土壤有机碳汇内涵与核算方法辨析

在"碳达峰、碳中和"战略需求下,土壤有机碳汇作为生态系统碳汇的重要组成部分,土壤碳库容量以及如何开展土壤有机碳汇核算日益成为生态碳汇的研究热点。梳理了国内外土壤有机碳汇及核算相关研究成果,解析了土壤有机碳汇的概念内涵,提出了以稳定性有机碳作为土壤有机碳汇的表征指标及获取方法。从土壤发生学角度提出了土壤碳汇阈值的概念,土壤中有机碳的含量随着分解转化最终会达到动态平衡,此时稳定有机碳含量值约是常数,这个常数就是稳定碳库的库容,在特定的成土因素下,碳库的核算值不会超过平衡时的常态值。在客观上,体现在非人类干扰状态下不同土壤类型自然状态下的稳定性有机碳含量。参照土壤有机质平衡理论,提出了土壤碳汇核算的定量化方法,为土壤碳汇的度量和核算提供了一套技术思路。下一步土壤有机碳汇的核算应在科学研究基础上多角度凝聚共识,制定碳汇核算标准,确定不同尺度下可操作、可重复以及可复制的土壤有机碳汇核算技术与方法。     

石灰碳汇综述

以“碳失汇”科学之谜和碳捕集与封存技术发展为背景,从石灰碳化原理、影响因素和石灰在化工、冶金、建筑以及石灰窑灰处理等领域的利用方式,综述了石灰物质流动过程的碳汇研究.结果发现: 石灰材料和环境条件是影响碳化的主要因素;石灰碳汇主要集中在化工、冶金和建筑领域;已有研究侧重分析石灰碳汇的机理、影响因素,但缺乏系统的碳汇核算方法.今后的研究工作应从以下几方面加强: 从物质流动的角度出发,建立系统完整的石灰碳汇核算方法;量化我国乃至全球的石灰碳汇量,阐明石灰生产过程中排放的CO₂抵消比例;分析石灰碳汇对碳失汇的贡献比例,明晰部分失踪碳汇;推动石灰碳捕集与封存技术发展,为我国应对气候变化国际谈判提供科学依据.     

我国主要海域海水养殖碳汇能力评估及其影响效应——基于我国9个沿海省份面板数据

随着海水养殖业的碳汇功能逐渐被认识和肯定,海水养殖不再单是一项经济活动,而是对环境具有正向影响的碳汇生态活动。以我国沿海9个省份为例,选取海水养殖业碳汇主要贡献的贝类和藻类海产品,并按照各自的碳汇方式对我国沿海地区2008—2015年海水养殖碳汇能力测算,进一步将9个沿海省份按照主要海域划分为渤海、黄海、东海、南海,利用LMDI模型从海水养殖的结构效应和规模效应角度分析碳汇能力的区域差异和主要影响因素。研究结果显示,黄海沿岸海水养殖碳汇能力最强,南海沿岸海水养殖的碳汇转化比例最高,规模效应与我国沿海地区海水养殖碳汇能力始终呈正相关,结构效应的作用显著但不稳定。基于上述结论,我国沿海地区碳汇养殖业应首先提升碳汇养殖技术、稳定海水养殖产量,其次注重优化养殖结构,对碳汇潜力巨大的贝类多加关注。     

秦岭山地碳中和空间服务范围及其模拟预测

在当前碳中和背景下,秦岭山地碳中和的量化及其空间服务范围的测算对于碳中和合理规划和快速实现具有重要意义。采用IUEMS （Intelligent Urban Ecosystem Management System）系统对秦岭山地的固碳量进行核算,利用DMSP/OLS （Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System）和NPP-VIIRS （Net Primary Productivity-Visible infrared Imaging Radiometer）夜间灯光数据和各地市的能源消耗数据通过模型拟合对秦岭山地碳排放量进行空间量化,基于固碳量和碳排放量得到秦岭山地空间碳中和量。利用PLUS （Patch-generating Land Use Simulation Model）模型模拟了2030和2050年的碳中和空间分布,结合常见气体扩散系数计算得到常温常压下秦岭山地碳中和对周边区域的服务范围。结果表明：2000-2020年秦岭山地固碳量呈现上升的趋势,大部分区域不同时间尺度上的固碳速率呈正向趋势,空间上秦岭山地中西部区域固碳量整体较大;对秦岭固碳量影响较大的地形特征为海拔1200m左右、斜坡、半阳坡和半阴坡;研究区内碳排放量空间上整体较低,碳排放低值区面积占到了秦岭总面积的90%,碳排放较大区域主要位于秦岭北坡的城区区域,时间上碳排放量最大值为先增加后减少的变化趋势;2000-2050年秦岭山地碳汇服务范围为174-262.63km,服务范围在空间上呈逐渐扩大趋势,2030年后其扩大程度将略有减少。     

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.     

四川长宁毛竹林碳储量与碳汇能力估测

利用生物量法研究了四川长宁毛竹林(Phyllostachys edulis)碳密度、碳储量及其空间分配格局,并对毛竹林碳汇能力进行了估算。结果表明:(1)毛竹立竹各器官的平均含碳率波动范围为462.37—480.68 g/kg,不同龄级毛竹各器官含碳率差异不显著。土壤有机碳含量为15.77 g/kg,不同土层差异极显著;(2)毛竹立竹碳储量为40.92 t/hm2,其中竹竿碳储量所占比例为51.49%,竹杆、竹枝、竹叶地上部分碳储量为26.76 t/hm2,占立竹碳储量的65.39%,地上碳储量为地下碳储量的1.89倍;(3)毛竹林总碳储量为156.57 t/hm2,其中土壤是其最大的碳库,为113.54 t/hm2,占总碳储量的72.52%,立竹碳储量所占比例为26.14%,林下植被碳库最小,为0.52 t/hm2,只占总碳储量的0.33%,可忽略不计;(4)毛竹林年生产量为20.28 t/hm2,年固碳量为9.43 t/hm2,相当于每年固定CO2量34.57 t/hm2,固碳能力较强。     

中国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力

1　前　言在引起全球温室效应的痕量气体中 ,尤以含Ｃ气体的作用最为显著。ＣＯ2 和ＣＨ4两种含碳气体的贡献将达到 75 %[1] 。而且 ,在大气中这两种气体的浓度正在不断增加[2 ] 。为了弄清大气中这些含碳痕量气体的来源和归宿 ,首先应该搞清楚全球主要碳库的现有贮量及其潜力。森林是全球陆地生态系统中的最大有机碳库 ,它贮有1 1 4 6ＰｇＣ ,占整个陆地碳库的 5 6%[3] 。而且更重要的是森林生态系统具有较高的碳贮存密度(ｃａｒｂｏｎｄｅｎｓｉｔｙ ,即与别的土地利用方式相比 ,单位面积内可以贮存更多量的有机碳 )。据研究 ,森林生态系…     

区域生态保护修复碳汇潜力评估方法与应用——基于第一批山水林田湖草生态保护修复工程的研究

山水林田湖草生态保护修复工程是生态系统恢复的有效措施,借助生态保护与修复提升生态系统固碳潜力,无疑是土地利用碳减排的新路径。基于山水林田湖草沙综合整治视角,从生态系统的格局和质量两个方面评估了第一批山水林田湖草生态保护修复工程的实施效果,并借助InVEST模型定量化地分析了工程实施前后的生态系统碳汇能力。结果如下：(1)山水林田湖草生态保护修复试点工程加速了各类生态系统间的相互转化,主要表现为城镇生态系统的增加、农田生态系统的减少;工程区植被覆盖度整体提高,NDVI值平均水平不断上升、高值区逐步扩大,劣质、低质生态系统改造成果显著,陆地生态系统质量有效提升。(2)试点区生态系统碳汇能力和潜力得到有效改善,工程累积增加碳汇面积22.68%,其中工程实施前期增加碳汇面积18.06%,中后期增加面积4.62%;工程实施后2018年碳汇总量增加32.74 Tg, 2020年碳汇总量增加31.28 Tg,年均碳汇潜力的提升约1.24%;工程在增加生态系统质与量、碳汇潜力的巩固与提升上具有显著成效。分析结果表明,生态保护修复是实现“双碳”目标的必然选项,这也是生态保护修复在实现“双碳”目标中的基本...     

长江经济带林地和其他生物质碳储量及碳汇量研究

以全国林业应对气候变化碳汇计量监测体系建设结果数据为基础,应用森林碳库专项调查建立的碳计量模型和参数,结合历次森林资源清查成果等数据,估算了2020年长江经济带林地和其他生物质碳储量和碳汇量。研究表明：（1）2020年长江经济带林地碳储量24543.58 Tg C （其中森林植被碳储量为4372.85Tg C）,散生木和四旁树等其他生物质碳储量329.59 Tg C。2020年长江经济带林地碳汇量81.81 Tg C/a （300.26Tg CO₂/a）、散生木和四旁树等其他生物质碳汇量6.60 Tg C/a （24.21 Tg CO₂/a）。无论是林地和其他生物质碳储量、碳汇量、还是森林植被碳储量,乔木林地所占比例最大（69%-85%）;长江经济带11个省市中,云南省最大,上海市最小;林地碳储量中土壤有机质碳库贡献最大（81.46%）,林地碳汇量中生物量碳库贡献最大（90.99%）;林地碳汇量中"一直为林地的土地"产生碳汇量贡献最大（71.74%）,其中一直为乔木林的土地产生的碳汇量占69.89%;（2）阐述了长江防护林工程、天然林资源保护工程、珠江防护林工程和沿海防护林工程4大重点生态工程对长江经济带碳储量和碳汇量的贡献,长江防护林工程贡献率最大（81%-83%）,其次是天然林资源保护工程（32%-38%）,珠江防护林工程和沿海防护林工程影响较小。分析了人工造林、中幼林抚育、次生林和低效林改造、退化林修复等生态保护修复措施对长江经济带碳储量和碳汇量的贡献,并提出了碳中和愿景下森林固碳增汇的有效途径。     

近20年辽宁省森林碳储量及其动态变化

利用辽宁省第3次（1984—1988年）至第6次（1999～2003年）4期森林资源清查资料,采用按优势树种（组）建立与材积兼容的生物量模型,测算辽宁省森林植被的生物量。同时,通过植物分子式的方法确定不同树种的含碳量参数,进而对辽宁省的森林植被碳储量进行了估算。结果表明：1984～2000年,辽宁省森林碳储量从1984年的51．82Tg C增加到2000年的70．30Tg C,年均增长1．16Tg C,森林的碳汇作用显著,尤其是在1990～1995年间的碳汇作用最强。在研究时段内,森林平均碳密度为20．61Mg C／hm^2,并呈现出了先上升后下降再上升的变化趋势。但低于全国平均值,这与目前辽宁省的林龄结构幼、中龄林所占比重很大有关。随着林龄结构的改善,森林成熟度不断增加,碳储量和碳密度会相应增加。     

热带森林碳汇或碳源之争

热带森林生产和储存有世界40%的生物量碳,这一碳汇的存在对于全球碳循环和人类的生态安全是极其重要的。由于气候变化热带森林碳储存量已经发生了一系列的变化。一种观点认为自20世纪80年代后期起热带森林的基面积(生物量)、茎个体密度、茎个体周转率均呈现显著增长,并归结为热带森林结构和动态协调一致的变化,同时将生物量的增加归功于高浓度CO2施肥。进而推断热带森林现今和今后数十年,它仍然是一个中等的碳汇。另一种观点认为热带森林生物量并无增加,其森林碳汇已沦落为碳源。在实验室中设置高浓度CO2条件栽培热带植物进行观测的多数结果是,无结构碳水化合物增加,而生物量并无增加。同时,随着CO2浓度升高,高温和干旱对热带森林将产生一系列更严重的负面影响,如森林生长量下降、死亡率以及森林火险增加;厄尔尼诺事件将会更加剧旱情和火灾,致使树木出现枯梢和死亡高峰。未来人类开发森林及林地利用改变将日益加剧,在自然和人为的综合影响下,不论是对热带森林生物量增加持肯定立场的生态学家,或对此持反对立场的生态学家,双方都一致认为未来退化的热带森林系统碳汇必然转变为碳源,甚至是一大规模的碳源。     

单细胞原生生物在海洋碳汇研究中的重要性和展望

海洋是地球上最大的碳库,通过对CO~2的固定以及与大气物质和能量的交换,海洋对全球气候的变化起到关键的调控作用。随着全球气候变化的加剧,增加海洋碳汇已经成为应对全球气候变化的热门研究课题和主要途径之一。海洋微型生物在海洋的固碳过程及碳循环中起到关键的作用,对海洋碳汇意义重大。本文综述了一类重要的海洋微型生物——单细胞原生生物在海洋碳汇研究中的重要性,分析了其中的代表——网粘菌门(Labyrintholomycota)原生生物在海洋碳循环和次级生产中的意义,并从清楚地认识海洋碳汇的过程和机制方面,提出未来该领域急需解决的科学问题和可能的研究方案,为丰富海洋碳汇研究的生物学基础提供理论依据。     

Land use effects on terrestrial carbon sources and sinks

Current and past land use practices are critical in determining the distribution and size of global terrestrial carbon (C) sources and sinks. Althoughfossil fuel emissions dominate the anthropogenic perturbation of the global C cycle, land use still drives the largest portion of anthropogenic emissions in a number of tropical regions of Asia. The size of the emission flux owing to land use change is still the biggest uncertainty in the global C budget. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) reported a flux term of 1.7 PgC@a-1 for 1990-1995 but more recent estimates suggest the magnitude of this source may be only of 0.96 PgC@a-1 for the 1990s. In addition, current and past land use practices are now thought to contribute to a large degree to the northern hemisphere terrestrial sink, and are the dominant driver for some regional sinks. However, mechanisms other than land use change need to be invoked in order to explain the inferred C sink in the tropics. Potential candidates are the carbon dioxide (CO2) fertilization and climate change; fertilization due to nitrogen (N) deposition is believed to be small or nil. Although the potential for managing C sinks is limited, improved land use management and new land uses such as reforestation and biomass fuel cropping, can further enhance current terrestrial C sinks. Best management practices in agriculture alone could sequester 0.4-0.8 PgC per year in soils if implemented globally. New methodologies to ensure verification and permanency of C sequestration need to be developed.     

兴安落叶松(Larix gmelini)幼中龄林的生物量与碳汇功能

兴安落叶松是我国的主要用材林,由于传统上对木材的长期依赖,使得其资源受到破坏,年龄结构发生改变,成过熟的原始林日渐减少,绝大部分是次生的幼中龄林。因此,研究其幼中龄林的生物量及碳汇功能很重要。森林生物量与森林生态系统的固碳能力密切相关,生物量与碳储量的多少直接影响到森林生态系统的功能,因而生物量与碳储量问题成为不同尺度生态学研究的热点。以我国大兴安岭兴安落叶松林为研究对象,通过样地调查,并结合我国森林资源清查资料对内蒙古大兴安岭地区兴安落叶松林的幼中龄林的生物量转换因子（BEF）、生物量及碳储量、碳密度、碳汇功能等进行了估算。通过实测数据及模型分析,得出以下基本结论：研究对象的BEF在0.4557与0.6988之间变动,平均值为0.5332。干、皮、枝、叶各组分生物量的分配比为：68.74：14.86：10.54：5.86。分别树干、树皮、枝、叶等组分,对其生物量与蓄积量的关系进行了拟合,建立了多组分生物量蓄积量的相关模型,分别是：干：y=0.4683x-11.291;皮：y=0.0472x+3.5674;枝：y=0.0415x+1.6787;叶：y=0.0197x+1.3405,均有很好的线性关系。地上生物量随蓄积量的增加而增加,其线性关系为：B=0.5767V-4.7042。利用近期清查数据,按材积源生物量法推算总生物量为9.49×10⁷t,按0.5097的含碳率计算,得出兴安落叶松林幼中龄林总的碳储量为4.84×10⁷t,碳密度为19.616 t/hm²。通过两期数据对比分析,5a间所研究林分的碳储量增加0.89×10⁷ t,碳密度增加0.404 t/hm²,说明其发挥着一定的碳汇作用。尽管近年来大兴安岭兴安落叶松林表现出了明显的碳汇功能,但整体上碳固定能力还不强,碳密度低于我国平均森林碳密度。应通过科学经营,挖掘潜力,使大兴安岭地区的森林生态系统在全球碳循环中发挥更大的作用。     

兴安落叶松(Larix gmelini)幼中龄林的生物量与碳汇功能

兴安落叶松是我国的主要用材林,由于传统上对木材的长期依赖,使得其资源受到破坏,年龄结构发生改变,成过熟的原始林日渐减少,绝大部分是次生的幼中龄林。因此,研究其幼中龄林的生物量及碳汇功能很重要。森林生物量与森林生态系统的固碳能力密切相关,生物量与碳储量的多少直接影响到森林生态系统的功能,因而生物量与碳储量问题成为不同尺度生态学研究的热点。以我国大兴安岭兴安落叶松林为研究对象,通过样地调查,并结合我国森林资源清查资料对内蒙古大兴安岭地区兴安落叶松林的幼中龄林的生物量转换因子（BEF）、生物量及碳储量、碳密度、碳汇功能等进行了估算。通过实测数据及模型分析,得出以下基本结论：研究对象的BEF在0．4557与0．6988之间变动,平均值为0．5332。干、皮、枝、叶各组分生物量的分配比为：68．74：14．86：10．54：5．86。分别树干、树皮、枝、叶等组分,对其生物量与蓄积量的关系进行了拟合,建立了多组分生物量蓄积量的相关模型,分别是：干：y=0．4683x-11．291;皮：y=0．0472x＋3．5674;枝：y=0．0415x＋1．6787;叶：y=0．0197x＋1．3405,均有很好的线性关系。地上生物量随蓄积量的增加而增加,其线性关系为：B=0．5767V-4．7042。利用近期清查数据,按材积源生物量法推算总生物量为9．49×10^7t,按0．5097的含碳率计算,得出兴安落叶松林幼中龄林总的碳储量为4．84×10^7t,碳密度为19．616t／hm^2。通过两期数据对比分析,5a间所研究林分的碳储量增加0．89×10^7t,碳密度增加0．404t／hm^2,说明其发挥着一定的碳汇作用。尽管近年来大兴安岭兴安落叶松林表现出了明显的碳汇功能,但整体上碳固定能力还不强,碳密度低于我国平均森林碳密度。应通过科学经营,挖掘潜力,使大兴安岭地区的森林生态系统在全球碳循环中发挥更大的作用。     

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。     

林业活动对区域森林生物量碳源汇格局的影响——以南平市为例

林业活动在一定程度上影响着区域森林的时空分布格局和碳汇/源功能。明确并量化林业活动对区域森林碳汇功能的影响与空间分布,对于区域森林碳汇提升和实现区域"碳中和"具有重要意义。以国家级生态示范区福建省南平市为例,以多期森林资源规划调查数据为基础,采用IPCC材积源-生物量法,基于土地利用类型的时空变化和林业活动类型划分,分类分析了南平市森林碳源和碳汇的空间分布特征,并量化了不同林业活动（一直保持为森林、人工造林、自然恢复、毁林和森林退化）对森林碳汇和碳源的影响。研究结果表明,2013年南平市森林碳储量总量为80.84Tg C,2020年森林碳储量总量增加至89.87Tg C,年均变化量为1.29Tg C/a （或4.73Tg CO₂/a）。平均胸径、公顷蓄积等林分因子是当前主要影响森林碳储量的因素。在其他影响因素中,暗红壤分布区的森林生物质碳密度较高而在水稻土分布区则较低;此外,高海拔、中等立地质量土地上的森林碳密度较高。对于不同林业活动,2013-2020年南平市一直保持为森林（森林经营）、自然恢复增加的天然林和人工造林分别使森林生物质碳储量增加了0.34Tg C/a、0.85Tg C/a和1.05Tg C/a,同期因毁林和森林退化导致森林生物质碳储量分别减少0.75Tg C/a和0.42Tg C/a,森林生物质碳储量净增加1.09Tg C/a （或3.98Tg CO₂/a）,明显低于2013-2020森林碳储量净增量。对于土地利用变化较剧烈的区域,本文基于土地利用变化且区分林业活动路径的方法,能更准确地反映森林的碳汇和碳源及时空格局。2013-2020年间南平市一直保持为森林的生物质碳密度仅增长0.22Mg C hm^-2 a^-1,成熟林、过熟林面积占比增加使森林平均生长速率下降可能是主要原因。而同期通过自然恢复和人工造林使森林生物质碳密度分别增长4.00Mg C hm^-2 a^-1和4.10Mg C hm^-2 a^-1。优化龄组结构提升森林生长量、减少毁林和防止森林退化可以作为该区域未来森林增汇减排的有效举措。