寫在前面

中科院2011年1月啟動了“應對氣候變化的碳收支認證及相關(guān)問題”專項（簡稱“碳專項”）。專項的一個核心內(nèi)容，就是通過對中國各類生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量和固碳能力進行系統(tǒng)調(diào)查和觀測，來深入揭示中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支特征、時空分布規(guī)律以及國家政策的固碳效應，從而為我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展、氣候談判提供科學支撐。

在5年的項目執(zhí)行期間，在中科院植物所前所長、北京大學教授方精云院士和中科院地理與資源所副所長于貴瑞研究員2位項目首席科學家的領(lǐng)導下，來自中科院及高校、部委所屬35個研究院所的350多名科研人員，按照專項統(tǒng)一的實驗設(shè)計和調(diào)查方法，系統(tǒng)調(diào)查了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)（森林、草地、灌叢、農(nóng)田）碳儲量及其分布，調(diào)查樣方17000多個、累計采集各類植物和土壤樣品超過60萬份。這是當今世界調(diào)查范圍最大的野外調(diào)查項目，為研究中國植被生產(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測數(shù)據(jù)，也為我國國土資源規(guī)劃、保護與利用，以及生態(tài)文明建設(shè)和“美麗中國”愿景實現(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：中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫:基于深入實地調(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)可以通過恢復或退化植被來增加或減少碳匯。中國的森林覆蓋率從20世紀50年代初的30-40%下降到80年代初的14%。然而，從那時起，全國范圍內(nèi)的植被恢復措施，包括幾個關(guān)鍵的生態(tài)恢復項目已經(jīng)實施，導致森林覆蓋率從20世紀90年代初的13.9%顯著增加到21世紀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,因此中國農(nóng)田和草地在過去的三十年里碳池的變化十分有限。雖然對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的研究已有多次，但對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的估計差異超過100 Pg C，這表明這些估計之間存在不一致。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)域和國家尺度上的估算主要是基于區(qū)域或國家普查(如中國森林資源清查和中國草原資源調(diào)查)的匯總數(shù)據(jù)，而非原始觀測數(shù)據(jù)，包含了很大的不確定性。

Methods

本研究對我國森林、灌叢、草地和農(nóng)田四大植被類群進行了調(diào)查。采用一致的方法對中國大陸的森林、灌叢和草地(分別7800個、1200個和4030個)共13030個樣地進行了調(diào)查。我們還對58個典型種植制度縣的1341個樣地進行了系統(tǒng)的農(nóng)田調(diào)查。野外調(diào)查調(diào)查了這4個植被類群的整個生態(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量數(shù)據(jù)，估算這些生態(tài)系統(tǒng)的碳庫，并闡明這些碳庫空間分布的可能的氣候和人為驅(qū)動因素。

Results

1. 碳儲量及其空間變異

森林、灌叢和草地的生態(tài)系統(tǒng)碳密度(每公頃碳儲量)在全國尺度上表現(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)總碳庫為62.93±3.39 Pg C，其中生物量、凋落物和土壤有機碳[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，中國西南地區(qū)植被生物量和土壤碳密度較高，儲量為19.53±0.54 Pg C(31%)(圖2)。相比之下，中國東部碳密度較低(圖1D)，碳儲量僅為4.55±0.11 Pg C(7%)。

此外，作者利用隨機森林模擬闡明了碳密度的詳細空間格局，并估算了全國碳庫總量。森林、灌叢和草地的總碳儲量為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，中國農(nóng)田碳庫總量為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較小，土壤碳占植被生物量碳的比例較大。

3. 氣候因素對碳儲量的影響

碳密度的空間格局與氣候變量有很強的相關(guān)性(圖4)。一般來說,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)域有更高的增長率(圖4)。

4. 人類活動對碳儲量的影響

人類活動的強度降低了大多數(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，但沒有持續(xù)降低地下生物量，導致受嚴重影響的草地的RS比升高。人為干擾對所有生物群落類型土壤碳儲量均無顯著影響;14種植被類型受強擾動的總體SOC密度與受弱擾動的總體SOC密度大致相等。

Conclusion

綜上所述，4種生態(tài)系統(tǒng)碳庫總量為79.24±2.42 Pg C，其中土壤(1m深度)碳庫占82.9%，生物量碳庫占16.5%，凋落物碳庫占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，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10 - 20年，假設(shè)主要由于森林生長而沒有破環(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量的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫估算，這些估算對于中國和全球碳模型的驗證和參數(shù)化具有重要意義。

來源：生態(tài)學者

《生態(tài)環(huán)境學報》是中文核心期刊（2004—2020各版）、中國科學引文數(shù)據(jù)庫（CSCD）核心庫期刊、RCCSE中國核心學術(shù)期刊、中國科技核心期刊；榮獲中國國際影響力優(yōu)秀學術(shù)期刊（2013—2016、2020年）、中國精品科技期刊（2011、2017、2020年）、廣東省精品科技期刊、廣東省優(yōu)秀期刊等稱號，廣東省優(yōu)秀科技期刊一等獎。進入中國科協(xié)組織評選的“生態(tài)學領(lǐng)域高質(zhì)量科技期刊分級目錄”T2區(qū)，即國際知名學術(shù)期刊；位列中國學術(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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