陆地生态系统碳循环研究进展

近年来,碳循环问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,其中陆地生态系统碳循环又是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分。本文结合IGBP和IPCC中有关碳循环的最新报告,介绍了全球碳循环中大气、海洋和陆地生态系统等几个主要碳库的大小及特点,并重点介绍了陆地生态系统碳循环及其基本过程。总结了当前陆地生态系统碳循环研究的四种主要方法:清单方法、反演模拟、涡度相关技术和陆地碳循环模式,介绍了它们的各自特点以及存在的问题,并对陆地碳过程中的不确定性进行了详细分析。此外,还简要叙述了当前碳循环研究中待解决的问题和今后的发展趋势。     

中国陆地土壤有机碳库的估算

土壤是陆地生态系统的核心之一,土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分,在陆地碳循环研究中有着重要的作用,因而了解土壤碳循环是研究中国陆地生态系统碳循环的基础,确定土壤有机碳的储量、空间分布、对土壤碳循环的研究具有重要意义。根据中国和线次土壤普查得到的土壤各类型分布面积,采样数据、土壤有机质含量,运用ＧＩＳ技术,来估算土壤碳库。经过计算,中国陆地生态系统土壤有机碳总量为１００１．８×１０＾８ｔ,平均碳     

全球陆地生态系统与大气之间碳交换的模拟研究

利用陆面物理过程和植被生理生态过程完全动态耦合的大气植被相互作用模式 (AVIM) ,对全球陆地生态系统的净初级生产力进行模拟。全球陆地生态系统植被分为 1 3类 ,土壤质地分为 7类 ,确定了各种植被和土壤的模式参数。采用全球陆地 0 .5× 0 .5网格点气候平均资料 ;以 30分钟为步长进行积分。并用全球不同地区各种植被类型的 1 9个 NPP观测样点数据校准模型。AVIM模拟全球陆地生态系统 NPP的主要模拟结果如下 :全球陆地生态系统净初级生产力 (NPP)总量约为 60 .72 Gt Cyr- 1。分析了不同植被类型的 NPP分布 ,模式较好地模拟了全球陆地生态系统净初级生产力的纬向分布和区域分布的差异 ,模拟出中国植被生产力的分布特征。陆地生态系统净初级生产力与温度、降水和辐射等气候因素在不同地区有不同程度相关性 ,北方针叶林地区气候因子与 NPP的相关性明显 ,反映出植被对环境因子的不同响应及其物候特征。赤道热带雨林地区NPP与气候因子的相关性不明显。     

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...     

排水造林对泥炭沼泽湿地碳循环的影响概述

湿地仅占全球陆地表面很小的一部分,却是全球陆地生态系统的碳汇,在全球碳循环中发挥着重要的作用。湿地排水后,地表水位下降,湿地土壤有氧层增加,CO2排放速率增加,CH4排放速率减少,进而影响湿地生态系统的碳汇功能。综述了当前国内外有关湿地排水对土壤CO2和CH4温室气体和土壤有机碳储量影响的研究进展,研究表明:森林湿地选择适当择伐可能有利于减缓大气温室气体(CO2和CH4)的排放。这将为我国基层林业局湿地恢复和碳管理,以及湿地经营提供参考价值。     

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。     

1999-2008年间中国森林土壤碳汇功能初步估算

基于样地资料、文献资料和森林资源清查资料,以及不同森林类型蓄积、生物量、年凋落量和土壤呼吸之间的函数关系,估算1999-2008年间中国森林生态系统的NEP(净生态系统生产力)、△Cbiomass(现存森林植被碳储量增量)和NR(非呼吸代谢消耗光合产物),再根据森林生态系统碳平衡方程,初步估算中国森林土壤碳汇(△Csoil=NEP-△Cbiomass-NR)。研究结果表明:中国森林生态系统总的NEP、△Cbiomass、NR和△Csoil分别为157.530、48.704、31.033和77.793 Tg C yr^-1,单位面积NEP、△Cbiomass、NR和△Csoil分别为101.247、31.303、19.945和49.999 g C mm^-2 yr^-1。中国森林土壤碳汇存在较大的空间差异,江西、湖南、浙江、福建、安徽、山西、陕西、广西和辽宁9省(区)森林土壤为碳源,释放的碳约为25.507 Tg C yr^-1。其他22个省(区)森林土壤为碳汇,吸收的碳约为103.300 Tg C yr^-1。本研究建立了基于森林资源清查资料的中国森林土壤碳汇评价方法,是对现有的基于统计资料进行森林生态系统碳循环研究的有益补充,将推动具有可比性的、按照一致性的研究方法开展的区域尺度森林土壤固碳功能研究。     

陆地碳循环研究进展

近年发表的关于陆地碳循环的国内外论著反映出如下观点 :1陆地主要的碳库 -陆地生物圈、土壤圈和岩石圈的碳贮量分别为 560 Pg C、 1 40 0～ 1 50 0 Pg C(有机碳 )、 2 .0× 1 0 7Pg C(有机碳 ) ,其中岩石圈中化石燃料的贮量约为 50 0 0～ 1 0 0 0 0 Pg C;2大气 CO2“未知汇”的量大概在 0 .7～ 3.1 Pg C之间 ,“未知汇”可能存在于中纬度地区 ;3土地利用与土地覆被变化造成的 CO2 排放量估计值差异较大 ,可能在 0 .6～ 3.6Pg C之间 ;4陆地碳循环模型已从静态模型发展到动态模型 ,而且更加注重大气 CO2 浓度增加和 LUCC对碳循环的影响以及 C、 N、 P和 S等循环的耦合作用。     

东北地区陆地碳循环平衡模拟分析

依据陆地碳循环过程 ,基于多年平均气候数据建立陆地碳循环平衡模型 ,并模拟了陆地碳循环平衡状态下 ,我国东北地区陆地碳循环的主要碳通量 ,其中 ,东北地区植被潜在净第一性生产力 (NPP)估算为 5.1 6× 1 0 8t C/a,NPP的分布由于受纬度地带性、经度地带性等植被、气候和地形因素的综合影响 ,总体呈现从东南到西北递减的趋势 ,东北地区植被潜在年凋落物速率为 5.1 6× 1 0 8t C/a,凋落物年矿化分解速率为 3.61× 1 0 8t C/a,凋落物年腐殖化速率为 1 .55× 1 0 8t C/a,凋落物碳库为 4.67× 1 0 8t C,土壤有机碳年分解速率为 1 .55× 1 0 8t C/a。通过探讨各主要碳库和碳通量的大小以及空间分布特点 ,描绘了东北地区陆地碳循环平衡状态的空间格局。研究表明 NPP、凋落物碳库和土壤碳库的分解速率对于整个陆地碳循环过程是很重要的。     

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。     

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。     

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。     

旅游业碳汇潜力研究初探

以旅游业为研究对象,旨在研究旅游业碳汇潜力。首先对旅游业中碳源现状做出分析和判断,通过旅游交通、旅游饭店及旅游活动中碳源的存在现状,综合分析其存在的碳汇潜力。研究表明,以交通运输和餐饮为最大碳源;旅游业各要素碳消耗比例存在很大差异,其中旅游交通的碳消耗在行业内消耗比例中占72.4%,旅游交通与旅游住宿的碳要素消耗合计占94.72%;其余的消耗则来自于人类的旅游活动。数据还表明,碳消耗中前两大类消耗相对较为稳定,而人类旅游活动的碳消耗则呈现上升的趋势,旅游业存在涉及面广的碳汇潜力。人类的碳汇实现途径较为复杂,通过建立健全碳汇机制、生产消费的"源头"管理、旅游活动过程管理等措施实现碳汇潜力,最后提出了碳汇补偿模式。     

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。     

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。