草原固碳量估算方法及其敏感性分析

 通过提高草地管理水平来增加草地生态系统的碳储量, 是一种低成本的固碳减排途径。固碳量的确定是固碳成本估算中的重要组成部分, 目前国际上通用的草地固碳量估算方法有两种: 碳储量变化法和碳通量法。该文以禁牧为固碳措施, 通过敏感性分析讨论了这两种方法对草原固碳成本估算的适宜性。结论得出: 在一定牧压强度范围和一定面积研究区内, 固碳成本与牧压强度成线性增长关系, 与研究区面积成非线性关系, 表现出“饱和增长”的趋势; 与碳通量法相比, 碳储量变化法对牧压强度和研究区面积都较不敏感。造成这种差异的主要原因是不同方法选取的研究区及其放牧强度背景不同。从草地生态系统过程看, 碳储量变化法与碳通量法在本质上是一致的, 二者都较适于草原禁牧措施下的固碳量和固碳成本的估算, 可根据获取数据类型的不同而采用不同的方法。     

湿地生态系统碳储量估算方法综述

湿地生态系统碳储量测算一直是湿地研究领域的难点。目前仅能粗略估算湿地生态系统碳储量,很难做到精确计算。本文对湿地生态系统各组成部分碳储量估算方法进行分析,指出湿地生态系统碳储量估算应当充分融合水域和陆域各碳储存库的估算方法。另外,对影响湿地生态系统碳储量估算精度的各种因素进行了总结,认为湿地面积、碳密度以及水体、土壤和沉积物的深度是影响区域尺度碳储量估算精度的主要因素。     

中国天然林保护工程的固碳能力估算

大气中CO2浓度的升高作为引起全球气候变化最主要的驱动力已经得到广泛的认同。为此。2005年2月16号生效的《京都议定书》明确提出了植树造林、再造林是一条行之有效的减缓全球气候变化的重要措施。我国作为世界上人工林面积最大的国家,实施的一系列林业政策和工程,对大气中CO2的减排起到了重要作用。以天然林保护工程为例,利用我国第4次森林资源清查资料和林业统计年鉴,依据估算森林碳储量的材积源——生物量方法对该工程实施5a来（1998—2002）的固碳能力进行初步研究,以期为我国的国际气候和外交谈判提供理论依据和数据佐证。研究结果表明,天然林保护工程实施5a来,工程区累计造林302．6 10^4hm^2、新增人工林累计固C21．32Tg（1Tg=10^12 g）,其中,东北、长江上游、黄河中上游3个地区分别累计固碳6．39、12．59、2．34强。另外,天然林保护工程实施后,5a内累计减少木材产量964．98 10^4m^3,累计减少22．75Tg的碳释放。总体而言,天然林保护工程实施5a来累计固碳44．07Tg,平均年际固碳8．81Tg/a,相当于我国每年CO2排放量的1．2％。     

松嫩平原农田土壤有机碳变化及固碳潜力估算

基于1979—1985年全国第二次土壤普查和2015年实地采样数据,利用土壤类型法计算了近35年来松嫩平原及其各县农田表层土壤有机碳密度和土壤碳库储量;并分析了松嫩平原农田土壤有机碳密度的空间分布及变化特征;利用饱和值法对松嫩平原及其各县市农田土壤有机碳量的变化趋势进行拟合,估算其农田土壤的固碳潜力。结果表明:(1)2015年松嫩平原农田表层土壤有机碳密度平均值为1.61 kg/m~2,近35年来约有81.59%的农田土壤有机碳密度呈下降趋势,集中分布在松嫩平原北部、东部和东南部地区,以富裕县东部、依安县中部、肇东县西部、扶余县西部等地区土壤有机碳密度下降幅度最大;(2)2015年松嫩平原农田表层土壤有机碳库总储量为233.63 Tg,比全国第二次土壤普查减少了32.62 Tg;(3)2015年松嫩平原农田表层土壤总固碳潜力为-32.7 TgC,呈现出\"碳源\"趋势,农田土壤单位面积固碳潜力平均值为-1.793×10~(-3)Tg/km~2。     

生物固碳途径研究进展

生物固碳是地球碳循环过程的重要组成部分。自然界已经发现了六条天然生物固碳途径,但自然途径不仅能量利用效率低下,而且人工改造提升固碳效率难度大。随着合成生物学的发展,新的人工固碳途径不断涌现。相对于天然途径,人工固碳途径具有路线短、耗能少、原子经济性高等优点,有望在不久的将来能够替代天然固碳途径,实现固碳效率的大幅提高,是解决人类能源与环境问题的有效途径之一。主要总结了天然固碳途径和人工固碳途径的代谢原理和关键固碳酶的酶学特征,并对未来发展趋势进行展望。     

全球森林生态系统碳储量、固碳能力估算及其区域特征

从气候地带性和地理区域分布两方面对森林生态系统碳储量及固碳能力,以及土地利用变化对森林固碳的影响和森林固碳估算不确定性的原因进行综述.据估算,全球森林生态系统碳储量为652～927 Pg C,固碳能力达到4.02 Pg C·a^-1.各气候地带森林碳储量表现为热带最大(471 Pg C),寒带次之(272 Pg C),温带(113～159 Pg C)最小,固碳能力表现为热带(1.02～1.3 Pg C·a^-1)最大,温带次之(0.8 Pg C·a^-1),寒带(0.5 Pg C·a^-1)最小;各地理区域森林碳储量表现为南美洲(187.7～290 Pg C)最大,其次是欧洲(162.6 Pg C)、北美洲(106.7 Pg C)、非洲(98.2 Pg C)和亚洲(74.5 Pg C),而大洋洲(21.7 Pg C)最小,固碳能力为南美洲热带(1276 Tg C·a^-1)和非洲热带(753 Tg C·a^-1)较大,其次是北美洲(248 Tg C·a^-1)和欧洲(239 Tg C·a^-1),而东亚(98.8～136.5 Tg C·a^-1)较小.为进一步减少森林生态系统固碳估算的不确定性,今后应综合运用连续长期观测技术、样地清查、遥感分析和模型模拟等方法.     

草地土壤固碳潜力研究进展

土壤固碳功能和固碳潜力已成为全球气候变化和陆地生态系统研究的重点。草地土壤有机碳库,作为陆地土壤有机碳库的重要组成部分,其较小幅度的波动,将会影响整个陆地生态系统碳循环,进而影响全球气候变化。因此,深入研究草地土壤固碳功能和固碳潜力对于适应和减缓气候变化具有重要意义。在土壤固碳潜力相关概念界定基础上,结合《2006年IPCC国家温室气体清单指南》,从样点及区域尺度上综述了目前关于草地土壤固碳潜力的一般估算方法,同时对各类方法的特点及适用性进行了评述,提出了草地生态系统固碳潜力研究概念模型。最后在对草地土壤固碳的影响因素及固碳措施总结的基础上,阐明了草地土壤有机碳固定研究中存在的问题和发展前景。     

海岛陆地生态系统固碳估算方法

陆地生态系统在调节全球碳平衡和减缓全球气候变化中起着重要作用。海岛作为一种特殊的生态系统,生物群落和环境与大陆基本相似。虽然海岛生态结构相对简单,物种的丰富程度比大陆低,但对全球碳循环也有一定的影响。在海岛陆地生态系统中,森林和灌草的种属相对较少,且不同纬度的海岛森林植被种属差异明显,可采用典型样地清查和生物量模型估算相结合的方法估算乔木层和灌草层的碳储量。采用模型估算固碳潜力时,根据海岛生态环境的特殊性,综合考虑岛陆面积、季节、风向、坡度、坡向、海拔、平均温度、降雨量、土壤理化性质等参数对其碳储量估算的影响。海岛植被生物多样性影响其土壤碳储存的生态服务功能,利用多元统计分析方法,建立岛陆植物物种丰度与土壤碳储量的空间回归模型,明确植物多样性的改变对岛陆土壤固碳能力的影响。此外,从土壤固碳的角度而言,海岛土壤-植物-微生物间相互作用是其重要的研究方向。利用现代分子生物学技术,研究海岛陆地生态系统的土壤-植物-微生物相互作用关系,有利于海岛土壤固碳潜力估算精度的提高。     

京津风沙源治理区植被固碳能力估算及归因分析

植被固碳能力是陆地生态系统碳汇的基础,可通过净生态系统生产力(NEP)这一重要指标来反映。估算植被固碳能力是生态学和地表生态系统研究领域的共同科学问题,揭示其变化特征及其因素影响对于区域生态系统具有重要意义。以京津风沙源治理区为研究区,估算了2000-2020年京津风沙源治理区NEP,并利用趋势分析法和稳定性分析法等方法分析其时空变化特征,并利用地理探测器探究了影响NEP的自然因素与人类活动因素。结果显示:(1)2020年,京津风沙源治理区的NEP均值为110.09 gC m^-2a^-1,碳汇区面积约为3.591×10⁵ km²,占总面积的78.80%;(2)2000-2020年,京津风沙源治理区多年平均NEP为77.54 gC m^-2a^-1,年际变化率为4.118 gC m^-2a^-1,总体上呈上升趋势,研究区以NEP明显增加区为主,占比55.16%,主要分布在研究区南部,NEP呈下降趋势地区仅占比0.15%,主要分布在北部干旱草原沙地治理区,呈斑块状分布;(3)不同生态系统NEP从高到低依次为林地、农田和草地,林地固碳作用较强,未来林地固碳潜力较大,草地面积占研究区的70%,其总固碳量远超其他类型且呈增加趋势;(4)影响京津风沙源治理区NEP的主导因素为年降水量,其次,生态工程的实施也是NEP变化的重要影响因素,不同因素对京津风沙源治理区NEP的影响表现为双因子增强或非线性增强。围绕京津风沙源植被固碳能力估算以及影响因素的空间分异性,研究也在一定程度上提出了空间恢复的建议,以期为京津风沙源加强植被固碳能力以及生态修复等决策提供科学依据。     

三峡库区森林生产力和固碳能力估算

基于第六次、第七次和第八次三期森林资源清查数据,采用森林蓄积(生长量)扩展方法,估测三峡库区森林生产力和碳储量及碳密度变化,并利用2012 年三峡库区林地“一张图”更新调查数据,制作森林碳密度等级分布图。同时采用气候潜力模型估测潜在生产力,对比现实生产力,研究三峡库区森林生产力和固碳能力状况。结果表明:1)三峡库区森林总生物量1.33×108 t,总碳储量0.68×108 t,其中马尾松和栎类碳储量所占比例较大(分别为42.1%和12.1%),碳密度呈“东高西低”的分布格局, 平均为37.36 t⋅hm–2; 2)2002-2012 年, 三峡库区森林碳储量从2002 年的40.51 Tg C 增加到2012 年的68.88 Tg C, 年均净增长2.84 Tg C, 森林的碳汇作用显著, 尤其是在2007-2012 年间的碳汇作用最强。3)三峡库区森林潜在生产力应在13.52 - 21.77 t⋅hm–2⋅a–1 之间, 现在库区林分生产力介于2.85 - 6.19 t⋅hm–2⋅a–1, 平均为4.75t⋅hm–2⋅a–1,仅为潜在生产力的21.8%-35.1%。显然,三峡库区森林碳储总量以及森林生产力和固碳能力明显提高,只要进一步加强森林经营管理,加大保护力度, 提高森林生产能力和固碳能力仍然具有非常巨大的潜力。     

保护性耕作对农田生态系统净碳释放量的影响

以华北平原小麦-玉米两熟地区保护性耕作5年田间定位试验为基础,利用West提出的净碳释放方程对翻耕、少耕和免耕3种耕作方式下农田各项投入造成的碳释放和土壤碳累积进行比较。结果表明:在翻耕、少耕、免耕3个处理下,5年间各项农田投入造成的碳释放分别为312.60、295.4和280.52kg.km-2.a-1,表层30cm土壤的碳储量分别为30.59、32.76和31.61Mg.km-2,农田净碳释放量分别为312.60、-138.59和-76.52kg.km-2.a-1;与翻耕地比较,免耕和少耕地的相对净碳释放量为-236.08和-451.19kg.km-2.a-1;免耕地农田投入的碳减排量(32.08kg.km-2.a-1)为土壤碳增汇量(204.00kg.km-2.a-1)的15.73%,少耕地农田投入的碳减排量(17.19kg.km-2.a-1)为土壤碳增汇量(434.00kg.km-2.a-1)的3.96%。少耕地对减少大气CO2的贡献大于免耕地。     

How strong is the current carbon sequestration of an Atlantic blanket bog?

Although northern peatlands cover only 3% of the land surface, their thick peat deposits contain an estimated one‐third of the world's soil organic carbon (SOC). Under a changing climate the potential of peatlands to continue sequestering carbon is unknown. This paper presents an analysis of 6 years of total carbon balance of an almost intact Atlantic blanket bog in Glencar, County Kerry, Ireland. The three components of the measured carbon balance were: the land‐atmosphere fluxes of carbon dioxide (CO₂) and methane (CH₄) and the flux of dissolved organic carbon (DOC) exported in a stream draining the peatland. The 6 years C balance was computed from 6 years (2003–2008) of measurements of meteorological and eddy‐covariance CO₂ fluxes, periodic chamber measurements of CH₄ fluxes over 3.5 years, and 2 years of continuous DOC flux measurements. Over the 6 years, the mean annual carbon was ?29.7±30.6 (±1 SD) g C m^?2 yr^?1 with its components as follows: carbon in CO₂ was a sink of ?47.8±30.0 g C m^?2 yr^?1; carbon in CH₄ was a source of 4.1±0.5 g C m^?2 yr^?1 and the carbon exported as stream DOC was a source of 14.0±1.6 g C m^?2 yr^?1. For 2 out of the 6 years, the site was a source of carbon with the sum of CH₄ and DOC flux exceeding the carbon sequestered as CO₂. The average C balance for the 6 years corresponds to an average annual growth rate of the peatland surface of 1.3 mm yr^?1.     

机载通量观测系统在芦苇湿地CO2通量观测中的应用

生态系统碳通量的准确观测是科学评估陆地固碳的关键。目前现有塔基涡度相关观测难以覆盖区域不同类型的生态系统,本研究介绍了一种可移动的机载通量观测系统,并基于2023年7月27—29日辽河三角洲芦苇湿地机载通量观测系统与塔基涡度相关系统的碳通量对比观测结果,评估了该系统的观测准确性。结果表明: 机载通量观测系统能够很好地监测生态系统碳通量,其观测的碳通量源区与涡度相关系统基本一致,半小时生态系统碳通量与涡度相关系统的观测结果显著相关,相关系数达到 0.889,均方根误差为0.881。研究结果为机载通量观测系统观测不同类型生态系统-大气通量交换提供了科学依据。     

陆地生态系统碳通量面临的挑战与机遇——基于涡度协方差测定

区域和全球涡度协方差网络提供了基于陆地-大气生态系统间最大的综合性原位碳通量观测数据集。这些数据目前已成为自下而上核算陆地生态系统碳平衡的基础,但部分测量数据合理性问题引起通量界广泛关注。通过梳理近40年研究进展,总结了涡度协方差测量原理,系统地分析了仪器局限性和环境因素潜在影响,讨论了不同碳通量组分填补存在的争议、生态系统冬季休眠期的净碳吸现象违背生理学知识、夜间湍流发展不充分对生态系统呼吸的低估等,并由此产生数据偏移和测量滞后时间等。通过阐述涡度协方差测量原理和数据处理存在的缺陷与争议,提出了适当的改进措施以限制(或降低)数据测量产生的不确定性,旨在为后续监测精度提升和探究陆地生态系统碳循环及其对环境因子的响应提供理论支撑。     

增温对青藏高原高寒草原生态系统碳交换的影响

碳交换是影响草地生态系统碳汇功能的关键过程,对气候变暖极为敏感。青藏高原分布着大面积的高寒草原,其碳汇功能对气候变暖的响应对区域碳循环过程具有重要的影响。为探究高寒草原生态系统碳交换过程对增温的响应,2012—2014年,在青藏高原班戈县进行了模拟增温对高寒草原生态系统碳交换过程影响的研究。结果表明,增温对高寒草原碳交换各组分的影响存在年际差异,但总体上对碳交换存在负面影响。3年平均结果显示,增温显著降低了高寒草原地上生物量、总生态系统生产力(GEP)、生态系统呼吸(ER)和净生态系统碳交换量(NEE)(P0.05),平均降幅分别为15.1%、36.8%、19.2%和51.5%。增温条件下3年平均土壤呼吸(SR)较对照无显著变化(P0.05),但2013年增温显著降低了SR(P0.05),降幅达18.1%。增温对SR与ER的比值具有一定的促进作用,最高增幅达到40.0%。GEP、ER、SR和NEE与土壤温度和土壤水分无显著相关(P0.05),而GEP、ER和NEE与空气温度呈显著的负相关关系(P0.05)。增温引起的干旱胁迫以及地上生物量降低是导致高寒草原NEE降低的主要原因。研究表明,全球变暖会一定程度降低青藏高原高寒草原的碳汇功能。     

陆地生态系统碳汇评估方法研究进展

“碳中和”是我国作出的一项重大的国家战略决策,陆地生态系统碳汇作为碳增汇的重要组成部分,在碳中和目标实现的过程中发挥着重要的作用。但当前基于不同观测数据和方法的陆地碳汇计算仍有很大的不确定性,为了全面了解陆地生态系统碳汇分布特征,提高陆地生态系统碳汇评估的准确性,梳理了近年来关于陆地生态系统碳汇评估的国内外研究进展,从“自下而上”和“自上而下”两类途径阐述了陆地生态系统碳汇评估的主要方法(样地清查法、涡度相关法、模型模拟法和碳同化反演法)的主要原理和特征,优势和缺陷,及在不同尺度碳汇研究中的应用,并从土地利用/覆盖变化、气候因素(大气CO₂浓度、氮沉降)、环境因素(太阳辐射、温度、降水)等因素阐述了陆地系统碳汇主要驱动因子;分析了我国陆地生态系统碳汇的主要特征及时空变化趋势,并从人类活动(生态工程)和环境因素阐述了中国陆地生态系统碳汇的驱动因素;最后,展望了新的监测手段和评估方法在提升陆地生态系统碳汇评估精度中的作用,从而更好的服务于我国“碳中和”的长远目标。     

川西亚高山5种森林生态系统的碳格局

采用样方法研究了川西亚高山白桦(Betula platyphylla)林(BF)、针阔混交林(MF)、岷江冷杉(Abies faxoniana)林(FF)、紫果云杉(Picea purpurea)林(SF)和方枝柏(Sabina saltuaria)林(CF)的碳贮量、组成及其分布格局。结果表明: 1)在5种森林生态系统中, 土壤碳含量和碳贮量都随土壤深度的增加而极显著地降低, 且与土壤深度之间有较好的线性关系; 2)地被物碳贮量分别为SF(23.97±1.77)>FF(21.35±3.64)>MF(11.78±1.21)>CF(9.09±0.91) >BF(8.16±1.34) 10³kgC·hm^-2, 对生态系统总碳贮量的贡献率差异不显著, 约占3%~4%; 3)乔木层对植物碳贮量贡献最多, 根系碳贮量占植物碳贮量的比例在13%~19%之间; 4)SF和FF的碳贮存以植物为主, MF、BF和CF的碳贮存则以土壤为主; 5)整个生态系统的碳贮量依次为SF(729.92±43.49)>FF(618.86±53.97)>MF(353.88±21.76)>BF(247.79± 17.15)>CF(244.52±18.70) 10³ kgC·hm^-2, 差异显著, 对应的短期碳固定能力则依次为2.97、3.80、5.15、3.33和4.84 10³ kgC·hm^-2·a^-1。在没有破坏性干扰前提下, 川西亚高山次生林恢复是大气中碳沉降的潜在碳汇。合适的树种及其搭配比例、造林模式和森林生态系统管理对策, 是促进该区域植被快速恢复和增加碳贮存的关键。