滨海蓝碳湿地碳汇速率测定方法及中国的研究现状和挑战

滨海盐沼、红树林和海草床蓝碳湿地生态系统具有高效的固碳-储碳能力,准确测定滨海蓝碳湿地生态系统碳汇速率,对于评估滨海湿地碳中和能力、生态恢复新增碳汇规模及碳贸易至关重要。深入思考滨海蓝碳湿地生态系统碳汇定义的内涵,提出狭义碳汇和广义碳汇的概念,介绍沉积物碳累积+植被净初级生产力法以及生态系统碳通量收支法2个目前国际上应用最多的滨海蓝碳湿地碳汇速率测定方法,特别是深入分析作为开放系统的滨海盐沼生态系统和海草床生态系统碳汇速率测定面临的诸多问题与挑战,梳理中国红树林、滨海盐沼和海草床生态系统碳汇速率的测定结果及国家尺度滨海蓝碳湿地生态系统碳汇规模,最后提出中国在滨海蓝碳湿地碳汇速率测定实践中急需加强的基础研究领域,以期为科学地计量中国滨海蓝碳湿地生态系统碳汇速率与碳汇规模提供方法参考和技术支撑。     

沿海滩涂围垦对生态环境的影响研究进展

沿海滩涂湿地生态系统,典型的生态脆弱区,既是地球表面最为活跃的自然区域,又承载着人类的生存与发展,其生态环境面临着巨大压力。在社会经济发展和人口增长的推动下,沿海国家大力从海洋中争夺陆地,围填海造地和围垦开发成为许多沿海地区和国家缓解人地矛盾的主要方法。在此背景下,对沿海滩涂围垦历史进行简述,从滩涂土壤性质、生物多样性、土地利用变化及景观格局、生态安全和生态系统服务等5个方面综述了人类围垦活动的生态环境影响。随着围垦时间的增加,滩涂土壤在脱盐过程中累积养分,逐渐熟化,土壤物理、化学和生物特性朝着有利于人类利用的方向变化;植物物种多样性呈不断增加的总体趋势,且随着生境的变化,陆生昆虫和土壤动物逐渐替代湿地典型的底栖动物和水鸟;土地利用方式从自然状态转变为以人工方式为主,景观格局表现为破碎化程度升高、多样性降低和优势度上升;从自然景观为主的自然湿地生态系统转为以人工景观为主的人工陆地生态系统过程中,供给服务的价值是唯一处于增长趋势的生态系统服务功能,但供给服务的价值增加量小于调节服务、文化服务和支持服务的减少量致使生态系统服务总价值降低,而且滩涂湿地面临着土地资源安全、水资源安全、生物入侵以及自然灾害加剧等风险。在全球气候变化背景下,如何权衡资源利用与环境保护并实现人与自然共生,是海岸带湿地生态系统在人类围垦活动中面临的重要难题之一。因此,未来应以机理研究为基础,以长期定位监测为手段,以综合集成的研究体系及对策制定为目标,不断深化沿海滩涂开发利用对生态环境影响的研究,为推动人类围垦活动下沿海滩涂湿地生态系统的可持续发展提供参考。     

辽河三角洲河口芦苇沼泽湿地植被固碳潜力

增加陆地生态系统碳汇是一种有效应对CO2浓度升高的措施。河口湿地是一类特殊的陆地生态系统,是生产力最高的生态系统之一。研究河口湿地的固碳潜力对准确评估河口湿地碳汇、发挥和提高湿地固碳功能具有重要意义。通过野外调查和数值模型,量化研究了辽河三角洲河口沼泽湿地的植被固碳潜力。根据区域的实际情况,将植被的固碳潜力分为湿地演替、人工灌溉苇田和气候变化的潜力。研究结果表明辽河三角洲河口沼泽湿地植被具有很高的固碳潜力,翅碱蓬(Suaeda pterantha)群落扩张每年可递增固碳潜力0.053—0.07Gg C,滩涂转变为芦苇(Phragmites australis)沼泽每年可递增固碳潜力0.07Gg C,芦苇、獐毛草甸(Aeluropus sinensis)演替为芦苇沼泽的固碳潜力为17.2 Gg C/a,通过灌溉管理措施,芦苇沼泽的固碳潜力为474.6—544.6 Gg C/a。根据未来气候变化情景和预测结果,到2030年、2050年、2100年,芦苇沼泽湿地的固碳潜力分别为576.9—655.1Gg C/a,603.3—684.1Gg C/a,680.9—769.4Gg C/a,其中由人工灌溉苇田的潜力最大。     

海草生态系统的固碳机理及贡献

由海草、红树林、盐沼草等植被组成的滨海和海洋生态系统是地球中高效的碳汇热点,它们所固定的碳被称为"蓝碳".作为全球生态服务功能价值最高的生态系统之一,海草生态系统所固定的碳是蓝碳里的重要组成部分.高生产力、高效过滤及高稳定性造就了海草生态系统巨大的固碳能力,进而对全球碳循环具有深刻影响.然而,人为影响以及全球气候变化使全球海草床加速衰退,成为地球生物圈中退化速度最快的生态系统之一.当前,国内外对海草床等滨海生态系统固碳能力的关注、研究深度与广度仍远远不足,对全球海草固碳的评估仍存在诸多不确定性.为了能更准确地评估全球海草床的碳埋存,一些基础性的科学问题应优先考虑:1)全国和全球海草的准确分布面积;2)不同海草优势种类或不同地域的海草床碳汇能力的差异;3)人为干扰和全球气候变化对海草生态系统碳捕获和碳埋存的影响.     

碳储存变化背景下东营市海岸带生态系统保护修复

生态修复是指在不同人为干预程度下,协助已遭受退化、损伤或破坏的生态系统恢复的过程。我国海岸带地区资源丰富、位置优越,但过度的开发建设活动严重破坏了当地的生态环境,急需对受损的海岸带生态系统进行保护和修复。以东营市海岸带地区为例,运用InVEST模型对其2005、2010、2015和2018年4个时间段的碳储存功能进行评估并分析碳储存及"碳源碳汇"的动态变化,以间接反映出区域生态系统的稳定性和健康程度。结果表明,2005-2018年东营市海岸带碳储存功能持续减弱,13年间碳储存总量减少了1.341×10⁶ t,生态系统碳储存功能受到严重破坏,其中有8.68×10⁴ hm²生态系统碳储存功能评价等级为差和极差,空间上受损最为严重的区域主要分布在岸线附近的北部、东北部和东南部。按照东营市海岸带碳损失空间差异和生态系统演替规律,从3个方面提出相应的修复方案,包括加强恢复区保护力度、稳定碳储存能力,整顿辅助区粗放模式、塑造碳储存廊道和退还重建区滨海湿地、扭转碳损失趋势,以期通过改善和恢复研究区海岸带生态系统碳储存功能,实现对受损生态系统的有效保护和修复。     

珊瑚共生体碳代谢特征研究进展

珊瑚礁作为一种典型的海洋生态系统,具有巨大的固碳和储碳潜力。然而,目前对于珊瑚礁的净碳能力(碳释放与碳吸收)仍存在争议,主要归因于珊瑚共生体碳代谢的多样性和复杂性。珊瑚礁在生物钙化、呼吸过程中向大气释放二氧化碳(CO₂);但在生物合成和沉积过程中却可以将碳进行固定与埋藏;为此,珊瑚礁的碳源碳汇身份还有待明确。现有部分研究表明,共生体通过碳代谢可以促进珊瑚礁吸收大气中的CO₂。此外,珊瑚礁和海岸带蓝碳生态系统通常表现出很强的连通性,珊瑚共生体碳代谢能有效提高海岸带盐沼植被、海草床、海洋浮游植物等生物的碳汇功能。为了加深对珊瑚礁碳源-碳汇功能的理解,综述了珊瑚共生体的碳代谢特征,梳理了共生体中碳的关键生态过程(有机碳的迁移、无机碳的转化、两者的赋存状态),总结了细菌-虫黄藻-病毒在共生体碳代谢中的作用,评述了珊瑚礁碳源-碳汇特征及影响因子。旨在阐明珊瑚共生体碳代谢的关键过程,并基于此寻求有效的珊瑚礁碳增汇技术,形成以碳增量为主的珊瑚保护与修复技术,提升珊瑚礁在蓝碳生态系统中的贡献。     

退耕区域发展碳汇产业的生态经济学思考

碳汇产业,即利用植物吸收二氧化碳的潜力及规律,在人工适度干预下获得清洁空气、满足人们生产和生活对生态环境需求的产业,为原有相对均衡或稳定的农业产业-资源系统的优化升级提供突破口和新的增长点.退耕区域生态系统服务中,固碳释氧功能的经济显化、碳汇潜力的迅速提高,以及国内外碳汇交易与碳汇市场的兴起等,为碳汇产业的发展奠定了理论和现实基础.随着碳汇产业的发展,生产经营者必然以提高碳汇产出为核心,形成对碳源的控制及对碳贮量增加路径的开发,重新布局农业产业-资源结构,因而为退耕区域可持续发展带来新的活力;同时,也隐含了下一步需要研发的重点,即碳汇产业融入后的农业产业-资源的配置结构及良性耦合机制.     

农田生态系统碳汇研究进展

农田生态系统碳汇包括农作物生物量碳汇和农田土壤碳汇两个方面,中国农田生态系统面积大,碳储量高,是全球生态系统碳循环的重要组成部分。厘清中国农作物生物量和土壤有机碳含量、变化率和影响因素对于解析全球碳循环和维系粮食安全具有重要意义。梳理农田生态系统碳汇相关概念的基础上,比较农田生态系统碳汇研究方法的适用性及存在问题,通过以往研究和SoilGrids250数据研究中国农田生态系统碳库时空分布,并分析农田生态系统碳汇的影响因素及固碳方法。结果表明,中国近30年来农作物生物量呈现增加趋势,农田土壤有机碳含量普遍较低且空间分布不均,0-5cm土壤有机碳含量平均值在16.7 g/kg到86.5 g/kg之间,增加农田土壤有机碳含量是未来中国农田生态系统碳汇的重要方向。肥料和有机残留管理、保护性耕作、种植模式、灌溉等管理措施是增加土壤有机碳汇的主要措施,但农田生态系统碳汇潜力估算仍存在不确定性。最后,从农田生态系统碳汇潜力估算、影响因素厘定和增汇技术研发3个方面提出未来研究方向。研究结果有助于推动农田生态系统碳汇科学研究和技术推广,为实现农田生态系统助力"碳中和"寻求重要路径。     

全球变化下海岸带微生物生态研究进展

海岸带地区是元素循环最活跃的自然区域之一,微生物作为地球元素循环的主要驱动者,对该区域生态系统中物质转化与能量流动起着至关重要的作用。本文从典型海岸带生态系统：海岸带湿地、海草床与海藻森林、近岸水体出发,围绕微生物参与的碳、氮循环过程以及其中的温室气体排放情况,综述了在全球气候变化与人为活动干扰的作用下,海岸带地区的微生物群落对外界环境变化的响应机制以及生态功能维持机制,最后对海岸带系统中微生物生态研究进行了初步的展望。     

近30年来黄河三角洲植被净初级生产力时空特征及主要影响因素

我国拥有丰富的海岸带蓝色碳汇,准确把握海岸带蓝碳生态系统净初级生产力(NPP)状况,辨识不同人为干扰下蓝碳生态系统NPP的时空分布特征具有重要意义。以黄河三角洲为研究区,以近30a(1987年、1995年、2005年、2016—2017年)为时间尺度,通过遥感手段和现场调查,对黄河三角洲NPP时空变化特征及其主要影响因素进行研究。结果显示:(1)近30年来研究区NPP均值和总量呈现先下降又略微增长的特征,2016—2017年度NPP平均值为294.38g C m~(-2)a~(-1),总量为710.05Gg C/a,表现出显著的季节差异。(2)研究区NPP在各行政区、保护区和地表覆盖类型中均表现出了明显的空间分异性;2016—2017年度NPP分区结果显示,不同分区面积由大到小依次为中生产力区(49.5%)、低生产力区(38.3%)和高生产力区(12.1%)。(3)研究区NPP的时空分异性是地表覆盖类型和植被生长状况共同影响的结果,海陆交互作用、开发利用活动和近年来的生态建设是NPP时空变化的主要影响因素。(4)湿地植被和农田是研究区碳汇的主要贡献者,20世纪90年代以来二者NPP均值逐渐上升,在2016—2016年度分别达570.28g C m~(-2)a~(-1)和335.92g C m~(-2)a~(-1);近30年来,湿地植被NPP总量逐渐减少,农田NPP总量则逐渐增加。湿地植被是海岸带蓝碳的典型载体,农田作为位于滨海地区、由湿地植被转化而来、本身具有较高固碳能力和潜力的碳汇类型,可作为海岸带蓝碳的重要补充。     

牡蛎礁生境：海岸带可持续发展的潜在碳汇

牡蛎礁生境是指由聚集的牡蛎和其他生物及环境堆积形成的复合生态系统,其固碳和储碳潜力巨大,在海岸带生态系统中发挥着重要的作用。然而,目前对牡蛎礁生境碳源与汇的认识仍存在不足,主要在于牡蛎钙化和呼吸作用都释放CO₂,而碳源与汇的评估忽视了钙化、同化和沉积过程带来的整体碳汇价值及牡蛎礁生态系统功能带来的碳汇效应。因此,有必要重新认识牡蛎礁生境的碳汇价值。一方面,牡蛎礁生境的碳源和碳汇需要从牡蛎礁自身的整体碳循环中进行评估,包括牡蛎礁系统中的沉积、钙化、呼吸作用及侵蚀、再悬浮和再矿化作用; 另一方面,牡蛎礁生态系统服务引起的碳汇效应需从牡蛎礁的生态系统服务价值角度进行评估,将生态系统服务价值及碳价值进行关联,从而纳入碳汇核算体系。从实现海岸带可持续增汇角度出发,综述了牡蛎礁生境中碳的源与汇;阐述了容易被人们忽视的微生物在牡蛎礁生境碳汇中的作用;以保护和生态修复为目的,进一步提出可实现牡蛎礁生境最大潜在碳汇的策略,以期为实现海洋负排放及践行"国家双碳战略"提供理论和技术支撑。     

农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子

土壤有机碳(SOC)的数量和质量在很大程度上与维持和提高土壤肥力密切相关。农田生态系统土壤碳库研究一直是农业、生态和环境领域的一个主要方向。土地利用、耕作、作物类型、种植密度、灌溉、施肥以及其他人为活动等,对农田生态系统土壤有机碳库的变化均能产生影响。本文综合评述了农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子,土壤碳截获潜力,维持和提高土壤有机碳库的措施,以及农田土壤碳截获在温室气体减排及气候变化中的潜在作用等,最后提出了农田生态系统土壤有机碳库研究的主要方向。     

服务双碳目标的中国人工林生态系统碳增汇途径

中国在相对较低的经济发展水平条件下提出了"碳达峰、碳中和"目标,在全球气候治理中起着关键作用。中国是全球人工林面积最多的国家,中国森林生态系统碳储量增加的主要贡献者是人工林,是中国陆地碳汇的主要来源,具有较高的碳汇增长潜力,加强人工林碳增汇方案研究对中国实现"碳达峰、碳中和"目标具有非常重要的作用。研究梳理了中国人工林生态系统碳汇能力提升的主要因子和环节,分别从增加碳汇强度型增汇、保护修复型增汇、减少碳排放型增汇、技术提高型增汇和市场引领型增汇5个方面提出了12条人工林碳增汇途径,以期为中国实现"碳达峰、碳中和"目标作出更大贡献。     

内蒙古森林碳汇特征研究进展

内蒙古森林以其面积大、活立木总蓄积高成为全国森林的重要组成部分.本文以文献为基础,分析了近年来内蒙古森林及其组成部分的碳储量、碳密度、固碳速率和潜力.大部分研究以第六次森林清查数据为基础,利用材积与生物量之间的线性关系,得出内蒙古森林碳储量约为920 Tg C,占同期国家森林资源总碳储量的12%,年均增长率约为1.5%,平均碳密度约为43 t·hm^-2.森林碳储量和碳密度呈逐年增加趋势,其中,针阔叶混交林、樟子松林和白桦林固碳能力最高.间伐和皆伐等人类活动使森林碳储量明显降低.已有的碳汇特征研究很少涉及土壤部分,仅有少数研究指出土壤碳密度随林龄的增加而增加.关于森林生态系统固碳潜力的研究不够深入.建议今后在计算内蒙古森林生态系统碳储量时,加入土壤碳储量部分;利用异速生长方程计算碳储量时,将树种器官碳含量设为45%;建立更多优势树种的、包含根系生物量的异速生长方程;加强气候变化与生态系统固碳速率和潜力关系的研究.     

中国森林土壤碳储量与土壤碳过程研究进展

森林是陆地生态系统的主体,是陆地上最大的碳储库和碳吸收汇。国内外研究表明,土壤亚系统在调节森林生态系统碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于森林类型的多样性、结构的复杂性以及森林对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对森林土壤碳储量和变率的科学估算,以及土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限。综述了近十几年来我国森林土壤碳储量和土壤碳过程的研究工作,主要包括不同森林类型土壤碳储量、土壤碳化学稳定性、土壤呼吸及其组分、土壤呼吸影响机制、气候变化与土地利用对土壤碳过程的影响等;评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,讨论了尚未解决的主要问题,并分析了未来土壤碳研究的发展趋势,以期为促进我国森林土壤碳循环研究,科学评价森林土壤碳固持潜力及其稳定性维持机制和有效实施森林生态系统管理提供科学参考。     

2000~2050年中国森林生物量碳库: 基于生物量密度与林龄关系的预测

中国森林具有林龄小、平均碳密度低、人工林面积大的特点, 因而具有很高的固碳潜力. 本文根据1994~1998和1999~2003年两期森林资源清查资料中各主要森林类型的林龄组、以及各林龄组的面积和蓄积数据, 分别为36种森林类型建立生物量密度与林龄之间的关系. 在此基础上, 结合中国林业发展规划, 预测到2050年中国森林(不包括经济林和竹林)的生物量碳汇潜力. 结果显示, 在自然生长状况下, 到2050年, 中国现有森林生物量碳库将由1999~2003年的5.86 Pg C增加到10.23 Pg C, 碳汇量为4.37 Pg C; 新造森林将增加碳汇2.86 Pg C; 2000~2050年中国现有森林与新造森林的生物量碳汇合计为7.23 Pg C, 平均年碳汇量为0.14 Pg C/a, 表明中国森林具有较大的碳汇潜力.     

基于CENTURY模型的甘南高寒草甸过去50年的碳收支时空分布分析

化石燃料的燃烧和土地的过度使用等人类活动使得空气中的温室气体浓度不断增加,进一步加剧了气候变化,已成为人类不得不面对和解决的问题。甘南高寒草甸对气候变化十分敏感,对陆地生态系统而言,发挥着重要的作用。以甘南高寒草甸为研究对象,选用CENTURY模型研究了甘南高寒草甸过去50年碳收支的空间分布及其变化对改善气候变化具有重要意义。研究表明:(1)不同地区的碳收支呈现出不同的分布特征;(2)碳收支的空间分布随时间变化而变化,具体表现为各研究阶段碳收支的空间分布不同且各季度的空间分布也不相同。春季甘南北部局部地区呈现碳源,夏、秋、冬三季度均表现为碳汇,秋季碳汇量最大,达到226.94 g·m^-2·a^-1。碳收支的空间分布会随时间变化,各阶段有所不同,但整体上都呈现为碳汇;(3)从1969年到2018年,甘南高寒草甸整体上呈现碳汇现象,碳收支状况良好;(4)在每年中,碳汇量呈现出先增大后减小的趋势, 8月的碳汇量最大。     

气候变化条件下全氟化合物对海岸带可持续发展的影响及管控策略

海岸带生态系统为人类提供了食物、水等丰富的物质以及文化、休闲等生态系统服务。但由于全氟化合物等污染物的排放和气候变化的影响,海岸带地区环境日益恶化、资源枯竭、极端气候灾害加剧。这些问题直接导致了海岸带水质下降、近海生物多样性减少、生物群落结构变化,海岸带生态系统可持续发展受到影响。全氟化合物在自然环境中难以降解,会沿食物链在生物体内累积和放大进而对人类健康造成风险。随着氟化工产业在我国的快速发展、新型全氟化合物的不断更替以及气候变化的加剧,全氟化合物对海岸带生态的影响面临着极大的不确定性。为了更好地服务海岸带生态系统的可持续发展,目前仍需要加快完善立法保障,在全国范围内对全氟化合物进行监测;将海洋与陆地作为一个有机整体,统筹陆地影响和海岸带管控,严格控制污染物的排放。     

区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程研究进展

地球系统的碳库和碳循环过程变化是影响气候系统的重要因素,而陆地生态系统的碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析领域的科学研究热点。回顾了过去几十年区域尺度陆地生态系统碳循环和碳收支研究领域的国际前沿及其关键科学问题,并分析了我国在该研究领域的科技需求和发展方向。当前国际科学研究的热点和前沿领域主要包括:生态系统和区域碳储量和碳收支的清查、综合计量与碳汇认证,陆地生态系统碳通量的联网观测及其循环过程机制,陆地生态系统碳循环过程对气候变化响应野外控制试验,陆地生态系统水、碳、氮循环及其耦合关系机制和模拟模型研究等,同时指出在这些研究领域依然存在且急需解决的关键科学问题。我国近期的科技工作重点工作应该是努力构建天-地-空一体化的碳储量和碳收支动态监测体系、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。     

基于成熟林生物量整合分析中国森林碳容量和固碳潜力

森林是重要的陆地生态系统碳汇.已有研究认为,全球森林碳容量和固碳潜力巨大,但未见专门针对中国森林进行定量评价其碳容量和固碳潜力的研究.本研究收集整理了文献发表和野外调查获得的中国森林生物量数据5841条,并从这些数据中选取了338个林龄在80年及以上的森林样点,建立了中国成熟林生物量数据集.通过分析中国成熟林碳密度的空间格局和影响因素,以成熟林碳密度为参考水平,采用碳密度-气候关系模型、反距离插值法及局部薄盘样条插值法,获得并统计分析了中国森林碳容量,结合中国第六次森林资源清查数据,进一步评估了中国森林固碳潜力.结果显示,中国成熟林碳密度与气温、降水和林龄呈正相关,其水平地带性和垂直地带性均能够从气温和降水的限制性角度得到合理解释.相对保守地来说,中国现有森林碳容量为19.87 Pg C,固碳潜力为13.86 Pg C;其中,亚热带森林是我国森林碳容量和固碳潜力最大的生态区.由此可见,充分发挥我国现有森林的碳吸存能力,减少对现有森林碳库的干扰,是继造林再造林之外的陆地生态系统增汇的又一可以选择的重要技术途径.