中国保护性耕作净碳汇的时空格局

研究中国保护性耕作净碳汇的时空格局对其推广政策的合理制定具有重要意义。在分析保护性耕作固碳排碳机理和构建其测度方法的基础上,以中国各省（市、自治区）为单元,对2000—2019年中国保护性耕作净碳汇的时空格局进行分析,并对其潜力进行预测。结果表明：（1）每年保护性耕作的碳汇基本都是碳排的2倍,土壤固碳占保护性耕作碳汇的2/3以上,生物固碳占比小于1/3。（2）中国保护性耕作净碳汇在时间上呈现逐年递增趋势,其中,华北、西北和东南地区增幅较大;在空间上表现为扩张—集聚—扩张态势,其重心由北向南移动。（3）中国保护性耕作净碳汇具有明显的空间非均衡性特征,2019年呈现华北、西北和东南地区“三足鼎立”之格局,河南、山东、内蒙古、新疆、安徽、湖北和江西7省区属于高碳汇区,河北、吉林、陕西和山西属于低碳汇区,其他省份属于碳中和区。（4）2020—2030年中国保护性耕作的净碳汇潜力继续保持增长态势,2030年的峰值将处于5794.38万~7962.93万t C之间。     

基于市域尺度的中国化肥施用与粮食产量的时空耦合关系

化肥施用是一把双刃剑,在促进粮食产量增加、保障粮食安全的同时,导致了生态环境退化,当前亟需辨明化肥施用与粮食生产之间的时空耦合关系,以便为维护粮食安全与生态安全提供有效的对策。以中国336个地级行政区为研究单元,分析2005-2015年中国粮食产量与化肥施用量的时空格局变化特征、化肥施用量与粮食产量的时空耦合关系及其动态变化过程。研究发现：（1）2005-2015年中国化肥施用量与粮食产量均呈上升趋势,化肥施用量的区内差异呈“粮食主产区—产销平衡区—粮食主销区”递减态势;而粮食产量的区域差异总体趋于增大,且呈“粮食主产区—产销平衡区—粮食主销区”递增态势。（2）化肥施用量增幅大致呈“东—中—西”阶梯式递增的趋势,而粮食产量增幅呈明显的南北分异特征。（3）从空间分布来看,胡焕庸线以东地区以“双高区”为主,胡焕庸线以西地区以“双低区”为主,且“低效施肥区”收缩,“他因素影响区”扩张。（4）期间,粮肥耦合关系以“双增型”为主,其他类型为辅,粮肥耦合关系主要向“双增型”与“他因素影响型”转变。     

碳达峰碳中和目标下自然资源管理领域的关键问题

基于低碳目标创新自然资源管理体制,对于提升生态系统碳汇水平和自然资源支撑能力,推动经济社会中长期低碳转型具有重要意义。围绕“双碳”目标下的自然资源管理,九位专家分别从不同视角提出了创新自然资源管理的策略,为基于“资源要素—国土空间—生态系统”多层次视角构建低碳导向的自然资源管理体制提供参考借鉴。专家认为：未来应构建“双碳”目标下自然资源管理领域的系统性应对框架,建立健全自然资源“要素—空间—系统”多层次协同管理的体制机制;构建全域自然资源及国土空间碳循环监测网络和符合中国国情的碳核算标准体系,探索差别化国土空间管控方案;加强“自然—经济—社会”复合系统的资源流通管理,探寻基于资源优化管理的区域协同碳减排路径;将碳汇价值纳入碳交易和生态补偿体系,构建基于国土空间碳中和评价的区域横向碳补偿制度,推动区域协同减排和公平协调发展。     

2003—2013年中国县域单元粮食增产格局及贡献因素研究

2003—2013年,中国粮食产量逐年增加,实现了前所未有的“十连增”,2015年更是达到了“十二连增”。文章采用2003—2013年粮食播种面积、产量等为基础数据,以分县为研究单元,定量分析了2003—2013年间中国分县粮食增产的特征、格局与贡献因素,结果表明：1）2003—2013年间我国超过75%的县域单元粮食均出现增产,但主要增产仍集中在东北和黄淮海平原地区的产粮大县;2）粮食增产增幅的两极分化较为明显,处于“滞后增产”和“超速增产”的县域单元占比均较高,其中“超速增产”的县域单元主要分布在松嫩平原、三江平原、黄淮海平原、江汉平原、鄱阳湖平原、黄土高原以及新疆等地;3）对于大部分县域单元而言,播种面积和单产水平对其粮食增产均有正向贡献作用,其中东北平原、内蒙古高原西部、河西走廊、新疆、江汉平原、洞庭湖平原等地播种面积贡献较大,而单产水平贡献较大的地区为黄淮海平原、黄土高原、青藏高原东南部等地。     

近20年重庆市主城区碳储量对土地利用/覆被变化的响应及脆弱性分析

土地利用/覆被变化（LUCC）是影响区域生态系统碳储量变化的重要驱动因素,探明碳储量对LUCC的响应及脆弱性,对区域实现“双碳”战略目标具有重要意义。以重庆市主城九区为例,运用InVEST模型研究了近20年主城区碳储量对土地利用转移的响应,采用潜在影响指数（PI）评估了该区域生态系统碳储量服务的脆弱性。结果表明：（1）2000—2020年间,主城区耕地面积减少743.29 km²,建设用地面积急剧增加773.48 km²。前10年土地转移面积6.05%,后10年转移13.98%,耕地转为建设用地是主要的土地转移类型。（2）近20年主城区碳储量累计减少5.78 Tg,其中建设用地侵占耕地是碳储量急速下降的主导因素。碳储量分布呈现“中部低—四周高”的空间格局。（3）近20年主城区均表现为碳源,土地利用程度指数提高14.73,PI指数为-2.50~ -2.59 Tg,均表现负面潜在影响,且2000—2015年间脆弱性不断恶化,2015—2020年间脆弱性有所缓解。研究结果可为区域生态可持续发展和未来土地利用管理政策制定提供参考,并为西部其他同类型山地城市提供借鉴。     

基于能值理论的农田—畜禽生产系统可持续动态

为了解我国东南丘陵山区农业生产动态及其可持续性,以福建典型山区德化县为例,构建废弃物能值比例、环境污染能值负产出等指标,运用能值理论定量分析德化县2007—2016年农田—畜禽生产系统投入产出、环境负荷及可持续性的变化。结果表明：德化县农田—畜禽生产系统能值投入以购买能值为主,占能值总投入的68%~79%,水资源能值约占21%~31%;畜禽子系统能值产出占72%以上;能值密度在2.68×10¹²~3.33×10¹² sej·m^-2之间波动上升,净能值产出率下降40%,环境负荷明显加重,2015年以来有所减轻;可持续发展指数在2007—2010年短暂上升后快速下降,由1.14降至0.42。从构建的指标来看,系统废弃物能值比例有所下降,环境污染能值产出减少约22%,综合经济效益和废弃物利用情况,近年来可持续发展状况逐渐好转。德化县目前正处于农田—畜禽系统产出结构调整期,应增加系统内部反馈能值用量,控制化肥、饲料投入,提高废弃物利用率,以实现可持续发展。     

近30年来洞庭湖地区水稻种植面积演变的影响因素分析

研究多熟制水稻面积时空演变及驱动机制对保障我国粮食生产和安全具有重要意义。综合运用Nich指数和地理探测器模型,探讨了洞庭湖地区1987—2017年一季稻和双季稻种植面积的时空动态变化及主要影响因素。结果表明：（1）近30年来,位于丘岗山地区的一季稻面积比例大于中部平原地区,整体呈上升的变化趋势;武陵区、沅江市等地在2007—2017年呈先降后升的变化趋势。（2）1987—2002年间一季稻和双季稻面积相对变化率呈西高东低的梯度型变化模式;2002—2017年间一季稻呈高—低—高的条带状变化模式,双季稻呈北高南低的变化发展模式。（3）1987年和2017年地理探测模型结果表明,有效灌溉面积、工业从业人员、农业从业人员、农林牧渔总产值对水稻面积影响程度不断加深。研究结果可为水稻种植结构调整提供参考依据。     

成都市县域土地利用碳收支与经济发展关系研究

基于2014年成都市县域单元土地利用遥感图像和能源消耗统计数据,论文分析了碳收支空间分布特征,通过回归模型构建,对碳收支、土地利用和经济发展协同关系进行研究。结果表明：1）成都市碳汇土地面积占比为56.97%,高于碳源用地,区域碳源/碳汇用地空间差异明显。土地利用强度为2.40~3.33,呈现“东高西低、中心最高”的空间分布特征;2）成都市净碳排放2.43×10⁷ t,呈现“东高西低、中心最高”分布特征。各县域单元碳补偿率为0.06%~11.58%,碳生态承载系数（ESC）为0.05~8.60,呈现“东低西高、中心最低”的特征;3）碳排放经济贡献系数（ECC）为0.26~1.45,呈现“中心高、周边低”的特征并且空间差异较小;4）碳排放与GDP极显著正相关（P<0.01）。ESC与土地利用强度极显著负相关（P<0.01）。ECC与土地利用强度耦合协调度均值为0.56。耦合协调度和人均GDP回归关系极显著（P<0.01）,表明区域经济发展提高了碳排放经济效益和土地利用强度的耦合协调度。     

中国南北过渡带生态系统碳储量时空变化及动态模拟

山地是全球变化的敏感地带,对生态安全与发展具有重要作用,山地生态系统服务变化和生态环境承载力是地理学与生态学的研究热点。以中国南北过渡带的主体秦巴山地为研究对象,采用CA-Markov模型与InVEST模型模拟和预测（2000—2040年）不同土地利用情景下秦巴山地生态系统碳储量变化,运用热点分析（Getis-Ord G_i^*）探讨秦巴山地生态系统碳储量的空间分布差异。结果表明：（1）2000—2040年,研究区土地利用/土地覆被变化主要是耕地、林地、草地和建设用地。（2）2000—2020年,碳储量增加1.12×10⁷ t;2020—2040年自然增长情景下,碳储量损失剧烈,减少50.24×10⁷ t;生态保护情景下,碳损失幅度明显变弱,减少29.52×10⁷ t,说明采取生态环境保护政策,能够有效控制碳储量减少。（3）土地利用/土地覆被与生态系统碳储量的变化呈现显著的一致性,土地利用数量变化决定了生态系统碳储量的质量和空间分布格局。（4）随着海拔抬升,碳储量呈现出“先增后减”的趋势;随着坡度升高,碳储量呈现出“W”型变化趋势。（5）热点分析结果显示,2000—2020年间,碳储量热点区和冷点区零散分布在研究区内;2040年自然增长情景下,碳储量冷热点分布范围有逐渐变大的趋势;2040年生态保护情景较2020年,秦巴山地生态系统碳储量的冷热点分布范围整体变化不大。     

1951—2014年中国北方地区季节气温突变与变暖停滞年份的时空变异性

利用中国北方357个气象站1951—2014年的季（月）平均最低气温,平均气温和平均最高气温数据,应用Mann-Kendall检验等方法,分析了中国北方地区三类气温季节突变与变暖停滞年份时空变异性。结果表明：平均最低气温、平均气温和平均最高气温各季节整体随纬度降低突变和变暖停滞年份变晚,突变至变暖停滞周期缩短。东北春、冬季突变和变暖停滞整体最早（20世纪70年代至80年代、1993—2002年）,华北次之,西北最晚（20世纪80年代至21世纪前10 a、1996—2010年）;夏、秋季突变华北最早（20世纪70年代和90年代）,东北次之,西北最晚（20世纪90年代至21世纪前10 a）,变暖停滞年份地区差异较小。平均最高气温未突变和平均最低气温未停滞站点较多,均主要分布在山地、高纬度地区和华北平原南部,其周边区域突变及停滞年份相对偏晚。同类气温突变和变暖停滞年份整体上分别按冬（1981—1990年）、春、秋、夏季（1994—2008年）和冬（1995—2008年）、秋、夏、春季（1998—2010年）顺序依次变晚,冬→春→秋→夏季突变至变暖停滞周期依次缩短。春、夏和冬季均为平均最低气温整体突变最早（1972—1999、1987—1999、1971—2000年）,平均气温次之,平均最高气温最晚（1975—2008、1994—2008、1972—2006年）,秋季与之不同。春、夏季整体按平均最低气温（1994—2008、1997—2008年）、平均气温、平均最高气温（均为1997—2010年）停滞依次变晚,秋、冬季与之相反。各季节突变至变暖停滞周期整体按平均最低气温（9~18 a）、平均气温和平均最高气温（5~12 a）依次缩短。夏季三类气温均在华北南部（低纬度）突变最早,与研究区整体规律相悖,该地区大部分站点未停滞,亦与突变早停滞也早的整体规律不同。     

中国人-地碳源汇系统空间格局演变及其特征分析

论文从人-地结合视角看待碳移动问题,根据2001—2009 年遥感数据和能源数据,分别计算各省碳排放和碳吸收量,引入流动比率,从而划分出高碳源地、低碳源地和碳汇地,结合标准差椭圆进一步分析人-地碳源汇系统离散和聚集趋势,进而得出人-地碳源汇系统空间格局演变及其特征。研究表明：①高碳源地主要集中在华北地区和上海地区,作为高碳源地的华北地区呈逐步向外扩张趋势,低碳源地主要在华东地区、华中地区和广东地区,呈现不断向西、南方向扩散趋势,碳汇地主要在西北、东北和西南地区;②高碳源地从点状式分布逐步向外扩散,到2009 年呈现华北两端聚集,上海突出的类三角形结构,低碳源地呈现华中和华东两端聚集,广东、吉林突出的类四边形结构,而碳汇地基本是在外围包围低碳源地,人-地碳源汇系统呈现逐级由上至下态势,高碳源地不断由内向外扩散,低碳源地不断转变成高碳源地,同时碳汇地也不断转变成低碳源地;③2001—2009 年高碳源地标准差椭圆位于华东和华北地区,分布格局呈西北—东南格局,范围在2005 年之前基本不变,2005 年之后逐步扩大;2001—2009 年低碳源地标准差椭圆主要集中在华东和华北地区,分布格局从“东北—西南”到“西北—东南”,再到“东北—西南”,最后又回到“西北—东南”,低碳源地在主轴和辅轴上分布不断分散,2001—2003 年间变化最大,2003 年之后变化幅度减少;2001—2009 年期间碳汇地系统呈东北—西南分布格局,且椭圆整体位于中国东部和中部地区,碳汇地系统在此期间并没有出现较大的波动。     

中国农业生产净碳效应分异研究

农业具有碳排与碳汇的双重效应。分析和把握不同省区的农业净碳水平,是深入研究农业生产碳排放问题的重要前提。鉴于此,研究基于农用物资投入、稻田、土壤、牲畜养殖等四方面23类主要碳源和以水稻、小麦为代表的15类主要农作物碳汇品种,测算了我国1995—2010年及31个省(市、区)2010年的农业生产碳排量、碳汇量,并在此基础上计算了各自净碳汇量。结果表明:①我国农业生产净碳汇量总体保持上升态势,由1995年的26 736.13×10⁴ t增至2010年的37 697.19×10⁴ t,年均递增2.32%。其中,碳排放量由1995年的24 952.39×10⁴ t增至2010年的29 116.91×10⁴ t,年均递增1.03%;碳汇量由1995年的51 688.51×10⁴ t增至2010年的66 814.10×10⁴ t,年均递增1.73%,碳汇增速明显快于碳排增速,可见我国在农业节能减排方面取得了一定成效。分阶段来看,呈现较为明显的"上升—下降—上升"的三阶段变化特征。②横向来看,区域净碳效应差异明显:农业生产净碳汇绝对量,排在前10位的地区占全国农业生产净碳汇总量的73.02%,而排在后10位的地区仅占全国的1.59%。农业生产碳汇水平,黑龙江、吉林、广西排在前三位,分别高达410.81%、400.94%和356.79%;西藏、青海、福建排在后三位,仅为25.57%、41.55%和103.80%。其中,黑龙江等12个地区农业碳汇水平高于全国同期平均水平(229.47%)。     

江西省土地利用碳排放空间格局及碳平衡分区

二氧化碳浓度升高,导致全球气候变暖,生态环境问题逐渐凸显. 为此,绿色、低碳和循环发展成为我国当前工作重点. 江西省作为长江经济带生态文明建设的重要节点,大规模的城镇化建设导致碳排放量增加. 鉴于此,基于土地利用和能源消费数据构建碳排放量计算模型,探究江西省2000—2018年的碳排放空间格局特征,通过基尼系数、经济贡献系数和生态承载系数等多种分析方法探讨区域内的碳排放空间差异以及碳收支情况,同时从经济和生态的角度进行碳平衡分区并提出针对性的策略. 结果表明:①江西省2000—2018年土地利用碳排放总量逐年上升,从1 215.687×104 t增至4 907.425×104 t,总体表现为净碳源,碳减排压力较大. ②江西省碳排放空间格局呈现北高南低、西高东低的特征,北部和西部地区的碳排放总量明显大于南部和东部地区,其碳排放总量与各区域内的土地利用结构以及能源消费结构密切相关. ③江西省历年的碳补偿率均低于34%且逐年递减,碳补偿率、经济贡献系数和生态承载系数三者均空间差异明显,其中北部地区的碳补偿率低于南部地区,南部地区、东北地区的经济贡献率和生态承载系数高于西部地区. ④基于碳平衡分析,根据净碳排放量、生态承载系数等指标将江西省各地级市划分为4个碳排放发展功能区域,即碳汇功能区、低碳经济区、碳强度控制区、高碳优化区. 研究期内碳汇功能区数量变化较大,逐渐转为低碳经济区;碳强度控制区和高碳优化区数量基本无变化. 研究显示,江西省土地利用碳排放空间差异显著,协同减排的困难较大,为此根据碳平衡分区调整土地利用结构,有利于促进区域协同减排,推动全省低碳经济的发展,缓解因碳排放引起的全球气候变化问题.      

Full accounting of the greenhouse gas budget in the forestry of China

Forest management to increase carbon (C) sinks and reduce C emissions and forest resource utilization to store C and substitute for fossil fuel have been identified as attractive mitigation strategies. However, the greenhouse gas (GHG) budget of carbon pools and sinks in China are not fully understood, and the forestry net C sink must be determined. The objective of this study was to analyze potential forest management mitigation strategies by evaluating the GHG emissions from forest management and resource utilization and clarify the forestry net C sink, and its driving factors in China via constructing C accounting and net mitigation of forestry methodology. The results indicated that the GHG emissions under forest management and resource utilization were 17.7 Tg Ce/year and offset 8.5% of biomass and products C sink and GHG mitigation from substitution effects from 2000 to 2014, resulting in a net C sink of 189.8 Tg Ce/year. Forest resource utilization contributed the most to the national forestry GHG emissions, whereas the main driving factor underlying regional GHG emissions varied. Afforestation dominated the GHG emissions in the southwest and northwest, whereas resource utilization contributed the most to GHG emissions in the north, northeast, east, and south. Furthermore, decreased wood production, improved product use efficiency, and forests developed for bioenergy represented important mitigation strategies and should be targeted implementation in different regions. Our study provided a forestry C accounting in China and indicated that simulations of these activities could provide novel insights for mitigation strategies and have implications for forest management in other countries.     

减排增汇目标下中国粮食生产效率的测度及分布动态演进

考虑粮食生产中的净碳汇和面源污染排放,构建全局EBM模型测算2001—2018年中国30个省份及三大功能区的粮食生产效率,借助分布动态模型考察中国粮食生产效率的动态演进趋势。研究发现：（1）中国粮食生产效率总体水平不高,样本期间呈现先降低后增长的态势,主产区粮食生产效率高于主销区和产销平衡区。（2）三大功能区粮食生产效率的分布动态存在差异,主产区由“多级分化”趋向于“两级分化”,地区差距逐渐缩小;主销区分化程度有所加剧;产销平衡区“多级分化”逐渐加强。（3）中国粮食生产效率总体上存在向中高水平聚集的趋势。相比高效率省份分布流动性较强,低效率省份存在明显的“贫困陷阱”,粮食低水平发展的恶性循环不易突破。     

中国种植业碳汇盈余动态变化及地区差异分析——基于31个省(市、区)2000—2012年的面板数据

在科学测算31个省(市、区)2000—2012年种植业碳汇盈余量的基础上,利用基尼系数系统考察了其地区差距及动态演变特征。研究结论揭示:1)中国种植业碳汇盈余量呈现较为明显的空间差异性。基于总量变化趋势的不同可将31个地区划分为"持续增长型"、"波动增长型"、"波动下降型"与"持续下降型"等4类地区。16个地区种植业碳汇水平得到提升但增幅差异较大;余下15个地区则处于下降态势。2)基尼系数测算结果表明,中国种植业碳汇盈余的地区差距在样本考察期内虽存在一定的年际起伏,但总体处于逐步扩大趋势。从三大区域来看,东部地区差距变化幅度居中,经历了差距缩小期、波动扩大期和波动平稳期等变化阶段;中部地区差距变化幅度最大,其绝对差距也高于东、西部地区,经历了差距持续扩大期、波动平稳期、波动缩小期与小幅扩大期等变化阶段;西部地区差距变化幅度最小,经历了"扩大"与"缩小"的循环演变。     

Nitrogen sink in a small forested watershed of subtropical China

Global nitrogen (N) emission and deposition have been increased rapidly due to massive mobilization of N which may have longreaching impacts on ecosystems. Many agricultural and forest ecosystems have been identified as secondary N sources. In the present study, the input-output budget of inorganic N in a small forested watershed of subtropical China was investigated. Inorganic N wet deposition and discharge by stream water were monitored from March, 2007 to February, 2009. The concentrations and fluxes of inorganic N in wet precipitation and stream water and net retention of N were calculated. Global N input by dry deposition and biological fixation and N output by denitrification for forested watersheds elsewhere were reported as references to evaluate whether the studied forested watershed is a source or a sink for N. The results show that the inorganic N output by the stream water is mainly caused by NO3??-N even though the input is dominated by NH4 +-N. The mean flux of inorganic N input by wet precipitation and output by stream water is 1.672 and 0.537 g N/(m2 yr), respectively, which indicates that most of inorganic N input is retained in the forested watershed. Net retention of inorganic N reaches 1.135 g N/(m2 yr) considering wet precipitation as the main input and stream water as the main output. If N input by dry deposition and biological fixation and output by denitrification are taken into account, this subtropical forested watershed currently acts as a considerable sink for N, with a net sink ranging from 1.309 to 1.913 g N/(m2 yr) which may enhance carbon sequestration of the terrestrial ecosystem.     

北京上甸子大气本底站CO2浓度的源汇区域代表性研究

为研究单个站点观测浓度的源汇区域代表性及所在区域的CO2通量特征,利用大气反转模式FLEXPART模拟确定影响上甸子站观测浓度的气团主要来源,利用Carbon Tracker模式反演CO2浓度和通量的时空分布,并通过数值迭代方法和相关性分析方法获取最优印痕函数阈值,得到影响测站CO2浓度的源汇区域范围.其次,将在线观测CO2浓度筛分为本底和非本底浓度,利用FLEXPART模式追踪测站本底和非本底源区,研究发现,本底和非本底源汇区域明显不同并随季节变化.在印痕函数大于一定阈值的潜在源区内,本底和非本底区域净通量变化趋势差异明显,而且在各通量分支中本底区域化石燃料通量较小、生物圈通量较大,非本底区域化石燃料通量较大、生物圈通量较小.通过反演模式能够定量得到影响测站观测浓度的源汇区域及区域通量特征.     

1975—2005年中亚土地利用/覆被变化对森林生态系统碳储量的影响

土地利用/覆被变化(LUCC)对碳循环的影响研究已覆盖全球绝大多数地区,但中亚LUCC对森林生态系统碳库的影响仍属未知。论文以人工林面积、森林产品收获产量及林地转移面积为基础数据,应用Bookkeeping模型,分析了1975—2005年期间三种LUCC方式对中亚森林碳库的影响。近30 a LUCC对其碳库的影响总体表现为碳汇,固碳量为3.07 Tg。植树造林表现出强烈的碳汇功能,总固碳量为12.97 Tg。森林采伐是最主要的碳释放来源,共释放碳5.80 Tg。林地转移呈现较强的碳释放特征,共排放为4.10 Tg。结果表明1975—2005年该区域LUCC对森林碳库具有明显的增汇效应。研究结果将有利于减少LUCC对全球碳收支影响的不确定性。