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。     

区域尺度陆地生态系统碳增汇途径及其可行性分析

如何实现区域陆地生态系统碳增汇（carbon sequestration）、如何科学地评估/认证其碳汇效应,目前仍是一个颇具争议的科学问题。本文探讨了区域陆地生态系统碳增汇途径,并对现阶段中国陆地生态系统主要人为管理措施的碳汇效应进行了定性评价。从技术和经济可行性看,许多人为管理措施均具有较明显的碳汇效应;但在确定技术或经济投入规模时,应充分考虑特定人为管理措施下生态系统碳增汇的特征曲线,合理地控制投入,实现人为管理措施碳增汇效应最优化。此外,基于定性评价结果,本文分别针对森林、草地、农田和湿地生态系统提出了行之有效的碳汇管理措施。建议相关科学家围绕这些已较大面积推广的管理措施,深入研究其碳收支过程及其机理,尽快提出科学的、可验证的碳增汇认证方法,为科学地评估中国陆地生态系统碳汇功能提供理论依据。     

中国陆地生态系统的碳储量及其空间格局(英文)

地球系统的碳库变化和碳循环过程机制是气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策的科学基础,受到科技界和国际社会的广泛关注。从20世纪80年代中后期开始,中国学者就开展了陆地生态系统碳循环研究工作,并且在许多研究领域都取得了可喜的进展。本文在回顾中国的陆地生态系统碳循环研究发展历程基础上,重点评述陆地生态系统的碳储量及其空间格局方面的研究成果,评价有关研究的不确定性以及亟待解决的重要科学问题。分析表明,中国的陆地生态系统碳循环研究经过了陆地生态系统碳循环的前期研究、区域尺度生态系统碳循环综合研究、生态系统碳循环过程对环境变化适应性实验研究,以及生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理研究4个主要发展阶段。大多的研究表明,中国陆地生态系统碳储量及其空间格局是温度和降水控制的。全国土壤、森林和草地植被储存约为97.95 —118.93 Pg C;自20世纪70年代中期以来,我国的植树造林和林业管理、草地保护、农作制度改革和保护性耕作等措施发挥了重要的固碳功能,但是各种方法评估的结果仍然存在较大不确定性。今后的研究重点工作是建立天地空一体化碳储量和碳汇动态监测体系、开展生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理的前瞻性研究,定量评价中国区域生态系统的碳收支状况和增汇潜力,评估各种典型生态系统增汇技术的经济效益,为国家尺度的温室气体管理和碳交易机制与政策体系的建立提供可报告、可度量和可核查的科学数据和技术支持。     

中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求与重要科学问题

陆地生态系统碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化的成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析等领域的热点,受到科技界和国际社会的广泛关注。本文在简要回顾中国陆地生态系统碳收支及其循环过程研究领域的发展历史,总结各个发展阶段主要特征的基础上,讨论了开展中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求和社会需求,评述了中国在相关领域研究中存在的主要问题,探讨了当前的科学研究前沿领域及其关键科学问题。本文指出,现阶段中国开展区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程机制综合研究工作不仅是提升中国生态系统生态学、地球系统科学与全球变化科学的创新能力的科技发展需求,更是中国参与应对全球气候变化国际合作、改进生态系统管理、保障生态安全的社会经济发展需求。同时还指出,中国现阶段在该领域的研究工作还缺乏各类生态系统碳收支的实际调查数据,缺乏国家尺度碳收支科学数据的整合,缺乏可用于碳收支计量与综合评估的模型工具,也没有形成国家层次的碳源汇计量、评估、认证及决策分析信息系统平台。本文通过国内外科技发展的分析认为,中国在该领域的研究工作,应在大力发展陆地生态系统碳收支和碳汇功能的定量监测、评价和认证的方法与技术基础上,重点关注并前瞻性地开展陆地生态系统碳-氮-水循环过程耦合关系及其对全球气候变化的响应与适应、碳-氮-磷生态化学计量学特征及其环境影响、碳-氮-水耦合循环过程的生物调控机制等前沿领域,以提高中国生态系统与全球变化科学研究水平,为国家的生态系统与温室气体管理提供基础理论、科学知识和先进技术的储备。     

近30年土地利用变化对新疆森林生态系统碳库的影响

土地利用及其变化是导致森林生态系统碳库变化最重要的因素。以植树造林面积、森林产品收获产量及林地转移面积为基础数据,采用《LULUCF指南》中数据分层的碳源汇计量方法,分析了1975-2005 年期间三种土地利用方式对新疆森林碳库的影响。1975 年新疆森林总碳库估算值为720.02 Tg,其中土壤碳库为528.82 Tg。近30 年土地利用变化对其碳库的影响总体表现为碳汇,固碳量为48.15 Tg,与1975 年碳库相比,森林碳储量增长了6.69%。植树造林表现出强烈的碳汇功能,总固碳量为54.24 Tg。森林采伐是最主要的碳释放来源,共释放碳5.42 Tg。林地转移呈现微弱的碳释放特征,共排放为0.66 Tg。研究结果表明,土地利用变化对该区域森林碳库具有明显的增汇效应。本研究将有利于进一步深化人类活动对区域碳平衡影响的认识。     

造林对陆地碳汇影响的研究进展

全球气候变化和土地利用变化影响着陆地碳源/汇的变化。造林作为一种土地利用变化,可以增加陆地碳汇,减缓大气中CO₂的积累。文中首先对陆地碳汇及其形成原因进行综述,肯定了造林在陆地碳汇中的重要作用,然后阐述了造林对陆地碳汇的影响途径、造林后植被碳和土壤碳的变化及相互联系,并对全球造林活动对陆地碳汇贡献潜力作简要介绍,最后指出当前研究中的不足及今后的努力重点。造林是重要的临时陆地碳库,加强对造林碳汇的客观研究,对我国具有重要的政治意义和科学实践意义。     

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。     

全球森林固碳潜力巨大(英文)

森林是重要的陆地生态系统碳汇。1990–2007年间全球森林平均每年从大气中吸收固定2.4±0.4PgC,但对全球森林未来固碳量的评价多是基于气候因素的过程模型的模拟结果,很少有基于森林调查样地数据评价全球森林固碳潜力的研究。我们收集整理野外调查和已发表的成熟林生物量数据728条,建立全球成熟林生物量数据库。根据成熟林地上生物量碳储量空间插值,得到全球森林地上生物量碳容量,进而评估全球森林地上生物量的固碳潜力。结果显示:(1)全球成熟林地上生物量自赤道向两极整体呈递减趋势,但最大值出现在中纬度区;(2)气温和降水是影响成熟林地上生物量的重要因素;(3)全球森林地上生物量碳容量约为586.2±49.3PgC,其地上生物量固碳潜力为313.4PgC。因此,充分发挥现有森林的碳吸存能力,减少对现有森林碳库的干扰,是土地利用变化之外减缓温室气体排放的又一可选途径。     

中国区域土地利用/覆被变化对陆地碳收支的影响

准确估计土地利用/覆被变化（LUCC）对陆地生态系统碳收支的影响已成为当前全球变化和全球碳循环研究的重点内容。本文通过文献调研和数据的整合分析方法总结讨论了近年来中国区域LUCC时空特征及其对陆地碳收支影响,为合理评价中国区域陆地碳平衡以及确定未来研究发展方向提供参考。已有大量研究对近年来中国区域LUCC主要特征进行了探讨,并分别利用卫星遥感方法和IPCC清单法对中国区域陆地碳源汇影响进行了评估。结果表明,目前全国土地利用活动,特别是农林活动正对陆地生态系统碳收支产生了比较显著的积极作用,但基于以上两种方法的研究结论之间差异很大,反映出中国LUCC导致陆地碳收支变化的评估结果仍存在着较大的不确定性。通过分析认为,中国未来的研究工作应着重于发展和利用基于土地利用相互转化面积的计量方法,以提高对中国区域LUCC导致陆地碳收支变化评估的准确性。     

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。     

我国草地生态系统碳循环研究进展

文中首先分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性,进而对我国草地生态系统碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述,包括植物、凋落物、土壤三大碳库以及主要含碳温室气体通量等,对其主要研究结论进行了深入的剖析。同时提出了今后我国草地生态系统碳循环的重点研究方向和研究领域。     

区域尺度陆地生态系统碳收支评估方法及其不确定性

定量评估区域和不同类型生态系统的碳收支,可以为科学预测气候变化、服务于减缓和适应气候变化的区域碳管理提供科学依据,是生态系统与全球变化科学研究的重要科技问题.虽然区域碳收支的定量评估和认证还很难用当前的各种直接观测和评估方法来精确实现,但是,近年来这方面做了很多研究工作,也取得了一定进展.为此,本文综述了陆地生态系统碳...     

河流碳循环对全球变化的响应与反馈

河流连接陆地生态系统和海洋两大活动碳库,构成全球碳循环的一个关键环节。河流碳的输出及循环过程与近岸水域环境、海洋碳库变动及全球气候系统紧密相关。有机碳在全球碳循环系统中处于核心地位,了解河流有机碳通量及性质变化是目前河流碳循环研究的重要内容之一。流域面积的大小及气候和环境性质的差异对河流碳的输移及循环过程影响显著。目前,亚洲季风流域尤其是众多的小流域缺乏系统的有关悬移质生源要素的信息。陆地侵蚀-沉积过程控制着河流碳的主要来源和归宿。当前,人类活动主宰着陆地的侵蚀-沉积状况,这在很大程度上表现为加速了陆地生态系统碳库的扰动与再沉积,并加强了河流向海洋的碳输送。     

过去陆地生态系统碳储量估算研究

准确估算陆地生态系统碳储量并认识其空间分布和时间演变规律是碳循环研究的关键 问题。本文回顾了全球与中国陆地生态系统在碳储量估算研究方面的若干进展, 包括基于各种方 法和资料的主要估算结果及其尚存在的不确定性。重点评述了末次盛冰期和中全新世两个时期 陆地生态系统碳储量的变化及其影响因素, 对8.2kaB.P.以来全球大气CO₂ 浓度呈现升高的现象 及其可能原因进行了讨论。全新世中晚期全球大气CO₂ 浓度逐渐升高与旧大陆地区陆地生态系 统碳储量减少的事实是一致的, 新石器时期特别是农业文明开始以后人类活动对陆地植被的持 续干预可能是造成陆地生态系统碳储量减少的原因之一。     

模拟增温对生态系统碳循环影响研究进展

气候变暖影响着生态系统碳循环,碳循环的变化反馈于气候变化。这两者的相互作用影响着未来气候变化的方向和强度。野外增温试验有助于了解生态系统碳循环对气候变化的响应及其机制,因此成为近年来的研究热点。生态系统所处的地理位置及相应的气候背景影响着碳循环对增温的响应。增温后不同生态系统的碳释放和碳固定均可表现为增加、减小或者无显著变化,因而生态系统净碳收支对气候变化响应多样。增温后土壤氮矿化速率、物候、生态系统物种组成和结构的变化间接影响着生态系统净碳收支。多年冻土区储存了大量的土壤有机碳,冻土融化后冻土有机碳分解将释放大量的CO₂到大气中,正反馈于气候变暖,因而是目前野外增温试验对碳循环影响研究的焦点。     

遥感在土壤碳储量估算中的应用

土壤碳库是陆地生态系统碳库的主体,在全球碳平衡中具有重要作用。从20世纪70年代早期Landsat-MSS数据的使用开始,各种传感器的卫星多光谱测量开始广泛应用于土壤调查中。首先,分析了利用遥感方法估算土壤碳储量的可行性。之后,系统分析总结了国内外在土壤碳储量研究中的常用遥感方法,即遥感影像直接估算法、植被指数法和光谱测定分析法。最后,对遥感在土壤碳储量估算研究中的发展趋势做出展望。     

土壤碳循环研究进展及干旱区土壤碳循环研究展望

土壤碳库动态及其驱动机制是陆地生态系统碳循环与全球变化研究的热点问题之一。随着各国对《京都议定书》的重视,农业土壤碳库变化及其源汇效应研究不断加强,但以往研究土壤碳循环主要是针对有机碳,较少考虑无机碳的作用和地位,干旱区土壤无机碳储量巨大,其在区域碳循环过程中的贡献日益显著,这使得干旱区土壤碳循环研究必须同时考虑土壤有机碳和无机碳的行为。国内外关于农业土壤有机碳动态的研究主要围绕农业土壤有机碳储量、固碳潜力等问题展开,研究区多为湿润、半湿润地区;国际上对农业土壤无机碳动态的研究主要集中在干旱区土地管理措施对土壤发生性碳酸盐碳的形成与转化方面,研究方法以稳定同位素技术为主,但目前关于中国干旱区农业土壤无机碳动态的研究还较为薄弱。因此,应加强干旱区绿洲土壤碳循环研究,深入分析干旱区绿洲土壤碳的源/汇效应;探讨土壤无机碳动态变化的机理。