关注森林网

基本信息

陆地生态系统固碳，既是基于自然的气候变化解决方案的重要组成部分，也是实现碳中和目标的最有效途径之一。本文选取了6篇有关中国陆地生态系统碳汇相关研究的重磅文章，欢迎关注！

成果介绍

1.1981～2000年中国陆地植被碳汇的估算

参考文献：方精云,郭兆迪,朴世龙,等. 1981～2000年中国陆地植被碳汇的估算[J]. 中国科学D辑,2007,37(6):804-812.

利用森林和草场资源清查资料、农业统计、气候等地面观测资料,以及卫星遥感数据,并参考国外的研究结果,对1981～2000年间中国森林、草地、灌草丛以及农作物等陆地植被的碳汇进行了估算,并对土壤碳汇进行了讨论。

主要结论如下：

(1) 中国森林面积(郁闭度为20%)由1980年初的116.5×106 ha,增加到2000年初的142.8×106 ha；森林总碳库由4.3PgC(1 Pg C=1015g C)增加到5.9 Pg C;平均碳密度由36.9 Mg C/ha(1 Mg C=106 g C)增加到41.0 Mg C/ha;年均碳汇为0.075 Pg C/a.中国草地面积约为331×106 ha,总碳库1.15 Pg C,总碳密度3.46 t C/ha,年均碳汇0.007 Pg C/a.中国灌草丛的面积为178×106 ha;年均碳汇为0.014～0.024 Pg C/a。中国农作物的生物量按0.0125～0.0143 Pg C/a的速率增加。

(2) 在1981～2000年间,中国陆地植被年均总碳汇为0.096～0.106 Pg C/a,相当于同期中国工业CO2排放量的14.6%～16.1%。利用国外结果对中国土壤碳汇进行了概算,为0.04～0.07 Pg C/a.因此,中国陆地生态系统的总碳汇(植被和土壤)将相当于同期中国工业CO2排放量的20.8%～26.8%。

(3) 文中的碳汇估算存在很大的不确定性,尤其是对土壤碳汇的估算.为此,需要进行更为深入、细致的研究。

1981~2000 年中国主要陆地生态系统的碳汇

2. 中国陆地生态系统碳通量的空间格局及其气候驱动因素

参考文献：Yu, G., Zhu, X., Fu, Y., et al. 2013. Spatial patterns and climate drivers of carbon fluxes in terrestrial ecosystems of China. Glob Change Biol, 19: 798-810.

理解陆地生态系统与大气之间碳交换的动力学和潜在机制是全球变化研究的关键问题之一。本研究以中国通量站点（ChinaFLUX）的长期观测数据和中国其它通量站点的已发表数据为基础，对中国不同陆地生态系统的碳通量进行了量化，并分析了其空间变化和环境驱动因素。

结果表明，中国陆地生态系统的生态系统总生产力（GEP）、生态系统呼吸（ER）和生态系统净生产力（NEP）呈明显的纬向分布，随纬度的增加呈线性下降。然而，GEP、ER和NEP并没有呈现出明显的纵向模式。森林生态系统的碳汇强于草地生态系统。中国GEP和ER的空间格局主要由年平均降水量（MAP）和年平均气温（MAT）决定，而NEP的空间变化主要由MAT解释。MAT和MAP的联合效应分别解释了GEP、ER和NEP空间变异的79%、62%和66%。中国不同生态系统的GEP、ER和NEP在空间格局上表现出正耦合关系。ER和NEP均与GEP显著相关，单位GEP中68%对ER有贡献，29%对NEP有贡献。MAT和MAP主要通过直接影响GEP的空间格局来影响ER和NEP的空间格局。

中国碳通量观测点的分布

3. 从大气二氧化碳数据估算中国陆地碳汇

参考文献：Wang, J., Feng, L., Palmer, P.I. et al. 2020. Large Chinese land carbon sink estimated from atmospheric carbon dioxide data. Nature 586, 720–723.

限制全球平均气温的上升依赖于减少二氧化碳排放和通过陆地碳汇去除二氧化碳。中国目前是全球最大的二氧化碳排放国，2017年约占全球化石燃料排放量的27% (每年2.67 Pg C)。对中国陆地生物圈通量的理解一直受到数据覆盖稀疏的阻碍，这导致了对通量的广泛后推估计。在这里，我们展示了2009年至2016年中国六个地区大气中二氧化碳摩尔分数的可用数据。利用这些数据，我们估计，2010年至2016年，中国陆地生物圈平均每年吸收的碳量为−1.11±0.38 Pg，相当于我们估计的同期中国每年人为排放的45%。我们的估计反映了中国西南地区（云南省、贵州省和广西省）全年以及东北地区（特别是黑龙江省和吉林省）夏季的陆地碳汇量此前被低估了。这些省份已经形成了大面积快速造林的格局，在过去10 - 15年里，省级森林面积每年增加0.4万至44万公顷。这些木材和纸张出口的快速增长反映了国内木材生产的快速增长。对植被绿度的卫星观测表明，在这一研究期间内，随着时间的推移，植被绿度有了很大的增加，这支持了这些造林区域土地碳汇的时间和增加。

中国陆地生物圈二氧化碳通量

4. 碳中和的生态学透视

参考文献：方精云. 碳中和的生态学透视. 植物生态学报, 2021, 45(11): 1173-1176.

本研究在简述碳中和概念的基础上, 重点对碳中和的实现途径及生态系统碳汇的重要性进行了评述, 认为碳减排和碳增汇是实现“碳中和”的两个决定因素; 碳减排的核心是节能、调结构、增效和发展清洁能源, 碳增汇的核心是生态保护、建设和管理。由于植被自然生长和生态建设等因素, 中国陆地生态系统发挥了、并将在未来继续发挥着重要的碳汇作用。为增强生态系统的固碳能力, 作者提出“三优”生态建设和管理原则, 即“最优的生态系统布局、最优的物种配置、最优的生态系统管理”。此外, 文章还对“后碳中和”时代可能出现的问题和挑战进行了展望, 认为碳中和后, 由于气候变化, 特别是大气CO2浓度增速减缓甚至下降等因素, 可能导致全球性的植被生产力下降, 对此可能带来的新的环境问题需要提前谋划和应对。

按照最近的预测, 未来40年(2021–2060年), 我国陆地生态系统的碳汇潜力为2.97–3.60亿吨C/年, 其中生态建设增汇0.54–0.68亿吨C/年。在实现“碳中和”目标的2060年, 我国陆地碳汇潜力为3.6亿吨C/年(其中生态建设增汇0.68亿吨C/年); 如果考虑海洋碳汇, 按照公式(2), 我国可获得4.67亿吨C/年的海洋碳汇配额。那么, “碳中和”目标实现后, 我国化石燃料排放的CO2量应为8.27亿吨C/年, 相当于我国目前化石燃料总排放(27亿吨C/年)的30%左右。可见, 保护生态系统,实施生态建设和管理对于“碳中和”至关重要。

为了有效地增强生态系统的固碳能力, 笔者提出“三优”生态建设和管理原则(增汇原则), 即“最优的生态系统布局、最优的物种配置、最优的生态系统管理”, 以实现“宜林(草)则林(草)、适地适树(草)、最优管理”的碳汇最大化目的。也就是说, 为实现碳汇最大化, 我们可系统性地开展3个层面的工作: 首先对全国生态系统进行生态地理区划, 确定各个区域适宜于建设的潜在生态系统类型(森林、灌丛或草地等); 在此基础上, 确定各地适宜种植的植物种类(适地适种), 建设最适宜的植被类型; 然后对这些植被类型进行科学合理的管理。

碳中和（陈保冬绘制）

5. 陆地碳汇特征及其对实现“碳中和”目标的贡献

参考文献：Yang, Y., Shi, Y., Sun, W., Chang, J., Zhu, J., Chen, L., Wang, X., Guo, Y., Zhang, H., Yu, L., et al. 2022. Terrestrial carbon sinks in China and around the world and their contribution to carbon neutrality. Sci China Life Sci 65.

“碳中和”是指化石燃料使用和土地利用变化导致的碳排放量与包括生态系统碳汇、碳捕集利用与封存等在内的各种碳吸收量之间的平衡，其中生态系统碳汇是碳吸收的最主要方面。2020年我国政府向世界承诺，中国力争于2060年前实现“碳中和”。因此，生态系统碳汇大小及其增强途径就成为实现“碳中和”目标的关键因素。为了系统认识陆地碳汇特征及其对实现“碳中和”目标的贡献，该综述以3万余字（含5个表、7个图和360余篇文献）的篇幅系统总结了我国及全球陆地生态系统碳源汇研究进展。

综述首先从20世纪70年代出现的陆地碳源与碳汇争论出发，基于方法学视角回顾了陆地生态系统碳源汇的研究历史，重点论述了地面调查、通量观测、大气监测与反演、模型模拟等多种方法在陆地碳源汇评估中的应用进展。在此基础上，综述分别从全球和中国两个尺度，系统阐述了森林、草地、灌丛、荒漠、农田、城市等各类生态系统及其总体的碳源汇大小、变化及其驱动机制。指出过去60年全球陆地碳汇从1960年代的-0.2±0.9 Pg C yr-1(弱碳源；1 Pg = 10亿吨碳)增加至2010年代的1.9±1.1 Pg C yr-1(碳汇)；大气CO2浓度上升、氮沉降、气候变化和土地覆盖变化等是影响陆地碳汇强度的主要因素，火灾、气溶胶等因素也发挥重要作用。进一步地，综述分析了陆地碳汇在实现“碳中和”目标中的作用，认为目前我国陆地碳汇强度为0.20~0.25 Pg C yr-1，预计2060年可能处于0.15~0.52 Pg C yr-1之间。在无政策情景下，我国陆地碳汇可抵消2.8~18.7%的碳排放；在1.5度限制情景下，陆地碳汇可抵消更高比例的碳排放。

基于不同方法估算的中国陆地生态系统碳汇

6. 中国陆地生态系统碳汇估算

参考文献：Wang, Y., Wang, X., Wang, K. et al. The size of the land carbon sink in China. Nature 603, E7–E9 (2022).

陆地生态系统可通过其碳汇功能有效吸收大气二氧化碳（CO2），减缓气候变暖。陆地生态系统固碳，既是基于自然的气候变化解决方案的重要组成部分，也是实现碳中和目标的最有效途径之一。我国幅员辽阔、生态系统多样，这使得基于“自下而上”的清查方法准确估算我国陆地碳汇面临诸多挑战。同时，《IPCC 2006年国家温室气体清单指南 2019修订版》明确提出基于大气CO2浓度观测数据，利用大气反演系统来估算、验证区域碳收支的必须性。然而，目前我国高标准的地面CO2浓度观测站点仍然较为稀疏，这导致基于“自上而下”的反演方法估算陆地碳汇也具有很大的不确定性。

该研究采用全球二氧化碳反演模型(CAMS)对中国陆地碳汇进行估算，发现修正横向碳通量后，中国2010-2016年平均陆地碳汇的合理反演估计约为9.2亿吨CO2/年；如果在反演过程中包含香格里拉朱张站的CO2浓度观测，则可能得到25.7亿吨碳CO2/年的反演结果。为阐明这一差别的原因，研究团队利用高分辨率大气传输模型对香格里拉朱张站的观测足迹进行了分析模拟。结果表明，先前研究使用香格里拉朱张站观测的CO2浓度作为其所在的粗分辨率大气传输模型网格的平均CO2浓度，使得该区域春季和夏季CO2浓度被显著低估，最终导致粗分辨率的反演模型高估了中国西南地区的碳汇。

与此同时，研究团队根据近10年我国森林清查数据和其它清查资料，更新了“自下而上”的同期中国陆地碳汇估计。结果表明，陆地生态系统碳储量的增加速率约为每年2.8亿吨碳（折合吸收10.3亿吨CO2），与“自上而下”的碳汇反演估算结果较为吻合。

这一研究重新评估了我国陆地碳汇大小，修正了2020年发表于《自然》杂志的大气反演研究对我国陆地碳汇的过高估计，为我国大气反演陆地碳汇研究提供了新的思路，为评估陆地碳汇在实现我国碳中和目标中的作用提供了科学依据。

中国陆地-大气CO2通量。

以上内容部分摘自《中国科学》杂志社、《植物生态学报》杂志社和《北京大学城市与环境学院》公众号。

关于我们

“全球变化与碳氮循环”公众号由中国林科院湿地所—湿地与气候变化团队负责运营维护。本公众号主要用于相关研究领域的最新进展分享，促进学术交流，真诚邀请各位学者关注与合作！如有错误、侵权等，请告知更改或删除，非常感谢！联系邮箱：yanzq@caf.ac.cn。