中国陆地生态系统碳减排增汇优先区研究

科学确定陆地生态系统碳减排增汇优先区,优化全国陆地生态系统碳汇管理格局,将对有效发挥我国陆地生态系统的碳汇功能,减少向大气的碳排放,推进实现我国2020年碳减排目标具有重要实践价值。本研究分析了中国陆地生态系统碳源汇分布格局及其影响因素的空间差异,结合中国陆地生态系统碳库潜力及其变化的空间分异规律,建立了中国陆地生态系统碳减排增汇优先区的确定方法,得出了19个中国陆地生态系统碳减排增汇优先区,并提出了优先区管理的政策建议。     

地质调查助力碳达峰碳中和目标实现的路径浅析

2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和是2020年我国提出的国家重大战略目标。以当前我国的二氧化碳排放及能源结构现状,要实现这一伟大目标形势十分严峻。介绍了全球碳循环过程,阐述了碳源与碳汇对于大气CO₂浓度的贡献,从减源与增汇2个方面,初步分析了地质调查在推动碳达峰与碳中和目标实现中的作用与可能的贡献,并提出了地质解决路径。生态碳汇固然非常重要,但仍不能完全消除人为CO₂排放,且其具有不确定性,因此,需要充分发挥地质调查作用、挖掘地质碳汇潜力,使其成为实现碳中和目标过程中不可或缺的有力支撑。     

碳中和愿景下森林碳汇评估方法和固碳潜力预估研究进展

碳中和愿景下,加强森林的固碳增汇功能是抵消和吸纳碳排放最经济和最有效的途径。精准评估森林碳汇和预估森林固碳潜力,有助于量化森林在应对气候变化和实现碳中和愿景中的贡献。然而,森林分布的广泛性、森林生态系统结构的复杂性以及评估数据的代表性不够和方法学的差异性,造成森林碳汇评估的结果普遍存在精度低、不确定性高的问题。在界定森林碳储量、碳汇和固碳潜力等基本概念后,从森林定义、评估时空尺度、碳库选择及其基本方法等方面阐述了森林碳汇评估的方法,分析各类方法的主要特征、主要问题、优势和不足; 基于面积和生长假设情景,回顾了森林固碳潜力预估方法,重点分析了近10 a中国森林固碳潜力研究成果,预估到2030年和2060年,中国森林植被的年固碳潜力分别可达1.69亿t/a和1.48亿t/a左右的水平。最后,探讨了森林碳汇评估方法和固碳潜力预估的未来发展趋势,为不同时空尺度下森林碳汇评估和固碳潜力预估提供参考。     

碳汇效应及其影响因素研究进展

碳中和现已成为全球共识。为实现碳中和目标,除了发展新能源降低碳排放外,提升固碳增汇能力是其重要途径。碳汇可分为海洋碳汇和陆地碳汇两大类。海洋碳汇包括沿海生态碳汇、海水生态碳汇和人工海洋碳汇。其中,沿海生态碳汇主要由海岸植被固碳效应和沿海沉积物负载形成,海水生态碳汇主要由海洋碳泵效应形成,这两种碳汇与季风洋流条件、陆源有机物输入、海岸地理条件和人为活动直接相关,人工海洋碳汇的可行性需要综合考虑对海洋生态的影响。陆地碳汇包括陆地植被碳汇、自然地质碳汇和人工地质碳汇。其中,陆地植被碳汇是通过森林植被、草地植被以及湿地植被等植物的光合作用实现,受气温与降水、大气成分、土地利用变化以及自然干扰等因素的影响。自然地质碳汇主要由土壤碳汇和岩石风化碳汇组成,土壤碳汇受区域植被条件、气候条件和土壤利用等因素影响,而碳酸盐岩和硅酸盐岩风化作用吸收大气CO₂的岩石风化碳汇主要受气温、降水、岩石类型、水文条件以及人类活动的影响。人工地质碳汇是将捕集后的CO₂注入地下指定区域进行长期封存形成,其封存能力受地质构造、储盖条件、地热、地层水动力、油气潜力和盆地勘探开发程度...     

松嫩平原耕层土壤固碳潜力估算

提高土壤碳收集能力对减缓全球温室效应具有重要意义。利用松嫩平原南部第二次土壤普查及多目标区域地球化学调查获取的两期表层土壤有机碳数据,根据近20年来各土壤类型不同土地利用方式土壤有机碳量变化趋势,估算了松嫩平原南部各土壤类型、各用地方式下土壤碳源、汇潜力。由估算得出,如果目前的土地利用方式、气候条件、耕作方式、种植技术不变,松嫩平原耕地土壤0~20 cm土层的固碳潜力为-1.229Tg碳,各土壤类型的林地土壤固碳潜力绝大多数为正值,说明林业用地为碳汇区,固碳潜力合计为3.169Tg碳,而天然牧草地绝大多数的固碳潜力为负值,固碳潜力合计为-2.235Tg碳,为碳源区,本次研究估算得出,松嫩平原总体的固碳潜力为-0.917Tg碳。     

青藏高原草地生态系统碳通量研究进展

青藏高原拥有我国面积最大的天然草地,区域内生态系统碳通量的长期定位观测研究具有重要意义.在总结生态系统碳通量主要研究方法基础上,对青藏高原不同植被类型碳循环的源、汇效应、时空变化及其与影响因子关系等研究领域所取得的重要进展进行了综合评述.现有研究表明,不同植被类型间CO2通量的季节变化、年际变化、交换量和碳源汇特征等存在明显差异,光合有效辐射、温度、降水、土壤水分和叶面积指数等是影响碳通量变化的主要驱动因子.最后,结合当前青藏高原地区生态系统碳通量研究的现实与需要,探讨了通量观测所面临的主要科学问题及解决途径.未来对青藏高原碳循环关键过程的研究工作还需要多尺度、长期生态实验和CO2通量观测数据支持,同时以此为基础发展新的数据处理、分析和跨尺度机理模拟方法,建立青藏高原生态系统碳循环模型.     

流域尺度岩溶碳循环过程——“岩溶作用与碳中和”专栏特邀主编寄语

2020年9月22日, 习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上承诺, 中国力争于2030年前达到CO2排放峰值, 努力争取2060年前实现碳中和。中国的碳达峰与碳中和战略, 不仅是全球气候治理、保护地球家园、构建人类命运共同体的重大需求, 也是中国高质量发展、生态文明建设和生态环境综合治理的内在需求。碳中和战略涉及深度社会经济发展转型, 以期实现低碳甚至零碳排放和基于技术变革的增汇目标, 是面向可持续发展的重大机遇。碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础, 不但记录着地球历史时期的环境变化, 而且还是地球最大的碳库, 对地球大气和生命演变起到重要的作用。据统计, 现代全球岩溶分布面积2200万km2, 占陆地面积的15%, 其中中国岩溶面积达344万km2, 约占全球岩溶总面积的15.6%。在水-二氧化碳-碳酸盐岩-生物的相互作用下, 岩溶碳循环活跃, 在全球形成0.824 Pg C/a的岩溶碳汇, 约占全球“遗漏汇”的29.4%。鉴于岩溶作用对全球碳循环具有重要的作用和影响, 2021年中国出台的《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》均明确提出要巩固提升岩溶碳汇能力。然而, 岩溶碳汇的流域尺度效应及其稳定性机理还不十分清晰, 以至于岩溶碳汇研究存在不确定性问题。为揭示流域尺度岩溶碳汇效应以及岩溶碳汇的稳定性问题, 明确岩溶作用与碳中和的耦合关系, 助力碳达峰、碳中和目标的实现, 《地球学报》组织了“岩溶作用与碳中和”专栏。     

微型生物在岩溶碳循环中的作用研究回顾与展望

全球气候变化问题使岩溶系统碳循环的研究倍受关注,有关微型生物及其碳酸酐酶在岩溶系统碳循环中的作用的认识也在不断深入。文章回顾了微型生物及其碳酸酐酶在碳酸盐岩风化以及碳酸盐岩沉积过程中的作用过程及作用机制,指出未来的研究需结合不同岩溶生态环境,量化微型生物及其碳酸酐酶对岩溶生态系统碳增汇的影响,为深入研究微型生物及其碳酸酐酶对岩溶碳汇的贡献、增加岩溶生态系统碳汇的能力、助力实现碳中和提供参考。      

末次间冰期以来陆地生态系统的碳储量与气候变化

陆地生态系统的碳收支是全球气候变化和碳循环研究的核心内容之一.准确估算陆地生态系统的碳储量及其收支状况,对正确评价陆地生态系统在全球碳循环中的作用有重要意义.本文总结了近10年来各国研究者利用不同方法对陆地碳储量变化的研究进展,并对估算陆地碳储量的不确定性进行评价.同时,对陆地生态系统碳储量变化研究结果的分析表明,末次间冰期以来,全球陆地生态系统碳储量存在较大幅度的变化.在末次间冰期5e阶段、末次盛冰期和全新世中期,陆地生态系统碳储量分别为现在的l30～150%、50～85%和105～130%.并且,陆地生态系统碳储量与气候变化有显著的正相关性,但不同区域的生态系统碳储量随气候变化并非具有相同的变化规律.     

青藏高原大气CH_(4)源汇及其浓度时空变化特征研究进展北大核心CSCD

甲烷(CH_(4))是仅次于二氧化碳(CO_(2))的重要温室气体。随着青藏高原气候的暖湿化,整个高原将可能成为一个潜在的碳源,要实现《巴黎协定》的1.5℃和2℃温控目标,需要准确估算未来剩余的碳排放空间。因此,准确地认识青藏高原大气CH_(4)的源汇特征、时空变化过程及机理,对预测及应对变暖,帮助政府做出科学的节能减排决策具有重要的现实意义。本文从大气CH_(4)的观测方法、源和汇、CH_(4)浓度的时空分布特征3个方面总结了青藏高原已有大气CH_(4)的研究进展,结果表明:目前,青藏高原大气CH_(4)观测主要有地基观测和卫星遥感,缺少空基观测,在卫星产品中,AIRS的CH_(4)浓度数据质量最好;青藏高原大气CH_(4)以自然来源为主,可以确定的主要来源有湿地、湖泊和畜牧业,地质活动、植被和多年冻土是否是CH_(4)的主要源还存在争议;吸收汇主要是对流层的OH自由基和高山草甸;青藏高原CH_(4)浓度的季节分布呈单峰特征,夏季最高,CH_(4)浓度的增减与亚洲夏季风的进退同步;青藏高原CH_(4)浓度年均增长约为5~8 ng·g^(-1),大于周边地区;青藏高原近地面的CH_(4)高值出现在中部,从地面到对流层顶CH_(4)浓度逐渐减小,但高原东部和北部减小幅度大于西南部。未来应加强大气CH_(4)三维连续观测,改进卫星反演算法和源汇解析模型,准确量化青藏高原大气CH_(4)时空变化过程,揭示其变化机理,以期为未来高效减排政策提供科学依据。     

中国岩溶碳汇通量估算与人工干预增汇途径

中国是岩溶大国,岩溶作用吸收土壤或大气CO₂形成溶解无机碳,并随河流排向海洋,这是陆地碳循环的重要组成部分。中国地质调查局从2009年开始对岩溶碳汇进行探索性调查,基本查明了岩溶碳汇的作用机理、影响因素和计量方法。研究表明: 碳酸盐岩溶蚀试片、径流-水化学和回归模型等方法均揭示了中国岩溶碳汇潜力巨大; 植被恢复、土壤改良、外源水灌溉和水生植物培育等是人工干预增加岩溶碳汇的重要途径; 流域尺度岩溶碳循环及碳汇效应调查技术的应用,助力取得了岩溶碳循环地质调查和碳汇效应评价方面的理论、技术和平台建设等系列成果。值得注意的是,岩溶碳汇计量、核查和人工干预固碳增汇试验示范等方面还面临巨大挑战,这需要在“十四五”期间及以后的研究中不断攻关、完善,从而满足地质碳汇服务碳中和目标的需求。     

红树林和盐沼湿地间隙水交换过程及其碳汇潜力

全球气候变化对资源、生态和环境的负面影响日益显现,降低大气CO₂浓度已经成为全球关注的焦点。潮间带湿地(如红树林和盐沼)具有很强的碳汇功能,是降低CO₂浓度和减缓全球气候变化的重要途径。红树林和盐沼作为重要的海岸带蓝碳生态系统,其土壤具有极高的储碳能力。由于受潮汐和降雨等驱动力的控制,红树林和盐沼土壤间隙水碳交换过程在海岸带蓝碳汇估算中具有较大的不确定性。同时,红树林和盐沼间隙水碳交换过程也是海岸带蓝碳汇相关研究中的前沿性科学问题,具有较大的挑战性。红树林和盐沼间隙水交换促使大量沉积物中的碳输出并存储于海洋,其可能是除了湿地碳埋藏之外的另一个重要碳汇,但目前对此尚未开展系统研究。总结论述了红树林和盐沼生境土壤间隙水交换速率及其携带蓝碳通量和控制因素,期望在对全球红树林和盐沼生态系统蓝碳收支和碳汇潜力进行评估中对其土壤间隙水过程携带的蓝碳通量引起足够的重视。这将深化对红树林和盐沼生态系统碳收支平衡和循环过程的认识,进而在全球气候变化的背景下,为更好地发挥海岸带蓝碳汇功能、促进红树林和盐沼生态系统建设和保护以及海岸带可持续发展提供科学支撑。     

植硅体碳与陆地生态系统碳循环：机遇和挑战

植硅体在形成过程中能够包裹植物有机碳,是已被证明的一种非常有潜力的大气CO₂封存方式,对于增加陆地生态系统碳汇和延缓温室气体效应带来的全球变暖具有重要意义,因此受到了学术界的广泛关注。简要回顾了植硅体碳的研究历史和现状,并着重从植硅体碳长期变化入手,探讨了植硅体碳与陆地生态系统碳汇存在的问题与挑战,以及近来有关植硅体碳存在被严重高估的论点。同时指出为了更加准确地估算植硅体碳汇,应充分考虑植硅体包裹碳能力的差异、植硅体碳来源、植硅体稳定性、土壤中植硅体碳含量衰减速率以及植硅体提取方法等在植硅体碳的长期变化中的作用,进一步提高植硅体碳在陆地碳汇研究中的地位与重要性。     

全新世渭河流域植被演替对陆地生态系统碳储量的影响

陆地生态系统古碳储量演化历史既是理解过去区域碳循环过程的基础,也是预测未来陆地碳库变化趋势的重要参照。以往由于实测记录的缺乏和现代碳循环模型应用的局限,难于实现过去陆地碳库的准确重建。本研究通过地质时期86个点位的孢粉记录与古碳循环模型模拟的结合,在定量化重建全新世渭河流域古气候参数空间格局的基础上,模拟了自然植被时空演化过程及其陆地生态系统碳储量变化。结果表明,全新世早期到中期,流域森林面积覆盖度由34%增至63%,导致陆地生态系统碳储量从2.48 Pg C增至3.40 Pg C;全新世中期到晚期,流域森林面积覆盖度降至20%,陆地生态系统碳库储量随之减少了1.03 Pg C。空间上,流域碳密度变化主要受控于植被类型的分布,后者又与地貌条件密切相关。全新世中期全球增温情形下渭河流域森林植被大面积扩张和碳储量显著增加的结果,预示着未来全球变暖背景下该流域陆地生态系统具有较强的碳汇潜力。     

中国陆地生态系统植硅体碳汇研究进展

植硅体碳(Phytolith-Occluded Carbon,Phyt OC)是一种相对稳定的碳组分,在生物地球化学碳循环和减缓全球变暖中扮演着重要角色。在总结前人研究的基础上,论述了植硅体碳的形成机制和其碳汇能力的影响因素,综述了当前中国陆地生态系统植硅体碳汇的研究成果,探讨了中国陆地生态系统植硅体碳汇的调控机制,最后对未来中国陆地生态系统植硅体碳汇的研究方向进行了展望。气候、地表植被类型、土壤环境及植硅体自身化学组份等诸多因素都将直接或间接影响植硅体的碳汇能力。中国草地、农田、森林、湿地和灌丛生态系统植硅体碳产生速率分别为(0.6±0.1)×106,(4.9±1.7)×106,(1.9±0.4)×106,(0.6±0.5)×106和(1.3±0.3)×106t CO2/a。含硅材料施加、高硅植物栽培和传统的提高植物地上净初级生产力等措施均可显著提高中国陆地生态系统植硅体碳汇潜力。今后应进一步研究不同植物产生植硅体碳的机理,加强不同陆地生态系统中植物地下部分植硅体碳汇能力的研究,对不同陆地生态系统土壤植硅体碳汇量进行量化,并提出更加全面、经济、合理的管理措施以提高植硅体碳汇量。     

青藏高原净生态系统碳交换量的遥感评估模型研究

青藏高原作为世界海拔最高的区域,是全球气候变化的敏感区之一。定量估算这一区域的净生态系统碳交换量(NEE)有利于理解陆地生态系统碳平衡对未来气候变化的响应。本文构建了一个模拟该地区NEE动态变化的净碳收支模型(NCBM)。该模型由来源于MODIS影像的增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)以及来源于地面观测的空气温度和短波辐射共同驱动,并利用青藏高原地区的3种植被类型(包括高寒灌丛、高寒湿地和高寒草甸)的碳通量长期观测数据对模型进行了校准和验证。结果表明,在模型校准站点年,NCBM模型可以模拟NEE观测值81%的变化,均方根误差(RMSE)为0.03mol C/m~2/d,模型效率(EF)为0.81。在模型验证站点年,NCBM模型可以预测NEE观测值84%的变化,RMSE为0.03mol C/m~2/d,EF为0.81。在大多数情况下,NCBM模型可以清晰地模拟各植被类型的NEE季节和年际变化。此外,NCBM模型因为结构简单,模型驱动变量易于获取等优势,具有在区域尺度上模拟NEE时空变化的潜力。但是该模型还需要进一步的改进和发展,特别需要提高对植被非常稀疏地区NEE变化的模拟能力。     

典型水生植物对岩溶水生生态系统无机碳稳定性影响研究

碳循环研究是全球变化科学中的研究重点, 其平衡问题已成为全球变化与地球科学领域的研究前沿和热点。“遗失汇”是全球碳收支研究的重点, 寻找和揭示其存在机理对研究全球碳循环具有重要意义。在全球碳循环研究中, 仅考虑海洋碳库和陆地生态系统碳库对全球碳循环的贡献, 然并未对地球岩石圈中碳酸盐岩碳库作充分评估。以袁道先院士为首的研究团队, 利用石灰岩溶蚀试片法(Carbonate-rock-tablet-test method)、水化学法(Hydrogen-discharge method)和扩散边界法(Diffusion Boundary Layer Model, DBL)首次估算了全球每年因碳酸盐岩溶蚀作用产生的碳汇量其约占当前碳循环模型中“遗失汇”的约1/3。     

泥炭地碳源汇功能与“双碳”目标

自工业革命以来,大气中CO₂浓度快速升高导致了全球变暖,并引发了一系列气候和环境问题。应对气候变化、实现“碳达峰与碳中和”(以下简称“双碳”)已成为世界各国共同倡导的目标;而理解自然系统的碳源汇功能,对实现这一目标具有重要的意义。泥炭地是世界上分布最为广泛的湿地类型,对全球碳循环和气候变化有着十分重要的影响,其在实现“双碳”目标中的重要性受到越来越多的关注,这也使泥炭地碳循环研究成为前沿领域。本文简要回顾了国内外泥炭地碳循环的研究现状,阐述了泥炭地的碳源汇特征(包括CO₂净交换、 CH₄排放、溶解有机碳迁移、碳累积)、变化及驱动机制,并对其在实现“双碳”目标中的作用进行了分析。总体来说,泥炭地碳循环对全球碳源汇估算具有重要的影响,未来需进一步加强对泥炭地分布和碳库的研究,强化泥炭地生态环境演变规律、碳循环-相关过程对气候变化的敏感度以及研究薄弱地区等的针对性研究。在此基础上,科学地可持续管理和恢复退化泥炭地,如人为水文调节,以保持甚至增加其碳汇潜力和储存碳的稳定性,可发挥泥炭地在“双碳”时代的最大碳汇潜力,也将是减缓气候...     

基于多源卫星遥感的高分辨率全球碳同化系统研究

2016年4月签署的"巴黎协定"的目标是到21世纪下半叶全球人为碳排放与生态系统碳汇持平,为了实现这一目标需要精确计量全球不同地区的碳通量,而全球碳同化系统是有效的技术手段。为此,国家科学技术部在"十三五"期间部署的国家重点研发计划"全球变化及应对"专项资助了"基于多源卫星遥感的高分辨率全球碳同化系统研究"项目。将发展生物圈和大气圈关键参数多源遥感协同反演技术体系、多源卫星与地面观测数据联合碳同化算法,进而建立耦合生态系统模型的高分辨率全球碳同化系统,联合同化多源观测数据,优化生态系统模型关键参数、光合和呼吸碳通量、重点区域人为源碳通量,定量揭示全球陆地生态系统和重点区域人为源碳通量时空格局、生态系统碳源汇驱动机制,为全球变化与应对专项目标的实现和国家决策提供技术与数据支持。     

陆地生态系统碳汇在实现“双碳”目标中的作用和建议

2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和(简称"双碳")是我国对国际社会的庄严承诺,已被纳入生态文明建设的总体布局。生态系统碳汇是实现"双碳"目标的重要手段,也是林业和草原实现高质量发展的必然要求。国际有关机构对全球森林、草地和湿地生态系统的碳储量和碳循环进行了评估。自1990年以来,附件一国家(指《联合国气候变化框架公约》附件一列出的经济合作发展组织中所有发达国家和经济转型国家)对本国的碳排放和碳汇进行估算,编制了年度温室气体清单;我国也编制了5次国家温室气体清单。这些工作对我国开展应对气候变化的研究提供了基础。提出了如下建议:在编制"双碳"路线图和时间表时,既要考虑我国生态系统碳汇与能源和工业领域碳排放在区域空间分布和时间维度上的差异性,也要考虑生态系统同时所具有的碳汇和碳排放的特殊性;生态系统碳汇是碳达峰的非选项,是碳中和的必选项;生态系统碳汇要遵循国家实现"双碳"目标的基本原则,要将生态系统碳汇作为国家生态建设和保护工程的主要目标,提高碳汇计量和监测能力,完善市场和融资机制。