中國陸地生態系統碳源/匯整合分析

趙 寧,周 蕾, 2, 莊 杰,王永琳,周 穩,陳集景,宋 珺,丁鍵浠,遲永剛,3,*

1 浙江師范大學地理與環境科學學院, 金華 321004 2 中國科學院地理科學與資源研究所生態系統網絡觀測與模擬重點實驗室, 北京 100101 3 中國科學院地理科學與資源研究所資源與環境信息系統國家重點實驗室, 北京 100101

國家尺度陸地生態系統碳源/匯研究不僅是有效管理溫室氣體與積極應對氣候變化的迫切需要,同時也是地球系統科學與全球變化科學發展的科技任務。陸地生態系統碳庫是地球系統碳庫的重要組成部分,對全球碳循環具有至關重要的作用[1]。陸地生態系統中綠色植物從大氣中吸收二氧化碳(CO2)轉化為有機物,不僅為生態系統中的生物提供生存的能量[2],而且綠色植物能夠大量地從大氣中吸收CO2,有助于減緩氣候變暖[3]。自工業革命以來,大氣中CO2濃度從1750年約277μmol/mol[4]增加到2019年的408μmol/mol[5](https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/)。有研究結果表明,全球陸地生態系統在2007—2017年平均從大氣中吸收碳高達3.61 Pg C /a,相當于工業活動和土地利用變化的人為總碳排放的33.70%[2]。中國陸地生態系統占全球陸地面積的6.40%, 是全球和區域碳循環及其模式研究的重點地區[6- 8],因此,開展中國陸地生態系統碳源/匯研究是國家改進生態系統管理、保障生態安全的急迫需求。

不同研究手段估算的中國陸地生態系統碳源/匯結果差異巨大。最近30年來,估算陸地生態系統碳源/匯及其對氣候變化響應的方法和數據源層出不窮[2],包括聯網觀測[9-10]、國家清查[3, 11- 13]、模型模擬[1, 14-15]和大氣反演[16-17]等。例如,Fang等[11]利用清查資料對1981—2000 年中國森林、草地、農田、灌叢4種主要植被類型的生物量碳匯進行估算,進而討論了整個中國陸地生態系統碳源/匯大小及其動態變化。統計模型[18]、光能利用率模型[19- 21]和生態系統過程模型[1, 8, 22-23]等也被應用到估算區域或者國家尺度陸地生態系統碳源/匯的研究中。Jiang等[17]基于大氣反演估算比較了2002—2008年中國、歐洲與北美陸地生態系統碳匯的大小,并與CarbonTracker 2010的結果等進行比對。Piao等[1]利用清查資料、5個生態系統過程模型、大氣反演對中國陸地生態系統碳源/匯進行了評估。然而,基于不同研究手段估算的中國陸地生態系統碳源/匯結果有一定差異,急需國家尺度的陸地生態系統碳源/匯的整合分析。

中國生態系統研究網絡(CERN)至2019年已成立30周年,依托于CERN的中國陸地生態系統通量觀測研究網絡 (ChinaFLUX) 于2001年正式創建[24]。基于CERN和ChinaFLUX的中國區域陸地生態系統碳循環方面的研究取得了豐碩的成果?！睹绹茖W院院刊》(PNAS) 以專輯形式發表了中國科學院戰略性先導科技專項“應對氣候變化的碳收支認證及相關問題”研究論文,量化了中國陸地生態系統固碳能力的強度和空間分布,并首次在國家尺度上通過數據證明,中國重大生態工程具有顯著的固碳作用[25]。Yao等[9]結合中國及周邊地區46個通量站點的數據,利用機器學習技術將中國境內基于FLUXNET站點觀測的凈生態系統生產力(NEP)擴大到國家尺度,生成了2005—2011年中國陸地生態系統NEP的1km×1km數據集。值此CERN成立30周年之際,本研究通過搜集已發表的關于中國陸地生態系統及其組分碳源/匯的59篇文獻,對比國家清查、生態系統模型模擬、大氣反演3種研究手段,整合分析中國陸地生態系統碳源/匯。本文研究目標是：(1)整合量化基于多手段估算的中國陸地生態系統碳源/匯的大小；(2)比對分析中國陸地生態系統主要植被類型(森林、草地、農田和灌木)的碳源/匯及其隨時間的動態變化；(3)綜述中國陸地生態系統碳源/匯的驅動機制。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本文數據來源于已發表的文獻,其中中文文獻來自中國知網(https://www.cnki.net/),英文文獻來自Web of Science數據庫(http://apps.webofknowledge.com/)。搜索文獻的關鍵詞限定為碳源/匯(carbon source/sink)、碳平衡(carbon balance)、碳循環(carbon cycle)、凈生態系統生產力(Net Ecosystem Production, NEP)、凈生態系統碳交換(Net Ecosystem Exchange, NEE)。搜集的數據主要包括中國陸地生態系統碳源匯(或NEP、NEE)、主要植被類型(森林、草地、農田、灌木)的碳源/匯(或NEP、NEE)以及上述4種植被類型的植被碳源/匯和土壤碳源/匯和相應的研究時間段和研究方法。此外,1960—2010年氣候數據來源于中國氣象數據網(http://data.cma.cn/)逐日氣候站點數據(日最高氣溫、日最低氣溫,日降水量),采用ANUSPLIN軟件[26]插值8km的空間數據庫。由于中國輻射氣象站點較少,所以采用氣象站點日照時數數據,通過太陽總輻射與日照時數的關系,再通過ANUSPLIN 算法插值成8km空間分辨率的每日輻射數據庫[27]。日氣象數據庫整合到年尺度,然后像元平均得到中國每年平均氣溫,總降水量和總輻射數據庫。年均CO2濃度來源于Mauna Loa 觀測站(https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/)。最后根據每10a一個時期匯總氣象數據和CO2濃度數據,與中國陸地碳源/碳匯匹配。

表征陸地生態系統生產力的概念有4個,分別是總初級生產力(GPP)、凈初級生產力(NPP)、凈生態系統生產力(NEP)、凈生態系統碳交換量(NEE)。其中,GPP為綠色植物在一定時間內生產的全部有機物的量；NPP為 GPP減去自養呼吸(即植物呼吸所消耗的能量)；NEP是由一定時間內生態系統GPP減去生態系統總呼吸所得[28],也可以根據NPP減去異養呼吸計算[29]。NEP為正值表明該生態系統在一定時間內對CO2的吸收大于排放,即該生態系統是碳匯,反之為碳源[11]。NEE由生態系統呼吸減去NPP所得,和NEP相比,大小相等符號相反[2]。因此，常用NEP(或NEE)來衡量區域尺度上生態系統碳源/匯的大小[29-30]。

1.2 數據處理

建立中國陸地生態系統碳源/匯數據庫,按照研究方法、研究時間段以及數據來源進行分類匯總。首先,將中國陸地生態系統碳源/匯的研究方法分為3類,即國家清查法、生態系統模型和大氣反演,對中國陸地生態系統整體碳源/匯進行整理與分析。其次,收集中國主要植被類型包括森林、草地、農田、灌木生態系統的總體碳源/匯,查找并搜集這4種植被類型的植被(地上)碳源/匯和土壤碳源/匯的相關資料,進行整合分析。整理文獻發現,研究時間段集中在1960s—2010s之間。因此,本文以10a為間隔,將整合的中國陸地生態系統碳源/匯數據進行時間動態分析,并對中國年均氣溫、降水、輻射和CO2濃度因子的時間動態進行對比分析。

對于清查法、生態系統模型模擬和大氣反演3種方法估算的中國陸地生態系統碳源/匯,本文采用單因素方差分析檢驗不同估算方法之間的差異,并計算3種方法對應的3組數據的變異系數(Coefficient of Variation,CV)來衡量數據的離散程度。采用方差分析比較不同年代、不同植被類型(森林、草地、農田、灌木)的碳源/匯差異。在滿足方差齊次性的前提下進行方差分析以及LSD多重檢驗,顯著性水平P=0.05。本研究采用IBM SPSS Statistic25進行方差分析,基于OriginLab OriginPro 2018C 64-bit平臺進行繪圖。

2 結果

2.1 基于3種方法估算的中國陸地生態系統碳源/匯

匯總3種方法估算的中國1960s—2010s期間生態系統碳源/匯,結果均大于0(圖1),并將搜集得到的數據進行均值處理,結果為(0.212±0.0.031) Pg C/a,說明中國陸地生態系統在這個時間段內總體上是碳匯。其中,基于清查法估算的中國碳匯結果在0.008—0.201 Pg C/a之間,平均值為(0.137±0.032) Pg C/a；基于生態系統模型模擬的碳匯范圍為0.017—0.290 Pg C/a,平均值為(0.138±0.017) Pg C/a；基于大氣反演估算的碳匯結果在0.260—0.966 Pg C/a之間,平均值為(0.441±0.079) Pg C/a。方差分析表明,通過大氣反演方法估算的中國陸地生態系統碳匯顯著大于清查法(P<0.01)和生態系統模型模擬(P<0.01),然而清查法與生態系統模型模擬的估算值之間差異不顯著(P=0.98),這表明生態系統模擬的碳源/匯和清查數據獲得的中國陸地生態系統碳源/匯具有一致性。本文發現,收集的三種方法估算的碳匯數據變異系數均較大,在0.5—0.6之間,說明模型模擬、清查法以及大氣反演三組數據的變異程度較大。

圖1 不同方法估算的中國陸地生態系統碳源/匯結果對比Fig.1 Comparison of the carbon source/sink of terrestrial ecosystem in China by different methods圖中n為搜集到的樣本數；箱型圖上方的字母(a, b)代表方差分析的結果,在顯著性水平為0.05時,不同字母表示對應的兩組數據有顯著差異,反之差異不顯著

2.2 中國陸地生態系統4種植被類型碳源/匯

根據搜集到的數據可以看出中國陸地生態系統森林、草地、農田、灌木4種主要植被類型的碳源/匯的平均結果大于0,即中國森林、草地、農田、灌木4種生態系統在1960s—2010s期間總體上為碳匯(圖2)。其中,森林生態系統碳源/匯范圍為-0.122—0.540 Pg C/a,平均值為(0.101±0.023) Pg C/a；草地生態系統碳源/匯范圍為-0.004—0.084 Pg C/a,平均值為(0.032±0.007) Pg C/a；農田生態系統的碳源/匯范圍為-0.002—0.120 Pg C/a,平均值為(0.043±0.010) Pg C/a；灌木生態系統范圍為0.001—0.061 Pg C/a,平均值為(0.028±0.010) Pg C/a (圖2)。森林生態系統碳匯約為草地碳匯的4倍,4種植被類型中森林碳匯的變異程度最大(>1),其次是灌木,草地和農田次之。

2.3 中國陸地生態系統主要植被類型的植被與土壤碳源/匯

在森林生態系統中,植被碳匯的平均值為(0.094±0.010) Pg C/a (圖2),而土壤碳匯平均值為(0.038±0.013) Pg C/a (圖2),森林生態系統中植被碳匯為土壤碳匯的兩倍多。在草地生態系統中,植被碳匯平均值為(0.005±0.001) Pg C/a (圖2),土壤碳匯平均值為(0.017±0.005) Pg C/a (圖2),草地生態系統土壤碳匯約為植被碳匯的3倍。在農田生態系統中,植被碳匯的平均值約為0 Pg C/a (圖2),接近中性,土壤碳匯平均值為(0.017±0.005) Pg C/a (圖2),由此可見,雖然農田生態系統整體是一個碳匯,但是農田生態系統土壤碳匯遠大于植被碳匯。在灌木生態系統中,植被碳匯平均值為(0.025±0.005) Pg C/a (圖2)、土壤碳匯平均值為(0.026±0.014) Pg C/a (圖2),可以看出灌木生態系統的植被與土壤的固碳能力相當。然而,整體上土壤碳匯的變異系數比植被碳匯較高(圖2),由于農田植被碳匯的研究較少(僅有一個樣本),不能進行統計分析,沒有計算變異系數。與森林植被碳匯和灌木植被碳匯相比,草地植被變異系數較高(圖2),與森林生態系統總碳匯(圖2)情況相反。

圖2 中國主要植被類型碳源/匯Fig.2 Carbon source/sink of major vegetation types in China(where n is the number of samples圖中n為搜集到的樣本數

2.4 中國陸地生態系統主要植被類型碳源/匯隨時間的動態變化

中國陸地生態系統4種植被類型在1960s—2010s期間為碳匯且隨時間在整體上呈增加的趨勢,特別是進入2000s,4種生態系統的碳匯都顯著增加,草地除外(圖3)。具體表現為,森林生態系統從1960s的(0.033±0.029) Pg C/a增加到2000s的(0.168±0.036) Pg C/a (圖3)。但是,在1980s期間內森林生態系統對CO2的吸收顯著減少,隨后1990s上升,到2000s中國森林生態系統碳匯較1960s有顯著增加。相比森林來說,中國草地生態系統的在研究期間內沒有顯著的增加;但是方差分析結果顯示2000s相比1960s—1970s有輕微顯著的上升(P=0.057),從數值上看草地生態系統1960s的碳匯為(0.003±0.008) Pg C/a,2000s 的碳匯為(0.036±0.015) Pg C/a (圖3)。作為受人類活動影響較大的生態系統,農田生態系統的碳匯從1960s的(0.001±0.016) Pg C/a增加到2000s的(0.050±0.020) Pg C/a。灌木生態系統從1960s的(0.003±0.001) Pg C/a增加到2000s的(0.027±0.017) Pg C/a。

在1960—2010年期間,中國區域的年均溫在9—10°C之間,隨時間呈上升的趨勢。年降水在時間上與氣溫變化較為一致,進入1980s以后明顯增加。除此之外,年均輻射從1960年(4570 MJ m-2a-1)至2010年間(4480 MJ m-2a-1)有輕微的降低。CO2濃度亦隨時間呈上升的趨勢,從1960年約為320μmol/mol到2010年約為390μmol/mol。

圖3 4種植被類型碳源/匯的時間變化Fig.3 The decadal variation of four vegetation types′ carbon source/sink圖中的誤差線為標準差SD；誤差線上方的字母(a, b, c)代表方差分析的結果,在顯著性水平為0.05時,不同字母表示對應的兩組數據有顯著差異,反之差異不顯著

3 討論

3.1 中國陸地生態系統碳源/匯整合分析

本文通過整合分析發現中國陸地生態系統在1960—2010年間為碳匯,平均每年從大氣中吸收CO2達(0.213±0.030) Pg C (圖1),與美國(1980—1993年間0.04—0.26 Pg C/a)[31-32]以及歐洲(1980—1998年間0.11—0.29 Pg C/a)[33]的陸地生態系統碳匯相當。已有的研究表明,中國陸地生態系統CO2吸收量占全球陸地碳匯的8%—11%[1],是全球陸地生態系統碳匯的重要組成部分[1, 11, 14]。同時,1960—2010年中國主要植被類型的生態系統碳源/匯總體上隨時間呈顯著增加趨勢(圖3)。自20世紀70 年代中期以來,中國的植樹造林和林業管理、草地保護、農作制度改革和保護性耕作等措施發揮了固碳功能,為緩解全球的氣候變暖作出了貢獻[34]。由此可見,雖然中國是世界上最大的碳排放國,但是陸地生態系統從大氣中吸收了大量的CO2,起著強大的碳匯作用[8]。

3種研究手段估算的中國陸地生態系統碳源匯結果差異較大(圖1),主要源于這3種研究方法本身屬性的差異。首先,清查法雖然基于實際數據,但是很難獲得詳細而準確的森林、草地、農田等資源的清查資料。本研究中,搜集到利用清查法進行中國陸地生態系統碳匯估算的研究為6個?；趪仪鍐蔚奶荚?匯估算(即生物量調查法)不僅存在較大的不確定性,而且耗時耗力,僅能計算一定時間間隔內的植被或土壤的平均碳匯,而不是整個生態系統的碳匯,更不能預測陸地生態系統碳匯的未來變化趨勢[1]。其次,生態系統模型能夠描述生態系統功能的時空變化及其對氣候變化的響應機制,是估算區域植被碳源/匯的重要手段[14, 35]。本研究中,基于模型模擬方法進行中國陸地生態系統碳源/匯估算的研究較多,特別是生態系統過程模型、光能利用率模型等被廣泛應用(圖1)。但是,生態系統模型模擬結果的精度高度依賴于模型結構、模型參數和輸入數據的精度,存在著較大的不確定性[14-15, 36]。最后,隨著遙感衛星數據的發展,大氣反演方法根據觀測到的大氣CO2濃度等來優化陸地碳通量估算,可以較好地追蹤區域陸地生態系統碳源/匯的年內和年際變化規律。但是,大氣反演方法受制于CO2觀測點密度和先驗地表碳通量的精度等[37]。因此,目前對中國陸地生態系統碳源/匯的估算具有很大的不確定性,而陸地生態系統碳源匯估算正在向多源數據綜合分析、遙感監測、模型模擬、大氣反演和數據同化綜合集成研究方向發展[36]。

本文的整合結果表明,中國陸地生態系統碳匯和4種植被類型碳源/匯總和不一致。主要原因有,國家尺度和4個生態系統的碳匯均來自與已有研究結果的匯總統計,這些結果并非來自一種估算方法和完全一致的時間段。其次,森林、草地、農田和灌木4種生態系統是我國固碳能力較大的4種生態系統類型,然而事實上中國陸地生態系統還包括濕地、城市等其他各種生態系統,其他生態系統是碳源或者是碳匯在本研究尚無關注。因此,中國陸地生態系統碳匯與森林、草地、農田和灌木4種生態系統類型碳匯的總和不一致。

此外,本文中生態系統、植被和土壤(圖2)的碳源/匯總和有差別,主要是植被和土壤的數據與生態系統是獨立的數據,各來自不同的研究進行匯總,并非求和所得。生態系統和植被、土壤碳匯均為搜集到文獻及其結果的統計值,來自不同的研究。而且整理的每一種生態系統類型的碳源和植被、土壤碳匯均為已有研究的統計值。其次不同研究在對土壤碳匯研究的時候,地下深度不一致。本文匯總生態系統碳匯和植被與土壤碳匯暫沒有考慮這一點,具有一定的誤差。而且由于不同研究估算的碳匯結果有很大的變異性,變異系數普遍較高(圖1,圖2)。

3.2 中國陸地生態系統主要植被類型的碳源/匯

森林生態系統是世界上巨大而持久的碳匯[3],其生物量占陸地生物量的85%—90%,在區域和全球碳循環中起著主導作用。中國森林生態系統碳匯在1960s—2010s期間平均值為(0.102±0.098) Pg C/a,且在1980s以來,中國森林生態系統碳匯水平顯著升高(圖2)。Pan等人[3]根據大規模國家清查數據得出全球森林凈碳匯為(1.1±0.8) Pg C /a,主要位于溫帶地區。同時,1990—2007年間,世界人工林的累積碳蓄積量為73 Pg C,相當于該時期累計化石排放量(126 Pg C)的60%?！毒┒甲h定書》明確建議通過植樹造林增加碳固存[38]。自1970s后期以來,中國啟動了6個關鍵的生態修復工程(分別是三北防護林計劃、長江和珠江防護林項目、天然林保護項目、退耕還林工程、京津沙源治理項目、退耕還草項目),生態修復區域的碳匯有56%是由生態修復工程的實施引起的,實施生態修復項目對中國陸地生態系統CO2的吸收有重大意義[39]。由此可見,中國森林生態系統具有很大的碳匯潛力[40],對中國森林碳源匯進行詳細評估,不僅對國家碳預算至關重要,而且有助于制定有關氣候變化的可持續森林管理政策[11]。

草地生態系統中的土壤碳匯遠大于植被碳匯(圖2)。中國草地生態系統資源豐富,分布范圍廣,約占總土地面積的41.7%[41],是中國最大的陸地生態系統之一,在中國陸地生態系統以及全球生態系統碳循環中有重大的影響[7, 11, 42]。Tao等[6]研究結果表明,在1981—2000年間草地和灌木叢生態系統幾乎占了全國總固碳的四分之三。Fang等[11]利用草地資源清查數據估算出草地生態系統碳庫約為1.15 Pg C,并且草地地下生物量在全部生物量中占很大比重。有研究表明中國草地植被(生物量)碳庫的估算范圍是0.90—4.66 Pg C之間,土壤碳庫估算范圍是12.40—63.44 Pg C,中國草地生態系統碳庫大小為14.50—64.46 Pg C,也就是說草地生態系統中絕大部分的碳存儲于土壤[42]。

農田生態系統碳匯相對較弱,甚至有的學者把農田作為一個中性(neutral)碳匯。Fang等[11]認為,雖然中國農田生物量按0.013—0.143 Pg C /a的速率增加,但是考慮到作物的收獲期短,農作物生物量碳匯效果不明顯,因此把農田生物量碳匯看做中性。然而,近年來的研究結果表明,農田生態系統的碳匯大于0[1, 14, 17, 43]。Xiao等用生態系統過程模型TEM對中國農田生態系統碳匯進行估算,在1999—2002期間碳匯為0.013 Pg C /a。農田生態系統碳匯主要來源于該生態系統土壤碳的累積[13],在未來的50—100a中,全球農業土壤中的固碳可能達到40—80 Pg C[44]。農田生態系統的碳匯估算的不確定性主要是由于農田生態系統受到氣候、大氣CO2濃度、臭氧(O3)、人為管理比如施肥灌溉以及土地覆蓋/土地利用變化等多種因素的綜合影響,其碳循環過程較為復雜,因此農田碳收支的估算精度不高[5, 43, 45-48]。農田生態系統由于易受人類活動的影響,其碳庫是全球最活躍的碳庫[35, 47]。但是,自1980年以來中國農田土壤有機碳連續增加,這說明中國耕地具有巨大的固碳潛力[45]。

灌木是中國分布廣泛的生物群落類型,其土地面積約為中國總土地面積的1/5[1, 7]。近年來有關對中國不同植被的碳匯效應的研究結果表明,灌木生態系統也有很大的CO2吸收能力(圖2),利用遙感綠度信息估算表明,中國20世紀80年代灌木林生物量的凈碳匯量為0.023 Pg C/a,是同期森林碳匯的30%[1]。多種因素比如過度放牧、火災、土壤、氣候影響等作用導致干旱地區/半干旱地區發生的灌木入侵,對灌木生態系統生物多樣性以及碳循環產生了很大的影響[49- 51]。1980s以來中國大規模人工林計劃和灌木叢恢復對碳匯也產生了重要影響,灌木叢恢復被認為是造成碳匯最不確定的因素之一[1]。另外,草原很大一部分受到灌木叢侵襲,對植被覆蓋和物種組成以及草原和灌木碳庫亦具有重大影響。據估計,在美國灌木的“侵蝕”約占碳匯的三分之一[8, 52]。

3.3 中國陸地生態系統碳源/匯的驅動機制

溫度,降水和太陽輻射是影響植物光合作用進而影響生態系統碳匯的三個關鍵氣候因素,通常高溫、充足的降雨和太陽輻射有利于植物生長并產生更強的碳匯。研究表明中國陸地生態系統碳匯與溫度和降水呈強相關[17]。陸地生態系統碳吸收對降雨具有高度敏感性[8],尤其是中國溫帶季風氣候區的降水變化對NEP年變化影響最大[53]。Cao等[30]研究了中國陸地生態系統NEP與降水和降水的關系,結果表明NEP與溫度呈正相關,但與溫度的關系較為復雜。He等[8]研究了2000—2010年中國陸地生態系統NEP,結果表明東亞夏季風的增強是導致中國碳吸收增加的關鍵氣候因素。季風和年際變化較大的季風氣候系統在驅動中國陸地碳匯的年變化方面有很大的影響[53],并且預計未來東亞地區的降水增加,有助于中國乃至全球陸地生態系統的碳吸收增強[54]。東亞季風對中國陸地生態系統碳源/匯具有調節作用[30],但其變化能夠改變溫度、降水的空間和時間特征,進而對陸地生態系統碳匯產生重大影響。

除氣候因素外,其他環境因素,例如大氣中的CO2濃度、O3以及大氣中的氮沉降也影響著中國陸地生態系統的碳吸收[8, 14, 53, 55]。研究表明,雖然CO2濃度和氮沉降刺激了中國陸地植物生長及其對CO2的吸收,但是對于陸地碳匯的作用小于氣候因素[35]。2000—2010年間中國氣候效應對碳吸收的貢獻有56.30%,然而大氣CO2濃度和氮沉降對這一變化的貢獻相對較小(分別為8.60%和11.30%)[8]。另外,土地覆被變化[8, 55]等對中國陸地生態系統碳吸收也有一定的影響。Zhang等[56]研究結果表明1980—1995年間中國陸地生態系統由于土地利用變化損失了0.219 Pg C,在1995—2010年期間損失了0.060 Pg C,并且中國土地利用變化不利于減碳。

中國復雜的氣候條件以及植被覆蓋的空間異質性,產生差異性的生態系統響應。森林生態系統對CO2的吸收不僅受到氣候因素、大氣CO2濃度以及氮沉降的影響,還受到大規模植樹造林以及林齡的影響[3, 14]。草地生態系統對CO2的吸收不僅受到降雨影響,還受到放牧等人類活動的影響[1, 57]。農田生態系統除了受到氣候因素影響以外,還受到灌溉條件和施肥等管理方式的影響[47, 58]。研究表明,氣候變化、CO2濃度升高、氮沉降以及對流層O3污染,在1980—2005年間對農田生態系統土壤碳的貢獻不足20%[14, 47, 55]。

4 展望

隨著遙感技術的飛速發展,比如日光誘導葉綠素熒光等遙感技術以及聯網觀測的廣泛應用,有助于精確監測大氣中CO2濃度和生態系統碳源/匯的時空分布,對全面了解全球碳循環并正確預測未來氣候變化有重要的意義[59]。但是,陸地生態系統碳匯仍然是全球碳預算中最不確定的部分[60]。中國區域陸地生態系統碳匯的估算同樣有很大的不確定性[1, 17]。包括生態系統的呼吸、人類活動導致的碳排放、極端氣候(如干旱,洪澇等)、火災等為目前估算生態系統凈碳源/匯帶來了很大的不確定性[61]。

融合多源數據(地面觀測、激光雷達、衛星遙感)、多尺度數據(樣地尺度、站點尺度、區域尺度)以及多手段數據(聯網觀測、森林清查、模型模擬),有助于全面準確地評估中國陸地生態系統碳匯。區域生態系統碳收支及其循環過程機制是一個非常復雜的問題,需要整合定點觀測數據、聯網控制實驗、樣帶調查、生態系統網絡觀測、模型模擬以及衛星遙感反演等數據,基于多尺度、多過程、多學科、多途徑的綜合集成分析等手段,準確評估中國森林、草地、農田、灌叢以及濕地等生態系統的固碳現狀、速率、潛力,客觀評價中國陸地生態系統潛在固碳潛力、現實固碳潛力及其在全球碳收支中的貢獻。綜合研究中國國家尺度陸地生態系統碳源/匯及其格局變化規律,不僅是積極應對氣候變化的迫切需要,同時也具有非常重要的全球意義。