寫(xiě)在前面

中科院2011年1月啟動(dòng)了“應(yīng)對(duì)氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問(wèn)題”專項(xiàng)（簡(jiǎn)稱“碳專項(xiàng)”）。專項(xiàng)的一個(gè)核心內(nèi)容，就是通過(guò)對(duì)中國(guó)各類生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量和固碳能力進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查和觀測(cè)，來(lái)深入揭示中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支特征、時(shí)空分布規(guī)律以及國(guó)家政策的固碳效應(yīng)，從而為我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展、氣候談判提供科學(xué)支撐。

在5年的項(xiàng)目執(zhí)行期間，在中科院植物所前所長(zhǎng)、北京大學(xué)教授方精云院士和中科院地理與資源所副所長(zhǎng)于貴瑞研究員2位項(xiàng)目首席科學(xué)家的領(lǐng)導(dǎo)下，來(lái)自中科院及高校、部委所屬35個(gè)研究院所的350多名科研人員，按照專項(xiàng)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和調(diào)查方法，系統(tǒng)調(diào)查了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)（森林、草地、灌叢、農(nóng)田）碳儲(chǔ)量及其分布，調(diào)查樣方17000多個(gè)、累計(jì)采集各類植物和土壤樣品超過(guò)60萬(wàn)份。這是當(dāng)今世界調(diào)查范圍最大的野外調(diào)查項(xiàng)目，為研究中國(guó)植被生產(chǎn)力、碳收支以及生物多樣性的宏觀格局提供了大量野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，也為我國(guó)國(guó)土資源規(guī)劃、保護(hù)與利用，以及生態(tài)文明建設(shè)和“美麗中國(guó)”愿景實(shí)現(xiàn)提供了重要的本底數(shù)據(jù)。

Info

原名：Carbon pools in China’s terrestrial ecosystems: New estimates based on an intensive field survey

譯名：中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù):基于深入實(shí)地調(diào)查的新估算

期刊：PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)

通訊作者：周國(guó)逸

通訊作者單位：華南植物園

原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.1700291115

Introduction

陸地生態(tài)系統(tǒng)是地球上一個(gè)重要的碳匯，占人類向大氣排放的二氧化碳總量的20%到30%。陸地生態(tài)系統(tǒng)可以通過(guò)恢復(fù)或退化植被來(lái)增加或減少碳匯。中國(guó)的森林覆蓋率從20世紀(jì)50年代初的30-40%下降到80年代初的14%。然而，從那時(shí)起，全國(guó)范圍內(nèi)的植被恢復(fù)措施，包括幾個(gè)關(guān)鍵的生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)施，導(dǎo)致森林覆蓋率從20世紀(jì)90年代初的13.9%顯著增加到21世紀(jì)10年代的21%。森林、草地和農(nóng)田的生物質(zhì)生產(chǎn)很低,每年從0.01到0.02 Pg C不同,因此中國(guó)農(nóng)田和草地在過(guò)去的三十年里碳池的變化十分有限。雖然對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的研究已有多次，但對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的估計(jì)差異超過(guò)100 Pg C，這表明這些估計(jì)之間存在不一致。這種不一致性可能是由于樣本量和數(shù)據(jù)代表性的限制、數(shù)據(jù)源的多樣性和方法的不一致性。此外，以往在區(qū)域和國(guó)家尺度上的估算主要是基于區(qū)域或國(guó)家普查(如中國(guó)森林資源清查和中國(guó)草原資源調(diào)查)的匯總數(shù)據(jù)，而非原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，包含了很大的不確定性。

Methods

本研究對(duì)我國(guó)森林、灌叢、草地和農(nóng)田四大植被類群進(jìn)行了調(diào)查。采用一致的方法對(duì)中國(guó)大陸的森林、灌叢和草地(分別7800個(gè)、1200個(gè)和4030個(gè))共13030個(gè)樣地進(jìn)行了調(diào)查。我們還對(duì)58個(gè)典型種植制度縣的1341個(gè)樣地進(jìn)行了系統(tǒng)的農(nóng)田調(diào)查。野外調(diào)查調(diào)查了這4個(gè)植被類群的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的碳組分，包括地上和地下生物量、林下植物、凋落物和土壤。本研究的主要目的是利用本研究收集的野外直接測(cè)量數(shù)據(jù)，估算這些生態(tài)系統(tǒng)的碳庫(kù)，并闡明這些碳庫(kù)空間分布的可能的氣候和人為驅(qū)動(dòng)因素。

Results

1. 碳儲(chǔ)量及其空間變異

森林、灌叢和草地的生態(tài)系統(tǒng)碳密度(每公頃碳儲(chǔ)量)在全國(guó)尺度上表現(xiàn)出較大的空間變異(圖1)。生物量和凋落物碳密度從東北、南方、東南、西南向北部、西北部和青藏高原依次遞減(圖1A和C)。土壤碳密度變化復(fù)雜，東北地區(qū)的興安山、青海的祁連山和巴彥哈山、新疆北部的天山和阿爾塔山的土壤碳密度最大，南部和東南部次之。土壤碳密度最低的地區(qū)為新疆下游流域、甘肅河西走廊和部分黃土高原地區(qū)(圖1B)。3種植被類群的總面積加權(quán)平均生態(tài)系統(tǒng)碳密度為115.7±6.2 Mg C ha-1，生物量、凋落物和土壤分別為23.1±5.7、0.8±0.9和91.8±9.2Mg C ha-1。

3種生態(tài)系統(tǒng)總碳庫(kù)為62.93±3.39 Pg C，其中生物量、凋落物和土壤有機(jī)碳[SOC]分別為12.55±3.07(20%)、0.46±0.48(0.7%)和49.92±4.98 Pg C (79.3%)。森林碳庫(kù)最大(30.83±1.57 Pg C，占49%)，草原次之(25.40±1.49 Pg C，占40.4%)，灌叢為6.69±0.32 Pg C，占10.6%。從地理上看，中國(guó)西南地區(qū)植被生物量和土壤碳密度較高，儲(chǔ)量為19.53±0.54 Pg C(31%)(圖2)。相比之下，中國(guó)東部碳密度較低(圖1D)，碳儲(chǔ)量?jī)H為4.55±0.11 Pg C(7%)。

此外，作者利用隨機(jī)森林模擬闡明了碳密度的詳細(xì)空間格局，并估算了全國(guó)碳庫(kù)總量。森林、灌叢和草地的總碳儲(chǔ)量為64.17±1.92 Pg C，與利用面積加權(quán)平均法估算的62.93±3.39 Pg C高度一致。東北地區(qū)為高值區(qū)，西南次之，北方干旱地區(qū)為低值區(qū)?？傮w而言，中國(guó)農(nóng)田碳庫(kù)總量為16.32±0.41 Pg C。

2. 地下和地上生物量之間以及土壤和植被之間的碳分配

林地、灌叢和草地地上、地下生物量碳密度均存在差異(圖3)。林地、灌叢和草地地上、地下生物量碳密度分別為42.5±4.6 MgC ha 1、3.3±4.6 Mg C ha 1和0.4±0.6 Mg C ha 1。其地下平均生物量碳密度分別為10.7±7.1、3.1±4.6和3.5±4.8 Mg C ha 1。森林、灌叢和各植被類群的地上生物量碳分配存在顯著差異。樣地土壤碳密度的變化大于生物量碳密度的變化(圖3)。樣地土壤碳密度的平均值分別為:森林126±98.1 Mg C ha 1，灌叢60.2±83.2 Mg C ha 1，草地58.4±69.3 Mg C ha 1。土壤碳密度與生物量碳密度的比值在不同植被類群中表現(xiàn)出較大的差異。與森林相比，灌叢植被生物量密度相對(duì)較小，土壤碳占植被生物量碳的比例較大。

3. 氣候因素對(duì)碳儲(chǔ)量的影響

碳密度的空間格局與氣候變量有很強(qiáng)的相關(guān)性(圖4)。一般來(lái)說(shuō),總碳密度和碳組分(生物量、凋落物和土壤)隨MAT增加而降低,但在MAP超過(guò)400 mm的區(qū)域，其下降速率較低。隨著MAP的增加而增加，且在MAT＜10℃的區(qū)域有更高的增長(zhǎng)率(圖4)。

4. 人類活動(dòng)對(duì)碳儲(chǔ)量的影響

人類活動(dòng)的強(qiáng)度降低了大多數(shù)植被類型的地上和地下生物量，地上生物量和地下生物量分別減少了21%和24%。有趣的是，地下生物量的減少幾乎與地上生物量的減少成正比，因此RS比變化不大。與森林和灌叢相比，人類活動(dòng)顯著降低了4種草地類型中的2種草地的地上生物量，但沒(méi)有持續(xù)降低地下生物量，導(dǎo)致受嚴(yán)重影響的草地的RS比升高。人為干擾對(duì)所有生物群落類型土壤碳儲(chǔ)量均無(wú)顯著影響;14種植被類型受強(qiáng)擾動(dòng)的總體SOC密度與受弱擾動(dòng)的總體SOC密度大致相等。

Conclusion

綜上所述，4種生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)總量為79.24±2.42 Pg C，其中土壤(1m深度)碳庫(kù)占82.9%，生物量碳庫(kù)占16.5%，凋落物碳庫(kù)占0.60%。森林、灌叢、草地和農(nóng)田分別為30.83±1.57、6.69±0.32、25.40±1.49和16.32±0.41 Pg C。森林、灌叢和草地的碳密度與氣候的相關(guān)性較強(qiáng)，隨氣溫升高而降低，隨降水增加而增加。我們的分析還表明，在未來(lái)10 - 20年，假設(shè)主要由于森林生長(zhǎng)而沒(méi)有破環(huán)的情況下，森林生物量具有1.9 - 3.4 Pg C的顯著固存潛力。我們的研究結(jié)果更新了基于直接野外測(cè)量的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)估算，這些估算對(duì)于中國(guó)和全球碳模型的驗(yàn)證和參數(shù)化具有重要意義。

來(lái)源：生態(tài)學(xué)者

《生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)》是中文核心期刊（2004—2020各版）、中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)（CSCD）核心庫(kù)期刊、RCCSE中國(guó)核心學(xué)術(shù)期刊、中國(guó)科技核心期刊；榮獲中國(guó)國(guó)際影響力優(yōu)秀學(xué)術(shù)期刊（2013—2016、2020年）、中國(guó)精品科技期刊（2011、2017、2020年）、廣東省精品科技期刊、廣東省優(yōu)秀期刊等稱號(hào)，廣東省優(yōu)秀科技期刊一等獎(jiǎng)。進(jìn)入中國(guó)科協(xié)組織評(píng)選的“生態(tài)學(xué)領(lǐng)域高質(zhì)量科技期刊分級(jí)目錄”T2區(qū)，即國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊；位列中國(guó)學(xué)術(shù)期刊影響力指數(shù)Q1區(qū)（Top10%），世界期刊影響力指數(shù)（WJCI）Q2區(qū)（Top25.5%）。

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