中国退耕还林工程温室气体排放与净固碳量

基于退耕还林工程建设期(2000—2010年)营造林过程边界内碳成本和边界外碳泄漏的计算,分析退耕还林工程及各区域碳成本和碳泄漏的年际变化、碳成本和碳泄漏的组成特征以及净固碳量的变化特征.结果表明: 退耕还林工程建设期内,西北地区、西南地区、东北地区、华北地区、中南华东地区的碳成本分别为3.38、3.64、1.03、1.66、4.38 Tg C,合计14.09 Tg C;碳泄漏分别为21.33、4.60、5.50、1.32、3.78 Tg C,合计36.53 Tg C.退耕还林工程及各区域工程措施碳成本组成特征较为一致,造林引起的碳排放是各区域最大的工程措施碳成本,其中退耕地造林是主要的造林碳成本来源.在各种物资消耗中,肥料引起的碳排放是各区域最大的物资碳成本,其次为建材,而燃油、灌溉和药剂产生的碳排放占各区域碳成本总量的比例仅为10%左右.退耕还林工程的实施在工程边界内外共产生温室气体50.62 Tg C,抵消了工程固碳效益的19.9%;在西北地区、西南地区、东北地区、华北地区和中南华东地区的抵消作用分别为38.9%、10.4%、26.1%、8.9%和15.5%.退耕还林工程建设期内的净固碳量为203.50 Tg C,年均净固碳量为18.50 Tg C·a^-1.碳成本和碳泄漏对退耕还林工程固碳的抵消较小,退耕还林工程在我国温室气体减排和全球气候变暖减缓上做出了巨大贡献.经济林营造采用精准施肥和为退耕还林工程区农户提供可替代的维持生存的方法是分别减少碳成本和碳泄漏的可能措施.     

中国天然林资源保护工程温室气体排放及净固碳能力

基于天然林资源保护工程(简称天保工程)一期(2000—2010年)营造林过程工程边界内碳排放和边界外碳泄漏的计算,分析了天保工程及各区域碳排放和碳泄漏年际变化及影响因素,对比了天保工程及各区域碳排放和碳泄漏的组成特征,研究了天保工程及各区域净固碳量的变化特征。结果表明:天保工程一期西北、中西部地区、南部地区、东北地区和天保工程的碳排放分别为0.89、1.47、0.09、2.45 Tg C;碳泄漏分别为3.17、3.11、6.50、12.78 Tg C。工程措施和碳排放强度的区域性差异导致各区域碳排放组成特征不同。造林及配套森林基础设施建设是西北、中西部地区和南部地区最大的工程措施碳排放;新造林及森林管护是东北地区最大的工程措施碳排放。相应地,各种物资消耗中,建材是西北、中西部地区和南部地区最大的物资碳排放;燃油是东北地区最大的物资碳排放。天保工程在工程边界内外引起的额外温室气体排放量达到15.23 Tg C,抵消了工程固碳效益的9.82%;在西北、中西部地区、南部地区和东北地区的抵消作用分别为10.08%、8.16%和11.24%。天保工程一期净固碳量为139.77 Tg C,年均净固碳量为12.71 Tg C/a。因此,碳排放和碳泄漏对天保工程固碳的抵消较小,工程一期在我国温室气体减排和减缓全球气候变暖上做出了巨大贡献。避免工程基础设施的盲目建设和对工程进行合理规划是减少温室气体排放的可能途径。     

西安市温室气体排放的动态分析及等级评估

为了解西安市温室气体排放的动态规律和排放水平,基于全球标杆的温室气体排放等级评价方法,并采用国际公认的《2006年IPCC国家温室气体清单指南》和基于IPCC的《省级温室气体编制指南》推荐的方法对西安市的温室气体排放进行了动态分析和排放等级评估。结果表明,从1995年到2011年,西安市温室气体排放呈快速上升趋势,16年间温室气体排放量从1207.16×104t上升为3934.17×104t,年均增高7.66%。增幅最高的是水泥温室气体(年均增高11.75%)、废弃物(8.77%)和能源(7.63%),农业年均降低1.74%,林业固碳年圴增加3.56%。从温室气体构成看,能源占80.13%—90.55%,水泥占1.75%—7.49%,农业占1.86%—8.01%,林业固碳占-2.58%—-5.22%,废物处理占7.52%—16.38%。可见能源消费的增加是导致西安市温室气体排放增长的主要原因,林业碳汇能力有待提高。万元GDP温室气体排放不断降低,说明西安市碳减排方面的科技进步在不断提高。人均、单位面积温室气体排放量和排放指数增速很快,年均增幅分别达5.84%、7.66%和6.84%。西安市温室气体排放等级持续增高,16年间从较低等级(Ⅰc)上升为中下等级(Ⅱa),目前距应对气候变暖目标(Ⅰb)已高出两个亚级,温室气体排放增高的趋势不容忽视。     

火干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽温室气体短期排放的影响

利用静态箱-气相色谱法,研究了火烧干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽生长季CH4、CO2、N2O排放的季节变化及影响因子结果表明:火干扰使草丛、灌丛沼泽生长季的平均气温和各层土壤温度提高0.1—2.0℃,水位平均下降2.7 cm。火干扰使草丛、灌丛沼泽样地CH4排放通量提高了56%、524.9%,CO2排放通量分别下降了57.3%、14.5%,N2O排放通量分别下降27.1%,64.9%。火烧前后草丛沼泽CH4、N2O与灌丛沼泽CO2排放通量季节性规律未发生变化。火干扰改变了草丛沼泽生长季CO2、灌丛沼泽N2O排放通量的季节性变化规律。草丛沼泽对照样地CH4排放通量与5 cm土壤温度存在显著相关性,草丛沼泽CH4排放通量与水位相关性不显著。灌丛沼泽CH4排放通量与各层土壤温度及水位均无显著相关性。草丛、灌丛沼泽对照样地土壤CO2排放通量与0—15 cm土壤温度呈显著或极显著正相关,火烧样地与0—30 cm土壤温度呈显著或极显著正相关。草丛、灌丛沼泽对照、火烧样地土壤CO2排放通量与水位极显著负相关。火干扰使草丛、灌丛沼泽CH4排放源的强度增强,CO2、N2O的排放消弱,全球温室潜势下降约为23.3%。火干扰能够减少草丛、灌丛沼泽温室气体排放。     

基于DNDC模型模拟气候变化影响下的中国水稻田温室气体排放

当前国内外开展了很多农业温室气体对气候变化的响应研究,但气候变化对农业温室排放的影响机制研究还很少见.本文利用国际上广泛应用的生物地球化学过程模型——DNDC模型,模拟了中国过去40年(1971—2010年)气候变化对水稻田温室气体排放的影响.结果表明:与1971—1990年相比,1991—2010年的全国稻季平均气温上升了0.49℃,稻季平均降雨上升了11 mm;由于稻季气候变化导致全国水稻田1991—2010年的平均CH4排放量上升了0.25 kg C·hm-2,平均N2O排放量上升了0.25 kg N·hm-2.表明温度升高会促进CH4排放,降雨量增加会促进N2O排放,气候变化影响了水稻温室气体排放机制.     

生物质炭对土壤性质及温室气体排放的影响

生物质炭是指生物质如作物残体、畜禽粪便以及其他任何形式的有机物质,在高温缺氧下裂解形成的物质。生物质炭有很多环境效应,最主要的是将碳长期固存在土壤中,缓温室效应,遏制全球气候变暖。生物质炭施入土壤后,能有效改善土壤结构,促进植物对土壤养分的吸收,提高作物产量,可以有效降低温室气体的排放。但大规模的生物质炭施用还存在很多的不确定性,包括工业生产的成本核算、原料的有效性以及生物质炭施用的长期效应的不确定等。本文综述了不同条件下制得的生物质炭的性质差异,生物质炭施入后对土壤物理、化学、微生物性质以及对地-气主要温室气体通量的影响,对水稻产量及稻田温室气体排放的影响,森林火灾发生后产生木炭的一些环境效应。     

农田土壤固碳措施的温室气体泄漏和净减排潜力

农田土壤固碳措施作为京都议定书认可的大气CO2减排途径受到了广泛关注.研究表明,农田土壤固碳措施在主要农业国家和全球都具有很大的固碳潜力.但是,实施农田土壤固碳措施有可能影响农业中化石燃料消耗和其他农业投入的CO2排放和非CO2温室气体排放.这些土壤碳库以外的温室气体排放变化可能抵消部分甚至全部土壤固碳效果,构成了农田土壤固碳措施的温室气体泄漏.因此,将土壤固碳和温室气体泄漏综合计算的净减排潜力成为了判定土壤固碳措施可行性的首要标准.综述总结了目前较受重视的一些农田措施(包括施用化学氮肥、免耕和保护性耕作、灌溉、秸秆还田、施用禽畜粪便以及污灌)的土壤固碳潜力,温室气体泄漏和净减排潜力研究成果.结果表明,温室气体泄漏可抵消以上措施土壤固碳效益的-241%～660%.建议在今后的研究中,应该关注土壤碳饱和、气候变化及土地利用变化对农田固碳措施温室气体泄漏和净减排潜力的评估结果的影响.     

小兴安岭天然森林沼泽湿地生态系统碳源/汇

采用静态箱-气相色谱法与相对生长方程法,同步测定小兴安岭7种天然沼泽湿地(草丛沼泽-C、灌丛沼泽-G、毛赤杨沼泽-M、白桦沼泽-B、落叶松苔草沼泽-L-T、落叶松藓类沼泽-L-X、落叶松泥炭藓沼泽-L-N)的土壤呼吸(CO_2、CH_4)净碳排放量、植被年净固碳量,并依据生态系统净碳收支平衡,揭示温带天然沼泽湿地的碳源/汇作用规律。结果表明:(1)7种天然沼泽CH_4年通量(0.006—7.756 mg m~(-2)h~(-1))呈M(高于其他类型1.0—1291.7倍,P0.05)C、G、B(高于针叶林沼泽17.7—649.0倍,P0.05)针叶林沼泽变化趋势,其季节动态存在3种类型(C、G单峰型、M、B多峰型及针叶林沼泽排放与吸收交替型);(2)其CO_2年通量(157.40—231.06 mg m~(-2)h~(-1))呈G(高于森林沼泽28.7%—46.8%,P0.05)C(高于森林沼泽7.4%—22.5%,P0.05)森林沼泽的变化趋势,其季节动态存在2种类型(C、G、L-X和L-N双峰型和M、B、L-T单峰型);(3)C、G、M、B、L-N CH_4排放仅受0—40 cm不同土壤层温度所控制;7种天然沼泽土壤CO_2排放均受气温及0—40 cm不同土壤层温度所控制,但B、L-X、L-N受温度与水位综合控制;(4)其植被年净固碳量((2.05±0.09)—(6.75±0.27)t C hm-2a-1)呈C(高于其他类型65.4%—229.3%,P0.05)G、B、L-T、L-X、L-N(高于M 80.0%—99.0%,P0.05)M变化趋势;(5)7种天然沼泽的碳源/汇(-2.32—2.09 t C hm-2a-1)作用不同,C、B和L-N为碳吸收汇(C强汇、B和L-N弱汇),M、G、L-T和L-X则为碳排放源(M、G强源、L-T和L-X弱源)。因此,温带小兴安岭草丛沼泽为碳强汇、灌丛沼泽为碳强源、森林沼泽基本维持碳平衡(除M外)。     

林龄对红松和落叶松人工林土壤温室气体通量的影响

探讨人工林发育过程中土壤温室气体排放及其机制,可为森林温室气体通量估算提供理论依据.采用室内培养方法研究了黑龙江省帽儿山地区不同林龄(15、30和50年生)红松(Pinus koraiensis)和落叶松(Larix gmelinii)人工林土壤温室气体排放/吸收速率及其调控因素.结果 表明:30年生红松和落叶松人工林...     

马尾松幼苗根系和光合碳供应对土壤性质变化和温室气体排放的驱动作用

森林植被受全球气候变化、森林经营活动及病虫害等多种干扰,导致林地光合碳供应水平及根系输入量发生变化。在此背景下,土壤性质及土壤温室气体排放的响应及其机理是预测森林碳汇功能变化及森林可持续经营的重要依据。以2年生马尾松盆栽苗为对象,通过单株/盆和3株/盆栽植密度控制根系输入量、通过环割和截干控制光合碳向地下的供应能力,模拟森林植被干扰导致的根系输入量及光合碳供应变化对土壤理化性质、微生物群落结构及温室气体排放的影响。结果表明,苗木根系非结构性碳水化合物(TNC)含量和氮含量比单株/盆低;3株/盆的土壤速效氮含量比单株/盆低,土壤革兰氏阳性菌、厌氧菌、放线菌及丛枝菌根真菌丰富度均比单株/盆显著增加,3株/盆的土壤二氧化碳(CO₂)排放速率较高,但土壤氧化亚氮(N₂O)排放速率差异不显著。无论是单株/盆还是3株/盆,环割和截干处理后,根系生物量、根系长度及表面积均比对照显著下降;根系TNC含量显著下降。土壤和根系氮含量都有增加趋势;土壤微生物生物量碳(SMBC)含量降低,而土壤微生物生物量氮(SMBN)则提高。环割和截干后,土壤中各种微生物组成丰富度均有下降趋势,土壤CO₂排放速率显著下降,土壤N₂O排放速率则显著提高。根系输入量及光合碳供应对土壤细菌和真菌含量均有显著影响,土壤细菌含量与根系生物量、SMBC和SMBN显著正相关;土壤真菌含量与土壤温度显著负相关,与根系生物量、SMBC和SMBN显著正相关。相关分析表明,土壤CO₂排放通量与土壤温度、土壤湿度及根系生物量显著正相关,与土壤硝态氮显著负相关;土壤N₂O排放通量与土壤温度和土壤湿度显著正相关。以上研究表明,根系输入量与地上光合碳供应共同作用,改变土壤理化性质及微生物环境,进而影响土壤温室气体排放。     

缺苞箭竹(Fargesia denudata)和拐棍竹(F.robusta)的饲用品质差异

缺苞箭竹(Fargesia denudata)和拐棍竹(F.robusta)分别是岷山和邛崃山山系野生大熊猫取食频率最高的竹种。本文以四川王朗自然保护区的缺苞箭竹和卧龙自然保护区的拐棍竹为研究对象,通过比较其营养成分、单宁和总酚含量,明确二者的饲用品质差异,以期为野生大熊猫潜在栖息地、廊道以及人工纯林等建设的竹种选择提供依据。结果表明:(1)缺苞箭竹的粗蛋白和粗纤维含量显著优于拐棍竹(P<0.05);(2)拐棍竹的笋、茎的钙和笋、叶磷含量显著优于缺苞箭竹(P<0.05);(3)氨基酸总量、单宁和总酚含量,拐棍竹的叶均更优(P<0.05),但缺苞箭竹的笋、茎单宁含量更优(P<0.05),且缺苞箭竹的笋总酚含量、茎氨基酸总量含量均更优(P<0.05);(4)粗脂肪含量,缺苞箭竹的茎、拐棍竹的笋和叶的含量稍优,但不显著(P>0.05)。两竹种在营养成分、单宁和总酚含量上的饲用价值各有优劣,配合食用,粗蛋白、氨基酸总量、钙和磷可形成互补,并减少单宁、总酚的摄入。鉴于两竹为大熊猫喜食竹种,可作为野生大熊猫潜在栖息地、廊道和人工纯林建设的竹种,在岷山和邛崃山山系的相关区域混合栽种。     

氮沉降对森林生态系统碳吸存的影响

工业化带来的大气氮沉降增加是影响森林生态系统碳吸存的重要因素。将森林碳库分为地上和地下两部分,从3个方面综述了国内外氮沉降对森林生态系统碳吸存影响的研究现状。(1)地上部分:氮限制的温带森林,氮沉降增加了地上部分碳吸存。氮丰富的热带森林,氮沉降对地上部分碳吸存没有影响。过量的氮输入会造成森林死亡率的上升,从而降低地上部分碳吸存。(2)地下部分:相比地上部分研究得少,表现为增加、降低和没有影响3种效果。(3)目前的结论趋向于认为氮沉降促进森林生态系统碳吸存,然而氮沉降所带来的森林生态系统碳吸存能力到底有多大依然无法确定,这也将成为未来氮碳循环研究的重点问题。分析了氮沉降影响森林生态系统碳吸存的机理,介绍了氮沉降对森林生态系统碳吸存影响的4种研究方法。探讨了该领域研究的不足及未来的研究方向。     

基于森林清查资料的江西和浙江森林植被固碳潜力

以我国江西、浙江两省的森林植被为研究对象,基于1999-2003年间第六次全国森林清查数据及收集的1030个亚热带森林样地文献资料,依据林分生长的经验方程,估算了两个地区森林2004-2013年的固碳潜力,并基于455个样点的调查数据研究了不同森林管理措施(纯林间种、间伐、施肥)对森林未来固碳潜力的影响.结果表明:第六次森林清查以来的10年(2004-2013)间,江西森林植被年均自然固碳潜力约11.37 Tg C·a-1(1Tg=1012g),而浙江省森林植被年均自然固碳潜力约4.34 Tg C·a-1.纯林间种对江西、浙江两省森林植被固碳潜力影响最大,其次为间伐抚育,施肥的影响最小,纯林间种、间伐和施肥3种森林管理措施使江西省森林植被固碳潜力分别提高(6.54±3.9)、(3.81±2.02)和(2.35±0.6) Tg C·a-1,浙江省森林植被固碳潜力分别提高(2.64±1.28)、(1.42±0.69)和(1.15±0.29) Tg C·a-1.     

中国南亚热带不同造林模式碳汇林土壤碳、氮、磷的积累及化学计量特征

碳汇林的固碳效益十分显著,是实现“碳中和”的主要碳增汇途径之一,在研究南亚热带地区不同造林模式碳汇林土壤碳汇的同时,研究碳汇林土壤氮、磷储量及土壤碳、氮、磷的生态化学计量特征,能够为不同造林模式碳汇林的土壤碳、氮、磷储量的评估提供科学依据。采取单因素随机区组设计,选择立地条件基本一致的研究区和4种造林模式(新造林、封山育林、补植套种、更新改造)的碳汇林,分析了不同造林模式土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)的含量、储量、生态化学计量比,以及微生物生物量碳(MBC)的变化特征。结果表明,不同造林模式碳汇林的土壤理化性质,碳氮磷储量、化学计量比及微生物生物量碳含量差异显著,且土壤碳氮磷储量随土壤深度增加而减少,表现出明显的垂直变化特征。4种造林模式下碳氮比(C/N)介于11.11—17.86,碳磷比(C/P)介于17.00—242.59,氮磷比(N/P)介于1.18—15.99之间,在0—60 cm土层上均以更新改造模式林最低,封山育林模式下C/P和N/P均显著高于其他造林模式。土壤SOC与TN、N/P呈极显著正相关关系,土壤TN与C/P呈极显著正相关关系。综合来看,封山育林模...     

Biogenic vs. geologic carbon emissions and forest biomass energy production

In the current debate over the CO₂ emissions implications of switching from fossil fuel energy sources to include a substantial amount of woody biomass energy, many scientists and policy makers hold the view that emissions from the two sources should not be equated. Their rationale is that the combustion or decay of woody biomass is simply part of the global cycle of biogenic carbon and does not increase the amount of carbon in circulation. This view is frequently presented as justification to implement policies that encourage the substitution of fossil fuel energy sources with biomass. We present the opinion that this is an inappropriate conceptual basis to assess the atmospheric greenhouse gas (GHG) accounting of woody biomass energy generation. While there are many other environmental, social, and economic reasons to move to woody biomass energy, we argue that the inferred benefits of biogenic emissions over fossil fuel emissions should be reconsidered.     

南亚热带不同造林模式碳汇林土壤碳积累与碳汇功能

碳汇林能够固定大气二氧化碳,在缓解全球变暖中起着重要的作用,研究南亚热带地区不同造林模式碳汇林土壤碳的累积,有助于为不同造林模式的碳汇林土壤碳汇功能评价提供科学依据。采用单因素随机区组设计,对立地条件基本一致的研究区采用新造林(Ⅰ)、封山育林(Ⅱ)和补植套种(Ⅲ) 3种造林模式进行碳汇造林,从而研究不同造林模式土壤碳积累与碳汇功能。结果表明:碳汇造林5年期间,土壤全碳含量差异显著,不同造林模式0—20 cm土壤层碳含量差异显著(P0.05),其变化幅度最大,介于(-0.861±1.893)—(3.021±1.577) g C/kg之间。经过接近5年的碳汇造林,不同造林模式0—60 cm土壤层碳储量变化量介于(-2.233±3.540)—(8.670±2.342) Mg C/hm2之间,其中新造林(Ⅰ)与补植套种(Ⅲ)土壤碳储量变化量差异极显著(P0.01);碳汇造林5年,土壤碳储量显著增加,各造林模式土壤碳汇量由大到小依次为Ⅲ Ⅱ Ⅰ,封山育林(Ⅱ)和补植套种(Ⅲ)的土壤碳汇效益显著。采取新造林模式的初始5年,不利于土壤的碳积累,而采取补植套种模式既有利于土壤碳固定,也有利于土壤碳的积累。     

Uncertainties in the relationship between atmospheric nitrogen deposition and forest carbon sequestration

In a recent study, Magnani et al. report how atmospheric nitrogen deposition drives stand-lifetime net ecosystem productivity (NEP_av) for midlatitude forests, with an extremely high C to N response (725 kg C kg⁻¹ wet-deposited N for their European sites). We present here a re-analysis of these data, which suggests a much smaller C : N response for total N inputs. Accounting for dry, as well as wet N deposition reduces the C : N response to 177 : 1. However, if covariance with intersite climatological differences is accounted for, the actual C : N response in this dataset may be <70 : 1. We then use a model analysis of 22 European forest stands to simulate the findings of Magnani et al. Multisite regression of simulated NEP_av vs. total N deposition reproduces a high C : N response (149 : 1). However, once the effects of intersite climatological differences are accounted for, the value is again found to be much smaller, pointing to a real C : N response of about 50–75 : 1.     

排放与森林碳汇作用下云南省碳净排放量估计

以云南省为例,用马尔科夫链计算能源结构,在经济增长模型基础上基于动态最优化理论估计能源消费碳排放,并基于CO₂FIX模型计算云南省森林碳汇,预测在能源消费碳排放和森林碳汇共同作用下的从2008到2050年碳净排放量。研究发现云南省能源消费碳排放量和碳净排放量曲线都呈"倒U"型,在2035年达到高峰,高峰值分别为和129.71 MtC和118.89 MtC;在森林碳汇中,原有森林的碳汇作用在现在和未来一段时间内处于主导地位,但新造林有着巨大的碳汇潜力,所以在保护原有森林的同时要植树造林,从生态学角度抵消碳排放;森林碳汇只能减少小部分碳排放,更主要的是改善云南省的能源结构,加快技术进步速度,开发水电等新能源,从根本上减少温室气体的排放。