全球森林及林产品碳科学研究进展与前瞻

森林和木质林产品是全球碳循环系统中的一个重要组成部分,能够对大气层温室气体的浓度造成重大影响。研究发现全球森林在最近几十年平均每年从大气中吸收二、三十亿吨碳,而毁林和森林退化又造成每年10多亿吨的碳排放。全球森林碳汇并不平衡,由于森林面积的增加,美国、加拿大、中国、欧盟等国家和地区的森林碳汇在近几十年里有了巨大的增长,而在南美洲、中美洲、非洲、南亚和东南亚,毁林却造成了森林碳汇大量减少。相对于森林碳汇来说,木质林产品碳储量较小,但在全球尺度上木质林产品碳储的持续增加对减排的贡献却非常重要。近10年的研究发现,使用木质林产品替代高能耗非林产品可以对林业整体的减排效益做出重要贡献,而生命周期分析法的引入使得这种替代减排效应的核算更为准确。主流研究强调使用集成评估,将经营森林和源于这些森林的木质林产品看作一个整体,从而把两者的碳储及碳排放系统结合,集成评估能够更全面准确地核算整体林业的净温室气体效应。林业碳科学的研究前沿在以下重要领域仍需着力拓展:充分考虑气候变化对森林生长及森林碳汇的影响; 积极推进并完善各国的森林资源清单; 可持续管理和优化使用森林资源以使林业在减缓气候变化方面的贡献最大化; 构建和完善林产品生命周期数据库; 加强全球林业减排效应的集成评估和系统研究。     

基于森林资源清查的江西省森林碳储量及固碳潜力研究

【目的】根据江西省森林资源清查数据,分别估算不同森林类型的生物量碳库及其变化,并估算森林植被的固碳潜力,为森林资源的科学管理提供理论依据。【方法】基于江西省1988—2011年森林资源清查统计数据,采用生物量换算因子连续函数法和平均生物量法,计算江西省森林植被的碳储量变化、碳密度及固碳潜力。【结果】1998—2011年江西省森林碳储量呈增长趋势,从81.38 Tg增长至188.52 Tg,年平均增长率达到3.7%; 江西省森林碳密度远低于全国平均水平,不同起源和植被类型的碳密度有较大差异,天然林的碳密度比人工林的高; 江西省森林植被碳汇潜力巨大,通过林业生长和再造林,固碳量可达191.48 Tg。【结论】江西省森林面积及碳储量呈较快增长趋势,但与全国平均水平比较,碳密度仍处于较低水平,主要原因在于江西省森林以幼龄林为主,这也预示随着后续的植树造林和森林生长,江西省的森林碳汇潜力较大。     

林草生态系统固碳增汇的增长潜力及交易机制

巩固提升林草生态系统碳汇能力,是实现碳达峰、碳中和的重要行动。分析了中国林草生态系统碳储量现状和核算方法,运用固碳速率法对林草生态系统固碳能力进行计算,并采用灰色模型进行预测,研究结果表明,中国林草生态系统年固碳量和总面积呈现逐年增加趋势,合理增加森林和草原面积有利于提高林草资源固碳量,预计到2030年中国林草生态系统固碳量将增加至8.549亿t,总面积将增加至6.467亿hm²。结合中国林草碳汇交易市场发展现状和制约瓶颈,提出了合理规划林草面积、完善碳汇支持体系、加快建设碳汇交易市场、完善碳汇法律法制建设4个方面建议。     

重庆市森林植被碳储量及其地理分布格局

根据重庆市2002年森林资源二类调查资料和重庆市2008年森林工程总体规划,估测出了重庆市森林植被的碳储量和碳汇量,并分析其地理分布情况和市域内不同林分的碳汇能力,对重庆市森林工程的碳汇潜力进行了预测.结果表明:重庆市(2002年)森林植被碳储量约为4 729万t,每年固定约397万t碳,折合1 454万t二氧化碳;重庆市东部地区的碳储量普遍高于西部地区,在各区县中碳储量排在前五位的分别是城口、巫溪、酉阳、石柱、奉节;重庆市域不同林分中,以马尾松的碳汇量最大,占重庆市总碳汇量的60%,其次是栎类,冷杉最少;重庆市森林工程造林成林后的森林碳汇价值高达36.65亿元/年,具有很大的碳汇潜力.     

重点生态功能区净碳汇时空格局研究

重点生态功能区是我国生态固碳的主要区域，在“双碳”目标下研究区域净碳汇时空格局具有重要意义。本研究基于县域空间单元，利用土地利用数据和中国碳核算数据库，对重点生态功能区选取的751个区县的碳汇、碳排放以及净碳汇的时空格局进行了分析，主要得出以下结论：（1）重点生态功能区碳汇量占比超过全国一半以上，在我国生态固碳中的地位显著而突出，且区域碳汇量表现出明显的集聚特征，东北森林带、藏西北、藏东南等地年固碳水平较高，而东南部沿海、黄土高原、华北平原等地固碳水平较低。（2）2000年以来重点生态功能区碳排放量在内蒙古、黄土高原、新疆部分地区以及中东部沿海城市群集聚，排放量也呈现增加的趋势。（3）重点生态功能区碳收支平衡压力相对最小，大兴安岭地区和青藏高原为明显的连片净碳汇区，然而大部分三北地带净碳汇为负值。在双碳目标下，一方面需要强化排放侧管理，另一方面需要加强生态固碳能力建设。     

基于森林资源清查数据的林地利用效率变化研究

【目的】定量分析我国重要林区林地利用效率变化差异及对其生态经济的影响,为制定森林资源管理措施提供参考。【方法】从森林资源变动角度,结合森林面积、蓄积量、生物量和碳储量等4个属性,利用1989—2018年森林资源清查数据,从林区和省级两个尺度上量化分析我国南方林区和西南林区的林地利用效率变化。【结果】研究期间,南方林区碳储量增加1.17 Pg,森林面积、蓄积密度、生物量转换比和碳储量的年变化率分别为1.91%、2.07%、0.40%和4.38%;西南林区碳储量增加0.95 Pg,森林面积、蓄积密度、生物量转换比和碳储量的年变化率分别为1.79%、0.07%、-0.05%和1.81%。各省(市、区)森林蓄积量均增加,其中上海、江苏、贵州和西藏林区面积相对贡献最高,而福建和海南林区面积及蓄积密度(即单位面积蓄积)增长速度不均衡将影响后期发展,云南和西藏蓄积密度下降导致蓄积量增长缓慢。各省森林均发挥碳汇作用,南方林区固碳能力优势突出,上海和江苏最为显著,西南林区三省(自治区)林区碳汇均处于缓慢发展水平。【结论】为提高林地利用效率,西南林区应继续提升退耕还林力度,提高补偿标准和年限;对于林龄结构不合理的天然林,应进行可持续经营管理,人为促进更新过熟林以提高其更新能力。南方林区应积极发展造林再造林项目和重点地区速生林工程,发挥人工林生长迅速、在较长时间内维持碳汇能力稳定上升的优势。     

不同管理措施下内蒙古草地碳汇潜势分析

内蒙古草地退化严重,沙漠化及盐碱化的草地面积逐年扩大,造成碳库大量流失.近年来,通过不同的管理措施,退化草地逐步恢复,进一步增加草地碳库,提高了草地碳汇的经济价值.首先分析了内蒙古地区草地退化的情况,并评估退化草地所具有的碳固持潜力及碳汇价值.其次,选取四子王旗、毛登牧场以及鄂托克前旗等地区具有代表性的各类型草原进行了碳固持潜力的案例分析,评估了不同草地管理措施对碳汇价值的影响,针对现场考察的结果提出相关的建议.     

论我国县域林业发展的制度创新——林业碳汇补偿交易机制形成与沈阳案例分析

碳汇是指当生态系统固定的碳量大于排放的碳量,该系统称为大气中CO2的汇,反之,则为碳源。森林在生长过程中,通过同化作用吸收大气中的CO2,并以生物量的形式将其长期固定,因此森林是一个汇。它是陆地生态系统中最大的碳库,单位面积森林储存的碳是农田的20～100倍。     

大兴安岭北端地形因子对针叶林土壤黑碳储量的影响

[目的]气候变化对人类社会发展产生的影响受到了世界各国的广泛关注,提高森林生态系统的固碳潜力被认为是经济可行且有效减缓大气二氧化碳(CO2)浓度的重要途径之一,大兴安岭地区森林生态系统的黑碳储量在全球碳循环和碳汇方面具有重要的作用.研究大兴安岭不同地形因子条件下土壤黑碳的储藏分布特征,为区域森林土壤黑碳储量准确估算和森...     

河南森林碳储量及发展趋势

<正>依据"京都议定书"、"巴厘路线图"等国际协议,通过林业碳汇措施减少大气中二氧化碳浓度已成为国际公认的缓解气候变暖的有效途径。通过碳汇来实现对二氧化碳等温室气体的吸收与固定,不仅可以达到间接减排的效果,而且操作成本低、效益好、易施行,是目前应对气候变暖最经济、最现实、最有效的手段。森林在生长过程中,通过光合作用将叶子吸收的二氧化碳和根部输送上来的水分转化为糖和氧气,二氧化碳就以有机物的形式存储在森林的树干、树叶、树枝、树根和森林土壤里,从而减少大气中二氧化碳的浓度,减缓温室效应,这一过程成为森林碳汇。     

气候变化对森林生态系统的主要影响述评

森林生态系统是陆地生态系统的主体,其对减少大气中的CO₂浓度从而减缓全球变暖有着决定性的作用。为了探究气候变化对森林生态系统的影响以及森林生态系统的反馈机制,发展合理的森林经营策略以应对气候变化,笔者综述了国内外有关气候变化对森林生态系统影响的相关研究方法与成果,重点讨论了气候变化对森林结构、组成和分布、森林生产力、森林碳库、森林生态系统生物多样性、生态系统生态服务功能等方面的影响,论述了森林生态系统对气候变化的反馈机制,并指出了现有研究的不足之处,提出了适应或者减缓气候变化对森林生态系统影响的森林经营策略,主要包括:①坚决贯彻实施退耕还林政策; ②加强保护天然林; ③制定科学的森林经营对策; ④加速我国碳汇林业的发展。     

树干甲烷的研究进展

在全球变暖背景下,甲烷(CH4)作为陆地生态系统中仅次于CO2的重要温室气体受到了广泛关注,其在百年时间尺度上的温室效应潜力是CO2的28～34倍,对全球变暖的贡献占20％～30％.现有对森林生态系统CH4的研究主要集中在土壤,但基于热带森林地表排放估算和卫星CH4通量之间的差异报告,以及近年的研究证明了树木是森林CH...     

高浓度CO2对红松幼苗及土壤碳氮特征的影响

为探知红松苗对未来大气CO₂浓度的碳、氮响应策略,系统了解不同CO₂浓度下红松幼苗及其土壤碳、氮特征,采用生长箱培养法,分别研究了350、700 μmol/mol CO₂浓度下红松幼苗主要器官碳、氮浓度与积累(吸收)量变化,并分析其培养土壤的碳、氮含量。结果表明:与低浓度CO₂处理相比,高浓度CO₂处理并未对红松幼苗根、茎及叶的碳浓度产生显著影响,但导致叶碳积累量显著增加37.63%; 高浓度CO₂培养导致红松幼苗根、茎、叶氮浓度显著降低,茎氮吸收量显著下降27.45%,根、茎、叶的碳氮比升高,土壤溶解性有机碳含量显著增加28.82%,总有机碳、微生物量碳、全氮、微生物量氮及水解性氮含量均未发生显著变化,碳氮比增加。总体上,3年生的红松幼苗氮浓度、碳氮比、叶碳积累量及土壤溶解性有机碳对CO₂升高响应迅速。     

农田土壤固碳及其影响因子研究进展

固碳过程对于改善土壤质量、维持农田生态系统、保障全球粮食安全、缓解气候变化趋势等至关重要。本文介绍了农田土壤的生物与非生物固碳过程,阐述了土壤质地、水热变化、全球变暖和人为因素对农田土壤固碳过程的影响。总结了目前较受重视的一些农田固碳措施（施肥、灌溉、秸秆还田、生物炭质施入等）及其对农田土壤固碳能力的改善和应用中存在的问题,并对今后的相关研究作出展望。     

洪泽湖地区杨树人工林碳水通量昼夜和季节变化特征

【目的】通过对洪泽湖地区杨树人工林生态系统碳水通量的昼夜变化和季节变化特征进行分析,为评估该杨树人工林生态系统的固碳能力提供必要的基础数据,揭示杨树人工林生态系统碳循环及对外部气象环境因子的响应,同时为增强森林生态系统固碳能力提供依据。【方法】以洪泽湖地区杨树人工林生态系统为研究对象,利用涡度相关技术和微气象观测系统进行长期且连续的通量以及气象环境观测。选取2017年5月至2018年4月期间的原始观测数据,对异常数据进行剔除和插补处理,同时,利用EddyPro软件中的Express Mode模块对通量数据进行二次坐标旋转、频率损失订正以及WPL密度效应修正,最终转化为30 min数据。分析杨树人工林生态系统与大气间的二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和潜热(latent heat, LE)通量的季节动态变化和昼夜变化特征及其与外部气象环境因子的相互关系。【结果】洪泽湖地区杨树人工林生态系统碳通量均有显著的昼夜和季节变化,净生态系统碳交换(net ecosystem exchange, NEE)白天为较强的碳汇,夜晚为较弱的碳源,整年表现为固碳作用,年通量为-506.9 g/(m²·a)。其日变化在生长季和非生长季均呈“U”形曲线,生长季的碳吸收明显大于非生长季;在生长季白天,NEE与光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR)呈显著的对数关系;而在非生长季,NEE与夜间土壤温度(soil temperature,T_s)呈显著的指数关系。洪泽湖地区杨树人工林生态系统LE的昼夜和季节变化显著,在生长季和非生长季均呈“单峰型”曲线,且在生长季大于非生长季,LE与饱和水汽压差(vapor pressure deficit, VPD)在生长季和非生长季均呈显著的线性正相关关系。洪泽湖地区杨树人工林生态系统CH₄通量在生长季和非生长季均无显著的昼夜变化,在生长季为较弱的CH₄吸收,非生长季为中性至微弱的CH₄排放,全年可能表现为较微弱的CH₄汇。【结论】洪泽湖地区杨树人工林生态系统整体具有较高的固碳能力,CO₂和LE通量具有显著的昼夜变化和季节变化规律,而CH₄通量季节和昼夜变化并不显著,生态系统碳水通量受环境因子的影响较显著,可以为今后提升杨树人工林的固碳能力提供参考。因此,营造杨树人工林将是短期内吸收大气中的CO₂和CH₄并缓解气候变化的有效途径。     

氮磷添加对温带和亚热带森林土壤碳氮矿化的影响

选取黑龙江五营温带森林和福建武夷山亚热带森林两个站点, 通过120天室内培养实验, 探讨氮磷(NH₄NO₃和NaH₂PO₄)添加对两种森林表层土壤(0~20 cm)碳氮矿化的影响。结果表明, 氮添加通过降低土壤微生物的生物量及其碳氮比来降低亚热带森林的土壤碳矿化, 但对温带森林的土壤碳矿化没有显著影响; 磷添加对两种森林的土壤碳矿化均没有显著影响。磷添加显著地增加温带森林的土壤净氮矿化, 氮添加显著地降低温带森林的土壤净氮矿化, 氮添加和磷添加均对亚热带森林的土壤净氮矿化没有显著影响。总体而言, 可能由于养分可利用性和土壤性质的区别, 温带森林和亚热带森林土壤碳氮矿化对氮磷添加的响应存在区别。     

有机物添加对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响

【目的】 探讨添加不同类型有机物对油松林土壤有机碳组分及土壤呼吸的影响,为预测山西太岳山油松林生态系统中土壤的碳收支平衡提供参考。【方法】 采用随机区组设计,以山西太岳山油松林地表的平均自然凋落物量为标准,向油松林地0~20 cm土壤中分别添加生物炭(BC)、玉米秸秆(JG)、辽东栎叶(LD)和油松叶(YS)等4种类型有机物,使用LI-8100 CO₂通量全自动测量系统对有机物添加条件下的土壤呼吸速率进行连续测定,并对各处理的土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化碳(ROC)、可溶性有机碳(DOC)含量进行监测,结合土壤呼吸与土壤有机碳及其组分之间的关系,探讨添加有机物对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响。【结果】 ①向土壤中添加BC显著降低了土壤呼吸速率,添加JG后土壤呼吸速率较CK显著提高了11.67%。,其余处理与CK差异不显著。在2014年7—11月和2015年5—10月,不同添加物处理间土壤呼吸速率从大至小表现为JG>LD >YS>CK。②有机物添加下土壤SOC含量随时间的增加有上升的趋势,在2014年8月,添加JG后显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加BC显著提高了土壤MBC含量,添加LD和YS显著提高了土壤SOC和MBC含量。在2014年10月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加LD显著提高了土壤MBC和ROC含量,添加YS显著提高了土壤SOC、MBC含量。在2015年3月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC和ROC含量,添加LD显著提高了土壤ROC含量。2015年5月,添加JG显著增加了土壤MBC含量。③与对照相比,添加BC后土温10 ℃时的土壤呼吸速率(R₁₀)显著降低了18.01%,添加YS后R₁₀显著增加了30.88%,添加其他有机物对温度敏感性系数(Q₁₀)和R₁₀没有显著影响。④土壤呼吸速率与土壤温度、SOC、MBC、ROC和DOC含量显著正相关。【结论】 添加有机物显著影响土壤碳动态和土壤温湿度,这些都会对土壤CO₂排放产生显著影响,添加JG对土壤有机碳及其碳组分的提高效果最显著,但土壤呼吸速率最高,不利于碳的储存;添加LD可增加土壤活性有机碳含量,短期内可明显改善土壤有机碳库质量;添加BC可在短期内提高土壤微生物生物量碳含量,并显著降低土壤呼吸速率,减少土壤CO₂排放的效果最好。     

土地利用变化的碳排放机理及效应研究综述

就影响陆地生态系统碳储量的主要生态机制(CO2施肥效应、氮沉降增加、污染、全球气候变化、土地利用变化和土地管理),阐述了土地利用变化对陆地生态系统结构和功能产生的影响,以及对系统造成的碳储量变化.主要从土地利用变化和土地管理两方面对土地利用碳排放效应进行论述:森林砍伐后变为农田和草地,使生态系统中植被和土壤碳贮量大大降低;农田和草地弃耕恢复为森林,以及农田保护性管理措施的利用,能够使大气中的碳在植被和土壤中得到汇集;森林恢复过程中植被可以大量汇集大气中的碳,而由于农田耕种历史不同以及土壤空间异质性,导致土壤碳汇集速率差异极大;保护性农田管理措施(诸如免耕、合理的种植制度、化肥的施用等)可以影响土壤理化特性、作物根系生长以及残茬数量和质量、土壤微生物数量和活性,维持和提高土壤碳含量水平.土地利用碳排放核算主要从陆地生态系统的植被碳和土壤碳入手,综述了目前国内外的研究进展.     

广西不同林龄马尾松人工林生态系统碳储量及其分配格局

为阐明马尾松(Pinus massoniana)不同林龄生态系统碳汇机制以及固碳能力的差异,本研究基于样地调查,选用空间代替时间的方法,选取立地条件大致相似、不同林龄(6、19、32、58 a)的马尾松人工林生态系统为研究对象,依据收获法和建立各器官生物量模型的方法估测生物量,采集0-60 cm土层土壤样品,测定生态系统各层次的有机碳含量,以此估算生态系统的碳储量。结果表明：不同林龄马尾松人工林林下灌木层、凋落物层和根系有机碳含量均呈增加趋势,而草本层则相反,各层次有机碳含量整体表现为凋落物层＞灌木层＞草本层＞根系;其生态系统碳储量总体表现为增加趋势,过熟林显著提高了144.14%,其中,乔木层、凋落物层、根系和土壤层碳储量的变化规律与生态系统一致,而灌木层和草本层则相反;植被层碳储量贡献率提高,而土壤层碳储量贡献率下降,凋落物层无明显变化;年净固碳量以幼龄林和中龄林较高,表明马尾松人工林固碳能力较强,具有相对较高的生物生产力水平。近自然恢复可进一步提升不同林龄马尾松人工林的碳固持能力,提高植被层生物量和土壤碳含量、增强土壤固碳能力、优化森林结构、维持较高生产力和降低人为干扰等是提高马尾松人工林生态系统碳汇功能的重要举措。