城市系统碳循环与碳管理研究进展

城市化带来的土地利用变化和化石燃料燃烧是引起全球气候变化和温室效应的主要原因之一。了解不同区域城市系统碳循环的过程、途径、方向和机制,有助于更好地进行未来大气温室气体的情景预测,并提出相应的碳管理措施。论文在国内外城市系统碳循环研究的基础上,对城市系统的特征、空间范围和碳过程特征进行了总结和分析;从城市能源使用碳排放、城市植被和土壤碳研究、城市扩展对碳排放的影响、城市代谢与碳过程、城市系统碳循环模拟等方面对目前城市系统碳循环的主要研究内容进行了综述;结合URCM研究计划,对城市碳管理的理论框架、科学问题和主要措施及目标进行了探讨;最后提出了该领域未来研究的主要方向和建议。     

稳定同位素技术在湿地碳循环研究中的应用

稳定性同位素技术因其准确、灵敏和安全等特点而被广泛应用于生态学研究的诸多领域。稳定同位素技术在生物地球化学循环过程中存在独特的稳定同位素化学效应,近年来稳定同位素技术又被大量用于陆地生态系统碳循环机理方面的研究。湿地生态系统在全球碳循环中起着重要作用,其碳源和碳汇功能近来成为全球气候变化研究关注的重点问题。因此,碳的稳定同位素(13C)示踪技术适合研究从年到百年尺度的湿地碳循环过程。文章主要从湿地植被光合作用、土壤有机物质的沉积、溯源和可溶性无机碳的输入以及湿地中二氧化碳、甲烷排放等方面,重点综述稳定同位素技术在湿地生态系统碳循环中的应用。     

外源碳氮添加对草地碳循环关键过程的影响

人类活动引起的大量的活性氮从大气沉降到生物圈.当前氮沉降对草地生态系统碳循环过程的影响机制仍然存在较大的不确定性.本文综述草地生态系统碳循环过程（植物光合作用、地上生物量、地下生物量、土壤呼吸、凋落物分解和土壤有机碳含量）对添加不同的氮源水平和不同施氮年限的响应,并分析这些过程变化的可能原因,同时,也阐述草地碳循环关键过程对外源碳输入的响应,并进一步分析了外源碳和氮输入对草地碳循环关键过程影响的微生物学作用机制.通过上述总结旨在强调说明碳源可利用性变化作为氮沉降背景下草地生态系统碳循环关键过程重要调控因素之一,开展相关研究对科学的管理我国草地资源配置和增加土壤碳汇方面理论的重要意义.     

干旱区城市化对生态系统碳库的影响——以乌鲁木齐市为例

城市化是影响区域生态系统碳循环的主要原因,也是评估生态系统碳循环的最大不确定因素。论文利用1990与2010年Landsat TM数据,基于V-I-S城市土地覆被模型和决策树分类法,获得乌鲁木齐土地变化时空格局;结合野外实测数据和文献检索得到研究区不同土地覆被类型的土壤与植被碳密度,估算了城市土地变化对生态系统碳库的影响。结果表明：1）1990—2010年间,乌鲁木齐城市不透水地表（impervious surface areas, ISA）以中部南部内部填充与北部扩张的形式约增加62%,主要占用农田（27%）与荒漠（62%）。2）乌鲁木齐市生态系统碳库主体（95%）分布在土壤中,城市土地覆被变化导致约25%的碳库损失,由农田、裸土/残存荒漠以及城市绿地转变为ISA解释了68%的土壤有机碳和63%的植被碳损失量,其空间分布与ISA的扩张相一致。城市植被及其土壤具有较高的碳密度,合理的城市规划可以抵消部分因土地变化而损失的生态系统碳。     

城市碳排放的评估方法——影响要素和过程研究

城市碳排放对全球碳循环和气候变化产生了深远的影响。论文在国内外城市碳排放研究基础上,从城市化的碳排放效应、城市碳排放估算和影响要素、碳排放观测、碳循环和碳代谢过程等方面系统归纳总结了碳排放评估方法、要素和过程。评述了Kaya恒等式、LMDI方法、CGE模型、混合分析法、清单编制法、UE模型、FFDAS模型、STIRPAT模型、格网模型、综合分析法(Four-part Methodology)、建筑碳排放模型、物质代谢法、EC碳通量观测等代表性碳排放估算和观测方法。研究焦点正在从宏观模式转向微观机理,从自然、人文单一过程转向人文-自然耦合过程,热点区域从发达国家城市转向发展中国家城市,从单一数据源转向遥感、实验观测等多源数据。基于上述特点,当前研究应从城市公平发展和低碳城市出发,建立城市公共利益能源研究框架,根据城市职能类型和发展水平,综合涡度通量观测、计量模型、生态模型、遥感和GIS技术,构建高精度城市碳排放账户,建立城市代谢存量和流量标准分类系统,发展和完善碳排放估算模型,提高城市碳排放计算结果精度和城市间的可比性。     

干旱区城市化对生态系统碳库的影响——以乌鲁木齐市为例

城市化是影响区域生态系统碳循环的主要原因,也是评估生态系统碳循环的最大不确定因素。论文利用1990与2010年Landsat TM数据,基于V-I-S城市土地覆被模型和决策树分类法,获得乌鲁木齐土地变化时空格局;结合野外实测数据和文献检索得到研究区不同土地覆被类型的土壤与植被碳密度,估算了城市土地变化对生态系统碳库的影响。结果表明:1)1990—2010年间,乌鲁木齐城市不透水地表(impervious surface areas,ISA)以中部南部内部填充与北部扩张的形式约增加62%,主要占用农田(27%)与荒漠(62%)。2)乌鲁木齐市生态系统碳库主体(95%)分布在土壤中,城市土地覆被变化导致约25%的碳库损失,由农田、裸土/残存荒漠以及城市绿地转变为ISA解释了68%的土壤有机碳和63%的植被碳损失量,其空间分布与ISA的扩张相一致。城市植被及其土壤具有较高的碳密度,合理的城市规划可以抵消部分因土地变化而损失的生态系统碳。     

森林碳循环研究方法及其存在问题分析

碳循环对全球变化尤其是气候变暖影响巨大,森林生态系统作为陆地生物圈的核心,其碳循环动态已成为全球变化研究领域的热点。文章评述了森林生态系统碳循环的主要研究方法,包括生物量清单、微气象学与碳同位素技术等实验技术方法,地球信息科学方法以及模型方法,总结了森林生态系统碳循环各种研究方法的优缺点,并针对目前研究方法中存在的问题提出了有效的建议。     

厦门城市化进程中的居民食物碳消费及其环境负荷

随着城市化进程的不断推进,城市对全球生态系统碳循环的影响越来越显著,其中城市家庭食物碳消费对全球城市生态系统碳循环的贡献日益突出,已成为城市生态系统碳循环的研究热点之一.以厦门市为例,通过分析1988～2010年居民食物碳消费的动态变化和家庭分布特征,评价并预测了由食物碳消费导致的环境负荷.结果表明,1988～2010年全市人均食物消费量和人均食物碳消费量分别下降了6%和25%,但由于厦门市人口的快速增长,食物消费和食物碳消费的总量均不断增加,分别增长了116%和70%.居民食物碳消费总量的增加导致环境负荷量不断上升,由9.88万t增长至16.62万t,特别是进入土壤的碳通量近年来快速增加.预测显示2011～2024年间厦门市居民食物碳消费总量以及环境负荷量仍将继续上升,2025年将有所下降,人均食物碳消费量则从2011年起持续下降.对厦门市居民家庭食物消费的分析表明,家庭户均食物碳消费主要受到家庭收入、食物消费费用、家庭用餐人数的影响,食物碳消费较高的家庭通常平均家庭用餐人数3人、平均食物消费费用约3 125元.月-1,户均食物碳消费为1 134.91 kg,人均食物碳消费量为378.30 kg,高食物碳消费的家庭人均食物碳消费量是低食物碳消费家庭人均消费量的4.84倍.     

~(14)C在陆地生态系统碳循环研究中的应用及进展

深刻理解陆地生态系统碳循环有助于提高未来气候预测的准确性。~(14)C是陆地生态系统碳循环研究中广泛应用的重要工具,本文对~(14)C在土壤有机碳周转时间和平均停留时间的评估、陆地生态系统释放CO_2的源解析、河流有机碳的源解析及陆地生态系统碳循环对气候变化和土地利用的响应等四个方面的应用及进展进行了细致的介绍,最后展望了~(14)C应用于陆地碳循环研究发展趋势,并对国内相关研究的开展提出了几点建议。     

河流CO2与CH4排放研究进展

河流作为连接海-陆两大碳库的主要通道,其水-气界面二氧化碳(CO_2)与甲烷(CH_4)排放构成全球碳循环的重要环节,对全球气候变暖的贡献不容小觑.明确河流水体CO_2与CH_4产排过程、时空特征以及控制因素是认识河流生态学功能以及其对变化环境响应的重要内容.基于当前河流CO_2与CH_4排放研究进展,构建河流碳排放动力学概念框架(内源代谢、陆源输入),并从全球尺度、区域尺度、流域尺度综述了河流碳排放时空变异性特征以及存在的研究不足.在理解碳排放动力学概念框架和时空变异特征的基础上,构建了河流CO_2与CH_4动力学控制因子分层框架(内部因子:有机质、温度、营养盐;外部因子:水文、地貌、人类活动),深入探讨了河流碳排放的关键影响因素.最后,根据当前研究中存在的不足,提出河流碳排放应将纳入区域陆地碳平衡过程,今后研究重点应包括流域尺度上河流CO_2与CH_4内源产生与陆源输入相对贡献的量化研究、不同界面CO_2与CH_4产生与排放过程研究、高时空分辨率的监测数据的补充以及变化环境与人类活动干扰下河流碳排放的响应过程等,为理解河流生态学过程及生态系统功能提供基础,同时为我国进一步深入开展相关研究提供借鉴.     

成渝城市群陆地碳排放时空变化及效应研究

碳达峰和碳中和是中国立足于经济发展阶段和全球可持续发展要求提出的一项战略目标。开展县级尺度土地利用碳排放研究对指导区域实现“双碳”目标具有重要意义。文章以成渝城市群为研究对象,基于2000-2020年土地利用数据、统计年鉴数据和夜间灯光遥感数据,探究成渝城市群碳排放和碳生态效应,并对碳生态压力进行评价。结果表明：（1）2000-2020年成渝城市群土地利用净碳排放呈增长趋势,年均增长289.90万t,且增速逐年减缓,主要碳源为建设用地,总体呈增长状态,年均增长291.70万t;林地是主要碳汇,呈缓慢增长。（2）碳源和碳足迹主要集中在成都市和重庆市主城区范围,部分分散在各地级市中心城区,碳汇主要分布在成渝城市群外围高山丘陵区,包括川西高原的部分区县、川东平行岭谷和重庆部分山区。（3）研究区总体呈碳赤字,碳生态承载力总体变化不大,碳足迹和碳赤字都呈增长趋势,年均增长率分别为9.78%和12.18%。（4）高度碳生态承载力区主要分布在成渝城市群外围区县,高度碳生态压力区集中在以成都市和重庆市主城区为核心的区域以及各地级市主城区;研究区内部分区县碳生态压力有所缓解,但整体上陆地生态系统碳循环压...     

淮南塌陷区煤矸石充填复垦的碳减排效益

煤矸石由于其堆积物的高含碳量和高自燃风险,是一类巨大的碳排放源,其温室气体排放问题不容忽视,但是很少有人研究煤矸石和碳排放的关系。本文以淮南矿区塌陷区煤矸石充填复垦为例,计算了煤矸石堆存带来的潜在碳排放量、矸石山侵占土地生态系统碳储量变化及塌陷区生态系统碳储量变化。结果表明,淮南矿区煤矸石山堆存碳密度远远超过了其覆盖的当地原本自然生态系统碳储存密度,二氧化碳排放潜在风险很高。煤矸石充填复垦,能固定煤矸石中的大量的碳,还可以增加塌陷区生态系统的碳储量,有着很好的碳减排效益。     

环讯 望

内蒙古 环科院积极开展内蒙古科技厅2011年度社会发展领域生态系统固碳技术研究项目 《内蒙古草型湖泊湿地生态系统碳储量的研究》课题为内蒙古自治区2011年度应用技术研究社会发展领域审批项目,研究目的在于通过对乌梁素海湿地生态系统主要植物群落的生物量、不同植物群落及土壤的碳含量的测定．明确鸟梁素海湿地有机碳对大气温室气体的“源”或“汇”效应,进一步明确人类活动对湿地碳循环的影响,以寻求一种有效的响应人类干扰影响的对策,从而为蒙新高原区湖泊湿地生态系统碳储量研究摸索出一种具有可推广的技术模式,制定利于湿地碳储量增汇和改善生态环境的疗案。     

湿地C02交换量测定方法论述

湿地生态系统碳循环是陆地碳循环研究中的重要组成部分,对全球变化具有重要意义。随着全球气候变暖问题研究的深入,碳通量研究逐渐成为全球变化研究的核心内容之一。文章阐述了湿地生态系统CO2交换量的研究方法与最新进展,然后提出问题与展望。     

湖北省土地整治项目碳效应核算及其分析

论文通过构建土地整治项目碳效应分析框架,将土地整治碳效应分为短期碳效应及长期碳效应,其中短期碳效应分为工程施工碳效应及地类转换碳效应,长期碳效应分为农田生态系统固碳效应和农业耕作活动碳效应。以湖北省14个土地整治项目为例,采用碳排放系数法、生态系统类型法等进行整治项目碳效应核算,并计算土地整治项目实施后达到碳平衡所需的时间,对比分析处于不同地貌类型及工程类型区的土地整治项目碳效应及其构成的差异性。研究结果表明：工程施工是土地整治项目碳排放的主要来源,各项目碳排放总量为4 602.00~22 760.81 t,单位面积碳排放为5.18~19.62 t/hm²;地类转换既有碳汇效应,又有碳排放效应;土地整治后,各项目农田生态系统固碳能力增加了412.27~2 794.91 t/a;耕作活动碳排放也较整治前有所增加,增加强度从8.11 t/a至463.76 t/a不等。整治工作后各项目达到碳平衡的时间最少需要2.68 a,最多需要36.66 a。对比分析表明,地形地貌、工程类型虽不是土地整治各类碳效应产生的决定性因素,但却间接地在工程施工难易程度、排灌条件、耕地产能等多方面对土地整治项目区碳效应产生重大影响。     

基于InVEST与CA-Markov模型的昆明市碳储量时空演变与预测

土地利用/覆被变化是引起陆地生态系统碳储量变化的重要驱动因素,影响整个生态系统的碳循环过程.以昆明市为研究案例,在修正碳密度系数的基础上,通过耦合InVEST模型碳储存模块和CA-Markov模型,分析2000～2020年及“三线”约束下未来不同土地利用情景陆地生态系统碳储量变化的时空差异特征.结果表明：(1)昆明市土地利用类型主要以耕地、林地和草地为主,土地利用转移也发生在三者之间.(2)2000～2020年,昆明市碳储量整体表现为南低北高的空间分布特征,碳储量逐年下降,累计损失5.27×10⁶ t,林地和草地退化是碳储量减少的主要原因.(3)2020～2030年,4种情景碳储量均有所减少,其中惯性发展情景碳储量下降最明显,主要是建设用地快速扩张引起;耕地保护情景相比惯性发展情景有效减缓了碳储量减少幅度;生态保护情景则能够增强研究区固碳能力,碳储量达到262.49×10⁶ t,但不能有效控制耕地面积的减少;防止城市扩张情景有效抑制了建设用地无序扩张,间接防止了碳储量进一步减少.因此,研究区可统筹考虑耕地保护情景、生态保护情景和防止城市扩张情...     

森林生态系统在碳循环中的作用

描述了森林生态系统的碳循环及其在全球碳循环中的作用，说明了森林生态系统在碳循环中的作用主要取决于森林生态系统的生物量、林产品、植物枯枝落叶和根系碎屑以及森林土壤。最后，阐明了中国森林生态系统碳循环的研究现状和趋势。     

环境生物学

对人群健康影响较严重文中研究了三峡地区生态环境对开发性移民安置的影响,提出了生态环境治理保护的指导思想、目标、任务及若干对策措施。参4(李朔)X171 9502691农业生态系统碳循环研究/刘允芬(中科院国家计委会自然资源综考会)//自然资源学报/中国自然资源研究会一1995,10(l)一l~8 环信N一74 为了搞清我国农业生态系统碳循环状况,以199。年和2000年为例,对系统周年内碳的吸收、排放、固定和转移量进行了计算分析,绘制出全国农业生态系统碳循环框图。结果表明,199。年和20。。年碳的排放、固定、转移量占当年吸收量分别为89.7写和91.0肠…     

长株潭城市群地类转移的碳传导效应与预测

土地利用碳排放是影响城市碳达峰、碳中和实现的重要因素.基于土地利用遥感数据和碳排放估算模型,得到长株潭城市群的土地利用碳排放量,借助转移矩阵分析了长株潭城市群土地利用转移的碳传导效应.此外,采用马尔科夫模型预测2030年和2060年的长株潭土地利用碳排放量.结果表明：①1995~2018年长株潭城市群土地利用净碳排放从810.84×10⁴ t增加到2015.41×10⁴ t,碳源/汇比整体呈上升趋势.其中,建设用地是主要的碳排放源,林草地是主要的碳汇.②不同时段地类转移引致的碳传导最终均表现为净碳排放,在时间上呈现先增加后减少的态势.其中以林地和耕地向建设用地转移产生的碳传导最为显著,涉及草地、水域和未利用地的碳传导效应微弱.③预测结果表明,长株潭城市群的土地利用碳排放预测量处于持续上涨态势,如若仍按目前趋势发展,则如期实现"双碳目标"存在难度.政府需要在加强林地的碳吸收能力以提升生态系统碳汇增量和遏制建设用地的无序扩张以减少碳源两方面着力,加快长株潭城市群的绿色低碳建设.上述结果为长株潭城市群开展低碳导向的城市土地利用调控提供了重要参考.     

林业减少源的碳排放和提高汇的碳清除方案分析

森林生态系统是重要的碳库和吸收汇,同时又是一个极易受到人类干扰而释放出二氧化碳的碳源。扩大森林面积以增加碳吸收、减少因毁林和森林退化导致的森林碳排放、增加木质林产品碳储存、保持或增加林地及景观层面的碳密度、促进木质林产品碳替代等方案是实现林业减少源的碳排放和提高汇的碳清除的主要途径。