中国典型侵蚀区小流域水力侵蚀引发的CO_2通量特征

土壤水力侵蚀通过影响有机碳的合成分解过程,引发可观的CO_2吸收-排放效应.各典型水蚀区的侵蚀速率、土壤性质各不相同,其CO_2通量特征有待研究.本文收集了黑土区、紫色土区、黄土区、红壤区等中国四大典型侵蚀区中7个代表性小流域36个土壤剖面的~(137)Cs及有机碳含量数据,利用"基于参照点的CO_2通量分离方法",计算了各小流域的有机碳横向迁移通量,以及由于水蚀引发的CO_2通量.结果表明,(1)有机碳的横向迁移速率由侵蚀/淤积速率以及土壤表层含碳量共同决定,位于黄土区和红壤区的小流域有机碳流失最为严重;(2)7个小流域侵蚀区CO_2的通量范围为:-22.8~21.5g C/(m~2·a),淤积区CO_2通量范围为-31.6~54.5g C/(m~2·a);碳汇强度与欧美小流域相当,碳源强度略强;(3)位于黑土区的多数小流域以及紫色土区的小流域整体表现为碳汇;位于黄土区的小流域整体表现为强烈的碳源;位于红壤区的流域在侵蚀区表现为碳源,在淤积区表现为碳汇.其中,紫色土区小流域的固碳能力最强,79%~87%的有机碳流失可最终得到恢复;(4)针对小流域不同的CO_2通量特征,可通过合理配置水土保持措施,实现土壤侵蚀和CO_2通量的协同调控.     

基于溶蚀试片法和GEOAGENT模型法的森林碳循环研究———以重庆南川区金佛山为例

在对比溶蚀试片法、碳同位素法和GEOAGENT模型法等相关方法后,选择溶蚀试片法为主要研究方法,从金佛山森林生态系统的养分循环入手,以簇叶新木姜子、水青冈和油茶3种植物为样本,进行金佛山森林生态系统碳通量研究,以碳同位素法为主要验证手段,建立基于GEOAGENT的金佛山森林生态系统碳循环模型.计算出金佛山森林碳汇量基础上,从而认为南川碳汇交易可能性较小.     

中国亚热带森林土壤呼吸的基本特点

中国亚热带森林在全球森林生态系统中具有独特的植被类型及结构,长期受人类活动干扰(毁林、造林等),森林土壤碳呼吸特征不明确,较难准确估算土壤碳的分配情况.分析了我国亚热带森林土壤呼吸在不同森林类型、不同退化和恢复演替阶段,以及造林再造林等的影响条件下的变化规律.结果表明:我国亚热带区域中的天然林的土壤呼吸通常表现为针叶林(如马尾松林)<松阔或针阔混交林<季风常绿阔林;马尾松与杉木人工林广布中国亚热带地区,两种林分的CO2年通量相当,中龄林较之幼龄林,土壤有机碳库呈现减少趋势;不同研究区域相同林分的土壤呼吸效率初步表现为南强北弱;我国亚热带森林的土壤呼吸通量与世界其他地区的热带森林土壤呼吸通量相差无己,其释放的碳量对全球碳通量的影响应加以重视.     

长江口滨海湿地有机碳循环过程及影响因素研究进展

滨海湿地是“蓝碳生态系统”的重要组成部分。综述了长江口滨海湿地土壤有机碳时空分布及含量、碳汇速率、有机碳横向输入输出通量及量化方法、有机碳循环定量分析模型以及有机碳储量和组分对不同影响因素所做出的动态响应规律,发现在土壤有机碳水平空间分布上,崇西湿地＞崇明东滩＞九段沙＞南汇潮滩;有机碳通量和浓度变化主要受到植物生物量和结构、水和土壤的理化性质、陆源输入和潮汐动力、间隙水交换以及人类活动和全球气候变化的影响。未来应加强长江口湿地土壤碳库和有机碳输运通量统一观测,准确量化各主要因素对有机碳的贡献,这对研究盐沼湿地的碳循环机理和碳汇评估具有重要意义。     

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。     

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。     

林业碳汇提升的主要原理和途径

降低大气CO₂含量、缓解气候变暖,已成为当今科学界和国际社会广泛关注的前沿热点问题。林业碳汇作为基于自然解决方案实现“碳达峰、碳中和”的一个重要途径,在应对全球气候变化方面发挥着基础性、战略性、独特的作用。林业碳汇不仅是森林碳汇,林产品碳汇也起着不可忽视的重要作用。林业碳汇潜力提升是一个森林生态系统净碳收支平衡和全产业链林产品碳汇的调控过程,主要包括无机碳的植物固定(光合过程、净生产力等)、土壤有机碳的周转与固定(动植物和微生物残体分解与黏土固定)、林产品碳的固持(林产品产量、木材转换效率、种类和使用寿命等)等3方面的调控原理。笔者从森林碳汇和林产品碳汇两个维度阐述了提升林业碳汇的主要原理、方法或途径。提升林业碳汇潜力的主要途径包括:①通过适地适树、适钙适树人工造林,以增加森林面积;②以完善森林经营措施来增加森林净生产力;③利用矿质黏土对有机碳的保护来增加森林土壤碳汇;④提升林产品产量和改进林产品用途以增加其寿命。在全球尺度上,增加森林面积或提高森林净生产力3.4%,或用可再生能源替换薪炭木材,再将薪炭木材用于制造锯材和人造板,都可以连续30 a每年增加1 Pg的碳汇量。减少全球森林火灾面积1/4或增加森林土壤有机碳含量0.23%,也可以增加碳汇1 Pg。此外,林业固碳还有巨大潜力可以挖掘。     

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。     

土壤侵蚀对陆地生态系统碳源汇的影响?

土壤侵蚀和沉积作用可导致土壤有机碳在空间上发生水平迁移,从而改变植被生产力和土壤呼吸作用,显著影响生态系统碳源汇的空间格局.本文介绍了国内外相关的研究结果,综述了土壤侵蚀对生态系统碳源汇的影响,并着重分析了EDCM(erosion deposition carbon model)即侵蚀沉降碳模型等相关的土壤有机碳迁移和沉积模型.当前的研究倾向于土壤侵蚀是"碳汇",但由于土壤有机碳动态变化受到多种因素的同时影响及对土壤侵蚀大范围长时间测定的不确定性,所以对土壤侵蚀"碳源""碳汇"的讨论仍存在很大的争议.当前的土壤有机碳迁移和沉积模型由于开发者侧重点的不同,应用区域有限,有待进一步优化,应加强参数区域化和尺度转换方面的研究,扩大模型适用范围.     

海南省典型热带滨海砂地植被生态系统碳通量动态格局及成因初步分析

为了解热带滨海砂地生态系统碳通量特征及其成因,本研究以海南省文昌地区典型砂地植被为例,采用涡度相关技术进行长期的碳通量观测,同期开展了温度、降雨、辐射等气象因子监测.结果表明:1)典型热带滨海砂地植被碳汇/效益显著,2016年碳收支量为-400.959 g·m~(-2)·y~(-1);2)典型热带滨海砂地植被生态系统碳交换的季节变化明显,雨季(5~10月)碳通量变化差异较大,雨季前期(5~7月)净CO2交换(NEE,Net Ecosystem Exchange)占全年碳交换量的58%,而雨季后期(8~10月)受降雨等因素影响,NEE仅占全年碳交换量的10.7%;3)典型热带滨海砂地植被生态系统碳交换有明显的日变化格局,净生态系统碳交换最大值出现在正午12:00~2:00之间.日最大交换量出现在4月,最大值为-0.655 mg·m~(-2)·s~(-1);4)雨季生态系统碳交换量对于气象因子的响应显著于旱季,光合有效辐射是影响生态系统碳通量的主要影响因子,其雨季相关性R~2为0.70.     

气候变化对森林的影响与多尺度适应性管理研究进展

森林作为陆地生态系统的主体和全球气候系统的重要组成部分,对调节全球碳平衡和减缓气候变化具有不可替代的作用。目前的研究表明,气候变化已经对全球各类森林产生了不同程度的影响,而且全球气候变暖的加剧将对森林产生毁灭性的影响。森林管理是一项缓解气候变化影响的关键因子,为应对全球气候变化,森林经营管理必须做出相应的调整以适应和减轻气候变化的消极影响。本文系统总结了全球气候变化对森林及树木分布、生理生态和物候、森林生产力、碳循环、生物多样性、森林水文、森林灾害等产生的现实和潜在的影响,并针对气候变化下的可能影响,从基因、物种、森林生态系统、流域和生物圈多个尺度阐述了适应性管理的对策,以提高各生命系统适应气候变化的能力,实现森林的可持续经营和生物圈的可持续发展。     

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CH₄预算的重要来源和汇。笔者综合分析了树干CH₄的来源、通量大小、影响因素及其对陆地碳预算的影响,结果发现:①树干释放出的CH₄是来自土壤或者树木心材,然后主要通过树干扩散释放到空气中;②树干CH₄的通量范围为(-37.5±18.75)~(16 937.50±6 812.50) μmol/(m²·h);③树干表面CH₄通量具有较大的时空差异性,这些差异主要来自树种、年龄、组织类型、立地特征和环境条件等;④在不考虑树干CH₄通量的前提下,森林湿地 (或木本沼泽) 生态系统的CH₄释放量部分可能被低估,而旱地或者高山森林中CH₄的吸收量部分可能被高估。树干甲烷作为陆地碳循环的“新成员”,应该被充分重视,这对于预测未来全球气候变化具有重要意义。     

Old-growth forests as global carbon sinks

Old-growth forests remove carbon dioxide from the atmosphere at rates that vary with climate and nitrogen deposition. The sequestered carbon dioxide is stored in live woody tissues and slowly decomposing organic matter in litter and soil. Old-growth forests therefore serve as a global carbon dioxide sink, but they are not protected by international treaties, because it is generally thought that ageing forests cease to accumulate carbon. Here we report a search of literature and databases for forest carbon-flux estimates. We find that in forests between 15 and 800 years of age, net ecosystem productivity (the net carbon balance of the forest including soils) is usually positive. Our results demonstrate that old-growth forests can continue to accumulate carbon, contrary to the long-standing view that they are carbon neutral. Over 30 per cent of the global forest area is unmanaged primary forest, and this area contains the remaining old-growth forests. Half of the primary forests (6 x 10(8) hectares) are located in the boreal and temperate regions of the Northern Hemisphere. On the basis of our analysis, these forests alone sequester about 1.3 +/- 0.5 gigatonnes of carbon per year. Thus, our findings suggest that 15 per cent of the global forest area, which is currently not considered when offsetting increasing atmospheric carbon dioxide concentrations, provides at least 10 per cent of the global net ecosystem productivity. Old-growth forests accumulate carbon for centuries and contain large quantities of it. We expect, however, that much of this carbon, even soil carbon, will move back to the atmosphere if these forests are disturbed.     

Respiration as the main determinant of carbon balance in European forests

Carbon exchange between the terrestrial biosphere and the atmosphere is one of the key processes that need to be assessed in the context of the Kyoto Protocol. Several studies suggest that the terrestrial biosphere is gaining carbon, but these estimates are obtained primarily by indirect methods, and the factors that control terrestrial carbon exchange, its magnitude and primary locations, are under debate. Here we present data of net ecosystem carbon exchange, collected between 1996 and 1998 from 15 European forests, which confirm that many European forest ecosystems act as carbon sinks. The annual carbon balances range from an uptake of 6.6 tonnes of carbon per hectare per year to a release of nearly 1 t C ha(-1) yr(-1), with a large variability between forests. The data show a significant increase of carbon uptake with decreasing latitude, whereas the gross primary production seems to be largely independent of latitude. Our observations indicate that, in general, ecosystem respiration determines net ecosystem carbon exchange. Also, for an accurate assessment of the carbon balance in a particular forest ecosystem, remote sensing of the normalized difference vegetation index or estimates based on forest inventories may not be sufficient.     

森林生态系统服务功能价值的评估

森林作为陆地生态系统的主体,在全球生态系统中发挥着举足轻重的作用,其服务功能价值的评估是研究的一个热点.文中回顾和介绍了当前森林生态系统服务功能的概念、内涵和评价指标,以及国内外研究进展情况,并着重对其指标评价体系和经济价值评估方法进行了总结,同时提出了自己的见解和看法.     

森林生态系统服务功能价值的评估

森林作为陆地生态系统的主体,在全球生态系统中发挥着举足轻重的作用,其服务功能价值的评估是研究的一个热点。文中回顾和介绍了当前森林生态系统服务功能的概念、内涵和评价指标,以及国内外研究进展情况,并着重对其指标评价体系和经济价值评估方法进行了总结,同时提出了自己的见解和看法。     

Recent patterns and mechanisms of carbon exchange by terrestrial ecosystems.

Knowledge of carbon exchange between the atmosphere, land and the oceans is important, given that the terrestrial and marine environments are currently absorbing about half of the carbon dioxide that is emitted by fossil-fuel combustion. This carbon uptake is therefore limiting the extent of atmospheric and climatic change, but its long-term nature remains uncertain. Here we provide an overview of the current state of knowledge of global and regional patterns of carbon exchange by terrestrial ecosystems. Atmospheric carbon dioxide and oxygen data confirm that the terrestrial biosphere was largely neutral with respect to net carbon exchange during the 1980s, but became a net carbon sink in the 1990s. This recent sink can be largely attributed to northern extratropical areas, and is roughly split between North America and Eurasia. Tropical land areas, however, were approximately in balance with respect to carbon exchange, implying a carbon sink that offset emissions due to tropical deforestation. The evolution of the terrestrial carbon sink is largely the result of changes in land use over time, such as regrowth on abandoned agricultural land and fire prevention, in addition to responses to environmental changes, such as longer growing seasons, and fertilization by carbon dioxide and nitrogen. Nevertheless, there remain considerable uncertainties as to the magnitude of the sink in different regions and the contribution of different processes.     

The human footprint in the carbon cycle of temperate and boreal forests

Temperate and boreal forests in the Northern Hemisphere cover an area of about 2 x 10(7) square kilometres and act as a substantial carbon sink (0.6-0.7 petagrams of carbon per year). Although forest expansion following agricultural abandonment is certainly responsible for an important fraction of this carbon sink activity, the additional effects on the carbon balance of established forests of increased atmospheric carbon dioxide, increasing temperatures, changes in management practices and nitrogen deposition are difficult to disentangle, despite an extensive network of measurement stations. The relevance of this measurement effort has also been questioned, because spot measurements fail to take into account the role of disturbances, either natural (fire, pests, windstorms) or anthropogenic (forest harvesting). Here we show that the temporal dynamics following stand-replacing disturbances do indeed account for a very large fraction of the overall variability in forest carbon sequestration. After the confounding effects of disturbance have been factored out, however, forest net carbon sequestration is found to be overwhelmingly driven by nitrogen deposition, largely the result of anthropogenic activities. The effect is always positive over the range of nitrogen deposition covered by currently available data sets, casting doubts on the risk of widespread ecosystem nitrogen saturation under natural conditions. The results demonstrate that mankind is ultimately controlling the carbon balance of temperate and boreal forests, either directly (through forest management) or indirectly (through nitrogen deposition).     

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.