北河以北

旁听中科院碳汇论坛

文/宋春林

在一个老师的提醒下,听了中国科学院学部科学与技术前沿论坛之“陆海统筹研发碳汇”系列讲座。有点惭愧,在此之前,我头脑里从来没有“碳汇”这个概念,这次讲座算是开了眼界。

由于堵车,我去的时候焦念志院士已经在讲了,他做的是一个提纲挈领式的总体报告,主要内容如下:

海洋碳汇是全球碳汇的重要组成部分。海洋由于其巨大的面积和平均深度,在碳吸收上一点微小的变化,都会对全球碳通量产生巨大影响,目前认为海洋吸收的碳量大大超过陆地。据统计,海洋吸收碳的能力是大气的50倍,是陆地生态系统的20倍。

研究显示,世界各大河流的河口地区是碳源,这里的碳是来自呼吸还是别的什么,目前还不清楚,有待研究。 陆海统筹研究碳汇是我国目前急需开展的课题,美国、欧洲、日本、澳大利亚等国家在这方面已经走在我们前面。

由于人类工农业生产和森林砍伐产生的碳(83亿吨/yr和10亿吨/yr)有以下几个去向:大气43亿吨(46%)、陆地26亿吨(28%)、25亿吨(26%)。

中国农田的施肥量很大,由此产生的碳一部分排向大气,一部分随着水土流失进入海洋。

他提了一个观点:固碳不等于碳汇。这个还需要以后看文献慢慢理解。

第二个开讲的是方精云院士,他做了陆地生态系统碳收支的主题报告,这个是与我的研究方向水碳耦合比较相关的。

首先是背景介绍:

海洋和陆地碳汇均在增加,但是有区别:陆地碳汇变化波动大,因而更复杂;海洋碳汇则波动较小。

1990年以前的研究认为陆地为碳源,但在1990年发表在Science上的研究成果表明有大量的碳被陆地生态系统所吸收,这是关于全球碳汇一个里程碑式的转折点。

2001年PacalaFang分别对北美和中国研究表明,由于陆地上的森林恢复和造林运动,北美和中国的陆地生态系统均表现为显著的碳汇。其中,北美的森林可以抵消其化石燃料燃烧排放碳的20-40%,中国陆地森林生态系统可以抵消化石燃料产生碳的比例稍小。中国的工作后来得到进一步完善(Fang et al.,2007Piao et al.,2009),初步结论是:中国陆地植被碳汇抵消了化石燃料排放的14-16%;如果采用模型并包含土壤,则高达28-37%。

2003年欧洲相关的研究表明,陆地森林生态系统可以抵消化石燃料产生碳的7-12%。

2011年Pan et al.针对Dixon et al.的工作重新评估了全球森林的碳收支,核心结论为:热带森林的碳收支处于平衡状态,这改变了以往热带森林是大气CO2主要释放源的观点;森林构成陆地碳汇的最主要部分,其他类型生态系统的碳汇作用较小。

由此我想到了一些问题:在森林生态系统尺度上,水分对其碳汇功能有何影响,具体机制是怎样的?扩展到全球森林生态系统尺度,又如何影响?

准确估算碳汇,需要按照不同的类型进行估算。原因在于:(1)不同生态系统的固碳组分(植被/土壤/残体)、途径、机制不同,难以用用Universe的模型去估算。如:森林的碳储量集中在生物量,而草地和农田则主要在土壤;(2)同一类型的生态系统,其碳储量分配也相差甚远。不同森林类型,其碳汇组分变化:北方森林各部分差异不大;温带森林以生物量为主,土壤次之;热带雨林以生物量为绝对优势,土壤可以忽略不计。

方院士的一个新观点:热带雨林由于其丰富的光热和水分,毁林后常常会迅速(3-5年)生长起来,这种生长本身就是一种固碳过程。这部分的固碳量,目前还没有被考虑到森林碳汇中去。

其次,介绍陆地碳汇的现状与潜力。

森林生态系统,计算方法是连续生物量换算因子法:BEF=a+b/x,x为树干蓄积或生物量,针对同一森林类型a和b是常数。该方法从数学上可以得到严密的证明;实现由样方调查到区域和全国的尺度转换;广泛应用到从温带到热带的各种森林类型中。总体来说(全部森林),面积变化和森林生长对碳汇的贡献分别占60%和40%;而对于人工林,则分别占58%和42%,天然林则为13%和87%。由此方法预测,到2050年,中国现有森林碳汇量将增加3.8PgC至10.2PgC,新造森林碳汇量增加2.9PgC,合计增加碳汇6.7PgC,增长强度为0.16PgC/a。

灌丛生态系统碳汇估算方法是:(1)建立11种主要灌丛类型平均地上生物量(\(kg/m^{2}\))和MODIS EVI(250m)的关系;(2)利用2000-2012年MODIS EVI(250m)数据和灌丛植被的分布数据,计算每年各灌丛类型的地上生物量;(3)利用地上生物量和地下生物量的关系,推算地下生物量,从而得到最近13年我国灌丛生物量碳储量及其变化。

草地生态系统,以生物量调查、土壤样品、土壤普查数据和遥感数据为基本数据来源,最终得出结论:草地生态系统为中性碳汇。

最后,问题与思考:

目前土壤碳汇、碳汇的具体机制和陆地碳汇的潜力尚不清楚,地表有机碳再分配问题也值得研究。

想起最近看到的一则新闻:我国科学家证实荒漠盐碱土能够大量吸收二氧化碳,并发现它们的“最终归宿”是干旱地区地下咸水层。也就是说,荒漠盐碱土也是陆地碳汇的一个重要组成部分。

接下来是于贵瑞研究员做的陆地生态系统碳交换通量空间格局及其生物地理生态学机制的主题报告。该报告主要研究命题为:

全面评价我国陆地碳汇全组分及其时空格局和影响机制;生态系统碳汇对全球变化的响应机制;我国陆地碳汇潜力及其释宪案途径;陆-河-海系统的碳输运过程及再分配;我国陆地碳汇的预测及减排意义。此外,介绍了中国通量观测的现状进展。

碳汇陆海统筹的现状、机制和预测潜力示意图: fig

问题:陆地生态系统碳通量空间格局特征如何?陆地生态系统碳通量空间格局决定因子有哪些?碳通量组分空间格局间的耦联关系?碳通量空间格局的生物地理机制?区域尺度陆地生态系统碳收支的综合评估?

观点:碳通量具有纬度地带性和垂直地带性。

张廷军教授关于多年冻土退化与碳循环的报告,要点如下:

  • 多年冻土在退化,表现在温度的升高,活动层厚度的减小,融区的形成,以及季节冻土厚度和面积的减小。
  • 多年冻土退化将导致冻结碳释放,将产生对气候变化的正反馈效应,加速气候变暖。
  • 未来气候模式中需要考虑多年冻土碳循环过程及其对气候的反馈效应。

郭正堂:气候变化与碳循环的关系、碳循环本身的过程和机制、不同气候场景的碳库潜力、区分自然和人为因素对碳汇的贡献。

焦念志院士总结报告:

陆海统筹碳汇研究比较欠缺,是国家急需的科学前沿问题;格局、释放、转移、分配与吸收的过程与机制是基础;针对典型生态系统的情景研究;潜力、历史与预测;要建立检测体系、技术体系和标准体系;下一步就是要加强过程机制研究,为增加碳汇生态工程做好准备。

最后的讨论:

概念与理论:“固碳”vs“储碳”;“碳汇”vs“碳库”

碳汇的质与量:“稳定期”“时间属性”“年龄/储碳周期”

方法与技术:规范、标准体系

陆地-陆水-海洋:有机碳输入、NP输入

古今结合:现代海洋碳汇机制vs地质历史时期碳汇机制

生态工程增汇:增加森林、农田、湿地固碳;增加海洋碳汇BP-MCP储碳

接触到的一些概念:费维扬:CCUS(Carbon Capture, Use and Storage)。碳捕捉主要是是利用化工技术吸收水泥、钢铁、炼油、电力、石化企业排放的二氧化碳;碳利用主要是工业和农业上的运用;碳储藏主要是地质储藏和海洋储藏;蒋高明:生态农场。

一些细节:论坛在中国科学院学术会堂举行,我很喜欢这个建筑,走上去的时候真有一种登上“学术殿堂”的感觉;论坛全程开放,任何人都可以进去听,进门的时候也没有人查看证件;主讲台上的电脑可以投射到每个人座位前面的电脑上,我看到了纯英文Win7系统、Chrome浏览器,百度云盘以及Google Drive,很亲切;免费提供热饮,有咖啡和茶可供选择,很赞。

第一次参加这种高水平的学术论坛,感觉很能开阔眼界,以后还要遇到机会还要参加。

Comments

小蜜蜂: 斜体字看起来不是很舒服啊

宋春林: 确实不太好看。已经更新了引用样式。

Penghui: 大咖云集哈,听过好几次焦的报告,方和于的大名也听过。博主的笔记做得很好哈!

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分类 学术科研  标签 生态学  讲座