中国区域碳循环研究进展与展望_戴民汉
我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展及展望
我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展及展望一、本文概述随着全球气候变化的日益严峻，温室气体减排和有机碳固定已成为全球关注的焦点。
作为世界上最大的农业国家，我国农田土壤在温室气体减排和有机碳固定方面扮演着至关重要的角色。
本文旨在概述我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展，分析当前存在的问题和挑战，并对未来的研究方向进行展望，以期为我国的农业可持续发展和全球气候变化应对提供参考和借鉴。
文章首先回顾了农田土壤温室气体排放的来源和机制，以及有机碳固定的途径和方法。
然后，从政策、技术和管理等层面，梳理了我国在农田土壤温室气体减排和有机碳固定方面所取得的成果和经验。
在此基础上，文章深入分析了我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定面临的挑战和问题，如技术瓶颈、政策执行难度大、农民参与度低等。
文章提出了未来的研究方向和建议，包括加强技术研发和创新、完善政策体系和激励机制、提高农民参与度和意识等，以期推动我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定工作的深入开展，为实现农业绿色发展和全球气候变化应对做出更大的贡献。
二、我国农田土壤温室气体排放现状随着我国农业生产的快速发展，农田土壤温室气体的排放问题日益凸显。
农田土壤是温室气体排放的重要源头之一，其中主要包括二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）。
这些气体的排放不仅加剧了全球气候变化，也对我国农业生产的可持续发展带来了严峻挑战。
农田土壤CO₂排放主要源于土壤有机碳的分解和根系的呼吸作用。
在我国，由于农业耕作方式的不断改进和化肥、农药的大量使用，农田土壤有机碳的分解速率加快，导致CO₂排放量不断增加。
同时，农业活动中的农机作业、灌溉等也会加速土壤有机碳的分解，进一步增加CO₂排放。
CH₄排放主要来源于稻田和养殖场的厌氧环境。
在我国，稻田是CH₄排放的主要来源之一。
由于稻田中存在大量的有机物质和水分，为CH₄的产生提供了有利条件。
随着养殖业的快速发展，养殖场的CH ₄排放也不容忽视。
土壤碳循环研究进展
土壤碳循环研究进展引言土壤碳循环是地球上最重要的生物地球化学循环之一，对于全球碳平衡和气候变化具有重要意义。
土壤中的有机碳储量仅次于大气中的二氧化碳，其分布和储量受到土壤类型、气候、植被和土地利用方式等多种因素的影响。
因此，研究土壤碳循环的内在机制、过程及其与环境因素的相互作用，对于深入了解全球碳循环、提高土壤碳管理策略以及制定应对气候变化的措施具有重要意义。
背景土壤碳循环研究涉及到全球碳循环、土壤碳储量、碳转化等相关概念和原理。
全球碳循环是指地球上碳元素在不同圈层之间的迁移和转化过程，包括大气圈、水圈、岩石圈和生物圈。
土壤碳储量是指土壤中有机碳和无机碳的总量，是全球碳循环的重要组成部分。
碳转化是指土壤中的有机碳在微生物的作用下转化为二氧化碳的过程，其速率和方向受到土壤类型、气候、植被等多种因素的影响。
研究现状近年来，国内外学者针对土壤碳循环开展了大量研究，取得了显著进展。
在国外，研究者利用遥感技术、稳定同位素技术和模型模拟等方法，对全球土壤碳储量和碳转化进行了深入研究。
在国内，研究者利用野外调查、实验室分析和数据统计等方法，对不同区域和不同土地利用方式的土壤碳循环进行了广泛探讨。
这些研究主要集中在以下几个方面：1、土壤碳储量和碳转化率的分布特征和影响因素；2、土壤碳循环与气候变化、人类活动和生态系统的相互关系；3、土壤碳管理的政策制定和实践应用。
然而，目前的研究还存在一些不足之处，如缺乏多学科交叉、研究尺度不够广泛以及碳管理措施不够精准等问题。
研究方法土壤碳循环研究的方法和技术多种多样，包括野外调查、样品采集、实验室分析和数据统计等。
野外调查主要是通过实地观测和测量，获取土壤类型、气候、植被和土地利用方式等环境因素的数据。
样品采集包括采集土壤样品、植物样品和气象数据等。
实验室分析主要包括有机碳和无机碳的测定、微生物生物量的测定和土壤呼吸速率的测定等。
数据统计主要是利用统计学方法对获取的数据进行分析和处理，以揭示土壤碳循环的内在机制和过程。
国内外碳汇研究的特征脉络与展望
国内外碳汇研究的特征脉络与展望国内外碳汇研究的特征脉络与展望一、引言碳汇是指通过吸收和储存二氧化碳等温室气体来减少大气中温室气体浓度的过程。
在全球变暖和气候变化问题日益突出的背景下，碳汇研究成为了一个重要的领域。
本文将从国内外碳汇研究的特征脉络和展望两个方面进行探讨。
二、国内碳汇研究的特征脉络1.政策支持：中国政府高度重视碳汇研究，在《巴黎协定》等国际协议的推动下，出台了一系列支持碳汇发展和应对气候变化的政策措施。
2.生态系统碳储量：国内碳汇研究主要关注生态系统中的碳储量和流动。
通过调查和监测不同类型生态系统（如森林、湿地等）中的植被生物量和土壤有机质含量，估算其对温室气体吸收与释放的贡献。
3.技术创新：国内碳汇研究积极推动技术创新，开展了碳汇监测与评估技术的研发，包括遥感技术、地理信息系统等，提高了碳汇研究的准确性和效率。
4.碳交易市场：随着碳排放权交易市场的建立，国内碳汇研究也逐渐关注碳交易市场的运行机制和影响因素。
三、国外碳汇研究的特征脉络1.区域差异：不同国家和地区的碳汇研究存在一定差异。
发达国家更加注重生态系统中的碳储量与流动，而发展中国家更加关注经济发展与减排目标之间的平衡。
2.多学科交叉：国外碳汇研究涉及多个学科领域，如生态学、地理学、经济学等。
通过跨学科合作，实现了对碳汇过程和机制的深入理解。
3.社会参与：在国外，社会组织和公众参与到碳汇研究中起到了重要作用。
通过社会调查和公众参与活动，提高了碳汇研究的社会认可度和实施效果。
四、国内外碳汇研究的展望1.加强数据共享：未来，国内外碳汇研究需要加强数据共享和开放，建立统一的数据平台，促进不同研究机构之间的合作与交流。
2.提高技术水平：随着科技的不断发展，国内外碳汇研究需要不断提高技术水平，探索新的监测与评估方法，以提高研究结果的准确性和可信度。
3.加强政策支持：政府在碳汇研究中的支持至关重要。
未来需要进一步完善相关政策法规，鼓励企业和个人参与碳交易市场，并提供相应的经济激励措施。
陆地和海洋生态系统碳循环研究最新进展
陆地和海洋生态系统碳循环研究最新进展近年来，随着全球气候变化问题的日益凸显，生态学领域对于陆地和海洋生态系统中的碳循环过程的研究也越发重要。
陆地和海洋生态系统不仅是碳循环的重要组成部分，也是地球生态系统的重要调节者。
在这篇文章中，将介绍陆地和海洋生态系统碳循环研究的最新进展。
首先，我们从陆地生态系统的角度来看。
陆地生态系统中碳循环的过程主要包括植物光合作用，植物呼吸和腐殖质分解。
最新的研究表明，全球变暖对陆地生态系统中的碳循环过程产生了显著影响。
随着气温升高，植物的生长季节延长，植物呼吸增加，导致植物对大气中的二氧化碳吸收减少。
同时，全球变暖还加剧了地表土壤的碳分解速率，导致土壤中的有机碳释放到大气中增加。
此外，研究还发现，植被类型的变化和人类活动对陆地生态系统的碳循环也产生了影响。
例如，森林砍伐和土地利用变化导致土壤有机碳的丧失，进一步增加了碳排放。
海洋生态系统中的碳循环过程也备受关注。
海洋是地球上最大的碳汇之一，通过吸收和贮存大量的二氧化碳来调节全球气候。
然而，最近的研究表明，人类活动对海洋生态系统的碳循环产生了不利影响。
海洋温度上升和酸化加剧导致浮游植物的生理活动受到抑制，从而减少了二氧化碳的吸收。
此外，海洋生态系统中藻类和浮游动物的死亡会导致大量有机碳向海底沉积，并在长时间尺度上固定碳。
然而，过度捕捞和海洋污染等人类活动破坏了海洋生态系统的稳定性，不利于碳循环过程的顺利进行。
除了以上的研究进展，近年来，科学家们还在陆地和海洋生态系统碳循环研究中采取了一些新的方法和技术。
例如，通过利用遥感数据和全球定位系统（GPS）追踪植被变化和植物碳吸收量，可以更准确地估计陆地生态系统中的碳储量和年碳汇。
此外，引入基因测序和分子生物学技术可以对土壤中的微生物群落和土壤有机碳的分解过程进行研究。
同样地，利用海洋观测站点和遥感技术可以监测海洋生态系统中的碳吸收和释放。
总结起来，陆地和海洋生态系统碳循环的研究取得了一些重要的进展。
土壤碳循环研究进展及干旱区土壤碳循环研究展望_1
土壤碳循环研究进展及干旱区土壤碳循环研究展望许文强1，陈曦1，罗格平1，蔺卿2（1中国科学院新疆生态与地理研究所，荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆乌鲁木齐830011；2新疆水利厅，新疆乌鲁木齐830000）摘要：土壤碳库动态及其驱动机制是陆地生态系统碳循环与全球变化研究的热点问题之一。
随着各国对《京都议定书》的重视，农业土壤碳库变化及其“源汇效应”研究不断加强，但以往研究土壤碳循环主要是针对有机碳，较少考虑无机碳的作用和地位，干旱区土壤无机碳储量巨大，其在区域碳循环过程中的贡献日益显著，这使得干旱区土壤碳循环研究必须同时考虑土壤有机碳和无机碳的行为。
国内外关于农业土壤有机碳动态的研究主要围绕农业土壤有机碳储量、固碳潜力等问题展开，研究区多为湿润、半湿润地区；国际上对农业土壤无机碳动态的研究主要集中在干旱区土地管理措施对土壤发生性碳酸盐碳的形成与转化方面，研究方法以稳定同位素技术为主，但目前关于中国干旱区农业土壤无机碳动态的研究还较为薄弱。
因此，应加强干旱区绿洲土壤碳循环研究，深入分析干旱区绿洲土壤碳的“源/汇效应”；探讨土壤无机碳动态变化的机理。
关键词：土壤有机碳；土壤无机碳；土壤碳“源/汇”；稳定同位素；干旱区绿洲中图分类号：S153文献标识码：A文章编号：1000－6060（2011）04－0614－07（614 620）土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库，土壤碳库动态及其驱动机制研究是陆地生态系统碳循环及全球变化研究的重点和热点之一，也是全球碳计划（GCP）、全球气候研究计划（WCRP）等一系列全球变化研究计划的核心问题之一〔1－4〕。
近年来，随着各国对《京都议定书》的重视，农业土壤碳库变化及其“源/汇”效应研究不断加强〔5－7〕。
土壤碳包括有机碳和无机碳，其中无机碳主要指存在于干旱土壤中的碳酸盐碳，由岩生性碳酸盐（Lithogenic Carbonate）碳和发生性碳酸盐（Pedogen-ic Carbonate）碳组成，而发生性碳酸盐在形成过程中可以固存大气CO2，其形成与周转对干旱区碳循环具有重要影响〔8－11〕。
干旱荒漠区土壤碳循环研究进展与展望
荒漠 区土壤碳 的分布 、土壤 碳 通量过 程 、影响 因素等 方 面 的研 究现 状 进 行 系统 总结 的基 础 上 ，指 出
当前仍 存在 诸如 荒漠 土壤 固碳 机理 、碳 转移 和 归宿 、多尺度 荒 漠生 态 系统碳循 环 以及 荒漠 生 态 系统
对 气候 变化 的响 应过 程与机 理 等方 面 的不足 ，需要 对 这 些科 学 问题做 进 一 步的深入 研 究 。 同时 ，非
４． ｎ’ａｎ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗ ａｔｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓａｔｉｏｎ Ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｕｂ－Ｓｔａｔｉｏｎ ，Ｙａｈ＇ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ ７１６０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｒｇｅ ａｒｅａ ｏｆ ａｒｉｄ ｄｅｓｅｒｔｓ ｉｓ ａｎ ｉｍ ｐｏｒｔａｎｔ ｃａｒｂｏｎ ｐｏｏｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅ ｉｎ ｔｈｅｓｅ ａｒｅａｓ ｉｓ ａｌｓｏ ａ ｋｅｙ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｍ ｐａｃｔｉｎｇ ａｔｍ ｏｓｐｈｅｒｉｃ ＣＯ２ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｌｏｂａｌ ｃｈａｎｇｅ．Ｕ ｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅ ｈａｓ ｉｍ ｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｇｌｏｂａｌ ｃａｒｂｏｎ ｂｕｄｇ— ｅｔ．Ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｒａｔｉｏｎａｌ ｕｔｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗ ａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｏｉｌ ｃａｒｂｏｎ ｆｌｕｘ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ａｒｉｄ ｄｅｓｅｒｔ ｒｅ— ｇｉｏｎｓ ｗ ｅｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｔｉｃａｌｌｙ ｒｅｖｉｅｗ ｅｄ．Ｉｔ ｗ ａｓ ｄｅｍ ｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｒｅ ｎｏｔ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｎ ｓｏｉｌ ｃａｒ— ｂｏｎ ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ ｓ，ｃａｒｂｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ，ｍｕｌｔｉ—ｓｃａｌｅ ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅ ｉｎ ｄｅｓｅｒｔ ｅｃｏｓｙｓ— ｔｅｒｎ ，ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｄｅｓｅｒｔ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｃｌｉｍ ａｔｅ ｃｈａｎｇｅ，ａｎｄ ｅｔｃ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｓｅ ｉｓｓｕｅｓ ｎｅｅｄ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ．Ｍ ｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ｎａｔｉｏｎａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｌｕｘｅｓ ｆｏｒ ｄｅｓｅｒｔ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｍａｎａｇｅｍ ｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｄｅｓｅｒｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｒｉｄ ｄｅｓｅｒｔ； ｓｏｉｌ ｃａｒｂｏｎ； ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅ； ｃａｒｂｏｎ ｌｅａｃｈｉｎｇ； ｐｒｏｇｒｅｓｓ
中国森林生态系统碳循环研究进展
中国森林生态系统碳循环研究进展谭外球;王荣富;闫晓明;何成芳;朱鸿杰;洪玲【期刊名称】《湖南农业科学》【年(卷),期】2013(000)011【摘要】森林生态系统碳循环及其管理是全球变化研究的重要课题,同时也是人类维持全球生态系统的物质循环、能量流动和自然资源循环再生的一个重要生态学途径.在分析当前中国森林生态系统碳循环研究内容、基本特征,并与中国其他典型生态系统碳循环研究进行比较的基础上,阐述了森林碳循环在全球碳循环及气候变化研究中的重要地位和作用,介绍了全球碳循环研究的新方法,并讨论了当前研究存在的问题及研究的前景.【总页数】4页(P65-68)【作者】谭外球;王荣富;闫晓明;何成芳;朱鸿杰;洪玲【作者单位】安徽农业大学资源与环境学院,安徽合肥 230036;安徽农业大学资源与环境学院,安徽合肥 230036;安徽省农业科学院农产品加工研究所,安徽合肥230031;安徽省农业科学院农产品加工研究所,安徽合肥230031;安徽省农业科学院农产品加工研究所,安徽合肥230031;安徽省农业科学院农产品加工研究所,安徽合肥230031【正文语种】中文【中图分类】Q14【相关文献】1.中国森林生态系统碳储量及其影响因素研究进展 [J], 杨晓菲;鲁绍伟;饶良懿;耿绍波;曹晓霞;高东2.中国森林生态系统服务功能价值评估研究进展与趋势 [J], 郭志新;杨海燕;袁良济3.中国森林生态系统细根分解格局及调控因子研究进展 [J], 许玉庆;项文化;曾叶霖;谢武4.模拟大气氮沉降对中国森林生态系统影响的研究进展 [J], 鲁显楷;毛晋花;张勇群;王玉芳;黄娟;莫江明;张炜;毛庆功;刘荣臻;王聪;王森浩;郑棉海;MORI Taiki5.中国森林生态系统性状与功能研究进展 [J], 无因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
陆地碳循环研究进展
陆地碳循环研究进展一、本文概述随着全球气候变化问题的日益严峻，陆地碳循环研究已成为地球科学研究领域的热点之一。
本文旨在综述近年来陆地碳循环研究的最新进展，包括碳源、碳汇、碳通量及其影响因素等方面的研究。
通过系统地梳理和分析相关文献，本文旨在揭示陆地碳循环的内在机制，评估其对全球气候变化的响应与反馈，为应对气候变化和制定碳减排政策提供科学依据。
本文将首先介绍陆地碳循环的基本概念和研究背景，阐述其在全球碳循环中的重要地位。
接着，从碳源和碳汇的角度，分别探讨植被、土壤和大气等陆地生态系统中碳的循环过程及其影响因素。
在此基础上，本文将重点关注近年来关于陆地碳通量、碳储量和碳循环动态变化的研究，分析这些变化对全球气候变化的潜在影响。
本文将对未来陆地碳循环研究的方向和挑战进行展望，以期为推动全球碳循环研究的深入发展提供参考。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面、系统的了解陆地碳循环研究进展的视角，为应对全球气候变化和促进可持续发展贡献智慧与力量。
二、陆地碳循环的基本过程陆地碳循环是地球碳循环的重要组成部分，涉及大气、植被、土壤和水体等多个系统之间的碳交换和转化过程。
其基本过程主要包括光合作用、呼吸作用、分解作用以及碳的输入输出等。
光合作用是陆地碳循环的起点，通过绿色植物的光合作用，大气中的二氧化碳被转化为有机碳，固定在植物体内。
这一过程是陆地生态系统生产力的重要体现，也是全球碳循环中最重要的碳汇之一。
呼吸作用则是碳从有机体释放回大气的过程。
植物和动物通过呼吸作用将体内的有机碳分解为二氧化碳和水，从而释放碳回到大气中。
植物根系和土壤微生物的呼吸作用也是土壤碳释放到大气的重要途径。
分解作用主要由土壤中的微生物完成，它们将死亡的植物和动物残体分解为二氧化碳和水，以及形成稳定的土壤有机碳。
这一过程对于维持土壤碳库的稳定和减缓大气二氧化碳浓度的上升具有重要意义。
除了上述基本过程外，陆地碳循环还包括碳的输入输出过程。
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第19卷第1期2004年2月地球科学进展ADVANCE IN EARTH SCIENCESVol.19 No.1Feb.,2004文章编号:1001-8166(2004)01-0120-11中国区域碳循环研究进展与展望戴民汉1,翟惟东1,鲁中明1,蔡平河1,蔡卫君2,洪华生1(1.厦门大学海洋环境科学教育部重点实验室环境科学研究中心,福建 厦门 361005;2.美国乔治亚大学海洋科学系,阿森斯 乔治亚 30602)摘 要:中国陆地和海洋生态系统的区域碳循环在全球碳循环过程中占有重要地位。
目前,中国陆地生态系统在全球碳循环中的地位和作用已有比较深入的研究,而中国边缘海系统碳循环研究相对薄弱。
简要回顾中国碳循环(以现代过程的描述为主)的研究动态,重点阐述中国边缘海碳循环研究概况及CO2的海—气交换、有机碳循环、颗粒有机碳的输出、河流的输运等海洋碳循环过程的关键科学问题。
在汇总补充及数据更新的基础上勾画了中国区域碳循环框架。
我们认为,中国的区域碳循环过程尚有诸多未知量和不确定性,缺乏把陆、海、气作为一个系统的综合研究,海洋生态系统碳循环研究尤其需要加强。
中国边缘海的碳循环研究应当围绕CO2的汇源过程这一碳循环的中心问题,深入开展边缘海碳的生物地球化学及其与大气CO2的耦合作用等方面的研究。
关 键 词:碳循环;CO2;海洋生物地球化学;边缘海;中国中图分类号:P736.4 文献标识码:A 工业革命以来,化石燃料燃烧等人类活动已经显著地改变了全球碳循环,突出地表现为大气CO2的平均浓度从过去42万年中的180～300μL/L[1]上升到目前的370μL/L[2,3]。
大气CO2时空变化受控于由海洋碳酸盐体系驱动的溶解度泵和浮游生物驱动的“生物泵”过程,以及大气CO2与陆地植被光合/呼吸作用的相互作用,因此,对CO2的研究涉及全球碳循环的系统过程[4]。
过去的10年中,我们对碳循环的了解已有长足的进展。
如目前的观测结果[5]证实了以往仅用模型展示的海洋作为碳汇的量级,直接检测到的海水中无机碳量的增加[6,7]亦证实了以往用放射性碳核素所观测到的结果。
放射性和稳定同位素的应用为全球碳循环研究提供了强有力的工具;森林的统计和植被遥感的研究表明北半球陆地是显著的碳汇[8]。
最近全球海洋通量联合研究根据最新数据更新了1995年IPCC绘制的全球碳循环箱式框图(图1)[9]。
但迄今为止,碳循环研究存在诸多不确定性,如我们依然难以定量表征由农业化、森林砍伐等人类活动所导致的全球效应[10];对陆架边缘海是大气CO2的源或汇也依然在争论之中[9,11,12];对CO2海—气交换,碳在海洋真光层、深海的迁移转化,以至最终输出到沉积物的埋藏过程和速率仍认识模糊;对El Niño等一些气候变异的影响也不甚了解。
查明大气CO2的源、汇的量级与机制,有助于了解人为CO2在当前全球变化背景下的归宿,不仅具有重大的科学意义,也将为人类调控全球气候变化提供重要理论基础,还对全球人类活动及各国制定经济和社会发展战略具有指导意义,而且对国家环境外交政策的制定也有重要参考价值。
中国人口众多,近来经济发展迅速,我国在1995年的化石燃料等能源的生产和消耗均已占世界的10%[13],到了2000年,我国因化石燃料燃烧所 收稿日期:2002-01-19;修回日期:2003-09-18.＊基金项目:国家自然科学基金项目“南海北部海气CO2通量与上层生物地球化学过程的相互作用”(编号:40176025);国家重点基础研究发展规划项目“地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录”(编号:G2000078500)资助. 作者简介:戴民汉(1965-),男,浙江人,教授,主要从事海洋生物地球化学研究.E-mail:mdai@图1 碳在全球诸储库间的年平均通量[9](109t C/a)Fig.1 A verage annual fluxes between global carbon pools方框中左边数字为储量(109t C),右边括号中数字为平均每年因人为输入导致的增加量(109t C/a)排放的CO2已达0.73Gt C,占全球排放量的10.6%[14],中国的碳循环问题也因此日益受到国际社会的关注。
此外,中国地域广大,自然地域类型多样,陆地和海洋的生态系统受季风驱动,受到青藏高原和西太平洋暖池这两个重要的地球气候系统驱动力的直接调制,区域碳循环过程与全球变化的相互作用十分突出。
中国的江河资源丰富但受人类扰动的程度也非常剧烈,长江、黄河、珠江等大河流系对全球碳循环也有显著影响。
本文将简要回顾碳循环在中国的研究动态以及所涉及到的尚未确定的过程,注重探讨的是碳循环的现代过程,提出我国进一步进行碳循环研究之浅见,重点阐述中国边缘海的碳循环研究动态和深入开展研究的思路。
1 中国陆地生态系统碳循环中国陆地生态系统在全球碳循环中的地位和作用已有比较深入的研究。
方精云等[15]通过定量研究陆地植被碳库和土壤有机碳库,初步建立了以1991年为基础的中国陆地系统碳循环模式[16],但这一结果尚有争议,不少数据也已更新。
1.1 中国的CO2排放据研究[14],中国因化石燃料使用所排放的CO2在1996年达到最高,相当于0.805×109t C/a,以后有所下降,2000年为0.734×109t C/a;水泥生产造成的CO2排放已升高为0.0816×109t C/a;生物量燃烧的量约为0.175×109t C/a。
此外,按照方精云等[16]的计算方法,目前中国的人体呼吸相当于0.102×109t C/a。
1.2 大气C O2库1989年在青海海拔3816m的瓦里关山顶建立了世界上第一个内陆高原型的全球大气背景监测站,作为世界气象组织全球大气监测网22个全球基准站之一,1991年以来每周采集烧瓶空气样品送美国国家海洋大气管理局气候监测与诊断实验室(NOAA/CMDL)分析CO2等气体组分,并由美国科罗拉多大学的稳定同位素实验室(CU-IINS TAAR)分析δ13C和δ18O。
10年来瓦里关站的时间序列资料清晰地反映出北半球中高纬度地区大气CO2浓度及其δ13C与全球平均水平大体一致的周期性季节波动及长期变化趋势,大气CO2平均浓度已从1991年的355.2μL/L升高到2000年的369.5μL/ L[3,17]。
为了全面评价人类活动对不同地区温室气体区域背景浓度及其变化趋势的影响,“八五”期间在中国大陆从南到北分别设立了华南鼎湖山站、华北兴隆站和东北长白山站,与基准站瓦里关站一起,在统一采样和观测设备、统一监测和分析操作规范、统一标准气体的基础上,1993—1994年开始对当地大气中CO2等指标定期或连续采样、分析[18,19]。
121第1期 戴民汉等:中国区域碳循环研究进展与展望 大气CO2的分析方法是非分散红外或气相色谱—氢火焰离子检测器,在瓦里关站实现了2种方法同时现场连续测量[17],以非分散红外观测系统具有较高的自动化程度、良好的稳定性和CO2浓度响应特性[20,21]。
监测表明,华南、华北地区大气CO2平均浓度比瓦里关站高23.2μL/L和2.4μL/L[19],说明这两个地区人类活动对大气本底影响明显,尤以华南地区影响更加显著,对各大气背景浓度监测站的CO2年变化幅度的分析也有类似结果[19]。
1.3 陆地生态系统碳库根据方精云等[15]的结果,中国陆地植被的总碳量仅为6.1×109t C,而土壤有机碳库则高达185.7×109t C,其中21%分布在青藏高原;而Ni[22]根据1982年出版的基线植被分布图和不同作者对各种类型植被单位面积上生物量碳密度及土壤碳密度的估计,给出了中国植被、土壤中碳储量的3种水平的估计,中国陆地生态系统碳储量最低水平估计为120.47×109t C,最高水平为189.23×109t C,中位水平为154.99×109t C。
按照中位水平估计,中国陆地植被生物量合计为35.23×109t C,土壤有机碳库为119.76×109t C(表1)。
Ni也认为草地、疏林和灌丛、高山植被等植被类型的土壤有机碳库在碳储存方面的作用十分显著,其结果对植被、土壤碳储量比例的估计比方精云等的更接近世界平均水平,但根据其方法估计的中国森林生物质碳储量比最近国内其他学者估计的[23～25]高2～3倍。
王效科等[23,24]以各林龄级森林类型为统计单元,得出中国森林生态系统的植物C储量为3.26×109～3.73×109t C,同时发现中国森林生态系统植物碳密度与所在省份的人口密度显著负相关[23]。
方精云等[15,25]对中国森林碳库的研究则是基于对储量与生物量之间关系的研究计算的所谓“材积源生物量”[15],他们认为基于文献调研资料得到的平均生物量,计算结果可能比实际高[15]。
王绍强等[26]比较了对中国森林植被碳储量的不同研究,认为导致植被碳储量估算出现较大差异的一个重要原因是对中国陆地生态系统自然植被类型划分上的不同引起的面积差异。
将Ni[22]的结果中对森林生物质碳的估计修订为方精云等[25]的结果,中国陆地植被生物质碳储量为24.02×109t C。
李克让等[27]应用0.5°网格分辨率的气候、土壤和植被数据驱动的生物地球化学模型估算了当前中国植被和土壤的碳储量,结果表明,中国陆地生态系统植被和土壤总碳储量分别为13.33×109和82.65表1 中国各类陆地植被的碳储量(Ni2001的中位估计)[22]Table1 Carbon storage in the terrestrialecosystems of C hina植被类型面积总碳储量生物质碳土壤有机碳104km2109t C109t C109t C 森林112.0331.7515.9615.80疏林和灌丛216.3737.509.4528.05草原58.547.490.726.76温带荒漠83.825.700.505.20冻原和高山植被202.0937.021.9535.07湿地33.194.950.874.08作物183.4630.555.7424.80戈壁、流石滩70.150.010.020.01总计959.65154.9935.23119.75×109t,这与我们采用的数据———植被碳储量24.02×109t C和土壤碳储量119.76×109t C是接近的。
1.4 中国陆地生态系统在全球碳循环中的作用方精云等[16]研究得出中国陆地植被净生产量是2.33×109t C/a,每年产生1.48×109t C的凋落物,提供0.224×109t C的粮食和0.0209×109t C 的木材,以及生物质燃料,而且他们认为扣除土壤呼吸、生物质燃烧、人体呼吸等因子,中国陆地生物圈系统是一个CO2源,每年向大气释放0.44×109t C 的CO2,如果考虑化石燃料的使用,则中国大陆每年向大气净释放量相当于全球总释放量12.8%～21.8%的CO2;王庚辰[28]利用其他研究结果修订了上述碳循环模式的数据,认为中国陆地植被系统是一个CO2的弱汇,每年可吸收相当于0.24×109t C 的大气CO2,但如果考虑化石燃料燃烧等人为活动的影响,则中国是一个源,每年向大气排放相当于0.57×109t C的CO2。