了生态系统固碳量、固碳速率、固碳潜力等相关概念;并根据增汇技术实现的难易程度分析了现实固碳潜力、社会经济固碳潜力、技术固碳潜力和理论固碳潜力、以及《京都议定书》认可的固碳潜力等相关概念;最后阐述了碳汇定量认证、分析和评价的时间连续清查法、空间代替时间参照系法、限制因子分析法等碳汇定量认证方法的科学基础、局限性和不确定性。通过对区域尺度陆地生态系统固碳速率和增汇潜力的概念框架及其定量认证科学基础开展系统性的探讨,期望能够引起中国学术界和相关行业部门的重视,推动碳汇相关概念使用的科学化和碳汇定量认证标准化,为中国固碳速率、增汇潜力的计量、报告、认证和核查方法论和技术体系的建立奠定基础。     

辽宁双台河口芦苇湿地固碳价值评价研究

基于野外监测数据和碳税法对辽宁双台河口芦苇湿地的固碳价值进行了定量评价。结果表明:辽宁双台河口芦苇湿地总面积为30 815 hm~2,大约占到了自然保护区总面积的20%,其年均净固定二氧化碳(CO_2)量为13 320 kg/hm~2,年甲烷(CH_4)排放的CO_2当量为3 330.3kg/hm~2。将芦苇湿地固定CO_2的正效应减去CH_4排放的负效应,得到辽宁双台河口芦苇湿地的年固碳量为9 989.7 kg CO_2/hm~2,具有较强的碳汇,其总固碳价值为2.37亿元,其中净吸收CO_2的价值为3.16亿元(正效应价值),净排放CH_4的价值为0.79亿元(负效应价值)。     

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。     

广州市湿地植被碳汇功能研究

采用样地调查、模型构建和成果参照等方法,以广州市湿地植被为研究对象,选取样地实测湿地植物地上生物量,并分析湿地植物有机碳含量;选用2013年广州市Landsat 8 OLI遥感影像数据,得到波段反射率和植被指数(NDVI、RVI、DVI和MSAVI)数据,利用ENVI 5.0、SPSS 22和Arc View 3.3等软件,通过差异性检验、相关分析、一元线性回归、曲线回归和模型拟合度检验等步骤,建立湿地植被地上生物量模型,并估算植被地上生物量;选取湿地植物根冠比,估算湿地植被地下生物量,进而估算植被总生物量和碳储量。结果表明,2013年广州市湿地植被总面积为23 557.08 hm2,覆盖率为3.17%;湿地植被平均有机碳质量分数为44.97%;以RVI为自变量的三次曲线模型能较好地拟合湿地植被地上生物量;2013年广州市湿地植被总生物量为786 392.93 t,总碳储量为353 640.9 t碳,碳密度为15.01 t/hm2碳,碳汇量为1 296 683.31 t二氧化碳,碳汇价值为21 071.1×104元。     

城市湿地气候调节功能遥感监测评估

湿地是地球上最为重要而独特的生态系统类型,在缓解全球气候变化和调节区域气候特征方面具有重要作用。以北京湿地为研究案例,在分析湿地气候调节作用过程机理的基础上,综合运用遥感数据和常规气象站点监测资料,利用CASA模型和植被指数累积模型分别定量反演获得北京湿地年地上生物量和年蒸散量,基于价值量方法定量评估了北京城市湿地气候调节能力。结果表明:①北京湿地地上生物量吸收固定二氧化碳和释放氧气分别约为1.42×10⁸kg和1.03×10⁸kg,价值量分别约为2.83亿元和0.42亿元;②北京湿地蒸散发量约为4.16亿m³,价值量约为1.14亿元。③北京湿地通过固碳释氧和地表蒸散发等过程所形成的气候调节功能总价值约为4.39亿元。     

Analysis of spatio-temporal features of a carbon source/sink and its relationship to climatic factors in the Inner Mongolia grassland ecosystem

Global climate change has become a major concern worldwide. The spatio-temporal characteristics of net ecosystem productivity (NEP), which represents carbon sequestration capacity and directly describes the qualitative and quantitative characteristics of carbon sources/sinks (C sources/sinks), are crucial for increasing C sinks and reducing C sources. In this study, field sampling data, remote sensing data, and ground meteorological observation data were used to estimate the net primary productivity (NPP) in the Inner Mongolia grassland ecosystem (IMGE) from 2001 to 2012 using a light use efficiency model. The spatio-temporal distribution of the NEP in the IMGE was then determined by estimating the NPP and soil respiration from 2001 to 2012. This research also investigated the response of the NPP and NEP to the main climatic variables at the spatial and temporal scales from 2001 to 2012. The results showed that most of the grassland area in Inner Mongolia has functioned as a C sink since 2001 and that the annual carbon sequestration rate amounts to 0.046 Pg C/a. The total net C sink of the IMGE over the 12-year research period reached 0.557 Pg C. The carbon sink area accounted for 60.28% of the total grassland area and the sequestered 0.692 Pg C, whereas the C source area accounted for 39.72% of the total grassland area and released 0.135 Pg C. The NPP and NEP of the IMGE were more significantly correlated with precipitation than with temperature, showing great potential for C sequestration.     

内蒙古草地生态系统碳源/汇时空格局及其与气候因子的关系（英文）

Global climate change has become a major concern worldwide. The spatio-temporal characteristics of net ecosystem productivity(NEP), which represents carbon sequestration capacity and directly describes the qualitative and quantitative characteristics of carbon sources/sinks(C sources/sinks), are crucial for increasing C sinks and reducing C sources. In this study, field sampling data, remote sensing data, and ground meteorological observation data were used to estimate the net primary productivity(NPP) in the Inner Mongolia grassland ecosystem(IMGE) from 2001 to 2012 using a light use efficiency model. The spatio-temporal distribution of the NEP in the IMGE was then determined by estimating the NPP and soil respiration from 2001 to 2012. This research also investigated the response of the NPP and NEP to the main climatic variables at the spatial and temporal scales from 2001 to 2012. The results showed that most of the grassland area in Inner Mongolia has functioned as a C sink since 2001 and that the annual carbon sequestration rate amounts to 0.046 Pg C/a. The total net C sink of the IMGE over the 12-year research period reached 0.557 Pg C. The carbon sink area accounted for 60.28% of the total grassland area and the sequestered 0.692 Pg C, whereas the C source area accounted for 39.72% of the total grassland area and released 0.135 Pg C. The NPP and NEP of the IMGE were more significantly correlated with precipitation than with temperature, showing great potential for C sequestration.     

基于土地利用变化情景的生态系统碳储量评估——以太行山淇河流域为例

区域土地利用变化是导致生态系统碳储量变化的主要原因,影响其碳源、碳汇效应,但以往结合时空尺度探讨流域未来土地利用变化对生态系统碳储量影响的研究尚不多见。以太行山淇河流域为例,分析2005-2015年土地利用变化,采用Markov-CLUE-S复合模型预测2025年自然增长、耕地保护及生态保护情景下的土地利用格局,并基于土地利用数据,运用InVEST模型的碳储量模块评估2005-2015年及未来不同情景下的生态系统碳储量。结果表明：① 2015年淇河流域生态系统碳储量和平均碳密度分别为3.16×10⁷ t和141.9 t/hm²,自2005年以来分别下降0.07×10⁷ t和2.89 t/hm²。② 2005-2015年碳密度在低海拔区域以减少为主,在高海拔区域增加区与减少区比例相当,淇河中下游地区建设用地的大肆扩张以及上游林地的退化是导致碳密度下降的主要原因。③ 2015-2025年自然增长情景下碳储量和碳密度下降仍较明显,主要是低海拔区域固碳能力的减弱;耕地保护情景减缓了碳储量和碳密度的下降幅度,主要是由于低海拔区固碳能力的增强;生态保护情景下,碳储量和碳密度显著增加,分别达到3.19×10⁷ t和143.26 t/hm²,主要发生在海拔高于1100 m的区域。生态保护情景能够增强固碳能力,但不能有效控制耕地面积的减小。因此,研究区土地利用规划可统筹考虑生态保护和耕地保护情景,既能增加碳汇,又能保障耕地质量和粮食安全。     

昆明市碳源碳汇结构变化及其驱动因子研究

基于碳平衡理论,通过综合分析城市区域内主要自然生态系统的固碳功能,以及主要社会经济活动的排碳行为,构建了城市碳平衡分析模型,并以昆明市为例进行了研究。结果表明:昆明市碳收支不平衡,碳汇对碳源的抵消作用很弱;并且随着社会经济的发展这种不平衡状况在加剧,2010年,昆明市碳平衡系数为1.90,即城市释碳量是固碳量的1.90倍;碳供需余缺(释碳量-固碳量)达到1565.35×104t/a。产值增长是碳排放增加的主要动力,而能源强度下降、能源结构和产业结构调整是减缓碳排放的主要动力。     

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。     

内蒙古草地生态系统碳源/汇时空格局及其与气候因子的关系

草地净生态系统生产力(NEP)能够表征草地生态系统的固碳能力,直接定性定量地描述草地生态系统的碳源/汇性质和大小.因此,研究区域尺度草地生态系统NEP具有重要的实践意义.基于卫星遥感资料,地面气象观测资料及实地采样数据,结合光能利用率模型估算了2001-2012年内蒙古草地生态系统净初级生产力(NPP).同时,应用土壤呼吸模型估算了逐月平均土壤呼吸量(Rs),进而估算内蒙古草地净生态系统生产力(NEP).研究揭示了2001-2012年内蒙古草地生态系统NPP,NEP年际变化规律,气候因子的年际变化规律,以及草地NPP,NEP与主要气候因子的关系.结果表明:2001年以来,内蒙古草地生态系统整体发挥碳汇效应,净碳汇总量达到0.55 Pg C,年均固碳率约为0.046 Pg C/a;研究区大部分草地NPP,NEP与降水均呈正相关关系,与温度相关性不显著,内蒙古草地生态系统仍有巨大的固碳潜力.